CN103348836B - 利用改性沙土治理沙地的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用改性沙土治理沙地的方法，将改性沙土摊铺于拟治理沙漠表面，该改性沙土由能溶于水的固态有机物质溶于水形成具有粘结性及粘附性的溶液与沙土拌合后形成；水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙土颗粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土颗粒，本发明使得一般沙土“土壤化”，从根本上改变了沙土颗粒之间的相互作用关系，构成具有结合力（粘聚力）的颗粒孔隙结构；反复蒸发以及湿润后，物质因其粘结性和粘附性的特点难以流失；使沙土具备像土壤一样的稳定和存储水分、养分的性能，能够为植物的生长提供坚实条件，是理想的治理沙漠的措施。

Description

利用改性沙土治理沙地的方法

技术领域

本发明涉及沙土资源利用和土地沙漠化治理领域，特别涉及一种具有泥土特性的改性沙土。

背景技术

沙土指含沙很多的土。沙土土质疏松，透水透气性好，但保水保肥能力差，耕种时需要改良。沙土不太适宜某些植物生长，在含沙量很大的情况下，与沙漠或沙漠化地区表层沙子或沙化土的性质近似；沙土除了自然存在外，较多的由土地沙漠化形成。

（1）沙漠化及其危害

沙漠化是当今人类面临最为严峻的重大环境问题。

全世界陆地面积为1.62亿平方公里，占地球总面积的30.3%，其中约1/3(4800万平方公里)是干旱、半干旱荒漠地区，而且每年以4～6万平方公里的速度扩大着，有43%的土地正面临着沙漠化的威胁。

我国是世界上受沙和沙漠化严重危害的国家之一。中国国家林业局于2011年公布的数字，全国沙化土地面积173万平方公里，占国土总面积的18%，其中沙漠面积有80.89万平方公里，约占国土面积的8.4%。

沙漠化过程中的危害包括风沙流和沙丘前移造成对农田覆盖，河流、水库、水渠堵塞，公路掩埋等，还使整个生态环境退化，土地资源损失，以及连带引起的地区经济滞缓，社会不稳定等的社会、经济问题。

沙漠化直接导致可以直接利用的珍贵的土地资源急剧减少。沙漠化直接导致土地退化，土壤结构破坏，土壤的养分流失，而这些恢复需要数十年、数百年，甚至数千年时间。沙漠化引起的草场退化，使适于牲畜食用的优势草种逐渐减少，甚至完全丧失，牧草变得低矮、稀疏，产量明显降低，草场载畜能力大为下降。沙漠化造成河流、水库、水渠堵塞，比如，黄河年均输沙16亿吨，其中就有12亿吨来自沙漠化地区。沙漠化在一些地区造成铁路路基、桥梁、涵洞损坏，使公路路基、路面积沙，迫使公路交通中断，甚至使公路废弃。由于风沙紧逼，成千上万的牧民被迫迁往他乡，成为“生态难民”。中国国家林业局提供的资料显示，20世纪末，沙化每年以3436平方公里的速度扩展，每5年就有一个相当于北京市行政区划大小的国土面积因沙化而失去利用价值，全国受沙漠化影响的人口达1.7亿。土地荒漠化、沙化不仅恶化生态环境，衰退土地生产力，威胁江河安全，而且加剧沙区贫困。

沙漠化导致生态系统和自然环境恶化，自然灾害频发，是人类面临的最为严重的灾难之一。自然生态是一个各种因素相互制约的完整体系，将按照一定的规律保持相对稳定的平衡状态。沙漠化大大的改变了陆地地表的物理特征，破坏了地表辐射收支平衡，诱发气候和环境变化，导致沙漠化地区的水土流失更加严重，绿色植被急剧减少，生态环境急剧恶化，稀有动植物消失或者灭绝，生物的多样性遭到严重的破坏。气候异常和生态系统遭到破坏后，导致沙漠化的速度加剧，两者形成恶性循环，进一步恶化了自然环境，使沙漠化地区的人们失去赖以生存的基础，并且引发其它地区的自然灾害。根据监测，我国城市空气污染物主要是微小颗粒物，这与沙漠化密切相关。沙尘污染着广大地区人民的生产生活环境，沙尘暴频繁，影响了人民健康。

中国沙漠化的严重性还在于牵涉的人口数字巨大，它直接或间接影响着近4亿人的生活（占全世界受沙漠和荒漠化困扰人口的40%）。我国荒漠化危害的直接经济损失约642亿元每年，荒漠化及其衍生危害造成的间接经济损失约2889亿元每年。若无有效的防治对策，处在荒漠带的乌鲁木齐、兰州、西安、银川、太原、呼和浩特、北京、天津等大城市，终究会变成一个个沙漠城市，大批百姓将沦为生态难民。

（2）沙漠化治理的措施和成果

沙漠化防治与沙漠治理方式基本相同，根本途径是根据风沙危害的性质，采取各种技术措施，削弱近地表层的风速，减少气流中的输沙量，延缓或阻止沙丘前移，以达到削弱或避免风沙危害的目的。长期以来，防治风沙危害（治沙）的措施，国内外学者把它归纳为工程治沙（机械）措施、植物治沙措施和化学治沙措施三大类。植物治沙措施和工程治沙措施属于降低风速，削弱风沙流强度，而化学固沙则是固结沙面，控制沙面风蚀过程发展。

植物固沙又称为生物固沙，是通过封育和栽种植物等手段，达到防治沙漠，稳定绿洲，提高沙区环境质量和生产潜力的一种技术措施。植物固沙之所以能够固定流沙，一是由于沙生植物具有发达的根系，能固结其周围的沙土颗粒，加之枯枝落叶的堆积，腐烂后有利于有机质的聚集，促使沙土的成土作用，改变沙地性质，使流沙趋向稳定；二是由于沙丘上栽种植物后，增加了地表的粗糙度，因而也就增加了对风的阻力，降低风速，削弱与抑制了风沙流活动。

植物固沙的主要方法包括：（1）封沙育草，保护天然植被；（2）植树造林固沙；（3）营造沙漠边缘防风阻沙林带；（4）营造绿洲内部护田林网。

植物固沙可改善植被覆盖沙域的生态条件，促进沙地植物群落向良性方向发展，形成稳定的生态系统，有利于增加生物多样性。

但是，沙土地区气候干旱，冷热剧变，风大沙多，自然环境十分严酷，总体上不适合植物的生长，因此，植物固沙的成效受到沙土特性和自然环境的限制，特别是在无灌溉的条件下，如遇特别干旱的年份，由于水分不足，会使栽种的植物生长不良或大量死亡。

工程防沙措施是利用杂草，树杈，土墙或其它构筑物等，在流沙上设风障或覆盖沙面，防止风沙流动。工程治沙措施具有收效快的特点，但防护期短，因此往往适用于流沙严重危害的交通线、重要工矿基地、农田和居民点的地区，以及为保护固沙植物生长时采用。主要方法有：阻沙栅栏（高立式沙障），机械沙障（设草方格沙障）、粘土固沙土、输导沙工程（下导风、羽毛排和输沙断面等类型）。

工程治理措施的力学作用原理，都是通过增大风沙流的运动阻力，阻滞消能，令其减速和促使沙土颗粒的沉积，是一种临时性的防沙土措施，对于沙土的危害，仅仅起到固沙“治表”的作用。

化学固沙是在流动沙丘（地）上喷洒化学粘结材料，在流沙表面形成覆盖层，或渗入表层沙中，把松散的沙料粘结起来形成固结层（硬壳），从而防止风力对沙料的吹扬和搬运，达到固定流沙，防治沙害的目的。化学固沙一般多用于风沙危害造成重大经济损失的地区，（如机场、交通线（铁路、公路）、军事设施和重要工矿区），并常和植物固沙相配合，作为植物固沙的辅助性和过渡性措施。

