CN1042741C - 预防土地沙漠化的方法 - Google Patents

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Abstract

人工土壤结构包括至少一层提供在土壤中的疏水颗粒的疏水层。疏水颗粒的颗粒大小为2000微米或2000微米以下。疏水颗粒是用防水剂处理的砂子和/或垃圾或具有高分子量聚合物的疏水颗粒人工水份保持土壤结构包括含水份保持剂的土壤块和提供在土壤块中的疏水颗粒的疏水层。预防土地沙漠化的方法包括在距地表面指定深度的土壤中设置疏水颗粒的疏水层和控制所述土壤中的水份含量。

Description

预防土地沙漠化的方法
本发明涉及新型改善的人工土壤结构和防止土地沙漠化(土地转变成沙漠)等的方法，更具体地说，涉及一种能控制上壤水份蒸发的人工土壤结构和防止土地沙漠化等方法。
本发明可特别有效地用于环境保护的应用，如预防土地沙漠化，沙漠绿化和森林保护，以及各种类型的产业领域中，如农业和园艺，还可用于如公共工程和建筑物建设的基础地面结构这类应用。
近来，正如1992 Earth Environmental Summit所表示的，全球关注的中心是地球的环境问题，如何保护地球的环境已经成为产业技术的全球性问题。
例如，目前大约有30％的世界土地面积沙漠化，而且这些面积在持续增长。虽然这里面有许多原因，但是，其中很多是与人类生产活动相关的环境破坏因素，如树木的过量采阀。包括酸雨在内的环境污染、大量抽取地下水以及异常的气候条件(一般认为是由臭氧层的破坏和二氧化碳气体的增加造成的)。同时，世界人口每年都在持续增长。
为了防止与人口增长有关的食物短缺，需要恢复由沙漠化造成的荒废土壤，以及预防将来上壤沙漠化。
通常采用的方法是通过建设灌溉渠道和人工降雨来增加土壤的水份含量。但是，这些方法不能从根本上改善土壤结构，所提供的水不久就流失，造成水的利用率低。因此，为了有效地防止沙漠化，必须改善土壤本身的结构。
为了避免食物短缺，人们已经采用生物工艺学技术在改善农作物自身、增加产量方面作了努力。为了提高农作物的产量，还必须改良农作物生长的土壤，以便于该土壤适合于各种农作物。但是，尽管人们进行过日常土壤改良，如耕土壤表面或施肥，然而还没有尝试人工建造土壤层，从根本上改善基于上壤结构的土壤环境，即从根本上改善土壤本身的结构。
而且，在现代社会中，部分原因是人口增长，建造了许多建筑，各种公共工程，房屋建设等。对于这些建筑，不用说，地基起着非常重要的作用，为保持稳定的地基达若干年，必须从根本上改善地平面土壤环境特性，以便它们适宜于这些建筑。
正如上所述，在整个地球环境中，为了使土壤的环境特性合乎人类生存的需要，正迫切需要改善土壤结构。土壤的环境特性经常是由土壤的水份含量所决定。于是，以这样的方式即可人工控制土壤的水份含量，主要作重于改善土壤结构。
已经提出的通常所指的控制土壤的水份含量，如土壤与保持水份的聚合物的混合物，和用聚合氢硅氧烷处理的土壤表面，描述于日本未审专利公开(Tokkai)平1-319585。
尽管人们期望上述方法具有控制土壤中水份含量的作用，但必须说明的是，其作用仍不能防止土地沙漠，于是，人们在寻求更有效的方法。
所以，本发明的一个目的是提供一种人工土壤结构，从而解决在上述环境保护应用如防止土地沙漠化，沙漠绿化和森林保护，及各种类型的产业领域如农业和园艺，和用于如公共工程和房屋建设的地基结构领域中所提到的问题。
本发明的另一个目的是通过人工改善土壤结构本身提供一种人工保持水份的土壤结构，从而解决以上提到的问题，这种结构不仅用于产业，如各种农业和园艺，也用于环境保护，如预防土地沙漠化，沙漠绿化和森林保护。
本发明再一个目的是提供一种绿化和恢复由于沙漠化而荒废的土地的方法，以及有效地预防将来的土地沙漠化。
按照本发明的一个实施方案，提供的一种人工土壤结构具有一层或多层疏水层，该疏水层主要是由土壤中的疏水颗粒组成的。
疏水颗粒的大小为2000微米或2000微米以下。疏水颗粒可以是用防水剂处理的砂子和/或土粒(dirt)。疏水颗粒可由高分子聚合物组成。防水剂可为硅酮或氟防水剂。
与上述疏水层(主要由疏水颗粒组成)接触的土壤层可为保水层，它实质上由保持水份的材料组成。在疏水层和土壤表面之间可提供具有水保持性的保水层。可以这种方式提供两层或多层实质上由土壤中疏水颗粒组成的疏水层，即疏水层彼此之间不接触。两层或多层主要由土壤疏水颗粒组成的疏水层可具有至少两种不同类型的疏水性。进一步地，除了两层或多层的疏水层(实质上由土壤中的疏水颗粒组成)之外，至少两层具有不同疏水性的疏水层可以其与另外的疏水层接触的方式提供。
人工土壤结构在主要由土壤中疏水颗粒组成的疏水层上可具有非纺织的织物。
按照本发明的另一个实施方案，人工水份保持的土壤结构在含水份保持剂的上壤上面含有疏水颗粒的疏水层。
