人工根系吸水机理及沙漠植树技术的制作方法
【专利摘要】本发明利用吸水材料构建人工根系。高吸水材料人工根系采用PVC管或混凝土管或镀锌管，管内悬挂吸水材料带，根管下端深入地下水位以下，地下水位以下采用透水筛管，以便地下水渗入管内的吸水材料，水分沿吸水材料带向上渗透、扩散、输送。从理论探讨吸水材料根管的吸水机理，提出人工根系的设计理论。建立吸水材料根管的吸水基本方程，并给出理论解，在此基础上，提出吸水材料根管的设计原则和方法。根据吸水材料根管的吸水机理提出沙漠、荒漠的植树技术。利用吸水材料根管和参有高吸水材料的保湿土堆，形成沙漠、荒漠的植树技术。
【专利说明】人工根系吸水机理及沙漠植树技术
[0001]
【技术领域】
[0002]高吸水材料研究和生产是高分子领域，高吸水材料的应用涉及到诸多领域。本专利是有关吸水材料在农业灌溉、城市绿化和林业植树，特别是沙漠植树和节水灌溉方面的应用。
【背景技术】
[0003]高吸水性材料是上世纪60年代末才发展起来的。1961年，美国农业部北方研究所L.A.Gugliemell等人通过对淀粉接枝丙烯腈的研究制备了高吸水性树脂；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树脂的合成和性能研究，并成功地实现了工业化。70年代中期，日本开展了以纤维素为原料制取高吸水材料的研究，得到了片状、粉末状和丝状的产品。80年代则提出了用放射线对各种氧化烯烃进行交联处理，合成了非离子型高吸水材料，其吸水能力为2000倍，从而打开了非离子高吸水材料的大门。1973年美国的UCC公司开始把高吸水材料应用于农业方面，接着日本和法国等国也开始了应用方面的研究。我国在这一领域起步较晚，进入80年代后才开始进行研究。
[0004]高吸水性树脂的分类:⑴淀粉系。包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等。(2)纤维素系。包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。(3)合成树脂系。包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。
[0005]由于高吸水性材料具有吸水能力强、吸水速度快和保水效果好等特点，在化工、卫生、医药、建材、农林业、电气电子、涂料等多种领域均有应用空间，目前在国内开展的相关研究较为广泛。
[0006]农林园艺及荒漠化治理高吸水性树脂不但吸水性、保水性极为优良，而且其在土壤中形成团粒结构，使土壤白天和晚上的温差缩小，同时还能吸收肥料、农药，防止肥料、农药以及水土流失，并使其缓慢释放，增强了肥料、农药的效果，并大大提高了抗旱能力。目前，高吸水性树脂在农艺园林方面的应用还非常有限，主要原因是它的成本较高，而且在土壤中的吸水能力不够，反复使用性较差。高吸水性树脂在这方面的应用还具有较大的潜力，今后应重点开发高吸水、保水并能反复使用而且成本较低的高吸水性树脂，并应进一步加强利用高吸水性树脂改良干旱贫瘠土壤，特别是改造沙漠方面的研究。
[0007]目前高吸水性树脂的应用主要是利用其保水性，作为蓄水载体在林业、农业方面进行应用。但是吸水材料的输水特性还没有得到重视和开发，本研究主要探讨吸水材料的输水特性及其应用。
【发明内容】
[0008]I高吸水材料的吸水速率及其经验公式
[0009]高吸水材料的吸水速率与吸水率有关，随着吸水率的增大，吸水速率会下降。为计算方便起见，吸水材料的吸水量与时间的关系采用经验公式表达:
[0010]w = aln (bt+1) (I)
[0011]其中a为系数，ml/g ;b为系数，t'
[0012]例如(I)交联聚丙烯酸盐吸水量与时间的关系函数为
[0013]w = 4.34039Ln(9997t+l) (2)
[0014](2)交联聚丙烯酸盐吸水量
[0015]W=L 0857361η (11Vl) (3)
[0016](3)交联聚丙烯酸盐吸水量
[0017]w = 2.605777Ln(46413t+l) (4)
[0018](4)淀粉系聚合物
[0019]w = 2.633445Ln(94.275t+l) (5)
[0020]由式可以获得吸水材料的吸水速率表达式，为此将式(I)对t求导，得:.ab
【权利要求】
1.利用吸水材料组建人工根系。高吸水材料人工根系采用PVC管或混凝土管或镀锌管，管内悬挂吸水材料带，根管下端深入地下水位以下，地下水位以下采用透水筛管，以便地下水渗入管内的吸水材料，水分沿吸水材料带向上渗透、扩散、输水。高吸水材料人工根系见专利说明书附图1。
2.吸水材料根管的输水机理。 (1)高吸水材料的吸水速率及其经验公式 高吸水材料的吸水速率与吸水率有关，随着吸水率的增大，吸水速率会下降。为计算方便起见，吸水材料的吸水量与时间的关系采用经验公式表达:w = aln(bt+1) (I) 其中a为系数，ml/g ；b为系数，t' (2)吸水速度 设吸水材料沿人工根管的分布量为m(g/m)，吸水材料的吸水率为w (ml/g)。在管中的水输速度为吸水材料沿管线的吸水速率的梯度，由式(9)，有
式中P为管中吸水材料的水输速度，m/s ；s为沿管轴的长度坐标；其余同前。 (3)吸水方程.
式中Q为人工根管的吸水流量，ml/s其余同前。 (4)吸水方程解
(5)吸水材料沿根管均匀分布时吸水方程解 如果吸水材料沿根管均匀分布，则有
3.吸水材料人工根管和植树布置设计 (1)选用最优的吸水材料 输水性能是指在满足一定输水流量的基础上，根管上(末)端的含水量尽量大、含水率闻。 (2)吸水材料用量尽量少、根管直径尽量小 在满足输水要求的条件下，尽量少用吸水材料、减小根管直径，从而降低造价。 (3)提高保水能力和蓄水量 在根管上(末)端设置保水、蓄水掺有高吸水材料的粘土湿润堆，形成保水、蓄水湿润土堆，提高水量调节能力，具体布置见专利说明书附图2。 (4)植树布置 荒漠、沙漠地区存在地下水层，深度从10~30m，由于地下水层较深，植物无法来利用自身根系吸水，利用人工吸水材料的根管植树技术，可以解决荒漠和沙漠植树灌溉问题，具体布置见专利说明书附图2所示。 (5)植树布置设计 植树布置分三层:人工吸水材料根管、蓄水保水湿润土堆和植物。植树布置主要确定合适的湿润土堆的大小和位置。根据植树的种类、数量、范围、单株的大小等因素，确定湿润土堆的范围、位置和厚度。原则上，湿润土堆位于树根的下端，确保湿润土堆上部有足够的沙土覆盖层，以防止水分蒸发。 根管采用PVC管或其他防锈并有一定抗外压管材，管内布设吸水材料带，吸水材料带固定在管顶，悬挂于管内，吸水材料带从根管上端伸入湿润土堆，长度不少于500mm，确保与湿润土堆有足够的接触面。 根管深度取决于地下水位，根管应深入地下最低水位一下I?2m。
【文档编号】A01G23/04GK104170699SQ201310189917
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】宋东辉, 宋子昀 申请人:宋东辉, 宋子昀