一种物理-化学-植物综合防沙治沙方法 【技术领域】
本发明涉及一种治沙防沙技术，特别是涉及一种物理-化学-植物综合防沙治沙方法。
技术背景
随着地球气候变暖，人类活动频繁，破坏日益严重，地球的荒漠化越来越影响人们的生存环境。我国是世界上荒漠化最严重的国家之一，有荒漠化土地39.3亿亩，占有陆地面积的27.3％，而且每年还在以2460KM2的速度向外扩展，使更大范围地区的环境造成灾难，彻底根除沙患成为世界各国急需解决的问题。
大面积的土地沙化是沙尘暴产生的原因，是水土流失、生态环境恶化的重要因素，人们寻找各种各样有效的办法来防沙治沙，如采用飞机播种及人工植树造林等，因为沙漠地表气温高，干燥墒情很差，播种的植物出苗率很低，植树的成活率不高，据报道，四川的阿坝洲治沙平均每亩投资600～650元，但治理沙漠的效果并不明显。在治理沙害的过程中，除种植草木外，物理固沙也是有效的手段之一，已在世界范围内广泛应用，所谓物理固沙，是用防沙墙、纤维被、地膜、草方格等物理手段挡沙或覆盖沙层，以降低大气气流对沙层直接作用的影响。我国甘肃西北沙漠研究所从80年代初用草方格在甘肃武威东作实验，并配合种植沙生植物取得一定效果。
此外，人们还采取化学的方法固沙，例如用胶结材料在沙地表面上摊铺一层具有一定强度的防护膜，以隔开气流对沙层的直接作用。前苏联在1935年就开始用乳化沥青固沙，这就是化学固沙的一种，直到70年代初，我国铁道部科学研究院西北研究所在包兰铁路沿线进行乳化沥青固沙，进行了大面积喷洒乳化沥青，并配合栽种固沙植物地实验研究，喷洒厚度为2～5毫米，但易老化，且不耐温差变化，冬脆夏软，不实用。
综上所述的治沙方法，目的是在固沙和防沙上，确切地说还停留在治表上，不能起到防沙、固沙、以及使沙漠生长草木，形成良好的生态环境，再加治沙的成本问题，没有得到广泛推广应用。发明内容
本发明的目的在于克服上述防沙治沙方法的缺陷，经发明人多年从事防沙固沙技术领域的研究开发，经长期的调查研究探索和实践，开发出一种短期见效，长期治本，成本适中，防沙、治沙、使沙漠变绿洲的快捷物理-化学-植物综合防沙治沙方法。
本发明提供的一种物理—化学—植物综合防沙治沙方法包括下列步骤：
1、将草方格原料进行水浸处理，然后于沙区就地加工制作草方格；
2、将草方格内种植草种和/或树种；
3、在种有植物的草方格上喷洒0.3-3毫米，优选为0.5-2.0毫米，更优选为1.0-1.5毫米厚的改性乳化沥青营养液保护膜，并进行监护。
按照本发明提供的一种物理-化学-植物综合防沙治沙方法中，所述草方格原料为向日葵杆、稻草、麦秸、高梁杆、棉花杆、胡麻杆、小灌木枝、芦苇等。草方格原料首先进行水浸处理，一般预浸时间为12-24小时，以便增加韧性，并提供种植植物发芽生长所需部分水份。
所述草方格要根据沙区实际情况和条件，以及草方格原料确定草方格施工方法，可以是沙地锁龙法、沙地栽秧法、埋设方格栅栏法三种方法中可选取一种对沙区最适合方法进行施工。(1)沙地锁龙法：将所选择的草方格原料捆绑成5厘米～20厘米不同直径的长龙，用小木棍或小树枝固定在沙地表面，做边长不等的矩形方格或其它形状的方格，以达到固沙的目的。(2)沙地栽秧法：将所选草方格原料的一端埋深10～15厘米，被当地大风吹不走为合适深度，另一端露出地面高度为5～20厘米，做成边长不同的矩形方格或其它形状的方格，方格的大小根据当地年平均风力大小而定，风力大方格要做小，适当埋深，反之方格可适当做大，适当浅埋。既能有效地固沙，又不能被大风吹跑为好。(3)埋设方格栅栏固沙法：这种方法的原料最好选择那些粗状的植物秸杆，如：向日葵杆、高梁杆、玉米杆、小木灌树等，截成15～100厘米长，竖直埋成方栅栏状或其它形状栅栏状，以达到防沙固沙目的。