化学固沙作用的成效，不仅与流沙表面颗粒的性质（如化学成分、机械组成）有关，而且也与化学固沙材料本身的物理化学性质（如分子结构、分子大小、粘度、吸附力）等有关。化学固沙材料常用的如沥青乳液、油叶岩矿液、合成树脂、合成橡胶等，也可使用一些天然有机物，如褐煤、泥炭、城市垃圾废物、树脂等。

沥青乳液是当前世界各国应用在化学固沙工程中最广泛的材料。但是，乳化沥青在使用中也还存在因沥青中的沥青质和树脂易于被大气中的氧、光、热、水分和微生物等破坏，油份下降。这种变化的逐渐加剧，导致沥青性能变坏，如软化点升高，针入度下降，延伸度减小，致使团结层慢慢变脆、发硬，丧失塑性，发生老化，以致最后开裂而被风掏蚀破坏，失去固沙作用。

（3）沙漠化治理的根本困难及存在的问题

沙土的治理与前述沙漠治理方式相同，理想目标是，既能够使沙土稳定，又能够生长植物，也就是使“沙土大面积变绿洲”。但是，沙土中的颗粒是离散颗粒，治理的根本困难在于，沙土中的颗粒容易移动、难以保水并存储养分。综合目前的治沙措施，人们不难发现，现有的沙土及沙漠治理方法远未从根本上解决沙土中的颗粒容易移动、难以保水蓄水并存储养分这两大难题。

现有的沙土治理方法与沙漠治理方法相同，以固沙为主，无论采用工程（机械）措施、植物措施和化学措施，其并未从改善沙土本身的属性出发，仅避免沙土的移动造成的危害，因此从其方法和方式上看，仍属于被动治沙，可以一定程度上或者在短时期内克服沙漠化问题，却难以从根本上解决沙土难以保水蓄水和难以存储养分的难题，距离人们希望的“沙土变绿洲”仍有较大的距离。

①工程（机械）措施可以暂时改变沙漠或沙土存在的物理形态（自然存在方式），是一种临时性的防沙措施，对于流沙的危害，仅仅起到固沙“治表”的作用，沙土被短暂驯服，无法达到“治本”的效果，长时间后，沙土仍然会恢复其本来面目。

②化学固沙是采用固沙剂喷洒于沙土或沙漠的表面，以达到固沙的目的，固沙剂对沙土表面颗粒约束，在沙土颗粒表面形成一种稳定保护壳，进而使沙土稳定，不流动。但是，化学固沙剂往往采用喷洒方法形成，仅能在沙体、沙土表面很薄的范围内形成约束，表面形成的约束一旦被破坏，将难以恢复，并且化学物质耐候性决定了其治沙只能暂时封堵沙土的流动，不能达到长治久安的目的，其成本投入高。

最早，喷洒采用的固沙剂往往是乳化沥青，喷洒后，沙丘表面结皮平均厚度小（通常2～3cm），使用若干年（通常3～5年）后，固结层开始破碎；同时，喷洒的乳化沥青材料对环境不利，且其本身不是植物生长的营养成分，因此其作用仅是固沙；另外沥青材料老化性差，破碎失效后将起不到固沙作用。

目前，人们开发出了不少高分子固沙剂，喷洒后，沙土表面结皮厚度薄（通常为0.2～0.5cm），表面存留少，干燥后表面常出现开裂；同时，固沙剂喷洒后，一般需要一定时间固结，固结后难以再遇水分散或溶解，其保水作用主要是通过封闭表层的部分孔隙，部分阻断地下水的蒸发而实现，其材料本身并无保水作用；并且，皮层本身不具有保水性，不能保含养分，不能适应植物的普遍生长。所以，固沙剂的特点和固沙层的结构决定了其固沙的长期性能难以得到根本保证。

③植物固沙的适用条件常常受到气候和环境的限制

植物固沙利用植物上部阻沙、挡沙，利用植物的根部固沙，能够在一定程度上改变微气候和微土壤环境，然而，植物固沙的根本困难在于沙土本身不利于植物生长，如沙土不稳定且风沙运动频繁、沙土贫瘠，水分不足且难以保水、调温等都对植物产生不利影响。

风沙运动可使植物受到吹蚀、沙埋、沙割的危害，风沙运动可用工程防护措施和化学固沙解决，然而，沙土水分不足且难以保水蓄水的根本难题，使传统植物固沙的适用性受到了极大限制。

综上所述，期望获取一种沙土治理措施，即使沙土具有土壤一样的稳定性、保水性、透气性、并具有存储养分的功能，也就是，使沙土“土壤化”，从根本上解决沙土容易移动、难以保水蓄水和存储养分的难题，使其更适宜植物生长，进而从根本上改善沙土的形态并进行沙土化治理。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用改性沙土治理沙地的方法，利用改性沙土摊铺于沙地表面。该改性沙土具有土壤一样的稳定性、保水性、透气性、并具有存储养分的功能，也就是，使沙土“土壤化”，从根本上解决沙土容易移动、难以保水蓄水和存储养分的难题，使其更适宜植物生长，进而从根本上改善沙土的形态并进行沙土地治理。

本发明的利用改性沙土治理沙地的方法，包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.取能溶于水的固态有机物质并将其溶解于水中，形成具有粘结性及粘附性的溶液；

a2.将步骤a1所得的溶液与沙土拌合均匀后即形成改性沙土；

所述具有粘结性及粘附性的溶液与沙土拌合后能够粘连沙土颗粒，形成的改性沙土是颗粒孔隙结构；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙土颗粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙土颗粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土颗粒；

b．将步骤a所制备的改性沙土摊铺于沙地选定的表面。

本发明还公开了一种利用改性沙土治理沙地的方法，包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1．取沙、水和能溶于水的固态有机物质；

a2．将步骤a1中的沙、水和能溶于水的固态有机物质按任意顺序混合并拌合均匀后即形成改性沙土；

所述能溶于水的固态有机物质溶解于水中而形成具有粘结性及粘附性的溶液并粘连沙土颗粒，形成的改性沙土是颗粒孔隙结构；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙土颗粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙土颗粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土颗粒；

b．将步骤a所制备的改性沙土摊铺于沙地选定的表面。

进一步，步骤b中，摊铺厚度大于5cm；

进一步，改性沙土的沙土颗粒之间具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能将沙土颗粒粘结在一起；所述具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的固态物质与沙土之间的重量比为1:30-8000；

进一步，改性沙土的沙土颗粒之间具有连通孔隙和封闭孔隙；

进一步，步骤a1中，所述能溶于水的固态有机物质包括天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物；

进一步，步骤a1中，还添加能够分散于所述溶液中的天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物。

进一步，步骤a2中，还添加有机高分子助剂、小分子助剂、表面活性剂无机活性粉末或粉粒物质、无机非活性粉末或粉粒物质、实体物质和PH值调节物质中的一种或两种及以上的混合物；

进一步，所述能溶于水的固态有机物质为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和纤维素醚中的一种或两种及以上的混合或共聚物。

本发明的有益效果：本发明的利用改性沙土治理沙地的方法，将改性沙土直接摊铺于沙地表面，改性沙土具有类似于土壤的特性，比如从稳定性上看，湿时的土壤颗粒之间既具有一定的结合力，又可以发生颗粒排列的变化，所以，湿时的土壤在一定程度上呈现粘弹塑性性质；而干时的土壤颗粒之间的结点被约束，颗粒之间的排列被约束力固定，所以干时的土壤呈现一定的固体性质，因此，无论是湿时的土壤还是干时的土壤，本发明的改性沙土即具有该力学稳定性；从保水性、储养性能上看，土壤颗粒之间能够存储水分、养分和空气，且水分蒸发之后还能够再吸收水分，而本申请的改性沙土即具有保水蓄水且存储养分的特性，适合于多种植物生长。

