使用生物聚合物的土壤穩(wěn)定和改良方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及通過(guò)使用高分子粘性生物聚合物穩(wěn)定和改良土壤的方法，促進(jìn)植 被發(fā)芽或生長(zhǎng)的土壤組成物，防止土壤侵蝕的組成物和土壤建筑材料和部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤的巖土組成，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，粒度分布、含水量、以及有機(jī)物質(zhì)含量直接影響 土壤的侵蝕[Bissonnais, 1996,"Aggregatestabilityandassessmentofsoil crustabi1ityanderodibility:I.Theoryandmethodology,'，EuropeanJournal ofSoilScience,Vol. 47,pages425-437]。目前，由于土壤侵蝕對(duì)沙漠化和氣候 變化具有直接和間接的影響，因而土壤侵蝕被認(rèn)為是嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題[Gisladottir andStocking, 2005,"Landdegradationcontrolanditsglobalenvironmental benefits,"LandDegradation&Development,Vol. 16,pages99-112]。當(dāng)前世界陸地的 1/3 正在遭受沙漠化，其伴隨著土壤侵蝕，并且沙漠化正在蔓延，每年引起1200萬(wàn)公頃的新沙 漠[UNEP(UnitedNationsEnvironmentProgramme) ,2006，"Deserts&Drylands，"TUNZA theUNEPMagazineforYouth,Vol. 4,No. 1，pages1-24]。由于土壤侵蝕造成農(nóng)田的生產(chǎn) 力的下降以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾[GisladottirandStocking, 2005，"Landdegradation controlanditsglobalenvironmentalbenefits,'，LandDegradation&Development,V ol. 16,pages99_112]，已經(jīng)迫切地需要發(fā)展能夠減少或抑制土壤侵蝕的技術(shù)。
[0003] 抑制土壤侵蝕的常規(guī)方法大多建議在土壤表面上安裝網(wǎng)狀物、網(wǎng)或類似物以阻止 外部因素（水或風(fēng)）引起侵蝕[美國(guó)專利No. 3867250 ;美國(guó)專利No. 4071400 ;以及美國(guó)專 利No. 4486120]。然而，由于從外部安裝的結(jié)構(gòu)具有時(shí)間限制性且成本高，因而其具有許多 限制。因此，最近已建議旨在通過(guò)改良土壤來(lái)提高耐侵蝕性的技術(shù)[美國(guó)專利No. 4663067 ; 美國(guó)專利No. 5860770 ;以及美國(guó)專利No. 7407993]。但是，由于這些技術(shù)取決于灌漿或噴涂 化學(xué)產(chǎn)品的方法，因而它們與環(huán)境友好前景不相關(guān)。土壤侵蝕主要?dú)w因于表面層上的生態(tài) 系統(tǒng)的破壞和盲目發(fā)展（刀耕火種耕作或放牧）的不良影響。因此，應(yīng)恢復(fù)生態(tài)環(huán)境以有 效抑制土壤侵蝕。
[0004] 此外，土壤的巖土結(jié)構(gòu)對(duì)植被的生長(zhǎng)有直接的影響。一般而言，如土壤的結(jié)構(gòu)松 散，以及土壤的含水量高，則植物的生長(zhǎng)得以改善[Passioura，1991，"Soilstructureand plantgrowth,''AustralianJournalofSoilResearch,Vol. 28,No. 6,pages717-728]。 因此，對(duì)于耕種而言，在播種之前翻耕農(nóng)田、或維持有效的灌溉系統(tǒng)是很重要的。韓國(guó)大多 數(shù)表面土壤是花崗巖殘積土（其是花崗巖風(fēng)化最終產(chǎn)品）和黃色土（也是一種花崗巖殘積 土）[Jin-YeonHwang等人，2000，"Compositionmineralsandchemicalcomponentsof Koreanyellowsoil(weatheredsoils)，'，JournalofTheMineralogicalSocietyof Korea,Vol. 13,No. 3,pages146-163]。由于主要由埃洛石組成的黃色土具有致密的土壤結(jié) 構(gòu)，因而它在過(guò)去已被用作建筑材料；然而，它已被認(rèn)為是不適合植被生長(zhǎng)。
[0005] 因此，人們對(duì)改良土壤以促進(jìn)植被生長(zhǎng)同時(shí)抑制土壤侵蝕的研究產(chǎn)生了濃厚的興 趣。

