CN107859020A - 一种土壤水土流失自修复治理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种土壤水土流失自修复治理的方法，涉及水土流失治理技术领域，包括以下步骤：秸秆预处理：将农作物秸秆用热水浸泡，然后再经碱液浸泡处理，过滤，烘干，裁切，即得预处理后的秸秆纤维；覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂、黏土，搅拌，混合均匀，得喷施料；河岸喷施：于晴天时，采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，干燥即可。本发明中秸秆纤维作为增强材料分散在硅砂和黏土材料中，形成网络状增强网，并且硅砂和黏土与土壤之间具有良好的结合性，该覆盖料易于与土壤形成整体，有效防止土壤流失，雨水能够透过覆盖层及时渗透到土壤深层。
Description
技术领域
本发明涉及水土流失治理技术领域，具体涉及一种土壤水土流失自修复治理的方法。
背景技术
水与土是人类赖以生存不可缺少的资源，目前世界上水土流失严重，已经危及人类的生存环境。因此，各国十分重视水土保持工作。水土流失是指地表土壤及母质、岩石受到水力、风力、重力和冻融等外力的作用，使之受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象，这是广义的水土流失，狭义的水土流失是特指水力侵蚀现象。
近百年来，世界各国对水土保持工作认识日益深刻，许多国家开展了有目标的水土保持工作。美国大多数小流域治理的目标是防洪和固沟，采取主要的措施是在支沟上修建小库坝，在干流上修建跌水、涵洞及护岸工程，在地面修建梯田等。日本在治理中以工程措施为主，在上游修建谷坊，在下游修筑堤坝。前苏联地域辽阔，土壤侵蚀比较严重，尤其是南部山区，泥石流危害相当普遍。在流域治理措施，尤其是植物措施和工程措施相结合方面取得一些成效。发展中国家开展流域治理工作较好的有印度、巴基斯坦、尼泊尔、泰国、印度尼西亚、阿根廷等。
我国是世界上开展水土保持较早的国家之一，早在3000多年前的西周时期，就有“平治水土”的方法。我国南方在1000多年前就采用梯田作为灌溉农田。清代农民利用泥沙打坝淤地，并对黄土高原水土流失地汰沙澄源做田。80年代以后我国的水土流失治理措施的研究进入了全面发展的阶段。小流域尺度的研究一直是资源环境研究的重点之一，在水土流失的治理中，小流域的治理更被视为中国水土保持的基本方式之一。国内外很多学者都以小流域为单位，开展土壤侵蚀的研究，并取得了可观的成果。在研究不同水土流失类型的规律的过程中，建立了各种水土流失的治理措施，可以根据治理措施本身的特性把这些治理措施分为工程措施、林草措施(或称植物措施)和耕作措施三大类。
我国土地辽阔、地形复杂，每年雨季，大量雨水容易将河岸的泥土冲入河流中，河水的自然流淌也会将两岸的泥沙代入河水中，河岸的水土大量流失造成泥沙在河床的囤积，导致河道的深度渐浅，不利于河道的疏通治理，或者是河流中的泥沙流入海洋，引起对陆地的影响。有些地区雨季易发生山洪爆发发生滑坡、泥石流等灾害，不仅毁坏了财产，而且造成严重的水土流失、破坏了生态环境，形成灾害的恶性循环。近年来，我国对整治山河采取了一些措施，河道护坡成为热点。现有的护坡方式主要采用种植植物和使用护坡砖。种植植物难以对陡坡的土壤固定，而护坡砖由于很难与土壤形成整体的连接，因此防止泥石流有限，同时阻碍了植物的自修复功能。还采取了加 高堤坝、修筑蓄水坑带等方法，投入大量的资金修建水库蓄水防洪，虽然取得了一些成效，但还没有一个花钱少、受益大， 简单易行的方法来根治水土流失的灾害。
发明内容
针对河岸、陡坡上的土壤难以固定，易发生泥石流，现有植物护坡和护坡砖护坡难以有效固定土壤的缺陷，本发明提出一种土壤水土流失自修复治理的方法，能够有效防止土壤的流失，水分能够及时渗入土壤深层，进而避免了滑坡和泥石流的发生。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种土壤水土流失自修复治理的方法，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：将农作物秸秆用热水浸泡，然后再经碱液浸泡处理，过滤，烘干，裁切，即得预处理后的秸秆纤维；所述农作物纤维为麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆的组合物；
（2）覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂、黏土，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（3）河岸喷施：于晴天时，采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，干燥即可。