本发明的改性沙土使得一般沙土“土壤化”，从根本上改变了沙土颗粒之间的相互作用关系，构成具有结合力（粘聚力）的颗粒孔隙结构，使沙土具备像土壤一样的稳定和存储水分、养分的性能；将沙土改性而得到能够吸收水分、储存水分、养分和空气且具有一定力学稳定性的改性沙土，能够为植物提供生长的坚实条件，是理想的治理沙土的措施；同时，改性沙土也可作为利用沙滩、沙地的沙资源的手段，进行植物种植。

和现有技术的其它沙土治理措施相比，本发明申请具有以下优点：

①与工程固沙相比

工程固沙措施改变了流沙层表面的粗糙度，不改善沙土自身的结构组成和约束方式，只起到物理改善的作用。本发明通过粘结物质改善了沙土的颗粒组成规则，在改善了沙土颗粒的约束方式的同时，使其结构具有保水、蓄水、保持养分的功能，也就是，使沙土“土壤化”，这种改性沙土更适宜于植物生长。

②与化学固沙方法相比

本发明与化学固沙的不同体现在多个方面。

首先，本发明实现了沙土的“土壤化”，与化学固沙实现的方法和作用具有根本不同。

本发明采用将具有保水、粘结以及储存养分功能等作用的约束物质与沙土拌合的方法，其作用可以实现沙土的“土壤化”，并可种植各种植物，而化学固沙只通过表面喷涂化学固沙剂的方法，其作用仅能实现表面沙土的固结，防止沙土的移动。本发明采用的约束物质和沙土在一定条件下拌合形成改性沙土，形成的改性沙土具有保水性、储养功能，并且本发明采用的约束物质形成的改性沙土在干、湿两个状态都具有良好的稳定性，形成的约束会根据干湿状态的变化而重新组合、改变。本发明是整体改变沙土的约束体系，和只增强沙土表面的约束体系有着本质的区别。本发明用于改造沙土，可以将沙土表面3～50cm的沙土制作成改性沙土，进而使沙土不易流动，同时具备植物生长必备的水分和养分，达到根本治沙土的目的。化学固沙措施通过在沙土表面喷洒化学固沙剂，通过固沙剂的渗透(渗透深度一般小于3cm）对表面沙土的约束进行增强，只改变沙土表面的约束方式，其深度一般较浅，其约束具有不可恢复性，对自然环境的影响较大，通常费用高。固化层本身的作用单一，只能提供固结作用，不具有保水，储水，以及养分的功能。

本发明与化学固沙的强度机理根本不同。

化学固沙是通过在沙土表面喷洒化学固结材料来实现表面沙土的固结，为了起到固结整体沙土的作用，表面沙土强度要求较高，抗压强度甚至要超过1MPa才能真正防止沙土的破坏和移动，而本发明则是在一定厚度范围内，将沙土与具有粘结、保水功能的约束物质混合，实现整体沙土的相互之间的约束，要防止沙土得移动，沙土实际的约束并不需要多强，这一点可以从土壤来类比，从试验来看，采用本发明后，沙土某种程度上，实现了“土壤化”，虽然通过调节约束物质类型和用量，完全可以将沙土的表面固结强度做到足够高，但是试验和分析表明，沙土的表面抗压强度在很小的范围即可起到稳定沙土的作用，即能达到化学固沙效果，又实现了一定厚度范围内沙土的“土壤化”，即可同时种植植物，实现再固沙土和良性循环的目的。

与化学固沙相比，本发明还具有破坏的可恢复性。

本发明采用的约束物质的性能决定了改性沙土的破坏的可恢复性的特点，本发明采用的约束物质可溶解于水中，溶解后的液态物和沙土拌合形成改性沙土后，其中的水分难以丧失，即使水分丧失后，若再遇水，约束物质可再次溶解于水中，重新形成同样作用的改性沙土，且此过程可以无限反复，因此本发明形成的改性沙土具有破坏的可恢复性，但化学固沙则完全不同，化学固沙采用的材料特性决定了破坏的不可恢复性，化学固沙为了保证表面沙土固结作用，常采用强度较高且具不具有逆转性质的固沙材料，但表面强度一旦破坏，无法在原有基础上再恢复，只有重新喷涂材料才能再起到固结作用，否则表面沙土破坏后，其下面的沙土又重新裸露于表面，随着时间积累，原有固沙成效将逐步丧失，固沙目的和成效就无法保证。

由此可见，本发明通过拌合制作改性沙土的方法与通过化学固沙剂的渗透固沙土的方法在本质上是不同的。

③与植物固沙方法相比

本发明与植物固沙的根本区别是，植物固沙只能“治标”，而本发明是从根本上改变沙土性质，实现沙土“土壤化”，从而实现真正意义上的植物固沙，因此本发明才是沙土治理的“治本”之措。

植物固沙利用植被根茎对沙土进行约束的方式起到固沙的作用，但沙土自身性质并不适合植物生长，水分容易流失，沙土也无法稳定，大风作用下沙土移动频繁，植物难以生长，即使短期植物生长，在恶劣环境下，水分若不能有效保存，植物也难以继续生长，甚至枯死，因此植物固沙的成效不仅受到当地气候条件的限制，还难以长期实现其固沙的作用。本发明则与植物固沙具有根本不同。本发明是从植物固沙的根本点出发，即沙土的性能改善入手，实现沙土的“土壤化”，不仅具有稳定沙土的作用，还使沙土具有保水、蓄水、存储养分的功能，使沙土具备了植物生长的条件，实现了沙土的稳定和植物生长的条件，植物种植也才能真正实现，因此从某种角度来说，本发明才是真正意义的植物固沙。

为了对比本发明与植物固沙的效果，本发明还进行了对比试验。通过本发明的方法采取羧甲基纤维素钠作为改性沙土中具有粘结、保水作用的物质，由此形成改性沙土，将改性沙土和湿润的普通沙土同时铺筑在室外碎石块上，铺筑厚度均为15cm，并在表面分别撒布多种菜籽和草籽，1天后，普通沙土变干，改性沙土若干天后仍然保持润湿状态，且在不浇水的前提下，改性沙土表面的草籽和菜籽发芽，但普通沙土表面的草籽和菜籽发芽后又枯萎干死，改性沙土上种植的植物以后间隔10-30天进行一次浇水即可满足植物的水量需求，改性沙土上的树苗经过两年成长，已达两米左右，改性沙土上种植的西红柿和菜苗可以正常食用，与土壤中种植植物长势相当。种植一年后，植物根系将沙土联为网状，和土的外观、性质均无异样，且往年腐烂的植物又可称为养分，沙土进一步稳定，改性沙土的种植成效形成良性循环，固沙作用也真正可行、经济，也使沙土变沃土成为可能。

④与其它方法相比：如吸水性树脂

高吸水性树脂是含有强亲水性基团，通常具有一定交联度的高分子材料。高吸水性树脂不溶于水和有机溶剂，吸水能力一般为自身重量的几百至几千倍。该材料吸水后溶胀为水凝胶，受压后水也不易挤出；树脂干燥后，可以反复多次吸水，其吸收的水分绝大多数可以缓慢释放，供植物吸收利用。

高吸水性树脂和本发明采用的约束物质具有本质区别。本发明的约束物质具有粘结性及粘附性，具有水溶性，依靠约束物质的粘结性及粘附性与沙土形成约束。这种约束会随着干、湿的改变而呈现不同的性质，约束也会重新组合。

