本发明涉及通过在土壤表面上施用至少一种聚合物来进行土壤调节的方法。
土壤调节允许通过以液压或空中方式限制元素转移来保持土壤完整性，改善或保持土壤特性，并且保护环境和人类。这些益处通过保护聚集体的结构稳定性，通过限制侵蚀和消散现象而获得，从而导致许多副作用。
术语“土壤调节”涵盖通过水或风路径的侵蚀控制，松地壳的形成控制，土壤聚集体结构的保护，水渗透和扩散控制，土壤的疏水或亲水特性的改性，钠质和碱性土壤的恢复，水淹作物的水浊度控制，污染物的转移控制，但不限于这些用途。
其中应用土壤调节的技术领域主要是农业，但也有林业、建筑和土木工程、矿业、水储存和运输、河流和三角洲对污染的防护、环境保护以及其他领域。
背景技术：
第二次世界大战后，通常使用水溶性聚合物来稳定土壤。50年代的科学文献描述了不同的土壤调节聚合物作为孟山都化学公司(Monsato Chemical Company)的的用途。
之后已经描述了用以调节土壤的若干其他聚合物：
-合成聚合物：例如，丙烯酰胺的均聚物和共聚物、丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸及其盐、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基甲酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸及其盐、乙酸乙烯酯、马来酸或环氧乙烷以及衍生物，如水解聚丙烯腈、聚乙烯醇；
-天然聚合物、天然树胶、多糖及其衍生物：半乳甘露聚糖、瓜尔胶、角豆胶、黄原胶、阿拉伯树胶、壳聚糖、角叉菜胶、果胶、淀粉、改性淀粉、海藻酸盐、纤维素、纤维素衍生物(纤维素醚)、琼脂；
-接枝聚合物：例如，淀粉-丙烯酰胺-丙烯酸酯、淀粉-丙烯腈、壳聚糖-丙烯酸共聚物。
在所有这些聚合物中，聚丙烯酰胺一直是研究的焦点，并且已经出于其土壤调理效率、减少土壤侵蚀，提高的灌溉后水质以及其低成本而被采用。
添加到灌溉水中的聚丙烯酰胺已被证明会显著减少土壤侵蚀。Lentz和al.已在灌溉水(畦沟灌溉)中施用1至20ppm的聚丙烯酰胺剂量，并且以10ppm剂量控制了96％的侵蚀。对于该主题的文献是丰富的，包括以下文章：Soil Science Society of America Journal(《美国土壤科学学会杂志》)中发表的“preventing irrigation furrow erosion with small application of polymers”(以聚合物的少量施用防止灌溉畦沟侵蚀)(1992年，第56期，第1926-1932页)。
施用聚丙烯酰胺(PAM)减少了灌溉水或雨水中细土壤颗粒的重新分布，并且防止了土壤表面上地壳的形成。地壳形成是由堵塞土壤孔隙的土壤细粒引起的，从而导致形成不可渗透层，该不可渗透层限制水和空气移动到土壤剖面中。幼苗难以突破地壳，从而限制了作物出苗。可通过在第一次下雨事件之前或者在种植后灌溉施用之前或期间施用聚丙烯酰胺来改善幼苗出苗。
聚丙烯酰胺将固体从灌溉水和径流水中絮凝的能力也防止附着到土壤颗粒的营养物和杀虫剂的排放。通过限制土壤、营养物和杀虫剂流失的量，聚丙烯酰胺有助于改善灌溉后水质，减小尾水的浊度，并且有助于改善排水生态系统的“健康状态”。出于这些原因，聚丙烯酰胺是用于解决生产农业中水质问题的有价值的保护工具。
通过将较小的颗粒粘结在一起，聚丙烯酰胺有助于增加粒度。较大的粒度减小孔隙堵塞，增加土壤均匀性，并且增加渗透率。所有这些因素允许更好地润湿土壤剖面并且更有效地使用水，这可能导致产率增加以及灌溉成本的降低。
水溶性聚合物具有如上所述的若干益处。然而，它们在土壤上的施用限于灌溉期，并且经常受到在生长季节期间灌溉周期的数量的限制。目前，灌溉水是施用这些产品的主要方法。
如果灌溉水源是管道水，则通常使用干燥形式的聚丙烯酰胺在管道中处理水，并且使用粒状物撒施机来施用水。将聚合物定量分配到水中，并且将水从管道抽出。
如果灌溉水是井水，则聚丙烯酰胺以乳液形式被注入井口或田间提升管处。提升管是其中水被递送的田地中的点。在大多数情况下，井平均对总共140至200英亩供应多个提升管。
在施用中，将水从管道和井递送是不同的。大多数管道灌溉场景使用抽吸管的形式来将水从管道中抽出。每个管被放置在每一行或每种其他原料中。在井场景中，水被泵出“聚乙烯管(Poly pipe)”中的提升管。聚乙烯管是塑料管的较大可膨胀辊，其沿着田地的高侧运行。灌水员然后在管中打孔以释放水。孔的数量和孔的间距由目标容积原始间距确定。计算机程序通常用于确定聚乙烯管的运行中孔的尺寸和数量。