人工水份保持的土壤结构具有在含有水份保持剂的土壤上的疏水颗粒的疏水层，和在接触面不含水份保持剂的土壤层。人工水份保持土壤结构在疏水颗粒的疏水层上部可有不含水份保持剂的土壤层。人工水份保持土壤结构在所提供的疏水层上可有含水份保持剂的土壤颗粒的水份保持层。
人工水份保持土壤结构在疏水层或充填到疏水层内可有非疏水土壤部分。水份保持剂可以是保持水份的高分子量化合物。疏水颗粒的粒度可以是2000微米或2000微米以下。疏水颗粒可为用防水剂处理的砂子和/或土粒。防水剂可以是硅酮或氟碳防水剂。
按照本发明再一个实施方案，提供了防止土地沙漠化的方法，该包括在距地面的规定深度设置土壤中疏水颗粒的疏水层，和控制土壤中的水份含量。
含细土壤或水份保持剂的水份保持层可被设置在距地面所规定深度的土壤中，其深度在上述疏水层以上。所述疏水颗粒的粒度可以是2000微米或2000微米以下。疏水颗粒可为用防水剂处理的砂子和/或土粒。防水剂可为硅酮或氟防水剂。水份保持剂可为能保持水份的高分子量化合物。
本发明通过不同的因素抑制水分以要求的速率从目标土壤中蒸发，这些因素如不同类型的疏水颗粒，不同厚度的疏水层，多层疏水层的组合，与其它层如水份保持层互换和与之结合，以及与外在环境因素的配合，于是，设计了所要求土地的土壤结构的水份含量，并且允许采用一种新的使用方法控制土壤环境。
本发明将在下文中作详细的描述，对于形成疏水层的疏水颗粒，可使用任何具有疏水特性颗粒状的颗粒。原料可为无机或有机材料。概念“疏水性”包括所谓的“防水性”。
在本发明中，在构成土壤的土壤结构中必须包括至少一层疏水颗粒的疏水层。“土壤结构”是土壤的结构，它由至少两种类型的层组成，其中包括至少一层疏水颗粒的疏水层，即土壤块具有三维结构。如果疏水层实质上由疏水颗粒组成，那么该结构是足够的，如果具有其它特性的颗粒与之混合，只要该层作为一个整体没有丧失疏水特性，那么也落在本发明的范围内。例如，根据其应用，如在土壤表面种植植物的限定区域中，提供具有降低疏水性的疏水层是有效的。此外，根据其应用，当落在疏水层作为一个整体不丧失其疏水性的范围内时，具有其它有用特性的颗粒可与含疏水层的疏水颗粒一起混入土壤中。
在本发明中，对疏水颗粒的颗粒体系没有具体的限定，只要其落在能达到本发明目的的范围内。为了易于控制水份含量，颗粒体系的平均颗粒度为2000微米或2000微米以下是优选的。更优选的大小为1000微米或1000微米以下。
对于本发明的疏水颗粒，用防水剂处理其颗粒表面的砂子和/或土粒颗粒是优选的。它们可单独使用或混合使用。更优选的是防水砂子，它用防水剂处理的砂子。对于所使用的防水剂没有具体的限定，只要其一般用作防水剂。更优选的是硅酮类或氟类防水剂。如果其用于恶劣条件，特别优选的是氟类防水剂，这是因为它的性能是长期稳定的。而且，可使用由硅酮类或氟类混合物组成的防水剂。
对于硅酮防水剂，用以下通式(1)表示的硅酮化合物是一个例子。它可直接作用(没有溶剂)或稀释在溶剂如甲苯、二甲苯或三氯乙烯中后使用，或以乳状液形式使用。还可使用硬化催化剂如二月桂酸二丁锡，双乙酸二丁锡，月桂酸二辛锡或辛酸铁。
R1aR2bSiOx    (1)R1是同原子或异原子、未取代或取代的一价烃基；R2是相同或不同的基团，选自于可水解基，-OH和-H；a和b数定义为0≤a＜4,0≤b≤4,且0＜a+b≤4；x=(4-a-b)/2
例如，在通式(1)是，R1是在包括具有1～15个碳原子烷基的基团中，用卤素原子或氰基取代连接到碳原子上的所有或部分氢原子形成的基团，烷基如甲基、乙基、丙基和癸基，链烯基如乙烯基和烯丙基，芳基如苯基、环烷基和CH3-CH2-CH2-，
R2可以是可水解的基团，如烷氧基、酰氧基、酮肟基、氨基、氨氧基(aminoxy)、酰胺基、烯氧基(enoxy)、链烯氧基、卤素基团如氧，-OR3(R3为Na或K)，-OH或H。
对于硅酮化合物的实际例子，可使用下面由(2)-(5)表示的化合物，或其部分水解产物或其共水解产物。HO-Si(ONa)(CH3)-[OSi(ONa)CH3]n-OH(n:0,1,2)    (2)CH3-[SiO(CH3)2]m-[SiO(H)(CH3)]l-Si(CH3)3，
                                          (l,m:0或整数)    (3)R4-[SiO(CH3)2]k-Si(CH3)2R6
(k：整数，R4:-OH,-CH=CH2,OCH3)(4)CH3SiCl3,C10H21SiCl3,CF3CH2CH2SiCl3,CH2Si(OCH3)3,CF3CH2CH2Si(OCH3)3    (5)由化学式(6)表示的硅氮烷化合物(CH3)3SiNH-Si(CH3)3    (6)也用作本发明的防水剂。