所述种植草种和/或树种选择适合沙漠里生长、耐干旱、适应当地的气候条件，具有好的经济价值的植物，如梭梭、柠条、花棒、旱芦苇、黄毛柴、沙棘、红柳、毛条、胡杨等。
所选取的植物种子包括草子种和树木种子用温水浸泡8-16小时，使其吸足水分，用长效化肥拌种后播种。根据植物长成后的大小定好的株行距，点水点种在草方格内。
用本发明在常温下是液态的优质改性乳化沥青营养液，喷洒在制成草方格的沙面上，乳化沥青立即破乳，还原为基质沥青，形成沥青膜，它起到地膜的作用，产生较理想的水热效应能够保持沙中的水分不被蒸发，使种子发芽、生根，小草小树茁壮地长出地面。
所述改性乳化沥青营养液的制备方法为：(1)在带有搅拌配制槽中，加入40-70％(重量)的水，加热至40-70℃，然后依次加入0.3-1.8％(重量)的乳化剂，1.5-2.5％(重量)的改性剂，0.05-0.2％(重量)的微量添加剂，搅拌均匀。(2)将30-60％(重量)的沥青加热至110-170℃，完全熔化后与上述制配的溶液通过混合器一起加入胶体磨中，研磨2分钟后，制成改性乳化沥青营养液。
按照上述改性乳化沥青营养液的制备方法中，所述沥青为石油沥青及煤焦油沥青，例如随着提炼方法及用处不同，又有各种各样的规格和牌号，例如直馏沥青、氧化沥青、溶剂脱油沥青，如200#及60#道路沥青、普通道路沥青、重交道路沥青、天然沥青等，这些沥青可单独使用或二种以上复合使用，优选使用的沥青为直馏沥青、氧化沥青、溶剂脱油沥青，其质量指标为芳香烃为28-57％(重量)，饱和烃为9-19％(重量)，沥青质为6-16％(重量)，含蜡量＜2％，密度＞1的沥青，其用量为30-60％(重量)，优选为40-50％(重量)。
所述乳化剂为阳离子慢裂型、中裂型、慢裂快凝型的沥青专用乳化剂，例如木质胺如(RH-CO1)，江阴七星助剂厂提供)；烷基胺类如1631-十六烷基三甲基溴化铵、OT-十八烷基三甲基氯化铵；季胺盐类如1，3-二季铵三甲基异丙醇基2肿胺十八烷基盐酸盐；酰胺类如N-氨基乙基酰胺、烷基酰胺基多胺；咪唑啉类等，这些乳化剂可单独使用或二种以上复配使用，复配比例没有严格要求，可根据需要任选，只要选取的乳化剂加入量为0.3-1.8％(重量)，优选为0.5-1.0％(重量)。
所述改性剂为高分子热塑性弹性体，如苯乙烯-丁二烯的嵌段共聚物胶乳，其共聚物中苯乙烯-丁二烯含量分别为40-60％。合成橡胶类如氯丁胶乳(CR)，丁苯胶乳(SBR)等。热塑性树脂，如乙烯醋酸乙烯脂(EVA)胶乳，其有效含量也在40-60％等。优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳(称SBS胶乳)这些改性剂可单独使用或二种以上配合使用，其配合比没有严格要求，可任意混配，其加入量为改性乳化沥青营养液的1.5-2.5％(重量)。
所述的微量添加剂是指，如无机类稳定剂如CaCl2、MgCl2、NH4Cl、FeCl3、AlCl3等，非离子类助剂聚乙烯醇、甲基纤维素、改性淀粉、聚丙烯酸、羧甲基纤维素等。分散剂如脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠(称FES)、脱糖木质素磺酸钠(M-9、DDA-881)等。肥料，如尿素、碳酸氢铵，硝酸铵等，根据制备改性乳化沥青营养液的物料及其加入量选择微量添加剂类型及用量，微量添加剂的加入总量0.05-0.2％(重量)。
