一种土壤防渗剂、其应用和自适应防渗结构的制作方法

本技术涉及一种土壤防渗剂、其应用和自适应防渗结构，属于土壤防渗领域。

背景技术：

1、土壤的蓄水、持水能力在农业种植、固沙造林、灌溉用蓄水塘坝、水库、鱼池和盐田等场合均是非常重要的指标，但生活中常常会遇到如何尽量减少水的渗漏流失问题，尤其是近年来，土壤干旱越来越多发，已经收到全世界人民的普遍关注，特别是在全年降雨量不均匀甚至干旱-降雨严重两级分化的地区，土壤的持水力对农作物、植被的生长具有非常重要的意义。

2、抑制土壤渗漏就要有针对性的采取各种技术和工程措施，传统比如加厚土层、客土压砂、增施有机肥料等，都可提高土壤的保水能力。另外在无防渗措施时，农田主要采用压缩灌水定量，使每次灌水量达到耕层土壤湿润即可。防渗施工因成本高，实际在农田主要应用在蓄水设施及输水工程的底、壁透水，即坑、塘、池、窖、库、坝及渠道的渗漏，是在集径流蓄水技术的应用中普遍存在的一个大问题。传统的防渗漏措施就是镇压、打夯、压实土壤，堵塞孔隙，以及利用1：5的灰土铺底，塘壁或用沥青、水泥等材料防渗。现代技术如用聚乙烯、聚丙烯、丁烯橡胶、塑料纤维、玻璃纤维等化学材料防渗，在国内外都有应用。抑制输水过程中的渗漏，有效的措施就是从蓄水设施到农田全过程采用管道输水技术。

3、在现代技术中，还利用对土壤混合保水剂，土壤改良剂等化学制剂进行土壤处理，既保持了土壤水分，不过长期对土壤可能产生生态影响，包括盐渍化等。

4、对于滴灌和保水剂等把水肥留在表层蒸发快，或频繁浇灌的土壤，容易发生土壤盐渍化，一是因蒸发快在土壤表层中积聚的析出盐分不能被淋洗到地下水中去，而是在土壤表层积累；二是因为不得不经常灌溉，土壤水分的蒸发量和作物的蒸腾量都很大，促进了盐份向土壤表层积累；三是超量施肥增加了土壤盐分含量，尤其是氮肥的酸根离子过量，使土壤酸化，又活化了一些阳离子，这些酸根离子和活化了的阳离子随水运动而聚集于土表；四是多年连作形成的特殊环境，使有益微生物活动受到限制，而有害的细菌却活跃起来，使有益微生物活动受到限制，而有害的细菌却活跃起来，破坏了土壤微生物和无机养分的自然平衡，影响肥料分解。

5、为了避免和解决土地盐碱化的问题，除水利和土壤改良外，还施入石膏、磷石膏、亚硫酸钙等化学物质，降低渗透率，减小土壤蒸发率等方式来进行改良。不过投入大，且随着土壤化作用和成分流失，需要不断施用。还有一个问题时，增加施用量防渗效果好，就同时土壤透气性也下降了，这对作物不利。

6、采用膜防渗技术，常见的土工膜防渗材料包括聚乙烯（pe）、高密度聚乙烯（hdpe）、聚氯乙烯（pvc）、乙烯基醋酸乙烯酯共聚物（eva）等合成材料，这些材料在制备过程中，通常采用熔融挤出、吹膜、压延等工艺。不同颜色、不同规格的土工膜防渗产品在各类工程中得到广泛应用，例如：hdpe防渗膜、eva土工膜、复合土工膜、双糙面hdpe土工膜等。选择适合的土工膜材料和规格，可以根据不同的工程要求和环境条件，从而达到防渗效果。土壤膜防渗技术具有防水、防渗、耐腐蚀、抗老化等优良性能，可有效避免水渗漏、土壤侵蚀、土质变形、农田渗漏等问题。不过除了成本高，破损难修复外也会导致土壤不透气，尤其是大量降雨会导致内涝，以及肥料在水中无法流通，最终对作物反倒产生负面影响，因此膜防渗已经逐渐减少使用。

