专利名称：交换器式造林保水袋的制作方法
技术领域：
本发明是一种在一切不宜造林，或造林难以成活，或难以快速成林的地域，如荒漠化、盐漠化、石漠化地区或在干旱地区、高寒地区、瘠薄的严重水土流失的山地、公路、铁路、水利工程的沙石质边坡造林用的保水袋。
背景技术：
目前，我国已荒漠化的土地达262万平方千米，占国土总面积的27.3％。20世纪70年代我国沙化面积平均每年以1560平方千米的速度扩展，80年代发展到每年2100平方千米，90年代每年扩展到2460平方千米，到90年代后期则已达到每年3436平方千米。近年来因荒漠化造成的直接经济损失每年达540亿元，间接损失则是直接损失的2-8倍。就世界范围而言，已有约1/4的陆地面积荒漠化，近10亿人口受荒漠化的危害。其趋势还在以每年5万-7万平方千米的速度扩展。每年造成的直接经济损失约423亿美元。沙漠化的直接后果是人类的生存环境越来越恶劣。如沙尘暴频繁发生，突发灾害性气候变化越来越频繁，干旱面积不断扩大，农田沙化，草场退化，土壤贫瘠等。已严重威胁着人类生存和发展。我国防沙治沙工作取得了很大成就，局部生态环境得到了改善。到2000年底治理沙化面积已达890万公顷。但沙化“局部治理、整体恶化”的态势并没有得到有效遏制，沙化的速度远远超过绿化的速度。阻止荒漠化发展，已到了刻不容缓的地步。此外，我国的水土流失也很严重。建国初期水土流失面积150万平方千米，到20世纪90年代发展到179.4万平方千米，占国土面积的18.6％。还有盐渍化土地9910万公顷；陕、湘、鄂、黔等省的石漠化以及其它各地的自然或人为的荒山秃岭。上述环境灾害都对国民经济的可持续发展构成严重威胁。
以植树种草为主要内容的绿化措施，是改变严峻环境的唯一出路。造林离不开水。严酷环境植树难，造林成活更难。至今植树造林仍要靠天时和地利，即使采取一些生物措施或工程措施，也是“头痛医头，脚痛医脚。”在恶劣的环境中，目前尚无快速有效的方法，进行大规模造林，更不要说反季节造林。虽然有一些化学保水材料，但上不能阻止水分的强烈蒸发，不能阻止水分的强渗透和扩散。树木在有限的时空上对有限水分的利用是极为有限的。不能在较长时期保水，是造林成活率低下或难以造林的根本原因。在荒漠化地区条件好些的地方，根据物种演替规律，先以先锋植物固定沙丘，再逐步植入灌木类，待条件成熟再植入乔木类树种。但这个周期很长。且星星点点，难以在短期内建立大规膜的有效的防护林网。在盐渍化的土地上造林，大规模洗盐受地点、人力、财力限制尚不具备条件。特别是在重盐区既造林又隔盐尚无好的方法。在荒山秃岭上，在石漠化的山上保水又保土尚无好的措施。
发明内容
本发明目的是公开一种交换器式造林保水袋，能长期有效保持水分，在树木生命期内保障其对水分完全利用，可以一次灌水在2年乃至更长的时期内，保证幼树对水分的需要，使其后的生命期内完全调蓄自然降水供树木生长。
本发明是由不透水膜组成的袋体1，其特征在于在袋体1的底部和侧壁装有多个交换器2，所述的交换器是镶在袋体壁上的饼型体，其边沿为与袋相连接的排水裙边3，饼型体的内外膜4和5是一种复合膜，复合膜由两层透排水材料6夹保水材料A7的复合，在饼型体内腔中，由两层透排水材料组成的分隔层8，将内腔分为三部分，各自填充保水材料B9，在饼体内腔的四周边有环状导水膜10。
所述的交换器式造林保水袋，其特征在于所述的袋体1的袋顶是中间为渗水但防蒸发的膜，构成的渗水区11和周边的不透水膜组成的防蒸发区12.
