人工根系吸水機(jī)理及沙漠植樹技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明利用吸水材料構(gòu)建人工根系。高吸水材料人工根系采用PVC管或混凝土管或鍍鋅管，管內(nèi)懸掛吸水材料帶，根管下端深入地下水位以下，地下水位以下采用透水篩管，以便地下水滲入管內(nèi)的吸水材料，水分沿吸水材料帶向上滲透、擴(kuò)散、輸送。從理論探討吸水材料根管的吸水機(jī)理，提出人工根系的設(shè)計(jì)理論。建立吸水材料根管的吸水基本方程，并給出理論解，在此基礎(chǔ)上，提出吸水材料根管的設(shè)計(jì)原則和方法。根據(jù)吸水材料根管的吸水機(jī)理提出沙漠、荒漠的植樹技術(shù)。利用吸水材料根管和參有高吸水材料的保濕土堆，形成沙漠、荒漠的植樹技術(shù)。
【專利說明】人工根系吸水機(jī)理及沙漠植樹技術(shù)
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]高吸水材料研究和生產(chǎn)是高分子領(lǐng)域，高吸水材料的應(yīng)用涉及到諸多領(lǐng)域。本專利是有關(guān)吸水材料在農(nóng)業(yè)灌溉、城市綠化和林業(yè)植樹，特別是沙漠植樹和節(jié)水灌溉方面的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0003]高吸水性材料是上世紀(jì)60年代末才發(fā)展起來的。1961年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所L.A.Gugliemell等人通過對(duì)淀粉接枝丙烯腈的研究制備了高吸水性樹脂；1966年G.F.Fanta完成了部分水解淀粉接枝丙烯腈共聚物高吸水性樹脂的合成和性能研究，并成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。70年代中期，日本開展了以纖維素為原料制取高吸水材料的研究，得到了片狀、粉末狀和絲狀的產(chǎn)品。80年代則提出了用放射線對(duì)各種氧化烯烴進(jìn)行交聯(lián)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(guó)的UCC公司開始把高吸水材料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面，接著日本和法國(guó)等國(guó)也開始了應(yīng)用方面的研究。我國(guó)在這一領(lǐng)域起步較晚，進(jìn)入80年代后才開始進(jìn)行研究。
[0004]高吸水性樹脂的分類:⑴淀粉系。包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黃原酸鹽等。(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(jī)聚合物類等。
[0005]由于高吸水性材料具有吸水能力強(qiáng)、吸水速度快和保水效果好等特點(diǎn)，在化工、衛(wèi)生、醫(yī)藥、建材、農(nóng)林業(yè)、電氣電子、涂料等多種領(lǐng)域均有應(yīng)用空間，目前在國(guó)內(nèi)開展的相關(guān)研究較為廣泛。
[0006]農(nóng)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(yōu)良，而且其在土壤中形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤白天和晚上的溫差縮小，同時(shí)還能吸收肥料、農(nóng)藥，防止肥料、農(nóng)藥以及水土流失，并使其緩慢釋放，增強(qiáng)了肥料、農(nóng)藥的效果，并大大提高了抗旱能力。目前，高吸水性樹脂在農(nóng)藝園林方面的應(yīng)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，反復(fù)使用性較差。高吸水性樹脂在這方面的應(yīng)用還具有較大的潛力，今后應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)高吸水、保水并能反復(fù)使用而且成本較低的高吸水性樹脂，并應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)利用高吸水性樹脂改良干旱貧瘠土壤，特別是改造沙漠方面的研究。