⑤本发明具有显著的经济性、可实施性和环保性。

首先，本发明形成的改性沙土与现有固沙技术相比，其一次性投资建设成本具有一定的经济效益。本发明采用的约束物质在掺量极小的条件下即可形成满足要求的改性沙土，如采取一些能溶于水的固态有机物质包括天然高分子及其改性固态物质和合成高分子固态物质中的一种或两种及以上的混合物；如：聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和纤维素醚中的一种或两种及以上的混合或共聚物，约束物质仅占沙土重量比例几千分之一，且材料为常用化工材料，材料成本也较低，因此从原理上讲材料成本也较低，而施工方法也较为简单，仅采用搅拌等常规工艺，机械、人工费用也较低，因此综合投资成本将具有可观的经济性。以羧甲基纤维素钠为例，1立方米水中加入20kg羧甲基纤维素钠材料，市场单价为10元/kg；可改性沙土约4立方米，考虑人工、机械成本100元，则改性沙土1立方米，造价为75元，按10cm铺设于沙土表面，1立方米改性沙土可铺设10平方米，则改性沙土治理沙漠的一次性投入成本为7.5元/平方米。

其次，与常规固沙方法不同，本发明形成的改性沙土具有可循环性，一次投资建设后，改性沙土可种植各种植物，改性沙体、沙土能稳定植物根系，而植物的根系又反过来稳定沙体、沙土，且腐烂的根茎、叶子等又可作为养分，为沙土改造形成良性循环，沙土将真正变为可利用的类土地资源，具有一次投资长期收益的特点，因此其间接的经济性将不可估量。

本发明可实施性较强。本发明采用材料为现有化工行业常用材料，如聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和纤维素醚均为化工业常用的增稠材料，生产方法简单、可行，成本较低，另外本发明采用的施工方法简单，主要工序为分散于沙土溶液的配制和改性沙土的拌合，因此本发明易于掌握，实施性较强。

本发明还具有环保性，本发明的约束物质，可以采用富含营养的材料，其本身可为植物的生长提供必须的养分，也可在其中加入植物生长必须的养分。本发明对沙土的约束根据沙土的干湿可以重新组合、改变，具有可恢复性。本发明的约束物质采用常用的物质，比如羧甲基纤维素钠，本身还为食品添加剂，对环境无污染，费用低，易于实施。

综上可以看出，本专利申请的技术措施从原理上实现了沙土的土壤化，可利用改性沙土从根本上起到治沙的作用，当然，改性沙土也可用于沙漠、戈壁治理。

具体实施方式

本发明的改性沙土，本发明的利用改性沙土治理沙地的方法，包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1取能溶于水的固态有机物质并将其溶解于水中，形成具有粘结性及粘附性的溶液；

a2将步骤a1所得的溶液与沙土拌合均匀后即形成改性沙土；

所述具有粘结性及粘附性的溶液与沙土拌合后能够粘连沙土颗粒，形成的改性沙土是颗粒孔隙结构；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙土颗粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙土颗粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土颗粒；

b．将步骤a所制备的改性沙土摊铺于沙地选定的表面。

本发明还可采用另一种利用改性沙土治理沙地的方法，与上述方法的区别仅在于沙、水和能溶于水的固态有机物质选择不同的混合方式；具体包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1．取沙、水和能溶于水的固态有机物质；

a2．将步骤a1中的沙、水和能溶于水的固态有机物质按任意顺序混合并拌合均匀后即形成改性沙土；

所述能溶于水的固态有机物质溶解于水中而形成具有粘结性及粘附性的溶液并粘连沙土颗粒，形成的改性沙土是颗粒孔隙结构；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙土颗粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙土颗粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土颗粒；

b．将步骤a所制备的改性沙土摊铺于沙地选定的表面。

两种方法中的改性沙土没有本质区别，无论混合顺序如何，最终形成的具有粘结性及粘附性的溶液中的物质具有增稠性和水溶性，才能获得粘结性和粘附性的溶液，实现发明目的；一般要求具有粘结性及粘附性的溶液和沙土（混合顺序不限）拌合后形成的改性沙土具有可塑性变形的特点、或者形成较稀的状态且水分蒸发后具有可塑性。

本实施例中，步骤b中，摊铺厚度大于5cm；具有足够的强度以适用于沙土地治理。

本实施例中，改性沙土的沙土颗粒之间具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能将沙土颗粒粘结在一起；所述具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的固态物质与沙土之间的重量比为1:30-8000；该比例范围内所形成的改性沙土能够更好地实现沙土的改性，其特性更能贴近适合植物生长的土壤。

本实施例中，改性沙土的沙土颗粒之间具有连通孔隙和封闭孔隙；所述连本发明的改性沙土孔隙率可大于离散沙土的孔隙率，也大于普通土壤的连通孔隙率，且沙土具有土壤特性；该孔隙可以存储水分、养分和空气，使其更具有土壤特性，能适应植物生长。

本实施例中，步骤a1中，所述能溶于水的固态有机物质包括天然高分子及其改性固态物质和合成高分子固态物质中的一种或两种及以上的混合物；如：聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和纤维素醚中的一种或两种及以上的混合或共聚物；以低成本并起到期望作用的固态物质为主；能溶于水的固态有机物质并不局限于上述所列固态物质，具有与所列固态物质性质相同或相近的固态物质均能实现目的，前提是最终形成的具有粘结性及粘附性的溶液，且该固态物质在水中具有增稠性和水溶性，才能实现发明目的，在此不再赘述。

本实施例中，步骤a1中，还添加能够分散于所述溶液中的天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物。

本实施例中，步骤a2中，还添加有机高分子助剂、小分子助剂、表面活性剂、无机活性粉末或粉粒物质、无机非活性粉末或粉粒物质、实体物质和PH值调节物质中的一种或两种及以上的混合物；有机高分子助剂、小分子助剂和表面活性剂可选择比如甘油、季戊四醇、三乙醇胺、烷基羧酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷酸盐、烷基磺酸盐、烷基三甲基氯化铵、烷基伯铵盐、烷基仲铵盐、烷基叔铵盐、烷基季铵盐、甜菜碱表面活性剂、氨基酸型表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、多元醇型表面活性剂等；改善或调节溶液在改性沙土中的粘结性、粘附性、粘稠性、流平性、分散性、水溶性、吸水性、发泡性、消泡性或/和施工和易性等；比如无机活性粉末或粉粒物质以及无机非活性粉末或粉粒物质可选择比如硅藻土、膨润土、白炭黑、粉煤灰、滑石粉、钙粉及其它无机粉末等，改善或调节改性沙土的级配或改性沙土的吸水、保水、增韧性能；实体物质可以是沙土中自带的一些实体杂物，或者后期添加，比如刚性或柔性纤维、织物、藤条、薄膜条、片等，改善或调节改性沙土的稳定性、抗裂性或韧性；PH值调节物质，比如添加酸、碱性调节物质，如石灰，硫磺粉，硫酸亚铁粉末，食醋液，松针土，磷酸二氢钾溶液及其它改善或调节改性沙土酸碱性的物质。

所添加的有机高分子助剂、小分子助剂、表面活性剂、无机活性粉末或粉粒物质、无机非活性粉末或粉粒物质、实体物质和PH值调节物质并不局限于上述所列物质，具有与所列物质性质相同或相近的物质均能实现目的，前提是对改性沙土的土壤化特性具有促进作用，在此不再赘述。

当然，还可添加吸水性树脂、改性淀粉，改性纤维素，聚丙烯酸盐及其共聚物类、聚丙烯酰胺及其共聚物类、聚乙烯醇类，聚氧乙烯醚类、大豆蛋白类、丝蛋白类，果胶、藻酸、壳聚糖及其改性物，高吸水性树脂的共混、高吸水性树脂与无机物凝胶的复合物等，提高改性沙土的吸水和储水能力；或者添加有机肥、无机肥及有机无机复合肥，如有机复合肥、氮肥、磷肥和钾肥或者二元复合肥料氮磷、氮钾和磷钾的二元复合肥以及氮磷钾三元复合肥等，增加改性沙土的性质、提高土壤肥力水平等，均能够提高改性沙土的综合性能，适合于植物生长。