7、土壤水分影响着土壤的理化性质和肥力，提高土壤持水能力可以改善土壤抗旱性，促进农业增产增收，但目前提高土壤储水的防渗技术主要包括化学防渗和物理防渗，其中化学防渗主要是针对特定环境使用的防渗剂，如cn100417689c公开的水田防渗剂，cn102977893a公开的农用保水防渗剂，cn105084805a公开的应用于屋面、地下室和卫生间等混凝土建筑领域的防渗剂，cn110683823a公开的盐湖盐田防渗剂，首先，此类防渗剂的应用范围受到较大局限，要么需要向土壤引入对作物可能有影响的土壤本来没有的化学物质、要么投入成本高、要么施工复杂、要么单纯无机防渗机中含有的无机盐离子会迅速随着土壤作用而迅速降低以至于防渗效果大打折扣。

8、关于物理防渗，即在土壤中部铺设聚合物材料，但施工效率低，铺设成本较高，或将聚合物材料换为更贵的可降解材料，但会进一步增加成本。

9、还有一点，对于农田，还存在偶尔集中大量降水的气象，上述现有技术防渗技术无法选择性渗水，在短时间集中降水时反倒存在内涝的缺陷。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的土壤防渗技术防渗效果不足、材料分散运输难、成本高、防渗层持续时间短、施工复杂、破损难修复等问题，根据本技术的一个方面，提供了一种土壤防渗剂，包括微生物芽孢、无机钙化合物、无机镁化合物、纤维素。

2、所述无机钙化合物的原料来源选自动物来源、废弃物来源、矿物来源中的至少一种。

3、所述无机镁化合物的原料来源选自海水淡化固废、污水处理厂固废、矿物中的至少一种。

4、所述微生物芽孢选自下列细菌的芽孢中的至少一种：巴氏芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌。

5、可选的，所述无机钙化合物的原料来源选自动物骨头、贝壳、蛋壳、白垩土、方解石、石灰石中的至少一种。

6、可选的，所述纤维素的原料来源选自秸秆、厨余垃圾中的至少一种。

7、可选的，所述微生物芽孢的原料来源自菌种培养。

8、可选的，所述微生物芽孢的原料来源选自活性污泥、污水处理厂固废、河流湖泊淤泥中的至少一种。

9、可选的，微生物芽孢、无机钙化合物、无机镁化合物、纤维素的质量比范围为：微生物芽孢：无机钙化合物：无机镁化合物：纤维素=1:(5~50):(0.5~5):(1~100)。

10、可选的，微生物芽孢、无机钙化合物、无机镁化合物、纤维素的质量比范围为：微生物芽孢：无机钙化合物：无机镁化合物：纤维素=1:(5~20):(0.5~2):(5~20)。

11、可选的，微生物芽孢、无机钙化合物、无机镁化合物、纤维素的质量比范围为：微生物芽孢：无机钙化合物：无机镁化合物：纤维素=1:(10~15):(1~2):(5~10)。

12、可选的，所述土壤防渗剂中，无机钙化合物和无机镁化合物中值粒径d50取自0.5微米至50微米中的任一数值。

13、可选的，所述土壤防渗剂中，无机钙化合物和无机镁化合物中值粒径d50取自1.5微米至5微米中的任一数值。

14、可选的，所述土壤防渗剂中，无机钙化合物和无机镁化合物中值粒径d50小于3微米。

15、本技术的土壤防渗剂，具有就地取材即可施工的优势。其中的微生物芽孢，除了可以采购相应的生物制品外，还可以取自污水处理厂的活性污泥，优选好氧活性污泥，或者是施工农田附近的自然河流淤泥。自然晾干破碎即可。

16、本技术用到的微生物，均为自然界土壤本身就存在的菌种，只不过集中使用，对环境生态没有负面影响，甚至可能改良土质。

17、本技术中的无机钙化合物，除了可以采购相应的碳酸钙等工业品外，还可以取材自农村农田的动物骨头、贝壳以及收集的蛋壳等含钙废弃物，经过粉碎加工即可得到。也可以通过分布广泛的石灰矿、方解石、白垩土获取，粉碎加工即可。