对于氟防水剂，用下面通式(7),(10)-(19)和(22)表示了氟化合物的例子。它也可以用溶剂稀释后使用，或以乳状液形式使用(必要时)。在这些化学式中，l、m和n表示整数。
Figure C9311682500101
X表示H或CH3,Y表示(8)或(9)：
Figure C9311682500103
Figure C9311682500104
Figure C9311682500111
Figure C9311682500112
Figure C9311682500113
Figure C9311682500114
Figure C9311682500116
Figure C9311682500121
Figure C9311682500122
Figure C9311682500123
Y表示-OCF3，或是(20)，或(21)表示的基团：
Figure C9311682500124
Figure C9311682500125
Figure C9311682500126
R表示环己基或丁基。
对于氟类水份保持剂，可使用由有机硅烷或有机聚硅氧烷改性的一类化合物，特别是由含可水解基、OH基或H的有机硅烷或有机聚硅氧烷改性的那一类，以获得长期的水份保持性。
这类硅烷化合物的例子是由化学式(23)所示的氟硅酮。
Figure C9311682500131
[n是6-8的整数；P是0,1，或2中任何一个；Me表示CH3]。
由式(23)表示的化合物的例子是由下式(24)或(25)所示的硅烷化合物
Figure C9311682500132
C8F17CH2CH2Si(OMe)3    (25)
氟水份保持剂的另一个例子是与其它硅烷如RSi(OMe)3,R2Si(OMe)2或H·RSi(OMe)2(R为烷基，具有1-12个碳原子)以及全氟丙烯酸酯的共聚物。尤其优选与长链烷基硅烷的共聚物。
进一步的例子是式(26)或(27)的共聚物：
Figure C9311682500141
Figure C9311682500142
n为一个整数。
对于用防水剂处理砂子或垃圾颗粒表面的方法，一般使用下面的方法处理细颗粒表面足已。例如，采用化学动力机械方法可将各种硅酮油与砂子混合，于是进行处理得到疏水颗粒。
对于疏水颗粒，除了以上提到的防水砂子以外，也可使用表面是疏水性的高分子量聚合物(塑性的)细颗粒。有机硅酮类尤其是优选的，甚至聚甲基硅倍半氧烷(silsesguioxane)更是优选的。例如，还可使用破碎成颗粒状的废塑料，这样，有效地使用废型料有助于解决废塑料的处理问题。在使用这些高分子聚合物之前对其进行防水处理也是可能的。
除了以上提到的疏水颗粒以外，还可使用的疏水颗粒包括金属氧化物疏水颗粒如氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钒和氧化铁，玻璃球和油页岩的破碎产品，和油砂。当它们的表面已用硅酮或氟防水剂处理时，这些化合物是优选的。但是没用硅酮处理的油页岩和油砂可被有效地使用。
在本发明的人工土壤结构中，要求至少包括一层上述的疏水层，必要时可使用两层或多层疏水层。对于多层疏水层，所有的层可具有相同的疏水性，或具有不同疏水性的层也是可能的。它们可彼此接触，或者还可含有作为界面的土壤层，该土壤层中不是疏水颗粒的疏水层。
疏水层的疏水性将可由例如改变疏水颗粒的类型和/或疏水层的厚度控制。也就是说，本发明土壤中疏水颗粒的疏水层必要时可根据构成层的疏水颗粒的类型，大小和形状，距土壤表面的深度以及水的制约因素等进行选择。例如，可以通过适当地混合防水砂和没用防水剂处理的普通砂调节疏水性的水平，防水砂由疏水颗粒组成，没用防水剂处理的普通砂由非疏水颗粒组成。
此外，在本发明的一个方面中，在疏水颗粒的疏水层上的土壤中提供一层具有保持水份的保水层或在疏水层与土壤表面之间提供具有保水性的层也是有用的。该保水层可通过将细颗粒土壤或任何水份保持剂加到土壤中获得。任何水份保持剂都可使用，只要添加这些剂后增加了上壤中的有效水份含量。
保持水份的聚合物的例子是聚乙烯醇(PVA)、甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)，丙烯酸高分子量吸水聚合物，泥炭，无机珍珠岩，蒙脱石和蛭石、
本发明的一个实施方案是人工保水土壤结构，由含水份保持剂的土壤和其上面的疏水层构成。这里“其上面”是指”含水份保持剂的层上”，换句话说，在其上面即指向地表面的方向上有一层疏水颗粒的疏水层。
例如，当将本发明的人工保水土壤结构用于种植时，有时在土壤表面有植物的有限面积内不具疏水性是有效的。对此实际方法包括在纸盒中生长的栽种秧苗。
本发明一方面涉及人工保水土壤结构，该结构具有在含水份保持剂的土壤上的疏水颗粒的疏水层，和在界面没有水份保持剂的土壤层。含有水份保持剂的土壤层不与其上的疏水层(在指向土壤表面的方向)接触是人工水份保持剂的一个方面。