实验表明，能够反复溶解于水中、且在水中具有增稠性和水溶性，继而能够形成具有粘结性和粘附性溶液的物质具有多种，在此不再赘述，比如：聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和纤维素醚中的一种或两种及以上的混合或共聚物；溶解于水中之后、不仅能够在较大的掺量（水分蒸发后的固含量）情况下（比如质量百分比为5～10%、甚至10～20%或者20%以上）配制出具有粘结性和粘附性的溶液，而且可以在较小掺量的情况下，比如5%以下，甚至1%以下，配制出具有粘结性和粘附性的溶液。使用时还可加入某些助剂，进一步改善或提高溶液的粘结性和粘附性；无机物质与有机物质也可以复配，以得到我们所期望的具有粘结性和粘附性的溶液。

将沙土与所述具有粘结性及粘附性的溶液（含养分）混合并拌合后，便能够形成具有土壤性质的、颗粒+约束+孔隙的改性沙土（也可以是沙、水和能溶于水的固态有机物质按不同顺序混合并拌合而形成）；在湿时，水分和养分存储在溶液中而溶液又粘附在沙土颗粒之间的孔隙中，所以，改性沙土不仅具有保水储养的性质，而且具有像湿的土壤一样的粘弹塑性性质；在干时，原先溶解于水中的能溶于水的固态有机物质固结后粘结改性沙土之间的颗粒，所以，改性沙土具有像干的土壤一样的疏松固体的性质，并且，所述固结后的物质能够吸收水分并重新溶解于水中，所以，改性沙土还具有吸收水分（含养分）的能力。

颗粒+约束+孔隙的改性沙土结构中，由于使沙土颗粒产生结合力（粘聚力）的约束本身为所加入的物质（水分大时为溶液，水分小时逐渐转变为固体），物质填充孔隙后，改性沙土的孔隙可以小于未改性前的离散沙土的孔隙，然而，由于沙土与物质所形成的溶液拌合后，沙土颗粒之间不再是完全的直接接触，接触点之间有所述物质，使得沙土之间的间距增大（而物质所形成的溶液中的水分蒸发后，物质本身的固含量较小，其占据孔隙的比例不大），因此，随着颗粒之间接触的“松”“紧”的变化，改性沙土的孔隙也可以大于甚至远远大于改性前的离散沙土的孔隙，综上，改性沙土的孔隙既可以小于、也可以大于改性前的离散沙土的孔隙，实验表明，改性沙土的孔隙率可以在10～80%之间变化，这一孔隙率范围不仅大于离散沙土，而且大于几乎所有类型的土壤，这就表明，我们可以通过不同的配比和结构调节改性沙土的孔隙率，使沙土含有我们期望的水分、养分和空气。不仅如此，改性沙土的颗粒孔隙结构中，既具有连通孔隙，也具有封闭孔隙，改性沙土能够通过连通孔隙与外部发生水和空气的交换。

由于改性沙土中颗粒+约束+孔隙的结构中，约束材料（物质）的约束力以及改性沙土的孔隙率可以调节，所以，改性沙土中的水分蒸发后，形成的像干泥土一样的疏松固体的强度可以在一个很大的范围内调节，强度在10Kpa以下时，改性沙土是比较疏松的固体，强度在10～50Kpa之间时，改性沙土是成型较好的疏松的固体，当强度超过50Kpa之后，改性沙土逐渐变坚韧，为了得到干时较坚硬的改性沙土，可以通过调节约束和孔隙率，使其强度达到200Kpa以上。

由沙变成的改性沙土，在力学状态上就是一种“土”，具有流变（湿时）和固体（干时）两种状态，并且，干的固体状态的“土”在吸收水分后能够转化为湿的流变状态的“土”，而湿的流变状态的“土”在水分蒸发后又可以转化为干的固体状态的“土”，通过调节颗粒之间的约束与空隙，我们可以调节改性沙土这种“土”的流变（比如粘弹塑性）或固体性质，得到从“沙土”到“壤土”到“粘土”之间各种各样的、适宜不同种类植物生长的“土”；因此，通过本发明的改性沙土将沙变为“土”，为可利用沙土、改造沙漠的方式。

依据改性目的、施工要求或经济性的不同，可以配制低粘度的溶液（粘度100mpa·s以下），也可以配制中等粘度的溶液（粘度在100mpa·s～5000mpa·s之间），还可配置高粘度的溶液（粘度大于5000mpa·s）与沙土拌合而形成改性沙土。

配制形成改性沙土后，由于改性沙土与外界可以发生水分的交换，所以，改性沙土中溶液的含水量是可以变化的，进而，改性沙土中的溶液的粘度除与所加入的物质的材料特性相关而外，还与含水量的变化相关，但所述具有粘结性及粘附性溶液中的水分蒸发后，物质的固含量是相对不变的，所以我们可以以所加入的物质与沙土的重量比作为控制量，确定所述物质的掺量。依据材料性质的不同，加入改性沙土中的具有粘结性及粘附性的溶液中的物质的种类和掺量可以在一个较大的范围内选择，水分蒸发后，所加入的物质与改性沙土的重量比在1:30-8000范围内时，我们均可以得到基于不同改性目的要求而期望得到的改性沙土。

基于颗粒约束原理而得到的改性沙土，其约束不仅能够在沙土颗粒之间产生结合力，而且可以在沙土与其它物质之间产生结合力，所以沙土中掺杂有适量的砾石、植物根、茎、皮、动物粪便、尸体残留物等时，不会改变其主体上具有土壤特性的性质，所以，基于颗粒约束的方法，我们不仅可以改造单纯的沙或沙土，而且可以改造戈壁等含有沙和其它物质的荒地；利用这一性质，我们甚至可以添加刚性或柔性纤维、织物、藤条、薄膜条、片等，改善或调节改性沙土的稳定性、抗裂性或韧性；除能够添加能够溶解于水中的各种肥料、养分外，其它肥料也能够被约束在改性沙土中，为植物生长提供营养；我们还可以添加吸水性树脂、酸碱调节物质等，改善改性沙土的吸水、保水性能或者改性沙土的酸碱性能。

本发明的具体实施例：

实施例一：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.能溶于水的固态有机物质选用聚乙烯醇；

将聚乙烯醇与水按照5：100的重量比搅拌均匀形成溶液；

a2.取1000kg沙土，再取聚乙烯醇溶解于水中形成的溶液200kg，往沙土中加入溶液，然后混合并搅拌均匀，形成改性沙土；改性沙土中的聚乙烯醇与沙土的重量比为1：105.0；

b将改性沙土摊铺在具有一定面积的模拟沙地表面，摊铺厚度约10cm，改性沙土水分保存良好，蒸发量较小，取部分改性沙土，采取烘干等措施，使其表面失水后，改性沙土表面板结为整体；再将水洒在失水后的改性沙土表面，改性沙土内的物质将水分吸收，沙土又呈可塑润湿状态；

将玉米种子种植在改性沙土中，1周后，在自然条件下玉米种子发芽，并逐渐生长，生长最终结果与土壤种植的该植物并无差别；当然，改性沙土中需添加必要的营养物质，比如各种肥料。

本实施例中，还添加以下物质另做试验：还添加能够分散于水中的无机物和有机物（比如能够分散并溶胀于水中的物质，包括淀粉、聚丙烯酰胺等）等以及有机高分子助剂、小分子助剂和表面活性剂，本实施例选择了季戊四醇、三乙醇胺和烷基羧酸盐，改善或调节溶液在改性沙土中的粘结性、粘附性、粘稠性、流平性、分散性、水溶性、吸水性、发泡性、消泡性或/和施工和易性；无机活性粉末或粉粒物质以及无机非活性粉末或粉粒物质，本实施例选择了硅藻土，改善或调节改性沙土的级配或改性沙土的吸水、保水、增韧性能；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性。

实施例二：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.能溶于水的固态有机物质选用羟丙基甲基纤维素；

