本發(fā)明涉及通過在土壤表面上施用至少一種聚合物來進行土壤調(diào)節(jié)的方法。

土壤調(diào)節(jié)允許通過以液壓或空中方式限制元素轉(zhuǎn)移來保持土壤完整性，改善或保持土壤特性，并且保護環(huán)境和人類。這些益處通過保護聚集體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，通過限制侵蝕和消散現(xiàn)象而獲得，從而導(dǎo)致許多副作用。

術(shù)語“土壤調(diào)節(jié)”涵蓋通過水或風(fēng)路徑的侵蝕控制，松地殼的形成控制，土壤聚集體結(jié)構(gòu)的保護，水滲透和擴散控制，土壤的疏水或親水特性的改性，鈉質(zhì)和堿性土壤的恢復(fù)，水淹作物的水濁度控制，污染物的轉(zhuǎn)移控制，但不限于這些用途。

其中應(yīng)用土壤調(diào)節(jié)的技術(shù)領(lǐng)域主要是農(nóng)業(yè)，但也有林業(yè)、建筑和土木工程、礦業(yè)、水儲存和運輸、河流和三角洲對污染的防護、環(huán)境保護以及其他領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

第二次世界大戰(zhàn)后，通常使用水溶性聚合物來穩(wěn)定土壤。50年代的科學(xué)文獻描述了不同的土壤調(diào)節(jié)聚合物作為孟山都化學(xué)公司(Monsato Chemical Company)的的用途。

之后已經(jīng)描述了用以調(diào)節(jié)土壤的若干其他聚合物：

-合成聚合物：例如，丙烯酰胺的均聚物和共聚物、丙烯酸及其鹽、甲基丙烯酸及其鹽、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基甲酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸及其鹽、乙酸乙烯酯、馬來酸或環(huán)氧乙烷以及衍生物，如水解聚丙烯腈、聚乙烯醇；

-天然聚合物、天然樹膠、多糖及其衍生物：半乳甘露聚糖、瓜爾膠、角豆膠、黃原膠、阿拉伯樹膠、殼聚糖、角叉菜膠、果膠、淀粉、改性淀粉、海藻酸鹽、纖維素、纖維素衍生物(纖維素醚)、瓊脂；

-接枝聚合物：例如，淀粉-丙烯酰胺-丙烯酸酯、淀粉-丙烯腈、殼聚糖-丙烯酸共聚物。

在所有這些聚合物中，聚丙烯酰胺一直是研究的焦點，并且已經(jīng)出于其土壤調(diào)理效率、減少土壤侵蝕，提高的灌溉后水質(zhì)以及其低成本而被采用。

添加到灌溉水中的聚丙烯酰胺已被證明會顯著減少土壤侵蝕。Lentz和al.已在灌溉水(畦溝灌溉)中施用1至20ppm的聚丙烯酰胺劑量，并且以10ppm劑量控制了96％的侵蝕。對于該主題的文獻是豐富的，包括以下文章：Soil Science Society of America Journal(《美國土壤科學(xué)學(xué)會雜志》)中發(fā)表的“preventing irrigation furrow erosion with small application of polymers”(以聚合物的少量施用防止灌溉畦溝侵蝕)(1992年，第56期，第1926-1932頁)。

施用聚丙烯酰胺(PAM)減少了灌溉水或雨水中細土壤顆粒的重新分布，并且防止了土壤表面上地殼的形成。地殼形成是由堵塞土壤孔隙的土壤細粒引起的，從而導(dǎo)致形成不可滲透層，該不可滲透層限制水和空氣移動到土壤剖面中。幼苗難以突破地殼，從而限制了作物出苗?？赏ㄟ^在第一次下雨事件之前或者在種植后灌溉施用之前或期間施用聚丙烯酰胺來改善幼苗出苗。

聚丙烯酰胺將固體從灌溉水和徑流水中絮凝的能力也防止附著到土壤顆粒的營養(yǎng)物和殺蟲劑的排放。通過限制土壤、營養(yǎng)物和殺蟲劑流失的量，聚丙烯酰胺有助于改善灌溉后水質(zhì)，減小尾水的濁度，并且有助于改善排水生態(tài)系統(tǒng)的“健康狀態(tài)”。出于這些原因，聚丙烯酰胺是用于解決生產(chǎn)農(nóng)業(yè)中水質(zhì)問題的有價值的保護工具。