本发明的这个方面应根据每种应用确定。例如，当在本发明人工水份保持土壤结构上生长植物时，可采用适合于本发明范围内的单种植物特性的最适宜土壤结构。
根据水份保持和水份保持剂的实用性，本发明优选使用具有保水性的高分子量化合物。高分子量化合物既可是天然的也可是合成的聚合物。当使用这种聚合物时，抗酶的聚合物如纤维素是优选的。而经分解产生毒性物质的聚合物则不可取。不破坏土壤环境的聚合物是优选的。按照这些条件，纤维素衍生物，胶砂(gumsand),PVA,丙烯酸型吸收聚合物等是优选的。尤其当本发明被用于很干燥的沙漠区域等时。使用含所述水分吸收聚合物的人工水份保持土壤结构是优选的，该聚合物具有良好的水份保持性，可吸收比其自重高几百倍的水。
在本发明人工水份保持土壤结构的疏水层上放一层附加土壤层的优点在于，该土壤层防止由风等造成的疏水颗粒的流失，也防止日光等等引起的降解，于是赋予构成疏水层的疏水颗粒极好的耐久性。
人工水份保持土壤结构的一个实施方案是在疏水层上有不含水份保持剂的土壤层。例如，在疏水层上放5-500mm厚的砂子或垃圾的土壤层，从而使疏水层免于目光的降解和/或风的散失，因此，在有强日光和/或风的区域，采用本发明的实施方案将长期保持其效果而不降解。
在疏水层上有非织造织物的人工土壤结构还具有的优点是，没有发生由于在疏水层上的层中渗入非疏水颗粒而导致疏水层疏水性降低。
制造包含本发明人工土壤结构(也指人工水份保持土壤结构)的结构可如此进行，例如，将指定区域的土地挖掘到指定的深度，然后，在该地区人工埋置如上所述的人工土壤结构，于是人工形成了一层具有一层或多层疏水层的结构，该疏水层实质上包含土壤中的疏水颗粒。埋置人工土壤结构可以以埋置任何厚度的疏水颗粒的疏水层代替原有层。可丢弃构成剩余土壤的层，例如类似于外层天然层，或者也可埋置上述的水份保持层以完成人工土壤结构。根据应用确定疏水层的厚度。
将指定区域的土地挖掘到指定的深度足已，然后在其上埋置任意厚度的疏水颗粒的疏水层。构成剩余土壤的层可为例如类似于外层天然层。
为了埋置任意厚度的疏水颗粒的疏水层，在工地铺设疏水颗粒就可以了。如同混凝土的例子，可将砂子和防水剂在工地采用类似混凝土混合器的混合搅拌器进行混合，然后铺到挖掘了的区域。也可以由防水剂厂派出搅拌机汽车，将经防水剂处理的砂子装上汽车运到工地。还可以在工厂将经防水剂处理的砂子装到立方容器或袋中，然后，将它们一个靠着一个铺设到挖掘的区域中。可使用乳状液喷洒法得到含防水剂的疏水颗粒。
本方法使得疏水层厚度的配置精确且容易。用构成层的其它土壤如水分保持颗粒和化肥装入容器并埋置它们，可容易地获得的要求的任何范围(区域)的人工土壤结构。
本发明对人工土壤结构的尺寸没有特别的限定，根据其应用，可建成任何目标区域和厚度。可以在工厂将包含本发明疏水层的整块人工土壤结构装入到规定高度的大容器中，然后简单地将它们置入指定的挖掘好的区域上，其区域高度与所述容器的高度相同。本发明还使得设计的本发明的土壤结构省去了挖掘土地的过程，且将本发明的人工土壤结构铺在有限的土地区域上，以便在地表面上人工形成新的实质上具有疏水层的层结构。必要时，还可用园罩封闭人工土壤结构制成的某些土地区域，形成适于农作物的人工生长环境，它是人工土壤结构和具有人工气氛的外在环境的结合。
正如上文所述，本发明可通过采用不同的因素抑制水分以任何速率从目标土壤中蒸发，这些不同因素如水份保持剂和亲水颗粒的类型、土壤的特性，含水份保持剂的土壤层的厚度和疏水层的厚度，与外在环境的各种结合，因而，控制了土壤结构的水份含量，提供了控制土壤水份含量的新的有用的方法。
在本发明中，将上述的疏水颗粒的疏水层提供到土壤中。这样所具有的优点是，当与疏水层设置在土壤表面的情形比较时，含疏水层的疏水颗粒更耐用，这是因为它们在土壤中被保护。此外，由于土壤中的疏水颗粒防止了由于风造成的疏水颗粒的流失，这个实施方案具有的优点是组成土壤结构的疏水层本身稳定，有使土壤中的疏水层变薄的能力，因为可防止疏水颗粒流失。
本发明将结合附图作更详细的解释。
图1的曲线示出实施例1，实施例2和比较实施例1的水份蒸发进度。
图2的曲线示出实施例3，实施例4和比较实施例2的水份蒸发进度。
图3的曲线示出实施例5和比较实施例1的水份蒸发进度。
图4图示说明番茄秧苗生长试验方法以证实实施例15的效果。
人工土壤结构
在人工土壤结构中，实质上由疏水颗粒组成的层位于地表面之下，即位于土壤的顶表面之下。在这种情况下，疏水层不受到风和阳光的干扰，于是得到了保护。在优选的实施方案中，疏水层位于地下水水平之上，但低于或齐或高于值物根部的土壤中。在人工土壤结构的另一个优选实施方案中，疏水层可在低于土壤表面5～100cm之间。当疏水层位于植物的根部以下时，其深度优选为位于土壤表面之下40～80cm。当疏水层齐或高于植物的根时，其深度优选为位于土壤表面之下的5～40cm。疏水层的深度是从疏水层的上面到土壤的上表面测定的。
