一种用于沙漠化防治的生物质复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及沙漠化防治技术领域，尤其涉及一种用于沙漠化防治的生物质复合材料及其制备方法。

背景技术

北方多次出现大规模沙尘暴，沙漠化对土地生产力和生态系统稳定性造成严重威胁。因此，开发有效的沙漠化防治材料和技术具有重要意义。

生物质是可再生的有机物质，包括植物纤维、秸秆、木材、畜牧业粪污等。我国生物质资源丰富，以内蒙古为例， 2022年全区秸秆有效利用资源量5000万吨，有效利用率为84%，仍有800万吨秸秆被废弃和焚烧，尚待开发利用；内蒙古牲畜存栏数7192万头，其中牛存栏732 万头，羊存栏6138 万头。据测定，一头450kg的奶牛平均每天可排泄25 kg左右的粪便，随着牧畜存栏量的日益扩大，牧畜粪污大量堆放已成为影响牧区环境、制约牧场生产的主要问题。充分利用生物质资源可以降低对非可再生资源的依赖，减少环境负荷，还能促进农林牧业的可持续发展。

草方格固沙法是一种利用了农作物秸秆的基于生物质材料的沙漠化防治方法，该方法虽然具有一定的防风固沙效果，但不能绿化沙漠，治理效果不能持久。为了能在防风固沙的同时达到绿化沙漠的目的，公开号为CN108221909A、公开日为2018年6月29日的中国专利申请公开了一种利用真菌基生物质材料防治沙漠化的方法及其应用，其将真菌基生物质材料形成为花盆形状的生物质花盆，在生物质花盆中种植要在沙漠中栽植的植物，然后将生物质花盆埋入沙层中形成固沙屏障。该专利的生物质材料有助于盆栽植物的生长，最终达到绿化沙漠的目的，且生物质材料能降解为有机肥，给沙漠增加有机质，改善沙漠成分，为植物的生长长期提供营养，从而从根本上治理沙漠化。

然而，上述专利申请在生物质材料完全降解之前，栽植于生物质花盆内的植物无法获得足够的初始养料，且病虫害抵御能力弱；此外其生物质花盆内的沙土易被风蚀，水分易蒸发流失，不利于其内植物的生长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于沙漠化防治的生物质复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中真菌基生物质材料防治沙漠化的方法存在的技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采取以下方案来实现：

本发明一方面提供一种用于沙漠化防治的生物质复合材料，其特征在于：包括菌丝体复合材料结构层、铺于菌丝体复合材料结构层的丛枝菌根营养土以及形成在丛枝菌根营养土上的生物固化层。

进一步的：所述菌丝体复合材料结构层通过将原种接种于培养原料制成，所述培养原料包括30-40质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆，20-30质量份数的花生秸秆、10-20质量份数的牛粪粉末；所述原种为撕裂蜡孔菌，其培养基配方各组分的质量百分比为：玉米芯50%、花生秸秆20%、豆粕粉10%、麸皮20%；

所述丛枝菌根营养土通过将复合丛枝菌根真菌菌群接种于有机肥料制成，所述复合丛枝菌根真菌菌群的休眠体包括以下质量百分比的菌种：15%-20%球囊链格菌、12%-15%孤子角盘菌、16%-20%钩囊盲囊菌、12%-15%李环纹菌、15%-20%根际丛枝菌、15%-18%根霉菌；

所述生物固化层通过将生物固化液喷洒于丛枝菌根营养土而形成，所述生物固化液包括等体积的脲酶溶液和凝胶液，所述脲酶溶液配方为：10-15 g/L脲，5-10 g/L蔗糖，2-5 g/L磷酸二氢钾，1 g/L 铁，1 g/L 锌，1 g/L 锰，5-10 mL/L磷溶菌；所述凝胶液的配方为：60%-80%质量百分比的上述脲酶溶液，2-5 g/L黄原胶, 2-5 g/L膏糊， 1-2 g/L腐植酸，5-10 g/L钙镁矿物质。

本发明另一方面提供一种用于沙漠化防治的生物质复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、制备菌丝体复合材料结构层的培养原料；