改性乳化沥青营养液的制备所用胶体磨为市售设备如型号JNRH-120的胶体磨(江苏江阴金鑫路通公司生产)。
本发明提供的物理-化学-植物综合防沙治沙方法的特点为(1)将物理固沙，化学植物治沙三者有机结合成一整体，有序进行，兼备三者特点。(2)草方格必须经过预处理，预埋沙生植物籽。(3)营养液添加高分子热塑性弹性体，增加营养保护膜抗老化性，弹性，保墒性，小草能长出来。(4)采用阳离子胺类乳化剂，乳化能力加强，营养液性能稳定，渗透能力强。(5)营养液添加木质胺类化合物，为小草生长提供生长养料。(6)喷洒改性乳化沥青营养液，当生态环境形成后，3-5年后保护薄膜风化，与土壤融为一体。(7)施工简单，喷洒效率高，成本低，便于大面积推广。(8)生产营养液的设备可移动，能在沙漠边缘就地生产，把防沙成本降到最低限度。优选实施方案
下面结合实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围并不限于实施例。改性乳化沥青营养液的制备实施例1-3和比较例1-2
实施例1：
取238.5克洁净的水，在水中加入3克慢裂木质胺RHCO1型乳化剂(江阴七星助剂厂提供)，0.25克MgCl2，0.3克脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠(FES)(上海助剂厂提供)，0.25克丙烯酸明胶，0.2克尿素，在配剂槽中搅拌均匀，然后将乳化剂水溶液升温至65℃，加入SBS胶乳7.5克(由江阴市神洲技术服务有限公司提供)混合均匀，并将乳化剂水溶液的温度保持在65℃，同时将250克直馏沥青A(其性能如表1所示)加热到135℃，和配制好的乳化剂水溶液同时加入到胶体磨中(转数4900转/分)，经胶体磨加工2分钟，就得到改性乳化沥青营养液产品，结果如表2所示。从表2可以看出，本发明所生产的改性乳化沥青营养液筛上余量仅为0.03，贮存稳定性5天为0.9，软化点高，残留延度比大，粘韧性性能好。
对比例1：
与实施例1相比，对比例1不加SBS胶乳和有关助剂。
取238.5克洁净的水，加入3克慢裂木质胺RHCO1型乳化剂，混合搅拌均匀，并把乳化剂水溶液升温至65℃，然后将258.5g的直馏沥青A加热到135℃与乳化剂水溶液同时加入胶体磨中(转数4900转/分)，2分钟后，可制得乳化沥青产品，结果见表2。
从表2可以看出，不加改性剂SBS和助剂所产生的乳化沥青，粘韧性和韧性大幅度下降，贮存稳定性差，软化点、残留延度比下降幅度大，乳化沥青的性能差，不能贮存。
对比例2：
与实施例1相比，对比例2中没有加入有关助剂，但加入了改性剂。
取238.5克洁净的水，加入3克慢裂木质胺RHCO1型乳化剂，7.5克SBS胶乳，边搅拌边加热至65℃，使乳化剂水溶液均匀为止，同时取251克直馏沥青并加热至135℃，然后将热沥青和搅拌均匀的乳化剂水溶液加入胶体磨中(转数4900转/分)，2分钟后，可制得改性乳化沥青产品，结果见表2。
从表2可以看出，加改性剂而不加助剂所产生的乳化沥青，其筛上剩余量增加，软化点、残留延度比及粘韧性明显提高，但是稳定性很差，不能贮存。
实施例2：
在配制槽中加入213.25克洁净的水，先在水中加入6克中裂乳化剂(JWRH-2M)(上海经纬化工有限责任公司提供)，边搅拌边加入0.25克NH4Cl、0.3克羧甲基纤维素、0.2克脱糖木质素磺酸钠(M-9)(由吉林开山屯化学纤维纸浆厂提供)，把乳化剂水溶液加热至65℃，这时加入10克SBS胶乳(由江阴市神洲技术服务有限公司提供)，混合均匀后待用。