本发明保水材料A可以是合成高分子吸水树脂聚丙烯酸高吸水树脂、聚丙烯酸盐高吸水树脂、聚丙烯酸吸水树脂、丙烯酸吸水树脂、聚丙烯酸盐或高岭土高吸水树脂、AA-AM-HEMA三元共聚高吸水树脂、AA/AMPS共聚吸水树脂、聚丙烯腈高吸水树脂、膨润土复方丙烯酸钠-丙烯酰胺高吸水树脂、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物和高岭土交联吸水性树脂，高吸水性聚合物等。
还可以是膨润土、吸水软泡沫片、膨润土与软泡沫颗粒粘合物、膨润土与针刺土工织物颗粒粘合物。
本发明保水材料B可以是颗粒类，如软泡沫颗粒、无纺布颗粒、蛭石、岩棉、珍珠岩、陶粒、活性炭、琼脂、硅胶等。
还可以是具有填充排水的功能的合成纤维下脚料，如粘胶纤维、铜胺纤维、醋酯纤维、维尼龙纤维、尼龙纤维、聚氯乙烯纤维、聚酯纤维、丙烯腈纤维、聚乙烯纤维、聚胺酯纤维、碳素纤维、氟化纤维等。
本发明透排水材料有针刺土工织物、胶粘土工织物；
图1为本发明保水袋立体图。
图2为本发明保水袋袋顶平面图。
图3为本发明保水袋袋底平面图。
图4为图3的1-1剖面图。
图5为本发明交换器立体图。
图6为图5的2-2剖面图。
图7为本发明保水袋造林作用机理示意图一；图8为本发明保水袋造林作用机理示意图二；图9为本发明保水袋造林作用机理示意图三。
具体实施例方式本发明由不透水膜与可渗水但防蒸发的复合体组成，如图1、图2、图3所示。构成一个向上蒸发甚微，向下渗透甚微，向四周无渗透的复合袋体；袋体通过交换器和复合体透气；树根可穿透交换器向底部地下和周边地下延伸生长；只有叶面蒸腾，袋体水分蒸发甚微，能切断袋体范围内毛吸水蒸发，如图5所示；在较长时期内向幼树供水，使幼树渡过发育期而适应自然环境下生长的保水系统。侧壁交换器结构如图4所示。它是由透水材料与两种保水材料组成，呈中凸的园饼型或方饼型。交换器的作用机理是透气性极好。袋内水在浸润交换器时，由于保水材料起到吸水隔离的作用，在重力作用下，饱和后多余的浸润水垂直向下渗透，受导水膜的分隔，下渗的浸润水经排水裙边又回到袋内。因此交换器透气不透水。底部交换器是由与侧壁交换器相似的结构和材料与一个底托式圆环与底部薄膜连接，并高出底面8～10cm，见图2中大样图所示。底部交换器在袋底积水低于交换器顶面时透气不透水。高于交换器顶面时会有少量渗水。但这些渗水不会成为毛吸水而蒸发掉。交换器在袋底和侧壁的分布如图2、图3所示。
本发明作用机理。
1、使用保水袋后蒸发量减少。造林初期幼树较小，叶面蒸腾量较少。由于遮阴面积小，此时主要为地面蒸发。保水袋下卧到地面下15cm～20cm，地下温度变幅较小，袋体内水分蒸发甚微。袋体范围内的毛吸水被切断，此时的蒸发主要为较少量的叶面蒸腾和保水袋范围之外的地面蒸发。
2、保水袋可规范根系向纵深发育，为地下水埋深较大的地区造林提供了条件。一般认为在地下水埋深大于5m的荒漠区，乔木不能生长。但保水袋有一定的下卧深度(约1m左右)，且规范根系只能通过交换器向深部地下发育。在保水袋将根系“送一程”的情况下，在地下水埋深较大的荒漠区直接造林是可能的。
3、保水袋一次灌水可在2年甚至更长的时间内向幼树供水。使幼树在发育的过渡期之内，不致因环境恶劣而夭折。试验证明保水袋只透气不透水，蒸发甚微。初步测算，体积0.6m3埋在地下的保水袋的蒸发水量在1年内不足1kg。可见保水袋中水分，在2-3年内向幼树供水是不成问题的。同时还能得部分自然降水的补充。
4，本发明还是具有调蓄能力的蓄供水系统，可在地下存生几十年甚至上百年。在雨季它可蓄存自然降水。如将袋顶外延，形成微型集流面，将降水补充到袋内。由于根系穿透交换器，使得袋内水分可沿根系周边向袋外渗透。即使无地下水补充，也可使袋外根系得到水分的补给。可在树林的生命期内源源不断地为其提供所需水分这样沙漠造林的地域可扩展到年降水50mm的地区，而无需提取高代价的地下水灌溉。
5、沙漠造林可一步到位，快速成林。在荒漠地区只有自然条件较好的地区可以造林，有些不能直接造林的地方通过生态系统演替，逐步达到适合于灌、乔木生长。但这个周期相当长。即使在人工条件下，也需要十几年二十几年的时间。很可能尚未完成演替周期便又葬身沙漠之中。现在的总体趋势是沙进人退。用保水袋造林，勿需物种演替过程。它可直接在恶劣的环境下大面积造林，在5-10年左右的时间内，形成层层防护林网，挡风固沙。网内区域可进行自然或人工条件下的植物覆盖，而不再受风沙掩埋之害，真正做到人进沙退。