专利公布PCT/FR2014/051863描述了用以将水或溶胀性聚合物施用于土壤的土壤调节方法，该方法包括：以浓缩液体形式制备聚合物，以及将该制剂施用在围绕其旋转轴线旋转的支撑件的表面上以便产生撒布到土壤的液滴。该方法允许在没有灌溉系统的情况下施用土壤调节聚合物，但相关的旋转支撑件固定在例如在拖拉机上，因此如果需要处理较大表面，则施用是耗时的。
技术问题解决
如果这些聚合物在初始灌溉期间或在下雨事件之前施用，则它们的效率更高。在灌溉是水的主要来源的情况下，通常更容易控制施用的时间安排，但是由于计量聚合物所需的时间和设备的量，这仍然是昂贵的。电并不总是可用于为泵提供动力；这降低了正确递送聚合物的能力。聚合物通常包装在30加仑筒或大的275加仑搬运箱中，所述筒和搬运箱在田地中难以处理，并且长期的田间储存可降低产品的有效性。在降雨是水的主要来源的地区，在种植后但在下雨事件之前利用传统施用装置将PAM施用于土壤的能力几乎是不可能的。
由于时间和设备的量，以及时的方式施用水溶性或水溶胀性聚合物仍然存在问题。
技术实现要素：
本发明意在解决前述问题。
本发明的目的是用于土壤调节的方法，该方法包括通过空中施用来将微粒形式的组合物施用于土壤，所述组合物包含至少水溶性或水溶胀性聚合物。
在下面的描述中，“微粒形式”意指粉末、小珠、片剂、球粒或它们的混合物，其尺寸优选地介于0.1和10毫米之间，有利地介于0.5和4毫米之间。
聚合物描述
在本发明的方法中施用的组合物包含至少水溶性或水溶胀性聚合物。
“水溶性聚合物”是当其在25℃搅拌下以50g/L浓度在水中溶解时得到没有不溶性颗粒的溶液的聚合物。
“水溶胀性聚合物”是当将其置于25℃的水中时使溶液溶胀并变稠的聚合物。
水溶性或水溶胀性聚合物选自：
-丙烯酰胺的均聚物和共聚物、丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸及其盐、丙烯腈、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸及其盐、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基甲酰胺、乙酸乙烯酯、马来酸或环氧乙烷以及衍生物，如水解聚丙烯腈、聚乙烯醇；
-天然聚合物、天然树胶、多糖及其衍生物：半乳甘露聚糖、瓜尔胶、角豆胶、黄原胶、阿拉伯树胶、壳聚糖、角叉菜胶、果胶、淀粉、改性淀粉、海藻酸盐、纤维素、纤维素衍生物(纤维素醚)、琼脂；
-淀粉-丙烯酰胺-丙烯酸酯、淀粉-丙烯腈、壳聚糖-丙烯酸共聚物。
对于本发明的方法，丙烯酰胺的聚合物或共聚物是最令人感兴趣的。
本发明的聚合物可以是直链的，结构化的或交联的。术语结构化聚合物表示呈支链、星形或梳形形式的聚合物。
支链聚合物通常不是具有侧链的直链聚合物。交联聚合物通常不是呈三维阵列形式的直链聚合物，其不溶于水，但在水中溶胀。
本发明的聚合物优选地为阴离子的。它们的阴离子电荷含量优选地介于5和60摩尔％之间。
可通过使单体或单体共混物以本领域的人员已知的常规方式通过聚合而反应来制备水溶性或水溶胀性聚合物。
然后，可以粉末、小珠、悬浮液、反相乳液或液体的形式获得这些聚合物。
在本发明的优选实施例中，水溶性或水溶胀性聚合物是丙烯酰胺的均聚物或共聚物。
丙烯酰胺基聚合物通过丙烯酰胺和其他水溶性单体与选自以下家族的烯键式不饱和部分的聚合而获得：
-阴离子单体。它们有利地选自具有酸性羧基部分的单体(例如：丙烯酸或甲基丙烯酸及其盐)，具有磺酸部分的单体(例如：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)及其盐…)。
-非离子单体。它们有利地选自甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物如N-烷基丙烯酰胺，例如N,N-二甲基丙烯酰胺或羟甲基丙烯酰胺。也可使用乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮、羟烷基(甲基)丙烯酸酯和具有烷氧基链的(甲基)丙烯酸酯。
-阳离子单体。它们通过本领域的技术人员已知的方式优选地选自二烯丙基二烷基铵盐如二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)和二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯如二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯((M)ADAME)以及它们的酸化或季铵化形式，并且还有二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺以及它们的酸化或季铵化形式如(甲基)丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(((M)APTAC)。