取270克溶剂脱油沥青B，加热至135℃左右，完全熔化成液态后，与已配制好的乳化剂水溶液同时加入胶体磨中(转数4900转/分)，2分钟后，产生出改性乳化沥青营养液。结果见表3。
从表3可以看出，改性沥青营养液的贮存稳定性十分理想，软化点、粘韧性等比原料沥青提高很多，提高了改性乳化沥青的使用寿命，理想的筛上剩余量有利于营养液的喷洒，有利于营养膜的形成及保墒的作用。
实施例3：
在配制槽中加入199克洁净的水，先在水中加入7.5克慢裂快凝乳化剂(JWRH-MK型)(上海经纬化工有限责任公司提供)，边搅拌边加入FeCl30.2克、聚乙烯醇0.45克、DDA-881分散剂0.25克(山东荷泽化工厂提供)、碳酸氢铵0.1克，把乳化剂水溶液加热至65℃，这时加入EVA胶乳12.5克搅拌均匀后待用。
取280克氧化沥青C，同时将其加热至135℃，热沥青完全熔化后与上述混合溶液一起加入到胶体磨中(转数4900转/分)，加工2分钟后即制得改性乳化沥青营养液。结果见表3。
从表3可以看出，改性乳化沥青营养液稳定性仍然较好，粘韧性比原料沥青增加较多，有利于营养膜的形成，软化点高，残留延度比大，较小的筛上剩余量有利于喷洒。实施例4
在甘肃省武威市武长公路西部进行了用改性乳化沥青营养液防沙治沙实验，面积约660平方米，所选草方格的原料为麦秸，改性乳化沥青营养液的配制方法如实施例1。在实验的过程中，我们先把麦秸和草，树种子用温水浸泡16个小时，之后把麦秸捆绑成直径为10厘米的长龙，用小木棍、小树枝，把它们固定在沙地表面，草方格的边长为1.5米，把浸泡的旱芦苇的种子撒在草方格内的沙面上，把胡杨树种子点播在草方格边上，然后用专用的喷洒设备把改性乳化沥青营养液喷洒在草方格表面上，厚度为1毫米，一个月以后，沙层表面就长出了茂盛的小草和山树苗。现在，这些小草和小树苗都长大了，它们的根牢牢地固在沙地中，有的胡杨树有两米多高，80多毫米粗，那些喷洒在沙面上的改性乳化沥青营养液，早已同沙融化为一体，成为植物的养料，这片土地充满了生机，治沙效果十分理想。实施例5
在内蒙古腾格里沙漠，进行改性乳化沥青营养液防沙治沙实验。面积有600平方米，草方格的原料有玉米杆加麦杆，改性乳化沥青营养液的制备方法如实施例2。在实验的过程中，先把玉米杆浸泡16个小时，再截成30厘米长的段状，然后把它们埋成草方格，埋没深度为15厘米，露出地面的高度也为15厘米，方格边长为1米，然后把已浸泡16个小时的骆驼刺草种子和柠条树种子分别撒在草方格内的沙面上和草方格边上，把配制好的改性乳化沥青营养液用专用设备喷洒在草方格内的沙面上，厚度为1毫米，一个月之后，就长出了青青的小草和树苗，现在这些骆驼刺长得一片绿油油的。那些柠条树有的高达两米，有100多毫米粗，其改性乳化沥青营养液，随着风吹日晒及小草小树的发育生长，早已同沙层融为一体，治沙效果同样十分理想。实施例6
在甘肃青源水管所农林场也进行了改性乳化沥青营养液的防沙治沙实验，面积近1200平方米，所选用的草方格原料为胡麻杆加麦杆，选用的改性乳化营养液的制备方法如实施例3。实验时，先把稻草秸在水中浸泡16个小时，然后用沙地栽秧法把稻草埋没15厘米，露出地面10厘米以上，并成草方格状，把旱芦苇种子浸泡16个小时后，撒在草方格内的沙面上，胡杨种子浸泡同样的时间撮在稻草的两侧，把制备好的改性乳化沥青营养液用专用设备喷洒在草方格内的沙面上，厚度为1毫米。一个月以后就长出了绿绿的小草和树苗，目前这些旱芦苇长势良好，胡杨树高达两米，粗100多毫米，营养液也融进了沙土里，成了植物优质的营养成分。