S2、将原种接种于所述培养原料中进行培养，得到菌丝体复合材料；

S3、使菌丝体复合材料干燥成型，得到菌丝体复合材料结构层；

S4、制备丛枝菌根营养土的有机物基质；

S5、制得的有机物基质经发酵制得有机肥料；

S6、将丛枝菌根真菌菌群接种于所述有机肥料中制得丛枝菌根营养土；

S7、将丛枝菌根营养土铺于所述菌丝体复合材料结构层；

S8、制备生物固化层用生物固化液；

S9、将生物固化液喷洒于丛枝菌根营养土形成生物固化层。

进一步的：所述步骤S1中，取30-40质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆作为碳源，取20-30质量份数的花生秸秆、10-20质量份数的牛粪粉末作为氮源，得到碳源和氮源干料；在碳源和氮源干料中加入1.1-1.2倍质量份数的水搅拌均匀，在121-125℃下高温灭菌50min-60min，冷却至室温，得到培养原料；

所述步骤S2中，所述原种为撕裂蜡孔菌，其培养基配方各组分的质量百分比为：玉米芯50%、花生秸秆20%、豆粕粉10%、麸皮20%。

进一步的：所述步骤S2中，在无菌环境将原种接种于所述培养原料中，搅拌均匀得到混合材料，将混合材料装入模具无菌培养10-14天，至培养原料上长满菌丝；所述原种与培养原料质量比为1：4-5；所述无菌培养条件为：温度20-30℃，湿度60-70%；培养完毕脱模后制得菌丝体复合材料。

进一步的：所述步骤S3中，将步骤S2制得的菌丝体复合材料在80-110℃的温度下灭菌处理4-6小时，得到菌丝体复合材料结构层；

所述菌丝体复合材料结构层呈花盆形状或镂空棱柱状。

进一步的：所述步骤S4中，取农林牧业剩余物及生活垃圾粉碎并混合均匀得到有机物基质；

所述步骤S5中，将步骤S4制得的有机物基质进行堆肥腐熟；堆肥7-8天后，当堆肥温度降至40～60℃进行第一次翻堆，再过12-15天后进行第二次翻堆，之后每隔3-5天翻堆一次，直至肥堆完全腐熟。

进一步的：所述步骤S6中，所述丛枝菌根真菌菌群的休眠体包括以下质量百分比的菌种：15%-20%球囊链格菌、12%-15%孤子角盘菌、16%-20%钩囊盲囊菌、12%-15%李环纹菌、15%-20%根际丛枝菌、15%-18%根霉菌。

进一步的：所述步骤S8中，将等体积的脲酶溶液和凝胶液混合均匀制得生物固化液；

制备脲酶溶液时将10-15 g/L脲，5-10 g/L蔗糖，2-5 g/L磷酸二氢钾，1 g/L 铁，1g/L 锌，1 g/L 锰，5-10 mL/L磷溶菌混合溶解后，在25-35°C条件下发酵3-5天，过滤除菌制得脲酶溶液；

所述凝胶液的配方为：60%-80%质量百分比的所述脲酶溶液，2-5 g/L黄原胶, 2-5g/L膏糊， 1-2 g/L腐植酸，5-10 g/L钙镁矿物质。

进一步的：所述步骤S9中，将生物固化液喷洒在丛枝菌根营养土表面，室温下静置5-6小时得到生物固化层。

本发明的用于沙漠化防治的生物质复合材料及其制备方法，其菌丝体复合材料结构层具有良好的力学性能，能抵抗流沙破坏种植幼苗根系生长环境，增加幼苗存活几率；且菌丝体复合材料结构层吸水、蓄水、固沙能力良好，具有较好的降解特性，降解得到的有机肥除改善沙漠成分外，还能为植物生长提供长期的营养；铺于菌丝体复合材料结构层的丛枝菌根营养土不仅能为植物生长提供充足的初始养料，还能提高植物抵御病虫害的能力；形成在丛枝菌根营养土上的生物固化层能防止丛枝菌根营养土被风吹走、抵抗风蚀，并且能够有效减少水分蒸发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一菌丝体复合材料结构层的结构示意图；