将羟丙基甲基纤维素与水按照0.2：100的重量比搅拌形成溶液；

a2.取1000kg沙土，再取羟丙基甲基纤维素溶液190kg，将沙土与溶液混合并搅拌均匀，形成改性沙土，改性沙土中的物质羟丙基甲基纤维素与沙土的重量比为1：2637；

b将改性沙土摊铺在具有一定面积的模拟沙地表面，摊铺厚度约5cm，改性沙土水分保存良好，在重庆地区春季气候条件下，蒸发量较小，改性沙土水份蒸发后再遇水，沙土粒又被粘结在一起，沙土呈可塑润湿状态；

在改性沙土表面撒布草籽，1周后，在改性沙土内水分的条件下即可使草籽发芽，并逐渐生长，生长最终结果与土壤种植的该植物并无差别；当然，改性沙土中需添加必要的营养物质，比如各种肥料。

本实施例中，还添加以下物质另做试验：还添加能够分散于水中的无机物和有机物（比如能够分散并溶胀于水中的物质，包括淀粉、聚丙烯酰胺等）等以及有机高分子助剂、小分子助剂和表面活性剂，本实施例选择了烷基叔铵盐、烷基季铵盐、甜菜碱表面活性剂，改善或调节溶液在改性沙土中的粘结性、粘附性、粘稠性、流平性、分散性、水溶性、吸水性、发泡性、消泡性或/和施工和易性；无机活性粉末或粉粒物质以及无机非活性粉末或粉粒物质，本实施例选择了粉煤灰和滑石粉，改善或调节改性沙土的级配或改性沙土的吸水、保水、增韧性能；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性；还添加了一些柔性纤维、织物、藤条、薄膜条、片等，改善或调节改性沙土的稳定性、抗裂性或韧性；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性。

实施例三：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.能溶于水的固态有机物质选用羧甲基纤维素钠；

将羧甲基纤维素钠与水按照1：100的重量比搅拌均匀形成溶液；

a2.取1000kg沙土，再取羧甲基纤维素钠溶液210kg，将沙土和羧甲基纤维素钠溶液混合并搅拌均匀，形成改性沙土，改性沙土中的物质羧甲基纤维素钠与沙土的重量比为：1：481.0；

b．将改性沙土摊铺在具有一定面积的模拟沙地表面，摊铺厚度约15cm，改性沙土水分保存良好，蒸发量较小，改性沙土外观与土壤类似，取部分改性沙土，采取烘干等措施，使其表面失水后，改性沙土表面板结成整体，具有一定强度，若再将水洒在失水后的改性沙土表面，改性沙土内的物质将水分吸收，沙土又呈可塑润湿状态；

在改性沙土表面撒布白菜种子，1周后，在改性沙土内水分的条件下即可使菜籽发芽，并逐渐生长，生长最终结果与土壤种植的该植物并无差别；当然，改性沙土中需添加必要的营养物质，比如各种肥料。

本实施例中，还添加以下物质另做试验：还添加能够分散于水中的无机物和有机物（比如能够分散并溶胀于水中的物质，包括淀粉、聚丙烯酰胺等）等以及有机高分子助剂、小分子助剂和表面活性剂，本实施例选择了烷基季铵盐、甜菜碱表面活性剂、氨基酸型表面活性剂，改善或调节溶液在改性沙土中的粘结性、粘附性、粘稠性、流平性、分散性、水溶性、吸水性、发泡性、消泡性或/和施工和易性；无机活性粉末或粉粒物质以及无机非活性粉末或粉粒物质，本实施例选择了膨润土和白炭黑，改善或调节改性沙土的级配或改性沙土的吸水、保水、增韧性能；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性；还添加了一些柔性纤维、织物、藤条、薄膜条、片等，改善或调节改性沙土的稳定性、抗裂性或韧性；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性。

实施例四：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.能溶于水的固态有机物质选用羧甲基纤维素钠；

将羧甲基纤维素钠与水按照2.5：100的重量比溶解形成溶液；

a2.取1000kg沙土，再取羧甲基纤维素钠溶液173kg，将沙土和羧甲基纤维素钠溶液混合并搅拌均匀，形成改性沙土，改性沙土中的羧甲基纤维素钠与沙土的重量比为：1：237.0；

b．将改性沙土摊铺在具有一定面积的模拟沙地表面，摊铺厚度约20cm，改性沙土水分保存良好，改性沙土外观与土壤类似，取部分改性沙土，采取烘干等措施，使其表面失水后，改性沙土表面板结成整体，若再将水洒在失水后的改性沙土表面，改性沙土内的物质将水分吸收，沙土又呈可塑润湿状态；

在改性沙土表面种植花生种子，1周后，在改性沙土内水分的条件下即可使花生种子发芽，并逐渐生长，生长最终结果与土壤种植的花生并无差别；当然，改性沙土中需添加必要的营养物质，比如各种肥料。

本实施例中，还添加以下物质另做试验：还添加能够分散于水中的无机物和有机物（比如能够分散并溶胀于水中的物质，包括淀粉、聚丙烯酰胺等）等以及有机高分子助剂、小分子助剂和表面活性剂，本实施例选择了烷基伯铵盐、烷基仲铵盐、烷基叔铵盐，改善或调节溶液在改性沙土中的粘结性、粘附性、粘稠性、流平性、分散性、水溶性、吸水性、发泡性、消泡性或/和施工和易性；无机活性粉末或粉粒物质以及无机非活性粉末或粉粒物质，本实施例选择了硅藻土和膨润土，改善或调节改性沙土的级配或改性沙土的吸水、保水、增韧性能；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性；还添加了一些柔性纤维、织物、藤条、薄膜条、片等，改善或调节改性沙土的稳定性、抗裂性或韧性；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性。

实施例五：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.能溶于水的固态有机物质选用甲基纤维素和羧甲基纤维素钠；

将甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和水按照0.4：0.7：100的重量比溶解后形成甲基纤维素和羧甲基纤维素钠复合溶液；

a2.取1000kg沙土，再取甲基纤维素和羧甲基纤维素钠复合形成的溶液246kg，将沙土和溶液混合并搅拌均匀，改性沙土中的物质甲基纤维素和羧甲基纤维素钠与沙土的重量比为：1：373.6；

b．将改性沙土摊铺在具有一定面积的模拟沙地表面，摊铺厚度约25cm，改性沙土水分保存良好，改性沙土外观与土壤类似，取部分改性沙土，采取烘干等措施，使其表面失水后，改性沙土表面板结成整体，若再将水洒在失水后的改性沙土表面，改性沙土内的物质将水分吸收，沙土又呈可塑润湿状态；

在改性沙土表面种植茄子秧苗，1周后，在改性沙土内水分的条件下茄子长势较好，生长最终结果与土壤种植的该植物并无差别。当然，改性沙土中需添加必要的营养物质，比如各种肥料。

本实施例中，还添加以下物质另做试验：还添加能够分散于水中的无机物和有机物（比如能够分散并溶胀于水中的物质，包括淀粉、聚丙烯酰胺等）等以及有机高分子助剂、小分子助剂和表面活性剂，本实施例选择了烷基磺酸盐、烷基三甲基氯化铵、烷基伯铵盐，改善或调节溶液在改性沙土中的粘结性、粘附性、粘稠性、流平性、分散性、水溶性、吸水性、发泡性、消泡性或/和施工和易性；无机活性粉末或粉粒物质以及无机非活性粉末或粉粒物质，本实施例选择了硅藻土和膨润土，改善或调节改性沙土的级配或改性沙土的吸水、保水、增韧性能；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性；还添加了一些柔性纤维、织物、藤条、薄膜条、片等，改善或调节改性沙土的稳定性、抗裂性或韧性；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性。

实施例六：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.能溶于水的固态有机物质选用羟丙基甲基纤维素和可分散物质阳离子淀粉；