通過將較小的顆粒粘結(jié)在一起，聚丙烯酰胺有助于增加粒度。較大的粒度減小孔隙堵塞，增加土壤均勻性，并且增加滲透率。所有這些因素允許更好地潤濕土壤剖面并且更有效地使用水，這可能導(dǎo)致產(chǎn)率增加以及灌溉成本的降低。

水溶性聚合物具有如上所述的若干益處。然而，它們在土壤上的施用限于灌溉期，并且經(jīng)常受到在生長季節(jié)期間灌溉周期的數(shù)量的限制。目前，灌溉水是施用這些產(chǎn)品的主要方法。

如果灌溉水源是管道水，則通常使用干燥形式的聚丙烯酰胺在管道中處理水，并且使用粒狀物撒施機來施用水。將聚合物定量分配到水中，并且將水從管道抽出。

如果灌溉水是井水，則聚丙烯酰胺以乳液形式被注入井口或田間提升管處。提升管是其中水被遞送的田地中的點。在大多數(shù)情況下，井平均對總共140至200英畝供應(yīng)多個提升管。

在施用中，將水從管道和井遞送是不同的。大多數(shù)管道灌溉場景使用抽吸管的形式來將水從管道中抽出。每個管被放置在每一行或每種其他原料中。在井場景中，水被泵出“聚乙烯管(Poly pipe)”中的提升管。聚乙烯管是塑料管的較大可膨脹輥，其沿著田地的高側(cè)運行。灌水員然后在管中打孔以釋放水。孔的數(shù)量和孔的間距由目標容積原始間距確定。計算機程序通常用于確定聚乙烯管的運行中孔的尺寸和數(shù)量。

專利公布PCT/FR2014/051863描述了用以將水或溶脹性聚合物施用于土壤的土壤調(diào)節(jié)方法，該方法包括：以濃縮液體形式制備聚合物，以及將該制劑施用在圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的支撐件的表面上以便產(chǎn)生撒布到土壤的液滴。該方法允許在沒有灌溉系統(tǒng)的情況下施用土壤調(diào)節(jié)聚合物，但相關(guān)的旋轉(zhuǎn)支撐件固定在例如在拖拉機上，因此如果需要處理較大表面，則施用是耗時的。

技術(shù)問題解決

如果這些聚合物在初始灌溉期間或在下雨事件之前施用，則它們的效率更高。在灌溉是水的主要來源的情況下，通常更容易控制施用的時間安排，但是由于計量聚合物所需的時間和設(shè)備的量，這仍然是昂貴的。電并不總是可用于為泵提供動力；這降低了正確遞送聚合物的能力。聚合物通常包裝在30加侖筒或大的275加侖搬運箱中，所述筒和搬運箱在田地中難以處理，并且長期的田間儲存可降低產(chǎn)品的有效性。在降雨是水的主要來源的地區(qū)，在種植后但在下雨事件之前利用傳統(tǒng)施用裝置將PAM施用于土壤的能力幾乎是不可能的。

由于時間和設(shè)備的量，以及時的方式施用水溶性或水溶脹性聚合物仍然存在問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明意在解決前述問題。

本發(fā)明的目的是用于土壤調(diào)節(jié)的方法，該方法包括通過空中施用來將微粒形式的組合物施用于土壤，所述組合物包含至少水溶性或水溶脹性聚合物。

在下面的描述中，“微粒形式”意指粉末、小珠、片劑、球?；蛩鼈兊幕旌衔铮涑叽鐑?yōu)選地介于0.1和10毫米之間，有利地介于0.5和4毫米之間。

聚合物描述

在本發(fā)明的方法中施用的組合物包含至少水溶性或水溶脹性聚合物。

“水溶性聚合物”是當其在25℃攪拌下以50g/L濃度在水中溶解時得到?jīng)]有不溶性顆粒的溶液的聚合物。

“水溶脹性聚合物”是當將其置于25℃的水中時使溶液溶脹并變稠的聚合物。

水溶性或水溶脹性聚合物選自：

-丙烯酰胺的均聚物和共聚物、丙烯酸及其鹽、甲基丙烯酸及其鹽、丙烯腈、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸及其鹽、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基甲酰胺、乙酸乙烯酯、馬來酸或環(huán)氧乙烷以及衍生物，如水解聚丙烯腈、聚乙烯醇；