【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0006] 鑒于上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于穩(wěn)定和改良土壤的方法，使其能夠改善植被 生長(zhǎng)，同時(shí)防止土壤侵蝕并提高土壤的強(qiáng)度和耐久性。
[0007] 然而，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題不限于上述描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員從下面的描述中 可以清楚地理解本發(fā)明所要解決的其它問(wèn)題。 解決問(wèn)題的方法
[0008] 在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于穩(wěn)定和改良土壤的方法，該方法包括將 高分子粘性生物聚合物加入土壤中。
[0009] 在示例性的實(shí)施方式的第二方面中，提供了一種用于促進(jìn)植被發(fā)芽或生長(zhǎng)的土壤 組成物，該土壤組成物是通過(guò)根據(jù)該第一方面的方法生產(chǎn)的，并且該土壤組成物包括高分 子粘性生物聚合物。
[0010] 在示例性的實(shí)施方式的第三方面中，提供了一種用于防止土壤侵蝕的土壤組成 物，該土壤組成物是通過(guò)根據(jù)該第一方面的方法生產(chǎn)的，并且該土壤組成物包括高分子粘 性生物聚合物。
[0011] 在示例性的實(shí)施方式的第四方面中，提供了一種土壤建筑材料或部件，該土壤建 筑材料或部件是通過(guò)該第一方面的方法生產(chǎn)的，并且該土壤建筑材料或部件包括高分子粘 性生物聚合物。 發(fā)明的效果
[0012] 土壤的侵蝕受保留在土壤中的水、粒度分布、有機(jī)物質(zhì)含量、表面植被，以及其他 因素的影響。如從這樣的事實(shí)中所了解的，即遭受嚴(yán)重的土壤侵蝕的沙漠易受所有這些 條件的影響，為了提高土壤的耐侵蝕性，應(yīng)改良土壤本身的性質(zhì)，而不是阻擋外部因素的影 響。為此目的，需要一種未來(lái)能夠促進(jìn)植被的生長(zhǎng)，同時(shí)長(zhǎng)期保持土壤水分并增加土壤顆粒 的結(jié)合強(qiáng)度（粘合強(qiáng)度）的環(huán)境友好型方法。由于傳統(tǒng)的化學(xué)處理方法主要側(cè)重于僅僅加 強(qiáng)土壤強(qiáng)度，因而缺乏考慮構(gòu)建植被環(huán)境以抑制永久侵蝕。
[0013] 因此，本發(fā)明通過(guò)向土壤加入高分子粘性生物聚合物，除了已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了土壤的初 步穩(wěn)定之外，還在抑制中期和長(zhǎng)期侵蝕和保證耐久性方面取得了顯著的效果。
[0014] 此外，示例性的實(shí)施方式的用于穩(wěn)定和改良土壤的方法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型促 進(jìn)植被發(fā)芽或生長(zhǎng)而不依賴于基于氮或基于磷的化學(xué)肥料或人工培養(yǎng)土，并且在植被穩(wěn)定 (足夠的根錨定）之前實(shí)現(xiàn)了經(jīng)播種的土壤的物理穩(wěn)定。
[0015] 示例性的實(shí)施方式的用于穩(wěn)定和改良土壤的方法具有環(huán)境友好型優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗?持了土地的初步穩(wěn)定而且不用擔(dān)心地下水或溪流的污染或富營(yíng)養(yǎng)化，并且隨著時(shí)間的流 逝，生物聚合物會(huì)自然生物降解返回原來(lái)的土壤。因此，示例性的實(shí)施方式的用于穩(wěn)定和改 良土壤的方法被認(rèn)為能有效地用于環(huán)境友好型植被組成物領(lǐng)域，此外，也可以用于其它等 各種領(lǐng)域，例如，大型工地中的斜坡植被組成物、用于流堤和水區(qū)的綠化項(xiàng)目、道路和鐵路 的斜坡的初步穩(wěn)定、大型農(nóng)田組成物、以及屋頂和城市農(nóng)業(yè)。
[0016] 此外，本發(fā)明提供一種環(huán)境友好型生物聚合物的新用途，即將環(huán)境友好型生物聚 合物應(yīng)用到土壤穩(wěn)定和改良中，從而大大有助于生物聚合物的實(shí)際商業(yè)化。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了一次降雨模擬之后土壤樣品的圖像。左 邊、中間和右邊的樣品分別對(duì)應(yīng)于未處理的黃色土、經(jīng)黃原膠-處理過(guò)的黃色土、和經(jīng) 0 -1，3/1，6-葡聚糖-處理的黃色土。
[0018] 圖2根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了用于降雨侵蝕模擬的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的構(gòu)造。
[0019] 圖3根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了經(jīng)生物聚合物處理過(guò)的土壤的栽培試驗(yàn)的圖 像。