将羟丙基甲基纤维素、可分散物质阳离子淀粉和水按照0.2：2：100的重量比搅拌均匀，并进行加热糊化后形成复合溶液备用；

a2.取1000kg沙土，再取复合溶液231kg，将沙土和溶液混合并搅拌均匀，形成改性沙土，改性沙土中的可溶解物质羟丙基甲基纤维素与沙土的重量比为：1：2168.7，改性沙土中的总物质羟丙基甲基纤维素和阳离子淀粉与沙土的重量比为：1：201.1；

b．将改性沙土摊铺在具有一定面积的模拟沙地表面，摊铺厚度约30cm，改性沙土水分保存良好，改性沙土外观与土壤类似，取部分改性沙土，采取烘干等措施，使其表面失水后，改性沙土表面可粘结成块，若再将水洒在失水后的改性沙土表面，改性沙土内的物质将水分吸收，沙土又呈可塑润湿状态；

在改性沙土内种植小麦种子并间种玉米，分块种植大豆和花生，1周后上述种子逐渐发芽，并逐渐生长，生长较好；当然，改性沙土中需添加必要的营养物质，比如各种肥料。

本实施例中，还添加以下物质另做试验：还添加能够分散于水中的无机物和有机物（比如能够分散并溶胀于水中的物质，包括淀粉、聚丙烯酰胺等）等以及有机高分子助剂、小分子助剂和表面活性剂，本实施例选择了烷基磺酸盐、烷基三甲基氯化铵、烷基伯铵盐，改善或调节溶液在改性沙土中的粘结性、粘附性、粘稠性、流平性、分散性、水溶性、吸水性、发泡性、消泡性或/和施工和易性；无机活性粉末或粉粒物质以及无机非活性粉末或粉粒物质，本实施例选择了硅藻土和膨润土，改善或调节改性沙土的级配或改性沙土的吸水、保水、增韧性能；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性；还添加了一些柔性纤维、织物、藤条、薄膜条、片等，改善或调节改性沙土的稳定性、抗裂性或韧性；所得结果与没有添加这些物质相比，具有更好的土壤特性。

上述实施例中，随着水分的蒸发，改性沙土孔隙率和连通孔隙率处于变化范围，连通孔隙率范围在5～70%，一般情况下，连通孔隙率在15～50%，与同等配比的改性沙体相比，孔隙率稍小。

上述实施例中，还栽种有番茄、黄瓜等多种菜苗，也可栽种花卉、树木等，同样可以栽种玉米、辣椒等秧苗，长势均较好，与土壤种植效果一样，种植的番茄、黄瓜等还可结果并食用。

上述实施例中，以较宽的范围列举了改性沙土中能溶于水中的固态有机物质与沙土的重量比，后又有大量试验表明，能溶于水中的固态有机物质与沙土的重量比不同，形成改性沙土也具有一定差异，当能溶于水中的固态有机物质（物质确定）与沙土的重量比越小时，保水效果适当降低，当能溶于水中的固态有机物质（物质确定）与沙土的重量比越大时，保水效果越好，但是，与此相适应的是，沙土颗粒之间的粘结强度也随着固态有机物质（物质确定）与沙土的重量比的升高而增大，随着固态有机物质（物质确定）与沙土的重量比的降低而减小；当能溶于水中的固态有机物质与沙土重量比达到1：8000时，改性沙土仍然具有一定的保水作用，沙土颗粒之间依然具有粘结强度，但有所降低，且能够生长植物，但须适当浇水以保证生长条件；而当能溶于水中的固态有机物质与沙土重量增大至1：30，改性沙土的沙土颗粒之间粘结强度较大，保水效果较好，但改性沙土本身具有板结现象，用于固沙效果非常明显，当然，也可用于植物生长，只是具有板结现象的改性沙土不利于植物根系的生长；也就是说，根据本发明中对能溶于水中的固态有机物质物理性质的要求，能溶于水中的固态有机物质的用量相对较多则固沙、保水、沙土颗粒粘结强度较好，否则会降低，而上述范围并不仅仅是1:8000至1:30，还可适当减小或者增大，形成的改性沙土均具有所期待或可预见的效果，但适合用于沙土地或者沙漠中并形成近似于土壤用于植物生长则需采用合适范围；当然，同样的配比本发明与改性沙体相比应具有更高的粘结性和保水性。

上述实施例并不能穷尽所有的可替代物质，比如能够溶解水中的能溶于水的固态有机物质还有很多，在此不再赘述，均能实现发明目的，当然，以低成本并起到期望作用的物质为主。

当然，上述组分的混合顺序并不能限定本发明的保护范围，可将沙土、水和能溶于水的固态有机物质按任意顺序混合并拌合而形成，拌合后，所述能溶于水的固态有机物质溶解于水中而形成具有粘结性及粘附性的溶液并粘连沙土粒而形成具有颗粒孔隙结构的改性沙土；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙土粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的物质遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土粒；并且，通过实验证明，所得的结果并无明显改变。

在该改性沙土上种植植物时，可采用现有技术土壤中种植植物的全部方式，包括薄膜养护、大棚生长，以抵抗外部恶劣的自然环境；总之，与在土壤中种植植物没有本质性区别，在此不再赘述。

对比表明，将所述具有粘结性和粘附性的液体与沙土拌合形成改性沙土后，再摊铺于普通沙体（沙土）表面形成的结构层，与将所述液体直接喷洒在普通沙体（沙土）表面而形成的表面层有本质的区别，具体体现在：

第一，实现原理上根本不同。

从颗粒物质的构成规则上看，改性沙土是建立在本发明人提出的“颗粒约束”原理的基础上，是一种全新的沙土“土壤化”的思路。

普通沙土颗粒之间的约束形式为“接触”，其接触点仅存在接触压力和摩擦力，而没有任何结点结合力和结合力矩（如结点拉力和力矩），因此，沙土颗粒只能通过接触压力和摩擦力平衡重力和外力，其结点不能承受拉力和力矩，否则，沙土就将发生颗粒排列的突变而失稳。

而将具有粘结性和粘附性的液体与沙土拌合形成改性沙土后，其颗粒结点之间的约束力为“粘附力”，它既能够产生抵抗颗粒之间分离的约束拉力，又能够产生抵抗颗粒转动的约束力矩，同时，它还能产生结点压力和摩擦力，因此，它能够对颗粒的所有自由度进行限制，但这种限制又是有限的，颗粒结点在产生约束反力的同时，还可以伸长、转动和滑动，因此，其约束形式与普通沙土根本不同，也就是说，改性沙土既可以抵抗外力，又能够在外力作用下有限而稳定地运动。另一方面，改性沙土中，沙土整体内部的约束为“粘附约束”，这种约束是将具有粘结性和粘附性的液体与沙子拌合后形成，在细观结构上，这种约束是在每一颗沙土颗粒表面均匀覆盖一层粘附层后，颗粒之间再接触而形成，因此，这种约束具有万向性和可恢复性，也就是说，颗粒之间在任意点接触均能够形成“粘附约束”，且分离后，颗粒之间再接触，这种约束特性能够恢复。因此，改性沙土具有宏观均匀和各项同性的粘弹塑性性质，与湿的土壤的力学特性一样。

一旦改性沙土中的水分蒸发后，“粘附约束”就将变为“固结约束”，也就是，沙土颗粒之间的空间排列将被固定，沙土能够承受荷载，具有一定强度，表现为疏松固体的性质，就像干的土壤一样。同时，如前所述，遇水后，“固结约束”又重新变为“粘附约束”，沙土由固体变为粘弹塑性体。改性沙土中（无论干时还是湿时），始终具有连通、开放孔隙，与外界发生水分、养分和空气的交换。