本发明中将麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆的的组合物先用热水浸泡处理，能够去除表面的果胶层，然后再经碱液处理后，秸秆表面粗糙度明显增加，增加了其黏合能力，以及与其它无机材料硅砂、黏土等之间的界面结合力，且由于秸秆纤维在水中的分散性不好，因此先将秸秆纤维投入水中搅拌分散均匀，然后再加入木质素磺酸钙、硅砂和黏土，搅拌混合均匀，制得覆盖料。覆盖料中的木质素磺酸钙是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，具有很强的分散性、粘结性、螯合性，溶于水用作粘结剂；硅砂又名二氧化硅或石英砂，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物；黏土是一类层状硅酸盐，层片由硅氧四面体和铝氧八面体组成，黏土用水润湿后具有可塑性和粘性，将其与适量的水混合后形成泥团，在外力的作用下，泥团发生变形但不开裂，外力散去后，仍能保持原有形状不变。覆盖料中的各物质均匀混合，其中秸秆纤维均匀分散形成交织的网状结构，硅砂和黏土均匀分散在四周，将覆盖料喷施到河岸或陡坡的表面上，通过地表覆盖起到保护土壤的作用，其中的秸秆纤维作为增强材料分散在硅砂和黏土材料中，形成网络状增强网，并且硅砂和黏土与土壤之间具有良好的结合性，该覆盖料在土壤表面形成的覆盖层易于与土壤形成整体，且不易发生龟裂。该覆盖层一方面能够防止晴天土壤表面的尘土被风吹起、减少水分蒸发，降低风力侵蚀作用；另一方面，由于覆盖料中的硅砂具有一定的耐磨和机械强度，能够减少河岸或陡坡的地面因突降雨水对其表面土壤的冲刷，减少水土流失，且硅砂不易持水，雨水能够透过硅砂及时渗透到土壤深层，防止土壤表层因过度持水造成滑坡和泥石流发生，且水分渗透到土壤内部，能够供植物生长需要或收集储存。
优选地，所述步骤（1）中，所述农作物纤维为麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆按质量比10:5:3混合。
优选地，所述步骤（1）中，将农作物秸秆用60-70℃的热水浸泡3-5h，过滤，然后将农作物秸秆置于3％-5％的氢氧化钠溶液中于50-60℃下搅拌浸泡3-5h，过滤，烘干，裁切成长度为15-25cm、直径为0.4-1.0mm的大小，即得预处理后的秸秆纤维。将秸秆纤维裁切成一定长度和宽度大小，有利于其在水中分散，且在覆盖层中能够起到多层叠加增强的作用。
优选地，所述农作物秸秆与氢氧化钠溶液的质量体积比g/mL为1：6-10。
优选地，所述农作物秸秆置于氢氧化钠溶液中，搅拌速度为300-400r/min。
优选地，所述步骤（2）中，秸秆纤维、木质素磺酸钙、硅砂、黏土和水的质量比为7-12：5-10：17-25：14-20：20-30。
优选地，所述步骤（3）中，喷施前还包括对河岸进行修正及清理，使河岸的地表及陡坡平整，去除垃圾废弃物及杂草。
优选地，所述步骤（3）中，喷施压力为0.2-0.3MPa。
采用多次喷施覆盖，避免一次喷施过厚影响覆盖层的性能，且多次喷施能够弥补前次喷施的不足缺陷之处，因此本发明中，优选地，所述步骤（3）中，喷施包括第一次喷施和第二次喷施。
喷施的量直接反应覆盖层的厚度，覆盖层薄不能够很好起到防止水土流失的作用，太厚不仅浪费原料且雨水不易快速渗透到土壤深层，因此本发明中，优选地，所述第一次喷施的量为2.0-2.5kg/m2，第二次喷施的量为1.6-2.2kg/m2。
本发明提供了一种土壤水土流失自修复治理的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：采用农作物秸秆制备一定大小的秸秆纤维，然后与质素磺酸钙、硅砂、黏土与适量水混合均匀，使秸秆纤维均匀分散形成交织的网状，然后喷涂在河岸、陡坡处，通过地表覆盖起到保护土壤的作用，其中的秸秆纤维作为增强材料分散在硅砂和黏土材料中，形成网络状增强网，并且硅砂和黏土与土壤之间具有良好的结合性，该覆盖料在土壤表面形成的覆盖层易于与土壤形成整体，且不易发生龟裂，有效防止土壤的流失；此外，改覆盖层还具有一定的机械强度，能够减少因突降雨水对其表面土壤的冲刷造成水土流失的影响，且覆盖层具有空隙结构，雨水能够透过覆盖层及时渗透到土壤深层，防止土壤表层因过度持水造成滑坡和泥石流发生，具有很好的推广应用价值。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
本发明提出了一种土壤水土流失自修复治理的方法，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：将麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆的组合物用热水浸泡，然后再经碱液浸泡处理，过滤，烘干，裁切，即得预处理后的秸秆纤维；
（2）覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂、黏土，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（3）河岸喷施：于晴天时，采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，干燥即可。
实施例2
本发明提出了一种土壤水土流失自修复治理的方法，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：将麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆的组合物用60℃的热水浸泡3h，过滤，然后将农作物麦秸秆置于3％的氢氧化钠溶液中于50℃下搅拌浸泡3h，农作物麦秸秆与氢氧化钠溶液的质量体积比g/mL为1：6，搅拌速度为300r/min，过滤，烘干，裁切成长度为15cm、直径为0.4mm的大小，即得预处理后的秸秆纤维；