6、盐漠化的地区，无需大规模的土壤改良，只需改良保水袋内土壤和地面覆盖土壤，便可植树造林。改造盐渍化土壤的关键是控制地下盐分向地表运移。改良盐渍化土地的方法有多种，但受各种因素的制约，都不可能形成大规模的土壤改良机制。地面以下0-100cm的范围是盐分聚集层，而近地表层更是高盐区。由于地下水位高潜水大量蒸发使盐分向该层特别是地表运移积累。而保水袋恰恰座落在盐分聚集层，它能隔住含盐水分向袋内渗透。树木根系穿过交换器向地层深部发育，越过了盐分聚集区，保障了树木的成活和正常生长，林网的形成将减少20％-40％地下水蒸发，叶面蒸腾27％。这就减少了47％-67％的地下水向上运移。使地下水位降低，盐分向上运移受到控制。用保水袋在盐渍化地区特别是地下水难以排出的地区，大面积植树造林，是改良土壤的最简便、最有效、最节省的方法。通过林网覆盖，减少地面蒸发，根系穿深，改善土壤结构。造林后的数年内也无需灌水洗盐。
7、在荒山秃岭造林，即保水又保土，可快速改变石漠化趋势。有一棵树就有一个小小的鱼鳞坑，是调节迳流，防止水土流失的好措施。山区的一些高速公路、铁路和一些水利工程都有许多沙石质边坡，植草很难成活，且造价很高。在这样的边坡上用保水袋造林不失为经济之法。黄土高原、沟壑纵横，普通方法难以造林或难以成活。而保水袋造林，只要人能攀登、挖坑，则保造保活。石山造林，在节理裂隙发育的地方挖半挖半填式坑，每棵树都是一个小小的径流调蓄池，根系穿过交换器，向裂隙中生长发育。
8、全年均可造林，不受气候和降水多寡的影响。即使冬季也可造林，只需将树坑在结冻前挖好，树苗备好即可。利用农闲季节造林也是农民增收的途径之一。
9、造林成活率可达100％，保水袋价格低廉，节省了许多中间管理环节和费用，极易推广应用。
权利要求
1.一种交换器式造林保水袋，是由不透水膜组成的袋体(1)，其特征在于在袋体(1)的底部和侧壁装有多个交换器(2)，所述的交换器是镶在袋体壁上的饼型体，其边沿为与袋相连接的排水裙边(3)，饼型体的内外膜(4)和(5)是一种复合膜，复合膜由两层透排水材料(6)夹保水材料A(7)的复合，在饼型体内腔中，由两层透排水材料组成的分隔层(8)，将内腔分为三部分，各自填充保水材料B(9)，在饼体内腔的四周边有环状导水膜(10)。
2.根据权利要求1所述的交换器式造林保水袋，其特征在于所述的袋体(1)的袋顶是中间为渗水但防蒸发的膜构成的渗水区(11)和周边的不透水膜组成的防蒸发区(12)。
3.根据权利要求1所述的交换器式造林保水袋，其特征在于所述的保水材料A可以是合成高分子吸水树脂、聚丙烯酸高吸水树脂、聚丙烯酸盐高吸水树脂、聚丙烯酸吸水树脂、丙烯酸吸水树脂、聚丙烯酸盐或高岭土高吸水树脂、AA-AM-HEMA三元共聚高吸水树脂、AA/AMPS共聚吸水树脂、聚丙烯腈高吸水树脂、膨润土复方丙烯酸钠-丙烯酰胺高吸水树脂、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物和高岭土交联吸水性树脂，高吸水性聚合物；还可以是膨润土、吸水软泡沫片、膨润土与软泡沫颗粒粘合物、膨润土与针刺土工织物颗粒粘合物。
4.根据权利要求1所述的交换器式造林保水袋，其特征在于所述的保水材料B可以是颗粒类，如软泡沫颗粒、无纺布颗粒、蛭石、岩棉、珍珠岩、陶粒、活性炭、琼脂、硅胶等；还可以是具有填充排水的功能的合成纤维下脚料，如粘胶纤维、铜胺纤维、醋酯纤维、维尼龙纤维、尼龙纤维、聚氯乙烯纤维、聚酯纤维、丙烯腈纤维、聚乙烯纤维、聚胺酯纤维、碳素纤维、氟化纤维等。
5.根据权利要求1所述的交换器式造林保水袋，其特征在于所述的透排水材料有针刺土工织物、胶粘土工织物。
全文摘要
本发明目的是公开一种交换器式造林保水袋，能长期有效保持水分，在树木生命期内保障其对水分完全利用，可以一次灌水在2年乃至更长的时期内，保证幼树对水分的需要，使其后的生命期内完全调蓄自然降水供树木生长。本发明是由不透水膜组成的袋体1，其特征在于在袋体1的底部和侧壁装有多个交换器2，所述的交换器是镶在袋体壁上的饼型体，其边沿为与袋相连接的排水裙边3，饼型体的内外膜4和5是一种复合膜，复合膜由两层透排水材料6夹保水材料A7的复合，在饼型体内腔中，由两层透排水材料组成的分隔层8，将内腔分为三部分，各自填充保水材料B9，在饼体内腔的四周边有环状导水膜10。
文档编号A01G23/00GK1582634SQ20041001377
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月26日 优先权日2004年5月26日
发明者王滨生 申请人:王滨生