在本发明的另一个优选的实施方案中，疏水层的厚度可至少约为疏水层中疏水颗粒的3-5倍。在本发明的另一个优选的实施方案中，疏水层的厚度约为1～5cm，更优选为2～4cm
按照本发明的一个方面，在含疏水层的人工土壤结构中可任意使用水份保持剂或层。某些类型的土壤保持了水防。如果土壤中包含高比例的砂子，即砂质土壤，于是水份保持，在疏水层上的层中有水份保持剂是优选的。当将水施到土壤表面时，一些水将保留在疏水层上的土壤中，这是因为疏水层缓慢地使水通过并排放到土壤中。该实施方案对于大的植物栽培，特别是在大面积沙漠或大面积无遮蔽的平原中使用时大量盆栽是优选的。
当植物的根位于疏水层上时，例如，采用细土壤或水份保持剂使该层与根部齐平以具有水份保持性，这是比较好的。
当种植植物的盒插入疏水层时，由地表面提供的水通过盒到达疏水层下面。结果，疏水层下的水不容易通过疏水层到达表面并蒸发。因此，水就连续地供给植物的根部。人工水份保持土壤结构
在人工水份保持土壤结构的优选实施方案中，疏水层位于土壤表面下约5～50cm，更优选为10～20cm。疏水层的厚度可为疏水层中平均疏水颗粒粒度的3～5倍。
在另一个优选的实施方案中，疏水层的厚度约为1～5cm。更优选为2～4cm。因此，在本发明的土壤结构中，在其表面上植物的根可通过疏水层到达水份保持层。该实施方案在沙漠或干燥地区等用于大量的盆栽是优选的。盆插入疏水层以便盆中植物的根可到达水份保持层。由表面提供的水可渗透盆，也易于到达水份保持层。该盆可为纸盆或塑料盆，在侧面和底部具有渗透孔。水份保持层可含水份保持剂，如泥煤或细土壤等。在水份保持层之下可任意设置第二疏水层。于是，可进行大的盆栽。
上述人工土壤结构和人工水份保持土壤结构的实施方案在用于预防土地沙漠化的方法中是优选的。
实例
下面，将用实施例描述本发明。但是这些实施例不是对本发明的限制。实施例1
将2.5kg 0.3％C10H21Si(cl)3/正-己烷溶液倒入10kg 4号Asano石英砂(平均粒度约为1000微米)且也倒入10kg 7号Asano石英砂(平均粒度约为100微米)中。搅拌后，将它们在室温下放置约12小时。然后，过滤后用水冲洗，将其在100℃干燥获得硅酮处理过的疏水石英砂。
将3.3cm深的4号Asano石英砂层放置到直径为10cm，深为10cm的3个玻璃容器的每一个中。将43g水倒在它们上，制成湿层。对于实施例1，在这三个玻璃容器之一的湿层上放3.3cm的经硅酮处理的4号Asano石英砂层，然后将在其顶部加2cm的4号Asano石英层，以制备实验室规模的人工土壤结构来证实本发明的效果，这称之为“试样A”。实施例2
采用经硅酮处理的的7号Asano石英砂代替实施例1中使用的经硅酮处理的10号Asano石英砂，按实施例1放经硅酮处理的4号Asano石英砂的相同方式放3、3cm的疏水层，然后将2cm的4号Asano石英砂层加到它的上面。将这个人工土壤结构称这为“试样B”。比较实施例1
用未用硅酮处理的4号Asano石英砂代替实施例1和实施例2中经硅酮处理的的Asano石英砂，将其铺成5.3cm没有疏水层的Asano石英砂层。将该人工土壤结构称这为“试样C”。
将实施例1和2和比较实施例1的试样A、B和C分别在30℃的室温下放置，测定其每个试样的重量变化(水份蒸发)。测量结果示于图1的曲线中。曲线表明了，与比较实施例的人工土壤结构比较，实施例的人工土壤结构更大程度地抑制和控制了水份的蒸发。实施例3
按实施例1的同样方式制备人工土壤结构，除了用聚甲基硅倍半氧烷(粒度：800微米)一种粒状CH3SiCl3水解产物代替硅酮处理砂子之外，按实施例1完全相同的方式测定重量变化。将该人工土壤结构称这之“试样D”。实施例4
以如实例1的相同方式制备人造土壤结构，除了用聚甲基硅倍半氧烷(粒度100微米)，一种颗粒状的C3SiCl3水解产物代替硅酮处理的砂子之外。按实施例1完全相同的方式测量其重量变化。该人工土壤结构称之为“试样E”。比较例2
用未经硅酮处理的7号Asano石英砂代替例3和4经硅酮处理的的Asano石英砂，将其铺成5.3cm的没有疏水层的Asano石英砂层。将该人工土壤结构称之为“试样F”。
图2中的曲线示出每个实施例以及比较实施例2的重量变化(水份蒸发)测定结果。该曲线表明，与比较实施例的人工土壤结构相比，实施例3和4的人工土壤结构更大程度地抑制和控制了水份的蒸发。实施例5
按实施例1的同样方式制备人工土壤结构，除了使用
a)0.5％HO-Si(ONa)(CH3)-[OSi(ONa)CH3]n-OH的二甲苯溶液(n:0,1和2的混合物)，
b)0.5％(CH3)SiNH-Si(CH3)3的二甲苯溶液，和
