CN114622534B - 一种防止水土流失的保水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止水土流失的保水材料及其制备方法，属于水土保持技术领域。该保水材料包括上层和下层，上层为可降解材料网，下层为反滤层，上层和下层通过粘合层连接，所述反滤层由复合无机球体组成。制备方法为：称取秸秆纤维、陶瓷、粉煤灰、有机肥、高吸水性树脂、种子和石英砂，混合造粒制备成复合无机球体；裁剪可降解材料网，在可降解材料网表层涂刷粘合层，之后将复合无机球体铺在粘合层表面，自然干燥，即可得到所述防止水土流失的保水材料。本发明的保水材料为正方形，使用时铺设拼接即可，方便快捷，适用于大面积的作业施工，并且保水材料原料来源广泛，制备过程简单，对水土流失治理具有显著的作用。

Description

一种防止水土流失的保水材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种防止水土流失的保水材料及其制备方法，属于水土保持技术领域。

背景技术

水土流失是指土壤在水的浸润和冲击作用下，其结构发生破碎和松散，坡度集中、多暴雨、地表土质疏松、植被稀少等是水土流失的自然原因，随着经济社会的发展，毁林开荒、陡坡顺坡开垦、超载过牧、盲目扩大耕地、滥砍滥伐、开发建设等不当行为是造成水土流失的人为原因。水土流失会造成土壤肥力下降，引起环境质量下降和生态平衡失调，因此，加大对水土流失的治理迫在眉睫。

目前，根据现状所采取治理水土流失的主攻方向是治理和改造坡耕地，并利用大自然的自我修复功能，完成水土保持生态自我修复。发挥生态的自我修复能力是水土保持生态建设的主要方法，通过生态的自我修复，可以促进植被恢复，改善生态环境，加快水土流失防治步伐，但是单纯依靠生态的自我修复能力来恢复植被，改善生态存在治理过程缓慢的缺点。通过人工实施土石方工程，对水土流失严重的区域，用砌护坡、挡墙，钉木桩等方法进行加固，但是其特点是见效快、效果明显，但投资、投劳大。所以，提出一种简单、易推广用于防治水土流失的新材料显得十分必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，针对水土流失严重的问题，本发明提出了一种防止水土流失的保水材料及其制备方法，通过在水土流失地区铺设该保水材料，从而达到简便、迅速改善水土流失的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种防止水土流失的保水材料，所述保水材料包括上层和下层，上层为可降解材料网，下层为反滤层，上层和下层通过粘合层连接，所述反滤层由复合无机球体组成。

进一步地，所述可降解材料网为可降解PLA网或可降解PP网，可降解材料网的网格孔径为3～5mm，厚度为0.15～1mm。

进一步地，所述粘合层为瓜尔胶、卡拉胶或魔芋胶，厚度为0.2mm。

进一步地，所述复合无机球体的粒径为0.5～1cm，其原料按重量份数计，包括：秸秆纤维15～20份、陶瓷5～18份、粉煤灰5～10份、有机肥3～6份、高吸水性树脂10～12份、种子5～8份和石英砂3～7份。

进一步地，所述秸秆纤维的长度为4～5mm，所述陶瓷和石英砂的目数为100～150目，所述有机肥为氮磷钾肥。

进一步地，所述种子为草木樨种子、羊草种子、沙生冰草种子或披碱草种子中的一种或多种，上述几种植物均为多年生草本，生长期较长，种植后主根短，侧根和须根发达，适应性广，可在各种土壤中生长，又抗旱抗寒，具有良好的生态价值。

进一步地，所述复合无机球体的用量为100～120粒/m²。

本发明还提供了一种上述的防止水土流失的保水材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按所述重量份数称取秸秆纤维、陶瓷、粉煤灰、有机肥、高吸水性树脂、种子和石英砂，混合造粒制备成复合无机球体；

(2)裁剪可降解材料网，在可降解材料网表层涂刷粘合层，之后将步骤(1)制备得到的复合无机球体按所述用量均匀的铺在粘合层表面，自然干燥，即可得到所述防止水土流失的保水材料。