但是，如果仅将所述具有粘结性和粘附性的液体喷洒在沙体（沙土）表面，仅能够在沙体（沙土）表面形成一层粘附膜，渗透在粘附膜之下的液体十分有限，而这层粘附膜干后，就成为固态薄膜，显然，这种方法本身不是基于“颗粒约束”原理而得出，也与沙土“土壤化”的思路根本不同。喷涂在沙体（沙土）表面的粘附层（固化后为薄膜层）及其渗透在粘附层下很薄范围内的液体，仅在沙体表面形成了约束，这种约束是由强到弱的，不具有均匀和各向同性性质，与土壤的性质出入很大；粘附层（固化后的薄膜层）驻留在沙（沙土）颗粒表面，可以将沙（沙土）颗粒之间的孔隙完全封闭，这与具有连通、开放孔隙的改性沙土根本不同，也与土壤化的思路根本不同；改性沙土中的约束在改性沙土内部均匀、等效发生作用，与自然土壤的特性类似，而喷洒层仅在表面附近发生作用，不具有自然土壤的特性。

第二，结构特性上根本不同。

结构尺度上，拌合后而形成的改性沙土，其结构尺寸可以根据需要调节，摊铺厚度可大可小，结构厚度大时，可以种植植株高大的植物，而结构厚度小时，可以种植植株矮小的植物；而喷洒层的厚度仅在表面附近形成，其结构尺寸很难根据需要而调节。

强度及耐久特性上，拌合后而形成的改性沙土，形成的是板体，具有板的力学特性，在材料强度相对不大的情况下，仍具备较高的承载力，达到固沙的目的，并且，板体的开裂或破坏，并不破坏其固沙的效果，与土层的强度发挥原理与稳定性一致；同时，改性沙土在其厚度范围内，无论是湿时的粘弹塑性体，还是干时的疏松固体，均既能够稳定植物的根系，又能够适应根系的成长与发展，与土壤稳固植物和适应植物根系发展的力学特性一致。但是，喷洒形成的表面薄层，具有薄膜的力学特性（与板的特性差别很大），必须保证足够的强度，才能达到固沙的目的，表层一旦破坏，就难以约束表层下的沙体，其固沙的效果就难以发挥；同时，表面表层下的沙体颗粒之间没有附加约束，仍然为自然沙体，不能稳定植物根系，与土壤的特性根本不同。

在孔隙特性上，改性沙土的孔隙分布均匀，具有连通且与外界联系的开放孔隙，能够与外界发生水分、养分和空气的交换，而喷洒形成的表面薄层，封闭了沙体（沙土）与外界的联系。

在保水、储水及蒸发特性上，首先，改性沙土的保水、储水原理是将水直接储存在具有粘结性和粘附性的液体中（如前所述，液体中除去固体物质均是水），难以蒸发和流失，与土壤的保水、储水特性十分类似，其保水、储水能力十分强，且这种能力可以在一个较大的范围内调节，能够适应各种各样植物的生长，在重庆的实施表明，通过调节配合比而得到的高储水能力的改性沙土，能够种植水稻并茂盛生长，直至收获饱满的稻谷；其次，改性沙土的蒸发特性也与土壤类似，表面沙粒中的水分蒸发后，内部的水分不直接与外界接触，从上到下缓慢蒸发，保持一个合理的蒸发与储水梯度。然而，喷洒形成的表面薄层，其保水、储水和蒸发的特性与改性沙土根本不同，刚喷洒而驻留在表面薄层中的水，仅能渗透到表层以下很小的范围，很容易蒸发而形成与外界封闭的固态薄膜，此时，薄膜本身无储水能力，其储水原理是：利用沙体（沙土）中的游离水分，因温度冷热不均而蒸发、凝聚、遇阻的复杂过程，最终使其停留在薄膜下方附近的区域，这种储水原理与土壤和改性沙土的储水原理根本不同，储存的水分不多，仅能够适应少数植物的生长。

第三，植物的种植和生长特性不同。

首先，在种子的种植特性上，实施对比表明，对于改性沙土，种子可埋于改性沙土中，或撒播在改性沙土表面，根据种子的发芽特性不同，各种种子均能够发芽生长；而对于表面喷洒粘附层的方法，各种种子埋下或撒播后，必须喷洒薄层粘附覆盖层，但是，由于表面覆盖层以下的水分少，部分埋入的种子不发芽或发芽情况差；同时，由于表面覆盖层凝固后能够封闭种子（且水分已蒸发），撒播的种子在覆盖薄层后，同样出现不发芽或发芽情况差的情况。因此，改性沙土具有土壤的性质，更适宜种子发芽。

在植物的栽种特性上，实施对比表明，改性沙土能够栽种各种植物，根据改性沙土厚度的不同，可以栽种植株矮小的草本植物，也可栽种植株高大的草本植物，还可栽种灌木，并且，在改性沙土的局部厚度和体积能够稳定植物根系的情况下，还可栽种高大乔木；但是，在喷洒液体而形成薄层粘附覆盖层后，尤其在薄层覆盖层中的水分蒸发而形成固态薄膜层后，栽种植物是以破坏薄膜层为代价，因此，喷洒薄层覆盖层后，几乎不适宜再栽种任何植物；而栽种植物之后再喷洒粘附层，没有多少实际价值。

在植物的生长特性上，改性沙土中的植物普遍生长良好，与一般土壤并无差异，根据改性沙土厚度的不同，改性沙土可以生长植株矮小的草本植物，也可生长植株高大的草本植物，还可生长灌木和乔木，但是，仅在薄层喷洒覆盖的情况下，植物普遍生长情况较差，并且，薄层覆盖层以下的沙子，难以稳固植株高大的草本植物（如玉米等）和树木。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1.取能溶于水的固态有机物质并将其溶解于水中，形成具有粘结性及粘附性的溶液，所述能溶于水的固态有机物质包括天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物；

a2.将步骤a1所得的溶液与沙土拌合均匀后即形成改性沙土；

所述具有粘结性及粘附性的溶液与沙土拌合后能够粘连沙土颗粒，形成的改性沙土是颗粒孔隙结构；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙土颗粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙土颗粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土颗粒；所述具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的固态物质与沙土之间的重量比为1:30-8000；

b．将步骤a所制备的改性沙土摊铺于沙地选定的表面。

2.一种利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：包括下列步骤：

a．制备改性沙土：

a1．取沙、水和能溶于水的固态有机物质，所述能溶于水的固态有机物质包括天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物；

a2．将步骤a1中的沙、水和能溶于水的固态有机物质按任意顺序混合并拌合均匀后即形成改性沙土；

所述能溶于水的固态有机物质溶解于水中而形成具有粘结性及粘附性的溶液并粘连沙土颗粒，形成的改性沙土是颗粒孔隙结构；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙土颗粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙土颗粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙土颗粒；所述具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的固态物质与沙土之间的重量比为1:30-8000；

b．将步骤a所制备的改性沙土摊铺于沙地选定的表面。

3.根据权利要求1或2所述的利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：步骤b中，摊铺厚度大于5cm。

4.根据权利要求1或2所述的利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：改性沙土的沙土颗粒之间具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能将沙土颗粒粘结在一起。

5.根据权利要求1或2所述的利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：改性沙土的沙土颗粒之间具有连通孔隙和封闭孔隙。

6.根据权利要求1或2所述的利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：步骤a1中，还添加能够分散于所述溶液中的天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物。

7.根据权利要求1或2所述的利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：步骤a2中，还添有机高分子助剂、小分子助剂、表面活性剂、无机活性粉末或粉粒物质、无机非活性粉末或粉粒物质、实体物质和PH值调节物质中的一种或两种及以上的混合物；所述实体物质为刚性或柔性纤维、织物、藤条、薄膜条或片。

8.根据权利要求5所述的利用改性沙土治理沙地的方法，其特征在于：所述能溶于水的固态有机物质为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和纤维素醚中的一种或两种及以上的混合或共聚物。