使用生物聚合物的土壤稳定和改良方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及通过使用高分子粘性生物聚合物稳定和改良土壤的方法，促进植 被发芽或生长的土壤组成物，防止土壤侵蚀的组成物和土壤建筑材料和部件。
【背景技术】
[0002] 土壤的岩土组成，严格来说，粒度分布、含水量、以及有机物质含量直接影响 土壤的侵蚀[Bissonnais, 1996,"Aggregatestabilityandassessmentofsoil crustabi1ityanderodibility:I.Theoryandmethodology,'，EuropeanJournal ofSoilScience,Vol. 47,pages425-437]。目前，由于土壤侵蚀对沙漠化和气候 变化具有直接和间接的影响，因而土壤侵蚀被认为是严重的环境问题[Gisladottir andStocking, 2005,"Landdegradationcontrolanditsglobalenvironmental benefits,"LandDegradation&Development,Vol. 16,pages99-112]。当前世界陆地的 1/3 正在遭受沙漠化，其伴随着土壤侵蚀，并且沙漠化正在蔓延，每年引起1200万公顷的新沙 漠[UNEP(UnitedNationsEnvironmentProgramme) ,2006，"Deserts&Drylands，"TUNZA theUNEPMagazineforYouth,Vol. 4,No. 1，pages1-24]。由于土壤侵蚀造成农田的生产 力的下降以及对生态系统的干扰[GisladottirandStocking, 2005，"Landdegradation controlanditsglobalenvironmentalbenefits,'，LandDegradation&Development,V ol. 16,pages99_112]，已经迫切地需要发展能够减少或抑制土壤侵蚀的技术。
[0003] 抑制土壤侵蚀的常规方法大多建议在土壤表面上安装网状物、网或类似物以阻止 外部因素（水或风）引起侵蚀[美国专利No. 3867250 ;美国专利No. 4071400 ;以及美国专 利No. 4486120]。然而，由于从外部安装的结构具有时间限制性且成本高，因而其具有许多 限制。因此，最近已建议旨在通过改良土壤来提高耐侵蚀性的技术[美国专利No. 4663067 ; 美国专利No. 5860770 ;以及美国专利No. 7407993]。但是，由于这些技术取决于灌浆或喷涂 化学产品的方法，因而它们与环境友好前景不相关。土壤侵蚀主要归因于表面层上的生态 系统的破坏和盲目发展（刀耕火种耕作或放牧）的不良影响。因此，应恢复生态环境以有 效抑制土壤侵蚀。
[0004] 此外，土壤的岩土结构对植被的生长有直接的影响。一般而言，如土壤的结构松 散，以及土壤的含水量高，则植物的生长得以改善[Passioura，1991，"Soilstructureand plantgrowth,''AustralianJournalofSoilResearch,Vol. 28,No. 6,pages717-728]。 因此，对于耕种而言，在播种之前翻耕农田、或维持有效的灌溉系统是很重要的。韩国大多 数表面土壤是花岗岩残积土（其是花岗岩风化最终产品）和黄色土（也是一种花岗岩残积 土）[Jin-YeonHwang等人，2000，"Compositionmineralsandchemicalcomponentsof Koreanyellowsoil(weatheredsoils)，'，JournalofTheMineralogicalSocietyof Korea,Vol. 13,No. 3,pages146-163]。由于主要由埃洛石组成的黄色土具有致密的土壤结 构，因而它在过去已被用作建筑材料；然而，它已被认为是不适合植被生长。
[0005] 因此，人们对改良土壤以促进植被生长同时抑制土壤侵蚀的研究产生了浓厚的兴 趣。
【发明内容】
本发明所要解决的问题
[0006] 鉴于上述问题，本申请提供一种用于稳定和改良土壤的方法，使其能够改善植被 生长，同时防止土壤侵蚀并提高土壤的强度和耐久性。
[0007] 然而，本发明所要解决的问题不限于上述描述，本领域技术人员从下面的描述中 可以清楚地理解本发明所要解决的其它问题。 解决问题的方法
[0008] 在本发明的第一方面中，提供了一种用于稳定和改良土壤的方法，该方法包括将 高分子粘性生物聚合物加入土壤中。
[0009] 在示例性的实施方式的第二方面中，提供了一种用于促进植被发芽或生长的土壤 组成物，该土壤组成物是通过根据该第一方面的方法生产的，并且该土壤组成物包括高分 子粘性生物聚合物。
[0010] 在示例性的实施方式的第三方面中，提供了一种用于防止土壤侵蚀的土壤组成 物，该土壤组成物是通过根据该第一方面的方法生产的，并且该土壤组成物包括高分子粘 性生物聚合物。
[0011] 在示例性的实施方式的第四方面中，提供了一种土壤建筑材料或部件，该土壤建 筑材料或部件是通过该第一方面的方法生产的，并且该土壤建筑材料或部件包括高分子粘 性生物聚合物。 发明的效果