进一步地，步骤(2)中，可降解材料网裁剪的形状为正方形，可根据实际情况裁剪为相应的大小。

本发明公开了以下技术效果：

1)本发明的保水材料由上层和下层组成，上层为可降解PLA网或可降解PP网，在保水材料铺设前期，该可降解材料网可以直接起到固定土壤流失的作用，而在铺设后期可以被完全降解，不会对土壤造成任何污染。下层则为复合无机球体，该球体中含有较长的秸秆纤维，经混合造粒会使球体表面形成具有抓地作用的触脚，可以增强保水材料对土壤的附着力，减少暴雨、大风造成的损害；而陶瓷、粉煤灰具有丰富的多孔结构，具有吸附土壤中水分的作用，同时可以吸附土壤中的面源污染物，使复合无机球体中的种子健康生长；高吸水性树脂一方面可以起到蓄水保水的作用，另一方面在造粒过程中，起到粘合剂的作用；另外，复合无机球体中还含有有机肥和植物种子，使保水材料发挥固定土壤水分、防治水土流失作用的同时，快速恢复水土流失地区的生态环境。粘合层为生物胶，属于高分子聚合物，具有很强的粘聚作用，能增加土壤的入渗率，防止水土流失以及具有较好的抑制土壤水分蒸发性能。

2)本发明的保水材料可以裁剪为正方形，大小可以根据具体的环境进行改变，使用过程仅通过简单的铺设拼接即可完成，速度快，方便快捷，适用于大面积的作业施工，并且保水材料原料来源广泛，制备过程简单，对水土流失治理具有显著的作用。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明实施例所用各原料均可通过市售购买得到，其中可降解材料网(可降解PLA网或可降解PP网)购买自南京国塑基础装备有限公司，瓜尔胶、卡拉胶或魔芋胶均购买自上海高瑞生物科技有限公司，种子(草木樨种子、羊草种子、沙生冰草种子和披碱草种子)购买自华盛种业，有机肥为羊粪发酵有机肥，购买自石家庄宁益科技有限公司。

本发明实施例所用倾斜式混合造粒机购买自青岛科尼乐机械设备有限公司。

以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

(1)将秸秆纤维粉碎至长度为4mm，陶瓷和石英砂研磨至目数为120目，按重量份数称取秸秆纤维18份、陶瓷12份、粉煤灰8份、有机肥5份、高吸水性树脂12份、种子(草木樨种子、羊草种子、沙生冰草种子、披碱草种子任意配比)6份和石英砂5份，混合均匀在倾斜式混合造粒机中进行造粒，制备成粒径为0.8cm的复合无机球体；

(2)取网格孔径为4mm，厚度为0.3mm的可降解PLA网或可降解PP网，裁剪成边长为1m的正方形，在可降解PLA网或可降解PP网表层涂刷一层厚度为0.2mm的粘合层瓜尔胶、卡拉胶或魔芋胶，涂刷完后立马将步骤(1)制备得到的复合无机球体均匀的铺在粘合层表面，使复合无机球体的用量为120粒/m²，自然干燥，即可得到防止水土流失的保水材料。

实施例2

(1)将秸秆纤维粉碎至长度为5mm，陶瓷和石英砂研磨至目数为150目，按重量份数称取秸秆纤维20份、陶瓷18份、粉煤灰10份、有机肥6份、高吸水性树脂12份、种子(草木樨种子、羊草种子、沙生冰草种子任意配比)5份和石英砂3份，混合均匀在倾斜式混合造粒机中进行造粒，制备成粒径为0.5cm的复合无机球体；

(2)取网格孔径为3mm，厚度为1mm的可降解PLA网或可降解PP网，裁剪成边长为1m的正方形，在可降解PLA网或可降解PP网表层涂刷一层厚度为0.2mm的粘合层瓜尔胶、卡拉胶或魔芋胶，涂刷完后立马将步骤(1)制备得到的复合无机球体均匀的铺在粘合层表面，使复合无机球体的用量为100粒/m²，自然干燥，即可得到防止水土流失的保水材料。

实施例3

(1)将秸秆纤维粉碎至长度为5mm，陶瓷和石英砂研磨至目数为100目，按重量份数称取秸秆纤维15份、陶瓷5份、粉煤灰5份、有机肥3份、高吸水性树脂12份、种子(草木樨种子、羊草种子任意配比)8份和石英砂7份，混合均匀在倾斜式混合造粒机中进行造粒，制备成粒径为1cm的复合无机球体；

(2)取网格孔径为5mm，厚度为0.15mm的可降解PLA网或可降解PP网，裁剪成边长为1m的正方形，在可降解PLA网或可降解PP网表层涂刷一层厚度为0.2mm的粘合层瓜尔胶、卡拉胶或魔芋胶，涂刷完后立马将步骤(1)制备得到的复合无机球体均匀的铺在粘合层表面，使复合无机球体的用量为110粒/m²，自然干燥，即可得到防止水土流失的保水材料。