c)0.5％CH3Si(OCH3)3(Shin-Etsu化学有限公司，生产的商品名为KC-89的产品)的部分水解产物的二甲苯溶液。将试样a),b)和c)分别称之为G,H和I，并放置在30℃的室温下，测定每个试样的重量变化(水份蒸发)。测量结果示于图3的曲线所示。该曲线表明，G和I的结果几乎是相同的，与比较实施例C的人工土壤结构比较，这些实施例中有两人工土壤结构更大程度地抑制和控制了水份蒸发。实施例6
准备硅酮型防水剂(Shin-Etsu化学有限公司，生产的商品名为Polon-MR的产品)和氟型防水剂(ASAHI GLASS有限公司，生产的商品称为AG710产品)。
将1kg 7号石英砂倒入5l的灰浆搅拌器中，将80g含2.5％固态的上述硅酮型或氟型防水剂的防水剂液体滴加到石英砂中，将石英砂在150℃下干燥2小时，这样，就获得了以石英砂为基料的含0.2％防水剂的防水砂。
接着，将40g水倒入4号石英砂中制备湿层，然后将75g和150g的硅酮型或氟型防水砂放在湿层上以制备土壤结构。将土壤结构置于40℃的热空气循环干燥器中老化。老化后，测定从土壤结构蒸发水份的量变化，并比较彼此间的水份迁移量。结果示于表1。
表1
水份保持砂 砂子量     蒸发水量的变化
0小时 48小时 70小时 110小时
硅酮型防水砂 75g 0 -8.2 -12.0 -18.9
   150g     0     -4.5     -6.6     -10.3
氟型防水砂     75g     0     -8.3     -12.1     -19.0
    150g     0     -4.6     -6.7     -10.6
正如表1所表明的，硅酮型防水砂和氟型防水砂在通过防水砂层的水份蒸发量方面没有差别，由两种防水砂可获得相同的效果。实施例7
将实施例6得到的硅酮型防水砂和氟型防水砂用PH4,PH7或PH10的标准流体浸湿，在50℃下长时间老化。测定这些砂子的防水能力以分析其使用寿命。结果示于表2。在表2中，A至E表示如下：
A：在60％甲醇中有防水能力
B：在40％甲醇中有防水能力
C：在20％甲醇中有防水能力
D：在水中有防水能力
E：在水中没有防水能力
表2
    水份保持砂 PH     防水能力的变化
160小时 500小时 100小时
    硅酮型防水剂     4     C     D     D
    7     A     A     B
    10     D     E     E
    氟型防水砂     4     A     A     A
    7     A     A     A
    10     A     A     A
正如表2所表示的，与采用硅酮型防水剂的防水砂比较，除了在中性中之外，采用氟型防水剂的防水砂具有长寿命的防水能力的优点。
上述实施例证明，本发明的人工土壤结构能够控制土壤中的水份含量，当增大规模时，能够在总体环境水平上改善土壤结构。实施例8
将2.0wt％水份保持剂Acryhope(得自Nippon ShokubaiKagaku Kogyo有限公司，)(具有作为主要组份的高分子丙烯酸钠)充分地与4号Asano石英砂(平均粒度为1000微米)混合，得到含水份保持剂的土壤。然后，将2.5kg0.3％C10H21Si(Cl)3/正己烷溶液倒入10kg 4号Asano石英砂(平均粒度为1000微米)中，且还倒入10kg 7号Asano石英砂中(平均粒度为100微米)。搅拌后，将它们在室温下放置约12小时。然后，过滤并用水冲洗，将其在100℃下干燥得到由疏水颗粒组成的经硅酮处理的的疏水石英砂。
将10cm的含上述水份保持剂的土壤层放置到直径为10cm，深为30cm的玻璃容器中，将3.3cm的上述经硅酮处理的的4号Asano石英砂铺在含水份保持剂的层上，再在其上铺2cm的4号Asano石英层，于是建立了实验室规模的人工水份保持土壤结构以证实本发明的效果。实施例9
将2.0wt％的水份保持剂Acryhope(得自NipponShokubai Kagaku Kogyo有限公司，)(具有作为主要组份的高分子丙烯酸钠)充分地与7号Asano石英砂(平均粒度为100微米)混合，得到含水份保持剂的土壤。然后，将2.5kg 0.3％C10H21Si(Cl)3/正己烷溶液倒入10kg 4号Asano石英砂(平均粒度为1000微米)中，且也倒入10kg 7号Asano石英砂(平均粒度为100微米)中。摇动后，将其在室温下放置约12小时。然后过滤，用水冲洗，将其在100℃下干燥，得到由疏水颗粒组成的经硅酮处理的的疏水石英砂。