[0007]目前高吸水性樹脂的應(yīng)用主要是利用其保水性，作為蓄水載體在林業(yè)、農(nóng)業(yè)方面進(jìn)行應(yīng)用。但是吸水材料的輸水特性還沒有得到重視和開發(fā)，本研究主要探討吸水材料的輸水特性及其應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]I高吸水材料的吸水速率及其經(jīng)驗(yàn)公式
[0009]高吸水材料的吸水速率與吸水率有關(guān)，隨著吸水率的增大，吸水速率會(huì)下降。為計(jì)算方便起見，吸水材料的吸水量與時(shí)間的關(guān)系采用經(jīng)驗(yàn)公式表達(dá):
[0010]w = aln (bt+1) (I)
[0011]其中a為系數(shù)，ml/g ;b為系數(shù)，t'
[0012]例如(I)交聯(lián)聚丙烯酸鹽吸水量與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)為
[0013]w = 4.34039Ln(9997t+l) (2)
[0014](2)交聯(lián)聚丙烯酸鹽吸水量
[0015]W=L 0857361η (11Vl) (3)
[0016](3)交聯(lián)聚丙烯酸鹽吸水量
[0017]w = 2.605777Ln(46413t+l) (4)
[0018](4)淀粉系聚合物
[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(dá)式，為此將式(I)對(duì)t求導(dǎo)，得:.ab

【權(quán)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采用PVC管或混凝土管或鍍鋅管，管內(nèi)懸掛吸水材料帶，根管下端深入地下水位以下，地下水位以下采用透水篩管，以便地下水滲入管內(nèi)的吸水材料，水分沿吸水材料帶向上滲透、擴(kuò)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(jī)理。 (1)高吸水材料的吸水速率及其經(jīng)驗(yàn)公式 高吸水材料的吸水速率與吸水率有關(guān)，隨著吸水率的增大，吸水速率會(huì)下降。為計(jì)算方便起見，吸水材料的吸水量與時(shí)間的關(guān)系采用經(jīng)驗(yàn)公式表達(dá):w = aln(bt+1) (I) 其中a為系數(shù)，ml/g ；b為系數(shù)，t' (2)吸水速度 設(shè)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(zhǎng)度坐標(biāo)；其余同前。 (3)吸水方程.
式中Q為人工根管的吸水流量，ml/s其余同前。 (4)吸水方程解
(5)吸水材料沿根管均勻分布時(shí)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(shè)計(jì) (1)選用最優(yōu)的吸水材料 輸水性能是指在滿足一定輸水流量的基礎(chǔ)上，根管上(末)端的含水量盡量大、含水率聞。 (2)吸水材料用量盡量少、根管直徑盡量小 在滿足輸水要求的條件下，盡量少用吸水材料、減小根管直徑，從而降低造價(jià)。 (3)提高保水能力和蓄水量 在根管上(末)端設(shè)置保水、蓄水摻有高吸水材料的粘土濕潤(rùn)堆，形成保水、蓄水濕潤(rùn)土堆，提高水量調(diào)節(jié)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(qū)存在地下水層，深度從10~30m，由于地下水層較深，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(shù)，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(shè)計(jì) 植樹布置分三層:人工吸水材料根管、蓄水保水濕潤(rùn)土堆和植物。植樹布置主要確定合適的濕潤(rùn)土堆的大小和位置。根據(jù)植樹的種類、數(shù)量、范圍、單株的大小等因素，確定濕潤(rùn)土堆的范圍、位置和厚度。原則上，濕潤(rùn)土堆位于樹根的下端，確保濕潤(rùn)土堆上部有足夠的沙土覆蓋層，以防止水分蒸發(fā)。 根管采用PVC管或其他防銹并有一定抗外壓管材，管內(nèi)布設(shè)吸水材料帶，吸水材料帶固定在管頂，懸掛于管內(nèi)，吸水材料帶從根管上端伸入濕潤(rùn)土堆，長(zhǎng)度不少于500mm，確保與濕潤(rùn)土堆有足夠的接觸面。 根管深度取決于地下水位，根管應(yīng)深入地下最低水位一下I?2m。
【文檔編號(hào)】A01G23/04GK104170699SQ201310189917
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】宋東輝, 宋子昀 申請(qǐng)人:宋東輝, 宋子昀