实施例4

(1)将秸秆纤维粉碎至长度为4mm，陶瓷和石英砂研磨至目数为100目，按重量份数称取秸秆纤维15份、陶瓷15份、粉煤灰5份、有机肥4份、高吸水性树脂11份、种子(草木樨种子)8份和石英砂5份，混合均匀在倾斜式混合造粒机中进行造粒，制备成粒径为0.7cm的复合无机球体；

(2)取网格孔径为4mm，厚度为0.4mm的可降解PLA网或可降解PP网，裁剪成边长为1m的正方形，在可降解PLA网或可降解PP网表层涂刷一层厚度为0.2mm的粘合层瓜尔胶、卡拉胶或魔芋胶，涂刷完后立马将步骤(1)制备得到的复合无机球体均匀的铺在粘合层表面，使复合无机球体的用量为100粒/m²，自然干燥，即可得到防止水土流失的保水材料。

对比例1

同实施例1，按照步骤(1)制备复合无机球体，直接将复合无机球体按照120粒/m²的用量播撒。

对比例2

同实施例1，区别仅在于，将秸秆纤维粉碎至长度为0.5mm，陶瓷和石英砂研磨至目数为120目，按重量份数称取秸秆纤维10份、陶瓷20份、粉煤灰6份、有机肥8份、高吸水性树脂5份、种子(草木樨种子、羊草种子、沙生冰草种子、披碱草种子任意配比)9份和石英砂15份，混合均匀在倾斜式混合造粒机中进行造粒，制备成粒径为0.8cm的复合无机球体。

对比例3

同实施例1，区别仅在于，按重量份数称取秸秆纤维18份、陶瓷12份、粉煤灰8份、有机肥5份、高吸水性树脂12份和石英砂5份。

性能测试

2018年7月1号，以国能神东矿区排土场为对象，在堆土边坡处选取7块面积为5平方米的区域，坡比均为1:1.25，分别放置实施例1～4与对比例1～3制备得到的保水材料，在天然降雨条件下，并于2018年7月15号(降水量15.6mm)、8月1号(降水量12.4mm)和15号(降水量18.6mm)依照SL190-2007以及GB/T-30363-2013分别测定各个区域内的土壤侵蚀量和林草覆盖率，结果见表1和表2。

表1 土壤侵蚀量测定结果

表2 8月15号林草覆盖率测定结果

由表1和表2的内容我们可以看出，铺有本发明实施例制备得到的保水材料的区域在一个半月的时间内，经雨水冲刷其土壤侵蚀量明显低于对比例组，并且具有较高的林草覆盖率，说明本发明制备得到的保水材料具备更优异的防治水土流失的作用，可以快速恢复水土流失地区的生态环境。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种防止水土流失的保水材料，其特征在于，所述保水材料包括上层和下层，上层为可降解材料网，下层为反滤层，上层和下层通过粘合层连接，所述反滤层由复合无机球体组成；

所述粘合层为瓜尔胶、卡拉胶或魔芋胶；

所述复合无机球体的粒径为0.5～1cm，其原料按重量份数计，包括：秸秆纤维15～20份、陶瓷5～18份、粉煤灰5～10份、有机肥3～6份、高吸水性树脂10～12份、种子5～8份和石英砂3～7份。

2.根据权利要求1所述的防止水土流失的保水材料，其特征在于，所述可降解材料网为可降解PLA网或可降解PP网，可降解材料网的网格孔径为3～5mm。

3.根据权利要求1所述的防止水土流失的保水材料，其特征在于，所述粘合层厚度为0.2mm。

4.根据权利要求1所述的防止水土流失的保水材料，其特征在于，所述秸秆纤维的长度为4～5mm，所述陶瓷和石英砂的目数为100～150目。

5.根据权利要求1所述的防止水土流失的保水材料，其特征在于，所述种子为草木樨种子、羊草种子、沙生冰草种子或披碱草种子中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的防止水土流失的保水材料，其特征在于，所述复合无机球体的用量为100～120粒/m²。

7.一种权利要求6所述的防止水土流失的保水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按所述重量份数称取秸秆纤维、陶瓷、粉煤灰、有机肥、高吸水性树脂、种子和石英砂，混合造粒制备成复合无机球体；

(2)裁剪可降解材料网，在可降解材料网表层涂刷粘合层，之后将步骤(1)制备得到的复合无机球体按所述用量均匀的铺在粘合层表面，自然干燥，即可得到所述防止水土流失的保水材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，可降解材料网裁剪的形状为正方形。