-也可使用两性离子单体。阴离子和阳离子电荷与一个单一单体相关联。两性离子单体的例子：磺基甜菜碱如磺丙基二甲基铵甲基丙烯酸乙酯、磺丙基二甲基铵丙基甲基丙烯酰胺或磺丙基2-乙烯基吡啶，磷酸甜菜碱如磷酸乙基三甲基铵甲基丙烯酸乙酯，以及羧基甜菜碱。
优选地，存在于本发明的组合物中的水溶性或水溶胀性聚合物呈粉末或小珠形式。
在本发明的优选实施例中，聚合物是水溶性聚合物。
优选地，水溶性聚合物的分子量高于500 000g.mol-1，并且优选地介于1百万和3千万g.mol-1之间，并且更优选地高于5百万g.mol-1。
组合物描述
在本发明的方法中，通过空中施用来施用组合物。
组合物具有微粒形式，并且包含至少一种水溶性或水溶胀性聚合物以及任选至少一种其他组分。
组合物包含优选地介于20重量％和100重量％之间，以及优选地介于50重量％和100重量％之间的水溶性或水溶胀性聚合物。
优选地，水溶性和水溶胀性聚合物呈粉末或呈小珠形式。
为了改善组合物的撒布，组合物呈粉末形式，并且具有介于0.1和10毫米之间，优选地介于0.5和4毫米之间的粒度。粒度是指根据本领域的技术人员已知的常规技术用激光粒度仪测量的平均直径。用于测量平均直径的装置的例子是得自马尔文仪器公司(Malvern Instruments)的Mastersizer。
组合物优选地呈片剂或球粒形式。
为了改善土壤中的撒布和聚合物扩散，组合物包含填料或粘结剂。
填料以非限制性方式选自碱金属硫酸盐或氯化物盐。
粘结剂不限于单一组分并且可包含功能组分。功能粘结剂包括杀虫剂、肥料、尿素、无机和有机酸的各种盐。
优选地，组合物包含介于1重量％和80重量％之间的填料，并且更优选地介于10重量％和50重量％之间。
优选地，组合物包含介于1重量％和50重量％之间的粘结剂，并且更优选地介于5重量％和30重量％之间。
组合物的其他组分可为农业活性成分如天然杀虫剂、具有有机磷的杀虫剂、具有氨基甲酸酯的杀虫剂、杀线虫剂、具有有机氯化物的杀菌剂、具有有机磷的杀菌剂、其他杀菌剂、除草剂、杀鼠剂。
优选地，组合物的其他组分呈粉末形式。
对于通过气道施用组合物，组合物的堆积密度应优选地介于300和1000kg.m-3之间，并且更优选地介于300和800kg.m-3之间。
此外，组合物中残余水含量应最低，以避免颗粒团聚(聚合物和其他组分)。优选地，微粒中组合物的残余水含量应低于15重量％。
在优选的实施例中，组合物是单一组分，该组分是粉末形式的水溶性或水溶胀性聚合物。
方法描述
本发明的方法包括将微粒形式的组合物空中施用到土壤。
空中施用意指通过任何空中装置的施用，但优选地，施用由飞机、直升机、悬挂式滑翔机、滑翔机或无人机执行。
通过空中施用来施用具有微粒形式的组合物中的水溶性或水溶胀性聚合物的能力允许生产者更易于使用它们并且在施用中更加及时。该施用允许灵活性，并且减少使用这些聚合物所需的劳动力和设备的量。
为了通过飞机将组合物以微粒形式施用，将撒布机附接到空中运输的装置上。撒布机可为提交的专利US4696991中描述的农用化学撒布机。
为了均匀的施用，微粒组合物的施用高度优选地低于50m，并且更优选在20m之间。
对于每次施用，施用于土壤的组合物的量介于0.1和500kg.ha-1之间，优选地为1和100kg.ha-1之间，更优选地为10和50kg.ha-1之间。
本发明的方法适用于农业、林业、建筑和土木工程、矿业、河流和三角洲对污染的防护、环境保护、水储存或运输中的土壤调节。
如果空中施用涉及农业中的土壤调节，则该施用优选地在种植和随后的第一次下雨事件或灌溉之间在作物田地中进行。这是土壤最不稳定的时期。
在将组合物第一次空中施用于土壤之后，本发明的方法优选地包括额外的施用。在这种情况下，每次空中施用在前一次施用之后至少20天但不超过40天进行。
本发明的方法允许改善水溶性和水溶胀性聚合物对于土壤侵蚀的施用。空中施用可比之前的方法更快速和容易地执行。
具体实施方式
实例：聚丙烯酰胺的空中施用
通过飞机施用粉末形式的阴离子聚丙烯酰胺。水溶性聚合物是丙烯酸钠和丙烯酰胺与30摩尔％的阴离子单体的共聚物。在施用期间使用两批聚合物。第一批的粒度在1mm-2mm的范围内(堆积密度：0.660kg m-3)，并且第二批的粒度在3mm-4mm的范围内(堆积密度：0.650kg m-3)。
飞机施用高度为约20m。施用的目标率为11.2kg.ha-1。将产品施用于40ha的两个不同田地，每个田地中间处理大致16.5ha。每个田地在经过处理和未经处理的区域中具有湿度传感器，以测量土壤水分渗透的量。
1-2mm产品的施用平均为14.5kg.ha-1。
3-4mm产品的施用也是均匀的，但是由于粒度而提供了较少的覆盖。产品的流动性不是问题。