18、本身请的无机镁化合物，除了可以采购相应的碳酸镁等工业品外，还可以取材自污水处理厂固废中获取，这方案可以与微生物芽孢同时获取来源，因此充分反应后的好氧活性污泥可以同时作为微生物芽孢来源和无机镁化合物来源。无机镁化物，在沿海等地区可以通过海水淡化设施种的固废、浓缩物提取获得，主要包括碳酸镁等形式。同样经过粉碎得到本技术要求的中值粒径即可。

19、本技术的土壤防渗剂中的纤维素，除了可以采购相应的纤维素工业品外，还可以通过就地取材的方式选取自农田中的秸秆，经过粉碎获得；也可以采用厨余垃圾等含植物的废弃物自然晾干后粉碎获得。

20、因此，本技术提供的土壤防渗剂，既可以实现工业大量生产，也可以根据各地的情况就地取材，简单的混合加工即可实现。既具备产业化的完整条件，也具备成本优势。甚至于采用生物活性污泥和秸秆这些固废作为原料的方式，获取原料的同时，还能够获得额外的固废回收收益，弥补加工成本，最优的情况下，可以实现原料成本解决0元。而且微生物芽孢的活性寿命很长，具有破损后，仍能自动修复的效果。这些对于解决实际问题的农业技术产业化是至关重要的。解决了长久以来希望低成本解决农田防渗问题的市场和产业期望。

21、根据本技术的又一个方面，还提供了一种土壤防渗剂的应用，具有施工简单的优势，材料分散运输难、成本高、防渗层持续时间短、施工复杂、集中降水无法渗水出现内涝等问题。

22、本技术提供的土壤防渗剂的应用，包括如下步骤：

23、s1将待施工土地剥离表层5至30厘米土壤，暴露待施工作业面；

24、s2所述土壤防渗剂与水按照质量比1:5至1:20混合搅拌，得到土壤防渗剂悬浊液；

25、s3将所述土壤防渗剂悬浊液，喷涂所述待施工作业面，待5至120分钟悬浊液渗透至土层后得到防渗层，将表层回填覆盖防渗层。

26、所述步骤s3完成后，所述施工作业面的土壤，在无机钙化合物和无机镁化合物和纤维素存在下，经由微生物活化后，逐渐开始形成致密的防渗层。

27、可选地，所述步骤s2中向所述土壤防渗剂与水的混合物中加入水重量的1%至5%的糖类，得到土壤防渗剂悬浊液。

28、可选地，每平米施工面使用5kg至50kg所述土壤防渗剂。

29、进一步地，本技术的防渗剂及其应用，仅仅通过在喷涂土壤防渗剂前，增加在待施工作业面覆盖遮挡板的步骤，获得的防渗结构，让人意想不到的是，在经过几天时间之后，防渗层沿水平方向边缘逐渐向上下隆起膨胀变形，产生高于防渗层中部高度的围堰结构，如图4所示，由这样的结构，形成了防渗层的“水盆”效果，即便有未施工可以渗透的区域，平时仍然能够留存足够的水分，保持土壤含水量，足够供应植物根系，防渗效果达到预期。但短时间暴雨，土壤含水层超过围堰高度时，过量的水可以越过防渗层边缘的隆起围堰结构渗入深层土壤，有效避免了传统防渗技术在此情况产生的内涝问题。

30、本技术提供的土壤防渗剂的应用中，步骤s3可以为：

31、s3在所述待施工作业面覆盖遮挡板后，将所述土壤防渗剂悬浊液，喷涂覆盖所述遮挡板的待施工作业面，移除遮挡板，待5至120分钟悬浊液渗透至土层后得到防渗层，将表层回填覆盖所述防渗层。

