人工根系吸水機理及沙漠植樹技術的製作方法

2023-05-21 00:11:56 1

人工根系吸水機理及沙漠植樹技術的製作方法
【專利摘要】本發明利用吸水材料構建人工根系。高吸水材料人工根系採用PVC管或混凝土管或鍍鋅管，管內懸掛吸水材料帶，根管下端深入地下水位以下，地下水位以下採用透水篩管，以便地下水滲入管內的吸水材料，水分沿吸水材料帶向上滲透、擴散、輸送。從理論探討吸水材料根管的吸水機理，提出人工根系的設計理論。建立吸水材料根管的吸水基本方程，並給出理論解，在此基礎上，提出吸水材料根管的設計原則和方法。根據吸水材料根管的吸水機理提出沙漠、荒漠的植樹技術。利用吸水材料根管和參有高吸水材料的保溼土堆，形成沙漠、荒漠的植樹技術。
【專利說明】人工根系吸水機理及沙漠植樹技術
[0001]

【技術領域】
[0002]高吸水材料研究和生產是高分子領域，高吸水材料的應用涉及到諸多領域。本專利是有關吸水材料在農業灌溉、城市綠化和林業植樹，特別是沙漠植樹和節水灌溉方面的應用。

【背景技術】
[0003]高吸水性材料是上世紀60年代末才發展起來的。1961年，美國農業部北方研究所L.A.Gugliemell等人通過對澱粉接枝丙烯腈的研究製備了高吸水性樹脂；1966年G.F.Fanta完成了部分水解澱粉接枝丙烯腈共聚物高吸水性樹脂的合成和性能研究，並成功地實現了工業化。70年代中期，日本開展了以纖維素為原料製取高吸水材料的研究，得到了片狀、粉末狀和絲狀的產品。80年代則提出了用放射線對各種氧化烯烴進行交聯處理，合成了非離子型高吸水材料，其吸水能力為2000倍，從而打開了非離子高吸水材料的大門。1973年美國的UCC公司開始把高吸水材料應用於農業方面，接著日本和法國等國也開始了應用方面的研究。我國在這一領域起步較晚，進入80年代後才開始進行研究。
[0004]高吸水性樹脂的分類:⑴澱粉系。包括澱粉接枝、羧甲基化澱粉、磷酸酯化澱粉、澱粉黃原酸鹽等。(2)纖維素系。包括纖維素接枝、羧甲基化纖維素、羥丙基化纖維素、黃原酸化纖維素等。(3)合成樹脂系。包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類、無機聚合物類等。
[0005]由於高吸水性材料具有吸水能力強、吸水速度快和保水效果好等特點，在化工、衛生、醫藥、建材、農林業、電氣電子、塗料等多種領域均有應用空間，目前在國內開展的相關研究較為廣泛。
[0006]農林園藝及荒漠化治理高吸水性樹脂不但吸水性、保水性極為優良，而且其在土壤中形成團粒結構，使土壤白天和晚上的溫差縮小，同時還能吸收肥料、農藥，防止肥料、農藥以及水土流失，並使其緩慢釋放，增強了肥料、農藥的效果，並大大提高了抗旱能力。目前，高吸水性樹脂在農藝園林方面的應用還非常有限，主要原因是它的成本較高，而且在土壤中的吸水能力不夠，反覆使用性較差。高吸水性樹脂在這方面的應用還具有較大的潛力，今後應重點開發高吸水、保水並能反覆使用而且成本較低的高吸水性樹脂，並應進一步加強利用高吸水性樹脂改良乾旱貧瘠土壤，特別是改造沙漠方面的研究。
[0007]目前高吸水性樹脂的應用主要是利用其保水性，作為蓄水載體在林業、農業方面進行應用。但是吸水材料的輸水特性還沒有得到重視和開發，本研究主要探討吸水材料的輸水特性及其應用。