-天然聚合物、天然樹膠、多糖及其衍生物：半乳甘露聚糖、瓜爾膠、角豆膠、黃原膠、阿拉伯樹膠、殼聚糖、角叉菜膠、果膠、淀粉、改性淀粉、海藻酸鹽、纖維素、纖維素衍生物(纖維素醚)、瓊脂；

-淀粉-丙烯酰胺-丙烯酸酯、淀粉-丙烯腈、殼聚糖-丙烯酸共聚物。

對于本發(fā)明的方法，丙烯酰胺的聚合物或共聚物是最令人感興趣的。

本發(fā)明的聚合物可以是直鏈的，結(jié)構(gòu)化的或交聯(lián)的。術(shù)語結(jié)構(gòu)化聚合物表示呈支鏈、星形或梳形形式的聚合物。

支鏈聚合物通常不是具有側(cè)鏈的直鏈聚合物。交聯(lián)聚合物通常不是呈三維陣列形式的直鏈聚合物，其不溶于水，但在水中溶脹。

本發(fā)明的聚合物優(yōu)選地為陰離子的。它們的陰離子電荷含量優(yōu)選地介于5和60摩爾％之間。

可通過使單體或單體共混物以本領(lǐng)域的人員已知的常規(guī)方式通過聚合而反應(yīng)來制備水溶性或水溶脹性聚合物。

然后，可以粉末、小珠、懸浮液、反相乳液或液體的形式獲得這些聚合物。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，水溶性或水溶脹性聚合物是丙烯酰胺的均聚物或共聚物。

丙烯酰胺基聚合物通過丙烯酰胺和其他水溶性單體與選自以下家族的烯鍵式不飽和部分的聚合而獲得：

-陰離子單體。它們有利地選自具有酸性羧基部分的單體(例如：丙烯酸或甲基丙烯酸及其鹽)，具有磺酸部分的單體(例如：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)及其鹽…)。

-非離子單體。它們有利地選自甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物如N-烷基丙烯酰胺，例如N,N-二甲基丙烯酰胺或羥甲基丙烯酰胺。也可使用乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮、羥烷基(甲基)丙烯酸酯和具有烷氧基鏈的(甲基)丙烯酸酯。

-陽離子單體。它們通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方式優(yōu)選地選自二烯丙基二烷基銨鹽如二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)和二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯如二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯((M)ADAME)以及它們的酸化或季銨化形式，并且還有二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺以及它們的酸化或季銨化形式如(甲基)丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨(((M)APTAC)。

-也可使用兩性離子單體。陰離子和陽離子電荷與一個單一單體相關(guān)聯(lián)。兩性離子單體的例子：磺基甜菜堿如磺丙基二甲基銨甲基丙烯酸乙酯、磺丙基二甲基銨丙基甲基丙烯酰胺或磺丙基2-乙烯基吡啶，磷酸甜菜堿如磷酸乙基三甲基銨甲基丙烯酸乙酯，以及羧基甜菜堿。

優(yōu)選地，存在于本發(fā)明的組合物中的水溶性或水溶脹性聚合物呈粉末或小珠形式。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，聚合物是水溶性聚合物。

優(yōu)選地，水溶性聚合物的分子量高于500 000g.mol^-1，并且優(yōu)選地介于1百萬和3千萬g.mol^-1之間，并且更優(yōu)選地高于5百萬g.mol^-1。

組合物描述

在本發(fā)明的方法中，通過空中施用來施用組合物。

組合物具有微粒形式，并且包含至少一種水溶性或水溶脹性聚合物以及任選至少一種其他組分。

組合物包含優(yōu)選地介于20重量％和100重量％之間，以及優(yōu)選地介于50重量％和100重量％之間的水溶性或水溶脹性聚合物。

優(yōu)選地，水溶性和水溶脹性聚合物呈粉末或呈小珠形式。

為了改善組合物的撒布，組合物呈粉末形式，并且具有介于0.1和10毫米之間，優(yōu)選地介于0.5和4毫米之間的粒度。粒度是指根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的常規(guī)技術(shù)用激光粒度儀測量的平均直徑。用于測量平均直徑的裝置的例子是得自馬爾文儀器公司(Malvern Instruments)的Mastersizer。