图2是本发明实施例一将丛枝菌根营养土铺于菌丝体复合材料结构层后的结构示意图；

图3是本发明实施例一铺于菌丝体复合材料结构层的丛枝菌根营养土经固化后形成的生物质复合材料的结构示意图；

图4是本发明实施例二用于沙漠化防治的生物质复合材料的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚地展示，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供一种用于沙漠化防治的生物质复合材料，包括菌丝体复合材料结构层、铺于菌丝体复合材料结构层的丛枝菌根营养土以及形成在丛枝菌根营养土上的生物固化层。本实施例菌丝体复合材料结构层示出在图1中，图2则示出了将丛枝菌根营养土铺于菌丝体复合材料结构层后的结构，图3示出了在丛枝菌根营养土上形成生物固化层后，最终得到的用于沙漠化防治的生物质复合材料的结构。

进一步的，所述菌丝体复合材料结构层通过将原种接种于培养原料制成，所述培养原料包括30-40质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆，20-30质量份数的花生秸秆、10-20质量份数的牛粪粉末；所述原种为撕裂蜡孔菌，其培养基配方各组分的质量百分比为：玉米芯50%、花生秸秆20%、豆粕粉10%、麸皮20%；

所述丛枝菌根营养土通过将复合丛枝菌根真菌菌群接种于有机肥料制成，所述复合丛枝菌根真菌菌群的休眠体包括以下质量百分比的菌种：15%-20%球囊链格菌、12%-15%孤子角盘菌、16%-20%钩囊盲囊菌、12%-15%李环纹菌、15%-20%根际丛枝菌、15%-18%根霉菌；

所述生物固化层通过将生物固化液喷洒于丛枝菌根营养土上而形成，所述生物固化液包括等体积的脲酶溶液和凝胶液，所述脲酶溶液配方为：10-15 g/L脲，5-10 g/L蔗糖，2-5 g/L磷酸二氢钾，1 g/L 铁，1 g/L 锌，1 g/L 锰，5-10 mL/L磷溶菌；所述凝胶液的配方为：60%-80%质量百分比的上述脲酶溶液，2-5 g/L黄原胶, 2-5 g/L膏糊，1-2 g/L膏糊，1-2g/L腐植酸，5-10 g/L钙镁矿物质。

进一步的，所述菌丝体复合材料结构层呈花盆状或镂空长方体状。所述丛枝菌根营养土铺设在菌丝体复合材料结构层花盆的中空部或者长方体的镂空部。

实施例二

本实施例提供实施例一用于沙漠化防治的生物质复合材料的制备方法，包括如图4所示的如下步骤：

S1、制备菌丝体复合材料结构层的培养原料。

具体的，取30-40质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆作为碳源，取20-30质量份数的花生秸秆、10-20质量份数的牛粪粉末作为氮源，得到碳源和氮源干料；在碳源和氮源干料中加入1.1-1.2倍质量份数的水搅拌均匀，在121 ℃下高温灭菌50 min，冷却至室温，得到培养原料。

进一步的，所述玉米秸秆、小麦秸秆的长度为5-10 mm，所述花生秸秆的长度为2-6mm。

S2、将原种接种于所述培养原料中进行培养，得到菌丝体复合材料。

具体的，所述原种为撕裂蜡孔菌(Ceriporia lacerata)，其培养基配方各组分的质量百分比为：玉米芯50%、花生秸秆20%、豆粕粉10%、麸皮20%。进一步的，所述原种的含水量为65%。进一步的，玉米芯目数为4-6目，花生秸秆目数为6-10目。

具体的，在无菌接种室内将原种接种于所述培养原料中，搅拌均匀得到混合材料，将混合材料装入模具无菌培养10-14天，至培养原料上长满菌丝；所述原种与培养原料质量比为1：4-5；所述无菌培养条件为：温度20-30℃，湿度60-70%；培养完毕脱模后制得菌丝体复合材料。

进一步的，将混合材料装入模具时先将混合材料平铺于大模具底部，将小模具平放在大模具上方，之后将混合材料装入大模具与小模具之间的空隙培养，培养完毕脱模后制得所述菌丝体复合材料。

S3、使菌丝体复合材料干燥成型，得到菌丝体复合材料结构层。

具体的，将步骤S2制得的菌丝体复合材料在80-110℃的温度下灭菌处理4-6小时，得到菌丝体复合材料结构层。

进一步的，菌丝体复合材料呈花盆形状或镂空长方体状。

S4、制备丛枝菌根营养土的有机物基质；

具体的，取农林牧业剩余物及城市生活垃圾粉碎并混合均匀得到有机物基质；所述农林牧业剩余物包括农作物秸秆、畜牧粪污、木屑，所述城市生活垃圾包括餐饮业泔水、菜市场废弃瓜果蔬菜。

