CN111808615A - 一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，由如下重量份的组分混合而成：聚天门冬氨酸10‑20份，聚天门冬氨酸高吸水性树脂5‑10份，聚乙烯醇10‑20份，糊精20‑30份，褐煤或腐殖酸风化煤30‑60份，苛性碱0.5‑1.5份，分散剂0.1‑0.5份。本发明选用吸水、保水性出色的聚天门冬氨酸钠盐和聚天门冬氨酸高吸水性树脂作为最主要的基体成分，再配以同样具有较好吸水性的聚乙烯醇、糊精、褐煤或腐殖酸风化煤等制得液膜防沙治沙材料，具有出色的保水性、可降解性以及透气性。本发明为可降解材料，在进行防沙治沙时，配合工程治沙措施使用，其吸水性、保水性和透气性可提高作物的成活率，在防沙治沙材料降解后，长势旺盛根系发达的作物仍能够继续存活生长，有助于沙漠化治理。

Description

一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及其使用方法

技术领域：

本发明涉及一种防沙治沙材料及其使用方法，尤其涉及一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及其使用方法。

背景技术：

沙漠每年以4-6万平方公里的速度扩大着，沙漠化正在严重破坏着环境，危害着人类。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。

沙漠化防治的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三大类：工程治沙(机械)措施、生物治沙措施和化学治沙。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。

工程治沙费时费力费工，是一种古老的治沙措施。生物治沙是在沙漠种草植树。沙漠地区气候干旱，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漠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。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、而成树脂、而成橡胶等，也可使用一些天然有机物，如褐煤、泥炭、城市垃圾废物、秸秆、树脂等。沙漠治理的理想目标是，既能够使沙漠稳定，又能够生长植物，也就是使“沙漠变绿洲”。但是，沙漠中的沙体是离散颗粒，沙漠治理的根本困难在于，沙漠中的沙体容易移动、难以保水并存储养分。综合目前的治沙措施，人们不难发现，现有的沙漠治理方法远未从根本上解决沙漠容易移动、难以保水蓄水并存储养分这两大难题。

现有化学液膜固沙剂往往采用喷洒方法，仅能在沙体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体的流动，不能达到长治久安的目的，且其成本投入高。

高分子液膜固沙剂是化学液膜固沙剂的一种，在喷洒后，沙丘表面结皮厚度薄(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，因而不能保含养分，不能适应植物的普遍生长。高分子液膜固沙剂多是不能降解的高分子材料，造成二次环境污染。一些使用天然秸秆、和植物提取物制备的液膜，形成的膜机械强度低，容易破裂，很快就失去了固沙作用。液膜固沙剂的另一个特点是液态的，包装、运输都不方便，有效成分含量低，成本高，没有市场竞争力。

发明内容：

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料。

本发明的第二个目的在于提供一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料的使用方法。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，由如下重量份的组分混合而成：

该组分中，聚天门冬氨酸是水溶性的，吸收一定量水后就溶解成水溶液。聚天门冬氨酸高吸水性树脂是超高分子量聚天门冬氨酸净分子间部分交联，形成吸水孔洞，是一种可降解超强吸水剂。它是溶胀性质的，吸收几百倍水之后形成凝胶状态，不溶于水。

进一步的，所述聚天门冬氨酸的数均分子量大于50000。

进一步的，所述聚天门冬氨酸高吸水性树脂的吸水率在500％-700％。

进一步的，所述聚乙烯醇为室温水溶性的(PVA)。

进一步的，所述糊精为麦芽糊精，其DE值在5-10之间。

进一步的，褐煤或腐殖酸风化煤的粒度≤200目。

进一步的，所述苛性碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

进一步的，所述分散剂为聚苯乙烯磺酸钠或聚异戊二烯磺酸钠。

本发明的第二个目的由如下技术方案实施：可生物降解粉状液膜防沙治沙材料的使用方法，其包括

a液膜制备：将防沙治沙材料与水按照重量比1：(10-15)混合，按照120-200r/min的转速搅拌5-10min，过滤，得到液膜溶液；

b喷施：在沙地或沙漠中按照500-800kg/亩的用量喷施所述液膜溶液。

聚天门冬氨酸，是一种可降解的高分子，起成膜作用，该成分形成的膜吸水性强，在下雨或灌溉时，能够吸水，让雨水渗透过。

聚天门冬氨酸高吸水性树脂，是一种可降解的吸水剂，也叫保水剂。可以吸收其体积几百倍的水。当干旱时可以释放出储存的水供给植物用，当下雨时可以吸收雨水，将雨水储存起来，不被沙子渗透流失。当植物发芽和破土期间，可以保证种子发芽用水，由于它的吸水作用，使膜不太坚硬，利于嫩芽破土生长。