32、步骤s3中所述遮挡板可以取自木板、纸板、塑料板等就地取材。

33、步骤s3中所述遮挡板形状可以是圆形、方形、条形、田字框等多种形状，以实现喷涂挡板作用得到留有一定空隙的喷涂区域即可。

34、步骤s3中所述遮挡板的一个单一遮挡区域宽度为5~15厘米。

35、步骤s3中所述遮挡板为圆形、方形、多边形等形状时，单一遮挡区域的面积为5平方厘米至300平方厘米。

36、步骤s3中所述遮挡板为条形等形状时，遮挡宽度为5~10厘米。

37、所述步骤s3完成后，所述施工作业面，喷涂了土壤防渗剂悬浊液土壤，在无机钙化合物和无机镁化合物和纤维素存在下，经由微生物活化后，逐渐开始形成致密的防渗层。

38、所述步骤s3完成3天后，形成致密的防渗层沿水平方向的边缘，会继续逐渐向上下隆起膨胀变形，产生高于防渗层中部高度的围堰结构。

39、所述步骤s3完成后5天至100天后，所述防渗层沿水平方向边缘逐渐向上下隆起膨胀变形，产生高于防渗层中部高度的围堰结构。

40、本技术提供的土壤渗透剂的应用方案，产生的所述围堰结构，经测试，既可以在降水或灌溉后，保持足够根系需要的水分，维持一定高度的含水土壤层，又实现了在超量灌溉后超出围堰高度的水量会很快渗透入深层土壤，农作物没有发送内涝。让人意外地同时实现了低成本就地取材、施工简单、有效防渗、且更有效避免内涝风险的技术效果。现有技术中防渗层为了排水，只能增加成本，采用额外设备和复杂施工过程给防渗层二次加工出来排水沟，这样会增加成本、提高农田应用门槛，还降低了表层土壤保水能力，实际上防渗的目的也不能完全实现了。

41、本技术该技术产生的意想不到的效果，是农田灌溉施肥等方面长期以来一直期望的如何简单有效同时解决防渗和内涝的矛盾问题，且因为低成本简单有效完全具备产业化优势。

42、根据本技术的又一个方面，还提供了一种土壤自适应防渗结构，包括设置在深层土壤上的防渗层，所述防渗层远离所述深层土壤的一面喷洒有上述土壤防渗剂。此种结构在水量过高的时候能够保持土壤含水量稳定，超量的水分可以慢慢的排出，以最低的成本和最简单的施工，既实现了土壤防渗又避免短时间暴雨或其他原因产生的不利影响。

43、本技术提供的一种土壤防渗结构，包括设置在深层土壤上的防渗层，所述防渗层远离所述深层土壤的一面喷洒有如权利要求1至5中任一项所述的土壤防渗剂或由权利要求6至8任一项的应用得到。

44、可选的，所述土壤防渗结构具有自适应防渗结构的特点，所述防渗层沿水平方向边缘具有向上下隆起的围堰结构，所述围堰结构顶端高于所述防渗层中部的高度且低于表层土壤与空气接触的表面。

45、可选的，所述防渗层设置有贯穿其中的遮挡板，既实现了土壤防渗，又避免过多的水分导致了防渗层上层泡水。

46、在土壤防渗层施工上面边缘地区会在形成防渗结构的过程中生物发酵产生边缘的膨大现象，原因不明，推测有可能是边缘部分细菌的生长跟发酵优势更大，此种结构也会使植物根横向生长，对于一年季、半年季的植物更加有利，这样就可以实现整体的土壤防治等，此处是意想不到的技术效果，在实施中获得，并且经过验证可以重复稳定产生。

47、本技术中，粒径分布指标“中值粒径d50”（简称d50）的含义为：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，d50也叫中位径或中值粒径。可由激光粒度仪测得。

48、本技术能产生的有益效果包括：

49、1）本技术所提供的一种土壤防渗剂，具有原料均能就地取材或取自固料废材，成本极低且可以变废为宝，对环境更加友好，且解决了投入成本这个主要限制产业发展的痛点；

50、2）本技术所提供的一种土壤防渗结构，具有能够将各区域的防渗结构连成一体，做成整体结构，防渗效果更好，施工简单，且持续时间更长，在水量短时间内过高的时候又能够保持一个稳定值，超量的水分可以慢慢的排出；

51、3）本技术所提供的一种土壤防渗结构，在防渗层中设置遮挡板，防渗层的边缘地区会随着时间的推移由于生物发酵产生边缘的膨大现象，并会使植物根部横向生长，对于一年季、半年季的植物更加有利，可以实现整体的土壤防治，此技术效果意想不到，是在实施中发现并可稳定重复再现。