（2）覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂、黏土，其中，秸秆纤维、木质素磺酸钙、硅砂、黏土和水的质量比为7：5：17：14：20，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（3）河岸喷施：于晴天时，对河岸进行修正及清理，使河岸的地表及陡坡平整，去除垃圾废弃物及杂草，然后采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，喷施压力为0.2MPa，分二次喷施，第一次喷施的量为2.0kg/m2，第二次喷施的量为1.6kg/m2，干燥即可。
实施例3
本发明提出了一种土壤水土流失自修复治理的方法，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：将麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆的组合物用65℃的热水浸泡4h，过滤，然后将农作物麦秸秆置于4％的氢氧化钠溶液中于55℃下搅拌浸泡4h，农作物麦秸秆与氢氧化钠溶液的质量体积比g/mL为1：8，搅拌速度为350r/min，过滤，烘干，裁切成长度为20cm、直径为0.7mm的大小，即得预处理后的秸秆纤维；
（2）覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂、黏土，其中，秸秆纤维、木质素磺酸钙、硅砂、黏土和水的质量比为10：8：21：18：26，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（3）河岸喷施：于晴天时，对河岸进行修正及清理，使河岸的地表及陡坡平整，去除垃圾废弃物及杂草，然后采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，喷施压力为0.25MPa，分二次喷施，第一次喷施的量为2.3kg/m2，第二次喷施的量为1.9kg/m2，干燥即可。
实施例4
本发明提出了一种土壤水土流失自修复治理的方法，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：将麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆的组合物用70℃的热水浸泡5h，过滤，然后将农作物胡麻秸秆置于5％的氢氧化钠溶液中于60℃下搅拌浸泡5h，农作物胡麻秸秆与氢氧化钠溶液的质量体积比g/mL为1：10，搅拌速度为400r/min，过滤，烘干，裁切成长度为25cm、直径为1.0mm的大小，即得预处理后的秸秆纤维；
（2）覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂、黏土，其中，秸秆纤维、木质素磺酸钙、硅砂、黏土和水的质量比为12：10：25：20：30，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（3）河岸喷施：于晴天时，对河岸进行修正及清理，使河岸的地表及陡坡平整，去除垃圾废弃物及杂草，然后采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，喷施压力为0.3MPa，分二次喷施，第一次喷施的量为2.5kg/m2，第二次喷施的量为2.2kg/m2，干燥即可。
对比例1
一种土壤水土流失自修复治理的方法，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：将麦秸秆用65℃的热水浸泡4h，过滤，然后将农作物麦秸秆置于4％的氢氧化钠溶液中于55℃下搅拌浸泡4h，农作物麦秸秆与氢氧化钠溶液的质量体积比g/mL为1：8，搅拌速度为350r/min，过滤，烘干，裁切成长度为20cm、直径为0.7mm的大小，即得预处理后的秸秆纤维；
（2）覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂，其中，秸秆纤维、木质素磺酸钙、硅砂和水的质量比为10：8：21：26，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（3）河岸喷施：于晴天时，对河岸进行修正及清理，使河岸的地表及陡坡平整，去除垃圾废弃物及杂草，然后采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，喷施压力为0.25MPa，分二次喷施，第一次喷施的量为2.3kg/m2，第二次喷施的量为1.9kg/m2，干燥即可。
对比例2
一种土壤水土流失自修复治理的方法，包括以下步骤：
（1）覆盖料制备：将木质素磺酸钙、硅砂、黏土加入到水中，搅拌，混合均匀，其中，木质素磺酸钙、硅砂、黏土和水的质量比为8：21：18：26，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（2）河岸喷施：于晴天时，对河岸进行修正及清理，使河岸的地表及陡坡平整，去除垃圾废弃物及杂草，然后采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，喷施压力为0.25MPa，分二次喷施，第一次喷施的量为2.3kg/m2，第二次喷施的量为1.9kg/m2，干燥即可。