可溶性聚乙烯醇，起成膜作用，形成的膜强度高，对沙子附着力强。属于缓慢降解塑料材料，可保存膜的长期机械强度。少量聚乙烯醇可以降解，不会造成环境污染。

糊精是淀粉水解物，可直接溶于冷水，它具有一定吸水性和成膜性。在液膜中起保水作用和成膜作用。其成膜较软，适合种子破土生长。

褐煤(腐殖酸风化煤)中含有大量腐殖酸，腐殖酸是土壤改良剂，沙土粘结剂，还有一定的吸水作用和离子交换作用，对于保水，促进植物生长，改变沙土性质，形成团粒结构都有一定作用，褐煤或风化煤的黑色，吸收阳光作用很强，可以提高地温，促进种子发芽。

上述成分的配合起到了防风固沙作用，和保水促进植物生长作用，前期防风固沙靠形成的膜起作用，后期靠植物和膜共同起作用，最后完全靠植物起作用，可以形成对沙漠的永久治理作用。

本发明的优点：

1、本发明选用吸水、保水性出色的聚天门冬氨酸和聚天门冬氨酸高吸水性树脂作为最主要的基体成分，再配以同样具有较好吸水性的聚乙烯醇、糊精、褐煤或腐殖酸风化煤等制得液膜防沙治沙材料，具有出色的保水性、可降解性以及透气性。

2、本发明为可降解材料，在进行防沙治沙时，配合工程治沙措施使用，其优异的吸水性、保水性和透气性可提高作物的成活率，在防沙治沙材料降解后，长势旺盛根系发达的作物仍能够继续存活生长，有助于沙漠化治理。

3、本发明为固态防沙治沙材料，由于不含水分，从制备到包装和运输大大节省了人力物力，使成本显著降低，使用操作简单，固态材料运输到目的地后，加普通井水或渠水稀释，搅拌均匀即可喷洒使用。

具体实施方式：

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如下实验在阿拉善腾格里沙漠进行，实验期间，在播撒蒙古沙拐枣籽15天后降雨一次，降雨量为5-7mm。

实施例1

一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及使用方法，包括

a制备粉体：聚天门冬氨酸100kg，聚天门冬氨酸高吸水性树脂50kg，聚乙烯醇150kg，糊精250kg，氢氧化钠10kg，聚苯乙烯磺酸钠1kg，褐煤439kg，将上述原料混合均匀，得到防沙治沙粉体材料。

b液膜制备：步骤a得到的粉体与水按照1:10的重量比混合加入反应罐中，按照120r/min的搅拌速度搅拌10min，而后过滤，得到的上清液即为液膜溶液。

c播撒蒙古沙拐枣籽。

d在2亩沙地内喷洒液膜溶液1100kg。

实施例2

一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及使用方法，包括

a制备粉体：聚天门冬氨酸150kg，聚天门冬氨酸高吸水性树脂50kg，聚乙烯醇150kg，糊精300kg，氢氧化钾10kg，聚苯乙烯磺酸钠1kg，腐殖酸风化煤339kg，将上述原料混合均匀，得到防沙治沙粉体材料。

b液膜制备：步骤a得到的粉体与水按照1:12的重量比混合加入反应罐中，按照150r/min的搅拌速度搅拌7min，而后过滤，得到的上清液即为液膜溶液。

c播撒蒙古沙拐枣籽。

d在2亩沙地内喷洒液膜溶液1300kg。

实施例3

一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及使用方法，包括

a制备粉体：聚天门冬氨酸200kg，聚天门冬氨酸高吸水性树脂60kg，聚乙烯醇100kg，糊精200kg，氢氧化钠14kg，聚异戊二烯磺酸钠1kg，腐殖酸风化煤425kg，将上述原料混合均匀，得到防沙治沙粉体材料。

b液膜制备：步骤a得到的粉体与水按照1:11的重量比混合加入反应罐中，按照200r/min的搅拌速度搅拌5min，而后过滤，得到的上清液即为液膜溶液。

c播撒蒙古沙拐枣籽。

d在2亩沙地内喷洒液膜溶液1200kg。

实施例4

一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及使用方法，包括

a制备粉体：聚天门冬氨酸120kg，聚天门冬氨酸高吸水性树脂80kg，聚乙烯醇180kg，糊精200kg，氢氧化钾13kg，聚异戊二烯磺酸钠1kg，褐煤404kg，将上述原料混合均匀，得到防沙治沙粉体材料。