[0020] 圖4根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了經(jīng)生物聚合物處理過(guò)的土壤的植被生長(zhǎng)結(jié)果 的圖像。
[0021] 圖5a根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了未經(jīng)處理的黃色土和植被根系的掃描電子顯 微鏡圖像。
[0022] 圖5b根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了經(jīng)0 _葡聚糖處理過(guò)的黃色土和植物根系的 掃描電子顯微鏡圖像。
[0023] 圖5c根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了經(jīng)黃原膠處理過(guò)的黃色土和植物根系的掃描 電子顯微鏡投影圖像。
[0024] 圖6根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了通過(guò)熱處理的生物聚合物處理過(guò)程。
[0025] 圖7是根據(jù)示例性的實(shí)施方式顯示經(jīng)生物聚合物處理過(guò)的土壤（黃色土）的強(qiáng)度 測(cè)量的結(jié)果的圖。
[0026] 圖8是根據(jù)示例性的實(shí)施方式顯示經(jīng)生物聚合物處理過(guò)的土壤（砂）的強(qiáng)度測(cè)量 的結(jié)果的圖。
[0027] 圖9根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了用于在快速冷卻和水固化的條件下處理經(jīng)生 物聚合物處理過(guò)的土壤的方法。
[0028] 圖10是根據(jù)示例性的實(shí)施方式顯示經(jīng)生物聚合物處理過(guò)的土壤在快速冷卻和水 固化的條件下的特性的圖。
[0029] 圖11根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了通過(guò)使用熱凝膠化的生物聚合物制備環(huán)境友 好型土壤建筑材料的方法的示意圖。
[0030] 圖12根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了使用熱凝膠化的生物聚合物的土地處理方法 的示意圖。
[0031] 圖13根據(jù)示例性的實(shí)施方式示出了使用噴涂法的經(jīng)生物聚合物處理過(guò)的植被土 地組成物的示意圖。
[0032] 圖14是根據(jù)示例性的實(shí)施方式的使用濕式混合擴(kuò)散方法的經(jīng)生物聚合物處理過(guò) 的植被土地組成物的示意圖。
[0033] 圖15是根據(jù)示例性的實(shí)施方式的使用干式混合噴涂方法的經(jīng)生物聚合物處理過(guò) 的植被土地組成物的示意圖。
[0034] 圖16是根據(jù)示例性的實(shí)施方式的使用生物聚合物的環(huán)境友好型水區(qū)組成物的示 意圖。
[0035] 圖17是根據(jù)示例性的實(shí)施方式顯示使用生物聚合物的建筑材料的抗彎強(qiáng)度的 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性的實(shí)施方式和實(shí)施例，以便本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以容易地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的構(gòu)思。
[0037] 然而，值得注意的是，本發(fā)明并不受限于示例性的實(shí)施方式和實(shí)施例，而是可以以 各種其它方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在附圖中，為了提高附圖的清晰度，省略掉了與描述不直接相關(guān)的某 些部分，且在整個(gè)文件中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的部件。
[0038] 在整個(gè)文件中，術(shù)語(yǔ)"連接到"或"耦合到"用來(lái)指定一個(gè)元件到另一個(gè)元件的連 接或耦合，其既包括一個(gè)元件被"直接連接或直接耦合到"另一個(gè)元件的情況，又包括一個(gè) 元件經(jīng)由又一個(gè)元件被"電連接或電耦合到"另一個(gè)元件的情況。
[0039] 在整個(gè)文件中，術(shù)語(yǔ)"上"用來(lái)指定一個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)元件的位置，其既包括 一個(gè)元件鄰近于另一個(gè)元件的情況，又包括任何其它元件存在于這兩個(gè)元件之間的情況。
[0040] 在整個(gè)文件中，文件中使用的術(shù)語(yǔ)"包括或包含"（"comprisesorincludes"）和 /或"含有或包含有"（"comprisingorincluding"）是指除了所描述的部件、步驟、操作 和/或元件之外，不排除一個(gè)或多個(gè)其它部件、步驟、操作、和/或元件的存在或增加。
[0041] 在整個(gè)文件中，術(shù)語(yǔ)"大