組合物優(yōu)選地呈片劑或球粒形式。

為了改善土壤中的撒布和聚合物擴散，組合物包含填料或粘結(jié)劑。

填料以非限制性方式選自堿金屬硫酸鹽或氯化物鹽。

粘結(jié)劑不限于單一組分并且可包含功能組分。功能粘結(jié)劑包括殺蟲劑、肥料、尿素、無機和有機酸的各種鹽。

優(yōu)選地，組合物包含介于1重量％和80重量％之間的填料，并且更優(yōu)選地介于10重量％和50重量％之間。

優(yōu)選地，組合物包含介于1重量％和50重量％之間的粘結(jié)劑，并且更優(yōu)選地介于5重量％和30重量％之間。

組合物的其他組分可為農(nóng)業(yè)活性成分如天然殺蟲劑、具有有機磷的殺蟲劑、具有氨基甲酸酯的殺蟲劑、殺線蟲劑、具有有機氯化物的殺菌劑、具有有機磷的殺菌劑、其他殺菌劑、除草劑、殺鼠劑。

優(yōu)選地，組合物的其他組分呈粉末形式。

對于通過氣道施用組合物，組合物的堆積密度應(yīng)優(yōu)選地介于300和1000kg.m^-3之間，并且更優(yōu)選地介于300和800kg.m^-3之間。

此外，組合物中殘余水含量應(yīng)最低，以避免顆粒團聚(聚合物和其他組分)。優(yōu)選地，微粒中組合物的殘余水含量應(yīng)低于15重量％。

在優(yōu)選的實施例中，組合物是單一組分，該組分是粉末形式的水溶性或水溶脹性聚合物。

方法描述

本發(fā)明的方法包括將微粒形式的組合物空中施用到土壤。

空中施用意指通過任何空中裝置的施用，但優(yōu)選地，施用由飛機、直升機、懸掛式滑翔機、滑翔機或無人機執(zhí)行。

通過空中施用來施用具有微粒形式的組合物中的水溶性或水溶脹性聚合物的能力允許生產(chǎn)者更易于使用它們并且在施用中更加及時。該施用允許靈活性，并且減少使用這些聚合物所需的勞動力和設(shè)備的量。

為了通過飛機將組合物以微粒形式施用，將撒布機附接到空中運輸?shù)难b置上。撒布機可為提交的專利US4696991中描述的農(nóng)用化學(xué)撒布機。

為了均勻的施用，微粒組合物的施用高度優(yōu)選地低于50m，并且更優(yōu)選在20m之間。

對于每次施用，施用于土壤的組合物的量介于0.1和500kg.ha^-1之間，優(yōu)選地為1和100kg.ha^-1之間，更優(yōu)選地為10和50kg.ha^-1之間。

本發(fā)明的方法適用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、建筑和土木工程、礦業(yè)、河流和三角洲對污染的防護、環(huán)境保護、水儲存或運輸中的土壤調(diào)節(jié)。

如果空中施用涉及農(nóng)業(yè)中的土壤調(diào)節(jié)，則該施用優(yōu)選地在種植和隨后的第一次下雨事件或灌溉之間在作物田地中進行。這是土壤最不穩(wěn)定的時期。

在將組合物第一次空中施用于土壤之后，本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括額外的施用。在這種情況下，每次空中施用在前一次施用之后至少20天但不超過40天進行。

本發(fā)明的方法允許改善水溶性和水溶脹性聚合物對于土壤侵蝕的施用?？罩惺┯每杀戎暗姆椒ǜ焖俸腿菀椎貓?zhí)行。

具體實施方式

實例：聚丙烯酰胺的空中施用

通過飛機施用粉末形式的陰離子聚丙烯酰胺。水溶性聚合物是丙烯酸鈉和丙烯酰胺與30摩爾％的陰離子單體的共聚物。在施用期間使用兩批聚合物。第一批的粒度在1mm-2mm的范圍內(nèi)(堆積密度：0.660kg m^-3)，并且第二批的粒度在3mm-4mm的范圍內(nèi)(堆積密度：0.650kg m^-3)。

飛機施用高度為約20m。施用的目標率為11.2kg.ha^-1。將產(chǎn)品施用于40ha的兩個不同田地，每個田地中間處理大致16.5ha。每個田地在經(jīng)過處理和未經(jīng)處理的區(qū)域中具有濕度傳感器，以測量土壤水分滲透的量。

1-2mm產(chǎn)品的施用平均為14.5kg.ha^-1。

3-4mm產(chǎn)品的施用也是均勻的，但是由于粒度而提供了較少的覆蓋。產(chǎn)品的流動性不是問題。