[0012] 土壤的侵蚀受保留在土壤中的水、粒度分布、有机物质含量、表面植被，以及其他 因素的影响。如从这样的事实中所了解的，即遭受严重的土壤侵蚀的沙漠易受所有这些 条件的影响，为了提高土壤的耐侵蚀性，应改良土壤本身的性质，而不是阻挡外部因素的影 响。为此目的，需要一种未来能够促进植被的生长，同时长期保持土壤水分并增加土壤颗粒 的结合强度（粘合强度）的环境友好型方法。由于传统的化学处理方法主要侧重于仅仅加 强土壤强度，因而缺乏考虑构建植被环境以抑制永久侵蚀。
[0013] 因此，本发明通过向土壤加入高分子粘性生物聚合物，除了已经实现了土壤的初 步稳定之外，还在抑制中期和长期侵蚀和保证耐久性方面取得了显著的效果。
[0014] 此外，示例性的实施方式的用于稳定和改良土壤的方法可同时实现环境友好型促 进植被发芽或生长而不依赖于基于氮或基于磷的化学肥料或人工培养土，并且在植被稳定 (足够的根锚定）之前实现了经播种的土壤的物理稳定。
[0015] 示例性的实施方式的用于稳定和改良土壤的方法具有环境友好型优点，因为它保 持了土地的初步稳定而且不用担心地下水或溪流的污染或富营养化，并且随着时间的流 逝，生物聚合物会自然生物降解返回原来的土壤。因此，示例性的实施方式的用于稳定和改 良土壤的方法被认为能有效地用于环境友好型植被组成物领域，此外，也可以用于其它等 各种领域，例如，大型工地中的斜坡植被组成物、用于流堤和水区的绿化项目、道路和铁路 的斜坡的初步稳定、大型农田组成物、以及屋顶和城市农业。
[0016] 此外，本发明提供一种环境友好型生物聚合物的新用途，即将环境友好型生物聚 合物应用到土壤稳定和改良中，从而大大有助于生物聚合物的实际商业化。
【附图说明】
[0017] 图1根据示例性的实施方式示出了一次降雨模拟之后土壤样品的图像。左 边、中间和右边的样品分别对应于未处理的黄色土、经黄原胶-处理过的黄色土、和经 0 -1，3/1，6-葡聚糖-处理的黄色土。
[0018] 图2根据示例性的实施方式示出了用于降雨侵蚀模拟的室内实验的构造。
[0019] 图3根据示例性的实施方式示出了经生物聚合物处理过的土壤的栽培试验的图 像。
[0020] 图4根据示例性的实施方式示出了经生物聚合物处理过的土壤的植被生长结果 的图像。
[0021] 图5a根据示例性的实施方式示出了未经处理的黄色土和植被根系的扫描电子显 微镜图像。
[0022] 图5b根据示例性的实施方式示出了经0 _葡聚糖处理过的黄色土和植物根系的 扫描电子显微镜图像。
[0023] 图5c根据示例性的实施方式示出了经黄原胶处理过的黄色土和植物根系的扫描 电子显微镜投影图像。
[0024] 图6根据示例性的实施方式示出了通过热处理的生物聚合物处理过程。
[0025] 图7是根据示例性的实施方式显示经生物聚合物处理过的土壤（黄色土）的强度 测量的结果的图。
[0026] 图8是根据示例性的实施方式显示经生物聚合物处理过的土壤（砂）的强度测量 的结果的图。
[0027] 图9根据示例性的实施方式示出了用于在快速冷却和水固化的条件下处理经生 物聚合物处理过的土壤的方法。
[0028] 图10是根据示例性的实施方式显示经生物聚合物处理过的土壤在快速冷却和水 固化的条件下的特性的图。
[0029] 图11根据示例性的实施方式示出了通过使用热凝胶化的生物聚合物制备环境友 好型土壤建筑材料的方法的示意图。
[0030] 图12根据示例性的实施方式示出了使用热凝胶化的生物聚合物的土地处理方法 的示意图。
[0031] 图13根据示例性的实施方式示出了使用喷涂法的经生物聚合物处理过的植被土 地组成物的示意图。
[0032] 图14是根据示例性的实施方式的使用湿式混合扩散方法的经生物聚合物处理过 的植被土地组成物的示意图。
[0033] 图15是根据示例性的实施方式的使用干式混合喷涂方法的经生物聚合物处理过 的植被土地组成物的示意图。
[0034] 图16是根据示例性的实施方式的使用生物聚合物的环境友好型水区组成物的示 意图。
[0035] 图17是根据示例性的实施方式显示使用生物聚合物的建筑材料的抗弯强度的 图。
【具体实施方式】
[0036] 在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性的实施方式和实施例，以便本领 域的技术人员可以容易地实现本发明的构思。
[0037] 然而，值得注意的是，本发明并不受限于示例性的实施方式和实施例，而是可以以 各种其它方式来实现。在附图中，为了提高附图的清晰度，省略掉了与描述不直接相关的某 些部分，且在整个文件中，类似的附图标记表示类似的部件。
[0038] 在整个文件中，术语"连接到"或"耦合到"用来指定一个元件到另一个元件的连 接或耦合，其既包括一个元件被"直接连接或直接耦合到"另一个元件的情况，又包括一个 元件经由又一个元件被"电连接或电耦合到"另一个元件的情况。
[0039] 在整个文件中，术语"上"用来指定一个元件相对于另一个元件的位置，其既包括 一个元件邻近于另一个元件的情况，又包括任何其它元件存在于这两个元件之间的情况。
[0040] 在整个文件中，文件中使用的术语"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、步骤、操作 和/或元件之外，不排除一个或多个其它部件、步骤、操作、和/或元件的存在或增加。
[0041] 在整个文件中，术语"大