性能检测
选择河道陡坡，分为三段，每段3m，分别采用本发明实施例3、对比例1和对比例2中的方法进行河岸喷施，干燥后，对覆盖层进行性能检测。
耐冲刷试验：采用无石棉水泥板500×500×30mm作为试板基材，将覆盖料喷涂在上面，干燥，然后将其固定在耐洗刷仪试验台上，安装好刷子，使刷子能自然下垂，滴加0.2mL水于试板的试验区域，启动耐洗刷仪，每秒钟约0.04mL的速度滴加水，洗刷至试板中间1.5-2cm区域露出底材，冲洗干净，记下擦洗次数。
附着力试验：采用带土覆盖层500×500×30mm作为试板基材，进行切割试验，观察切割断面边缘覆盖层脱落情况，分为6级；其中，0级，切割边缘完全光滑，无一格脱落；1级，在切口的相交处有少许覆盖层剥落，但交叉切割面积受影响不能明显大于5％；2级，在切口交叉处和/或沿切口边缘有覆盖层脱落，受影响的交叉切割面积明显大于5％，但不能明显大于15％；3级，覆盖层沿切割边缘部分或全部以大碎片脱落，和/或在格子不同部位上 部分或全部剥落，受影响的交叉切割面积明显大于15％，但不能明显大于35％；4级，覆盖层沿切割边缘大碎片剥落，和/或一些方格部分或全都出现脱落， 受影响的交叉切割面积明显大于35％，但不能明显大于65％；5级，剥落的程度超过4级。
透水性试验：采用带土覆盖层100×100×50mm作为试板基材，将一直径为30mm，高100mm的玻璃通管置于试板基材上，通过玻璃通管向覆盖层加入500mL的水，记录水下落至完全渗透到试板基材上的时间。
表1 性能检测
| 样品 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 |
| 耐洗刷性/次 | 7800 | 8500 | 8250 | 5250 | 3200 |
| 渗透时间/秒 | 8 | 6 | 7 | 15 | 18 |
从表1中可以看出，采用本发明实施例2-4中的方法较对比例1-2喷施得到的覆盖层与土壤结合力强，且耐雨水冲刷，耐刷洗次数可达2倍，且需要的渗透时间少，说明本发明实施例2-4中制得的覆盖层透水性好，避免因突降雨水对其表面土壤的冲刷造成水土流失的影响。
Claims (10)
1.一种土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：将农作物秸秆用热水浸泡，然后再经碱液浸泡处理，过滤，烘干，裁切，即得预处理后的秸秆纤维；所述农作物纤维为麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆的组合物；
（2）覆盖料制备：先将秸秆纤维投入水中搅拌均匀，再加入已预先混合均匀的木质素磺酸钙、硅砂、黏土，搅拌，混合均匀，得喷施料；
（3）河岸喷施：于晴天时，采用混喷设备将覆盖料喷施在河岸地表土壤上进行固定土壤，干燥即可。
2.根据权利要求1所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，将农作物秸秆用60-70℃的热水浸泡3-5h，过滤，然后将农作物秸秆置于3％-5％的氢氧化钠溶液中于50-60℃下搅拌浸泡3-5h，过滤，烘干，裁切成长度为15-25cm、直径为0.4-1.0mm的大小，即得预处理后的秸秆纤维。
3.根据权利要求2所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述农作物纤维为麦秸秆、芝麻秸秆、胡麻秸秆按质量比10:5:3混合。
4.根据权利要求2所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述农作物秸秆与氢氧化钠溶液的质量体积比g/mL为1：6-10。
5.根据权利要求2所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述农作物秸秆置于氢氧化钠溶液中，搅拌速度为300-400r/min。
6.根据权利要求1所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，秸秆纤维、木质素磺酸钙、硅砂、黏土和水的质量比为7-12：5-10：17-25：14-20：20-30。
7.根据权利要求1所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，喷施前还包括对河岸进行修正及清理，使河岸的地表及陡坡平整，去除垃圾废弃物及杂草。
8.根据权利要求1所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，喷施压力为0.2-0.3MPa。
9.根据权利要求1所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，喷施包括第一次喷施和第二次喷施。
10.根据权利要求9所述的土壤水土流失自修复治理的方法，其特征在于，所述第一次喷施的量为2.0-2.5kg/m2，第二次喷施的量为1.6-2.2kg/m2。
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