综合实例中的防沙治沙方法，我们可以看到，使用改性乳化沥青营养液可以起到从根本上治沙的目的，其投资少、见效快、固沙效果优良，是一个根治沙患的好方法。
表1 沥青 A B C 直馏沥青 溶剂脱油沥青 氧化沥青 密度(20℃)克/厘米3 1.0078 1.0084 1.0141 运动粘度(100℃)毫米2/秒 1673.1 2482.6 2831.9 粘度(135℃)厘泊 298 389 491 残炭％(重量) 21.2 20.9 21.8 针入度(25℃)1/10毫米 104 102 101 软化点(球球法)℃ 43 44.2 45.6 延度(5℃)厘米 11 16 19 粘韧性(25℃)牛顿.米 3.69 4.20 5.11 韧性(25℃)牛顿.米 0.59 1.18 2.10 饱和份％(重量) 15.7 10.6 11.8 芳香份％(重量) 44.6 53.1 47.1 胶质 ％(重量) 31.0 24.9 27 沥青质％(重量) 7.0 9.8 12.2 含蜡量％(重量) 1.7 1.6 1.9
表2 实施例1 对比例1 对比例2 沥青A ％(重量) 50 51.7 50.2 SBS胶乳 ％(重量) 1.5 1.5 水 ％(重量) 47.7 47.7 47.7 乳化剂RHCO1型％(重量) 0.6 0.6 0.6 稳定剂MgCl2 ％(重量) 0.05 丙烯酸明胶 ％(重量) 0.05 分散剂FES ％(重量) 0.06 尿素 ％(重量) 0.04 热沥青温度 (℃) 135 135 135 乳化剂水溶液温度(℃) 65 65 65 改性乳化沥青营养液的质量指标 筛上剩余量 (％) 0.03 4 0.216 电荷 (+) (+) (+) 贮存稳定性 (24小时)％ 0.1 2.8 4 (120小时)％ 0.9 9 12 沥青标准粘度计C25，3(S) 18 9 16 蒸发残留物含量 ％ 52 49.2 50 低温贮存稳定度(-5℃) 无粗颗粒 或结块 有少量粗颗 粒或结块 有大量粗颗 粒或结块 破乳速度 慢裂慢凝 慢裂慢凝 慢裂慢凝 蒸 发 残 留 物 性 质针入度(100克，25℃，5S)0.1毫米 96 108 98软化点(环球法)(℃) 50 42 48残留延度比(25℃，％) 95 55 88溶解度(三氯乙烯)不小于％ 99.9 98 97.8粘韧性(25℃)牛顿.米 12 1.2 8韧性(25℃)牛顿.米 8 1.2 5.8
表3 编号 实施例2 实施例3 沥青B ％(重量) 54 沥青C ％(重量) 56 SBR胶乳 ％(重量) 2.0 EVA胶乳 ％(重量) 2.5 乳化剂JWRH-2M ％(重量) 1.2 JWRH-MK ％(重量) 1.5 水 ％(重量) 42.65 39.8 稳定剂NH4Cl ％(重量) 0.05 FeCl3 ％(重量) 0.04 羧甲基纤维素 ％(重量) 0.06 聚乙烯醇 ％(重量) 0.09 分散剂脱糖木质素磺酸钠 ％(重量) 0.04 DDA-881 ％(重量) 0.05 肥料 碳酸氢铵 ％(重量) 0.02 热沥青温度 (℃) 135 135 乳化剂水溶液温度 (℃) 65 65 改性乳化沥青营养液的性质 筛上剩余量 (％) 0.02 0.015 电荷 (+) (+) 贮存稳定性 (24小时)％ 0.04 0.06 (120小时)％ 1.20 0.97 沥青标准粘度计 C25，3(S) 17 18 蒸发残留物含量 (％) 53.7 55.6 低温贮存稳定度 (-5℃)无粗颗粒或结块无粗颗粒或结块 破乳速度中裂(改性)慢裂快凝(改性)