S5、制得的有机物基质经发酵制得有机肥料。

具体的，保持良好的通气条件，将步骤S4制得的有机物基质进行堆肥腐熟；堆肥7天后，当堆肥温度降至40～60℃进行第一次翻堆，再过12-15天后进行第二次翻堆，之后每隔3-5天翻堆一次，直至肥堆完全腐熟。

S6、将丛枝菌根真菌菌群接种于所述有机肥料中制得丛枝菌根营养土。

具体的，所述丛枝菌根真菌菌群为复合丛枝菌根真菌菌群，所述复合丛枝菌根真菌菌群休眠体包括以下质量百分比的菌种：15%-20%球囊链格菌(Glomus intraradices)、12%-15%孤子角盘菌(Sclerocystis coremioides)、16%-20%钩囊盲囊菌(Acaulosporascrobiculata)、12%-15%李环纹菌(Ambispora leptoticha)、15%-20%根际丛枝菌(Rhizophagus aggregatus)、15%-18%根霉菌(Rhizophagus irregularis)。

S7、将丛枝菌根营养土铺于所述菌丝体复合材料结构层。

进一步的，当所述菌丝体复合材料结构层呈花盆状时，所述丛枝菌根营养土铺设在菌丝体复合材料结构层花盆的中空部，当所述菌丝体复合材料结构层呈镂空长方体状时，所述丛枝菌根营养土铺设在菌丝体复合材料结构层长方体的镂空部。

丛枝菌根肥料能够改善土壤质量，促进植物生长，此外还能增强植物的耐逆性，提高其抵御病虫害的能力。

S8、制备生物固化层用生物固化液。

具体的，将等体积的脲酶溶液和凝胶液混合均匀制得生物固化液。

具体的，将10-15 g/L脲，5-10 g/L蔗糖，2-5 g/L磷酸二氢钾，1 g/L 铁，1 g/L锌，1 g/L 锰，5-10 mL/L磷溶菌混合溶解后，在25-35°C条件下发酵3-5天，过滤除菌制得脲酶溶液。

所述凝胶液的配方为：60%-80%质量百分比的所述脲酶溶液，2-5 g/L黄原胶, 2-5g/L膏糊，1-2 g/L膏糊，1-2 g/L腐植酸，5-10 g/L钙镁矿物质。

S9、将生物固化液喷洒于丛枝菌根营养土形成生物固化层。

具体的，将生物固化液均匀喷洒在丛枝菌根营养土表面，室温下静置5小时得到生物固化层。

进一步的，所述生物固化层厚度为5-10mm。

进一步的，将等体积的脲酶溶液和凝胶液在加压式喷壶内混合均匀，喷洒时将生物固化液在加压式喷壶内振荡均匀后喷洒在丛枝菌根营养土表面。

本实施例生物固化层中的黏液、胶状物质可附着沙土，形成较大的团聚体，增强沙土的物理稳定性，抵抗风蚀，此外矿化层中含有丰富的腐殖质、粘液，可吸附和储存水分和养分，减少水分蒸发。

由本实施例用于沙漠化防治的生物质复合材料的制备方法制得的生物质复合材料在使用时，取适合在沙漠中生长的植物，栽植在生物质复合材料的丛枝菌根营养土中，之后将栽植有植物的生物质复合材料整体埋入沙层内形成固沙屏障。

本实施例用于沙漠化防治的生物质复合材料的制备方法，菌丝体复合材料结构层具有优异吸水、蓄水、固沙能力，降解得到的有机肥除能改善沙漠成分外，还能为植物的生长提供长期的营养；枝菌根营养层不仅能提供植物生长的初始养料，还能防治病虫害；生物矿化层能增强沙土的物理稳定性，抵抗风蚀，并且能够吸附和储存水分及养分。利用本实施例生物质复合材料的制备方法制得的生物质复合材料生态环保、吸水蓄水能力强，具有良好的降解特性，降解得到的有机肥料能改善沙土地的营养成分，为植物的生长提供营养。利用该复合材料进行沙漠化防治能有效起到增肥保湿保沙作用，从而促进沙漠地区的土壤改良、植被恢复和可持续发展。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。