【發明內容】

[0008]I高吸水材料的吸水速率及其經驗公式
[0009]高吸水材料的吸水速率與吸水率有關，隨著吸水率的增大，吸水速率會下降。為計算方便起見，吸水材料的吸水量與時間的關係採用經驗公式表達:
[0010]w = aln (bt+1) (I)
[0011]其中a為係數，ml/g ;b為係數，t'
[0012]例如(I)交聯聚丙烯酸鹽吸水量與時間的關係函數為
[0013]w = 4.34039Ln(9997t+l) (2)
[0014](2)交聯聚丙烯酸鹽吸水量
[0015]W=L 0857361η (11Vl) (3)
[0016](3)交聯聚丙烯酸鹽吸水量
[0017]w = 2.605777Ln(46413t+l) (4)
[0018](4)澱粉系聚合物
[0019]w = 2.633445Ln(94.275t+l) (5)
[0020]由式可以獲得吸水材料的吸水速率表達式，為此將式(I)對t求導，得:.ab

【權利要求】
1.利用吸水材料組建人工根系。高吸水材料人工根系採用PVC管或混凝土管或鍍鋅管，管內懸掛吸水材料帶，根管下端深入地下水位以下，地下水位以下採用透水篩管，以便地下水滲入管內的吸水材料，水分沿吸水材料帶向上滲透、擴散、輸水。高吸水材料人工根系見專利說明書附圖1。
2.吸水材料根管的輸水機理。 (1)高吸水材料的吸水速率及其經驗公式 高吸水材料的吸水速率與吸水率有關，隨著吸水率的增大，吸水速率會下降。為計算方便起見，吸水材料的吸水量與時間的關係採用經驗公式表達:w = aln(bt+1) (I) 其中a為係數，ml/g ；b為係數，t' (2)吸水速度 設吸水材料沿人工根管的分布量為m(g/m)，吸水材料的吸水率為w (ml/g)。在管中的水輸速度為吸水材料沿管線的吸水速率的梯度，由式(9)，有
式中P為管中吸水材料的水輸速度，m/s ；s為沿管軸的長度坐標；其餘同前。 (3)吸水方程.
式中Q為人工根管的吸水流量，ml/s其餘同前。 (4)吸水方程解
(5)吸水材料沿根管均勻分布時吸水方程解 如果吸水材料沿根管均勻分布，則有
3.吸水材料人工根管和植樹布置設計 (1)選用最優的吸水材料 輸水性能是指在滿足一定輸水流量的基礎上，根管上(末)端的含水量儘量大、含水率聞。 (2)吸水材料用量儘量少、根管直徑儘量小 在滿足輸水要求的條件下，儘量少用吸水材料、減小根管直徑，從而降低造價。 (3)提高保水能力和蓄水量 在根管上(末)端設置保水、蓄水摻有高吸水材料的粘土溼潤堆，形成保水、蓄水溼潤土堆，提高水量調節能力，具體布置見專利說明書附圖2。 (4)植樹布置 荒漠、沙漠地區存在地下水層，深度從10~30m，由於地下水層較深，植物無法來利用自身根系吸水，利用人工吸水材料的根管植樹技術，可以解決荒漠和沙漠植樹灌溉問題，具體布置見專利說明書附圖2所示。 (5)植樹布置設計 植樹布置分三層:人工吸水材料根管、蓄水保水溼潤土堆和植物。植樹布置主要確定合適的溼潤土堆的大小和位置。根據植樹的種類、數量、範圍、單株的大小等因素，確定溼潤土堆的範圍、位置和厚度。原則上，溼潤土堆位於樹根的下端，確保溼潤土堆上部有足夠的沙土覆蓋層，以防止水分蒸發。 根管採用PVC管或其他防鏽並有一定抗外壓管材，管內布設吸水材料帶，吸水材料帶固定在管頂，懸掛於管內，吸水材料帶從根管上端伸入溼潤土堆，長度不少於500mm，確保與溼潤土堆有足夠的接觸面。 根管深度取決於地下水位，根管應深入地下最低水位一下I?2m。
【文檔編號】A01G23/04GK104170699SQ201310189917
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月21日 優先權日:2013年5月21日
【發明者】宋東輝, 宋子昀 申請人:宋東輝, 宋子昀