将10cm含上述水份保持剂的土壤层放入直径为10cm，深度为30cm的玻璃容器中，将3.3cm上述获得的经硅酮处理的7号Asano石英砂层放在含该水份保持剂的层上，再在其上面铺置2cm的7号Asano石英砂层，于是建立了实验室规模的人工水份保持土壤结构以证实本发明的效果。比较实施例3采用未经硅酮处理的4号Asano石英砂代替实施例8和9中的经硅酮处理的Asano石英砂，制备人工水份保持土壤结构。
将50cc的蒸馏水倒入实施例8，实施例9和比较实施例3的每个水份保持层中。水份被保持在含土壤层的每种水份保持剂中。将它们置于35℃的室温下，测定其重量变化。结果表明本发明实施例的人工水份保持土壤结构抑制水份蒸发比比较实施例的人工水份保持土壤结构的更好。实施例10
将3.0wt％的水份保持剂Acryhope(得自Nippon ShokubaiKagaku Kogyo有限公司)(具有作为主要组份的高分子丙烯酸钠)充分地与4号Asano石英砂(平均粒度为1000微米)混合，得到含水份保持剂的土壤。然后，将聚甲基硅半氧烷(粒度为800微米)CH3SiCl3的粒状水解产物用作为含疏水层的疏水颗粒。
将10cm的含上述水份保持剂的土壤层放到直径为10cm，深度为30cm的玻璃容器中，将3.3cm的4号Asano石英砂层铺在含水份保持剂的层上，再在其上铺置2cm的聚甲基硅半氧烷疏水层的层，然后在其上最后铺置2cm7号Asano石英砂层，于是，建立了实验室规模的人工水份保持土壤结构，以证实本发明这个实施方案的效果。实施例11
将5.0wt％的水份保持剂Acryhope(得自Nippon ShokubaiKagaku Kogyo有限公司)(具有作为主要组份的高分子丙烯酸钠)充分地与7号Asano石英砂(平均粒度为100微米)混合，得到含水份保持剂的土壤。
然后将聚甲基硅倍半氧烷(粒度为800微米)，粒状CH3SiCl3水解产物，用作为含疏水层的疏水颗粒。
将10cm含上述水份保持剂的土壤层放入直径为10cm，深度为30cm的玻璃容器中，将3.3cm的7号Asano石英砂层铺在含该水份保持剂的层上，然后，在其上面铺2cm的聚甲基硅倍半氧烷的疏水层。再在其上面铺3.3cm的7号Asano石英砂层，于是建立了实验室规模的人工水份保持土壤结构，以证实本发明该实施方案的效果。实施例12
将2.0wt％的水份保持剂Acryhope(得自NipponShokubai Kagahu Kogyo有限公司，)(具有作为主要组份的丙烯酸钠)充分地与4号Asano石英砂(平均粒度为1000微米)混合，得到含水份保持剂的土壤。然后，将2.5kg 0.3％HO-Si(ONa)(CH3)-[OSi(ONa)CH3]-OH/正己烷溶液倒入10kg 4号Asano石英砂(平均粒度为1000微米)中，且也倒入10kg 7号Asano石英砂(平均粒度为100微米)中，摇动后，将它们在室温下放置约12小时。再过滤，用水冲洗，将它们在100℃下干燥，得到由疏水颗粒组成的经硅酮处理的的石英砂。
将10cm含上述水份保持剂的土壤层放入直径为10cm，深度为30cm的玻璃容器中，将3.3cm上述得到的经硅酮处理的4号Asano石英砂层铺在含该水附保持剂的层上，再在其上面铺2cm的4号Asano石英砂层，于是，建立了实验室规模的人工水份保持土壤结构，以证实本发明的效果。比较实施例4
由7号Asano石英砂代替实施例11、实施例12由聚甲基硅倍半氧烷制成的疏水层制备人工水份保持土壤结构。
将100cc的蒸馏水例入实施例10，实施例11，实施例12和比较实施例4中，且被保持在含土壤层的每种水份保持剖中。然后，将它们放在38℃的室温下，测定其重量变化(水份蒸发量)。结果表明本发明实施例的人工水份保持土壤结构抑制水份蒸发比比较实施例的人工水份保持土壤结构更好。
上述实施例表明，与通过将水份保持剂与土壤混合制备的人工水份保持土壤结构进行比较，本发明的人工水份保持土壤结构，能更好地控制土壤中的水份蒸发。如果增加总环境水平的规模，本发明将可能改善干区域如沙漠的土壤结构，以便长期的保持土壤的水份保持性，使土壤结构更适于庄稼生长。实施例13
将10cm 4号Asano石英砂层放入聚苯乙烯泡沫盒中。在其表面放上10cm含实施例8的水份保持剂层，再在其上铺置3cm实施例8疏水层的层。在其上面铺2cm的4号Asano石英砂。这样，将棉花秧种植到直径为10cm，深度为10cm的装有冲积土的纸盒中。将棉花秧的纸盒以使纸盒底部到达含土壤层的水份保持剂的方式设置。在35℃的室温下，每周用40gr/m2的水喷洒，棉花满意地生长。作为比较实施例，将纸盒中的棉花种以同样的方式，在实施例13的相同条件下种植，只是铺3cm的Asano石英砂层代替所述的疏水层，棉花不生长。实施例14
将136g 7号砂倒进200ml的烧杯中，使砂层厚达到约30mm。向杯内倒入水直到水到达砂的上表面。将136g由经0.5％硅酮化合物KL3103(得自Shin-Etsu化学有限公司，)处理的7号砂组成的防水砂置在含水的砂上，还要在其上面铺置136g7号砂形成3层土壤结构。将该烧杯在38℃下放置20小时后，每小时平均蒸发水份0.033g/小时。比较实施例5