b液膜制备：步骤a得到的粉体与水按照1:13的重量比混合加入反应罐中，按照150r/min的搅拌速度搅拌7min，而后过滤，得到的上清液即为液膜溶液。

c播撒蒙古沙拐枣籽。

d在2亩沙地内喷洒液膜溶液1400kg。

实施例5

一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及使用方法，包括

a制备粉体：聚天门冬氨酸150kg，聚天门冬氨酸高吸水性树脂90kg，聚乙烯醇100kg，糊精250kg，氢氧化钠15kg，聚苯乙烯磺酸钠1kg，腐殖酸风化煤384kg，将上述原料混合均匀，得到防沙治沙粉体材料。

b液膜制备：步骤a得到的粉体与水按照1:12.5的重量比混合加入反应罐中，按照150r/min的搅拌速度搅拌7min，而后过滤，得到的上清液即为液膜溶液。

c播撒蒙古沙拐枣籽。

d在2亩沙地内喷洒液膜溶液1350kg。

实施例6

一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料及使用方法，包括

a制备粉体：聚天门冬氨酸100kg，聚天门冬氨酸高吸水性树脂60kg，聚乙烯醇150kg，糊精200kg，氢氧化钠14kg，聚苯乙烯磺酸钠1kg，腐殖酸风化煤455kg，将上述原料混合均匀，得到防沙治沙粉体材料。

b液膜制备：步骤a得到的粉体与水按照1:11.5的重量比混合加入反应罐中，按照150r/min的搅拌速度搅拌7min，而后过滤，得到的上清液即为液膜溶液。

c播撒蒙古沙拐枣籽。

d在2亩沙地内喷洒液膜溶液1250kg。

实施例7

该实施例作为对比例进行蒙古沙拐枣种植实验，在腾格里沙漠中播撒蒙古沙拐枣籽。

性能测试

一、吸水率测试：称取实施例1-6制得的地膜干粉1g各5组，添加至1000mL的蒸馏水中，25℃下静置1.5h，滤去剩余水分并测量剩余水分的体积X，计算吸水率均值：吸水率(ml/g)＝(500-X)mL/0.1g，结果列于表1：

二、降解周期测试：将称取实施例1-6制得的液膜溶液以1L/m²的量施洒于土壤表面，在25℃的模拟阳光下测试其降解周期，结果列于表1。

三、作物生长测试：按照实施例1-7方法播撒蒙古沙拐枣籽后，每个实施例选取0.5亩作为试验田进行试验，播撒当天在试验田洒水1次，每块试验田的洒水量控制在1t左右，2个月后计算其成活率和株高，记录于表1。

表1实施例1-6所得防沙治沙材料测试表

由表1可知，实施例1-6制得的防沙治沙材料平均吸水率均超过70-90mL/g，可见本发明制备的防沙治沙材料具有较强的吸水率。

从表1还能得到，实施例1-6制得的防沙治沙材料，其降解周期为240-290天，可见本发明制备的防沙治沙材料具有优异的降解性能，其在防沙治沙时具有无毒无害的效果。

从表1还可知，实施例1-6制得的防沙治沙材料，在使用后并在沙漠中种植作物后，其成活率相较实施例7直接在沙漠中种植作物得到了显著的提高，且株高较高，显然得益于本发明纺纱治沙材料的保水性和透气性；而且，在本防沙治沙材料降解之前，作物已经长势良好，降解后对其成活已影响不大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，由如下重量份的组分混合而成：

2.根据权利要求1所述一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，所述聚天门冬氨酸的数均分子量大于50000。

3.根据权利要求1所述一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，所述聚天门冬氨酸高吸水性树脂的吸水率在500％-700％。

4.根据权利要求1所述一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，所述聚乙烯醇为室温水溶性的(PVA)。

5.根据权利要求1所述一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，所述糊精为麦芽糊精，其DE值在5-10之间。

6.根据权利要求1所述一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，褐煤或腐殖酸风化煤的粒度≤200目。

7.根据权利要求1所述一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，所述苛性碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

8.根据权利要求1所述一种可生物降解粉状液膜防沙治沙材料，其特征在于，所述分散剂为聚苯乙烯磺酸钠或聚异戊二烯磺酸钠。

9.权利要求1-8任一所述可生物降解粉状液膜防沙治沙材料的使用方法，其特征在于，其包括

a液膜制备：将防沙治沙材料与水按照重量比1：(10-15)混合，按照120-200r/min的转速搅拌5-10min，过滤，得到液膜溶液；

b喷施：在沙地或沙漠中按照500-800kg/亩的用量喷施所述液膜溶液。