按实施例14相同的条件形成土壤结构，除了采用未经处理的7号砂代替所述的防水砂，按与实施例14相同的条件放置。结果，放置20小时后，每小时平均水份蒸发为0.54g/小时。
正如以上结果所示的，实施例14的土壤结构的水份蒸发仅为比较实施例5的1/10或更少，这表明显著的抑制土壤中水份蒸发的能力。实施例15
正如图4所示，将腐植土置于500mm深的聚苯乙烯泡沫盒10中形成200mm的腐植土层11。在其上面铺置按实施例14经相同防水剂处理的4号砂，形成50mm厚的防水层12，然后，再在其上面置未经处理的砂，形成50mm砂层13，于是形成3层土壤结构。将土壤22置入50mm直径的塑料盒20中，在盒的底面和侧面部分有金属网21，在该土壤中种植番茄秧23。将塑料盒中的番茄秧23以使金属网进入腐值土层11达10mm深的方式种植。将温度保持在30℃，每周喷洒一次21/m3的水比较实施例6
按实施例15的相同条件形成3层土壤结构，除了采用未经处理的普通砂代替所述的防水砂，按实施例15同样的方式种植番茄，进行实验。
比较实施例6的番茄秧因水份不充足而死亡，而实施例15的秧50天后仍能满意地生长。由此证明类似实施例15的土壤结构对绿化土地是非常有效的。
尽管为了完全和清楚公开起见，用具体的实施方案描述了本发明，但是其权利要求不受其限制，而只是具体化，对于本专业领域熟练的技术人员来说，所有的修改和替换结构都公正地落在前面所述的基本技术内容的范围内。

Claims (15)

1．一种预防土地沙漠化的方法，它包括以下的步骤，
在离地表面一定深度的土壤中，设置一层或多层疏水层，所述疏水层由疏水性颗粒组成；
在离地表面一定深度的的土壤中且位于所述疏水层的上面，设置一种非疏水层，借此控制所述土壤中水份的含量，所述非疏水层含有水份保持剂，
所述一定深度是指土壤中地下水的水平线之上和植物根部之下的部分。
2．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述疏水性颗粒的颗粒大小为2000微米或小于2000微米。
3．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述疏水性颗粒是用防水剂处理过的砂子和/或土粒。
4．根据权利要求3所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述防水剂是硅酮类的防水剂或氟类的防水剂。
5．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，使所述非疏水层与所述疏水层互相接触。
6．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述水份保持剂是一种保水性的高分子化合物，它选自聚乙烯醇、甲基纤维素和羧甲基纤维素。
7．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述疏水性颗粒是由高分子聚合物组成，它选自有机硅酮类和聚甲基硅倍半氧烷。
8．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，将所述疏水层设置于地下水的水平线之上和植物根部之上或与其相同深度的土壤中。
9．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，将所述疏水层设置于离地表面40-80厘米深度的土壤中。
10．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，将所述疏水层设置于离地表面5-40厘米深度的土壤中。
11．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述疏水层的厚度为该疏水层中疏水性颗粒平均粒度的3-5倍。
12．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述疏水层的厚度为1-5厘米。
13．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述疏水层至少为两层，它们以互相不接触的方式设置。
14．根据权利要求13所述的预防土地沙漠化的方法，其中，所述至少两层疏水层具有不同的疏水性。
15．根据权利要求1所述的预防土地沙漠化的方法，其中，在所述疏水层上面还设置有无纺织物。
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