[发明专利]一种复合固沙模型及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种沙漠化治理的固沙方法，具体为一种复合固沙模型及其制备方法和应用。

背景技术

土地沙漠化是当下一个重要的生态环境问题，对人类经济发展与生存环境改善造成了严重威胁，亟需全世界各国解决和治理。近年来，国内外关于沙漠化治理的固沙方法主要有物理固沙、化学固沙与生物固沙三种方法。物理固沙方法主要是采用沙障、沙桩、沙网。然而该方法成本高，耗费劳力，且具体实施方法复杂。化学固沙是指喷洒含有高分子材料的化学防风固沙剂，使其在沙土表面黏结固化。其特点是方法简单有效，但会对沙土造成污染，不利于改造后期植被的种植，不适宜大规模使用。生物固沙方法分为两类，一类是由沙漠边缘向中心逐步种植防护林或沙生植物及于沙层表面布设草方格。该方法实施时间长，耗费劳力且见效慢。第二类是利用土壤微生物如扩大培养藻类，产生土壤结皮，从而产生防沙固沙效果。其特点是对环境影响小，成本低，然而该方法效率低，土体结构不稳定，强度低，易受风蚀。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于针对现有有效的生物固沙方法中存在的微生物固化沙土结皮强度低、脆性大、易开裂、受风蚀易破裂、耐受性差等不足，提供一种复合固沙模型及其制备方法和应用，该方法对环境影响小，成本低、简单有效、固沙效果好。

技术方案：一种复合固沙模型的制备方法，包含以下步骤：

(1)制备微生物加固液：将巴氏芽孢杆菌按10⁷～10⁹个/mL接种至培养液中，获得菌液，菌液与处理液按等摩尔比混合制得微生物加固液；所述处理液为尿素与氯化钙的水溶液等摩尔比混合；

(2)制备纤维丝：将纤维切割或开松成以下尺寸，长5～10mm、宽0.05～1mm、厚0.05～1mm，置于微生物加固液中浸泡，备用；

(3)布设纤维丝：采用喷播机在待处理场地表面喷播经步骤(2)处理后的纤维丝，喷播量为50～250g/m²；

(4)喷洒微生物加固液：向步骤(3)布设的纤维丝表层喷洒微生物加固液，喷洒量为1～8L/m²，重复喷洒2～10次，每次间隔2～7天。

优选的，步骤(1)中所述的培养液组分为5～30g/L酵母膏，2～20g/L NH₄Cl，0～3g/L NiCl₂，0～2g/L MnSO₄，并采用0～1g/L NaOH将培养基pH调至8～9。

优选的，步骤(1)所述处理液中尿素与氯化钙的摩尔浓度均为0.1～2mol/L。

优选的，步骤(2)中所述纤维为聚丙烯纤维或植物纤维。

由所述方法制备获得的复合固沙模型。

优选的，所述模型包括布设于现场沙土层的纤维丝，与表面的碳酸钙晶体形成了立体加筋结构，并在沙土内形成碳酸钙结硬。

所述的复合固沙模型在干旱及半干旱区域固沙中的应用。

本发明所述的复合固沙模型工作的原理在于，微生物参与的尿素水解的诱导碳酸钙过程。巴氏芽孢杆菌通过自身新陈代谢活动产生大量的高活性脲酶，将尿素水解生NH₄⁺和CO₃^2-。在周围环境中加入可溶性钙盐如氯化钙，碳酸根离子和钙离子结合生成沉淀，可快速在沙颗粒间及表面析出碳酸钙晶体，并将一定厚度的松散沙颗粒胶结成为整体，沙土表面也形成具有一定厚度的结皮。阻止了沙土的移动，减弱了风蚀量，固沙效果明显，生物结皮的产生起到了缓渗作用，从而降低了沙土表面的蒸发量，有利于治理后期植被的种植。

有益效果：(1)本发明所述复合固沙模型产生的生物结皮起到了缓渗作用，从而降低了沙土表面的蒸发量，有利于后期植被的种植；(2)本发明所述复合固沙模型中纤维丝与微生物加固液结硬形成加筋结构，克服了原有微生物固沙方法表层脆性大、耐久性差、易风蚀的缺点以及原有土工纤维网固沙方法成本高、耗费劳力等问题；(3)本发明所述复合固沙模型在喷播纤维丝后沙土的表面粗糙度提高，可以减低地表风速，有效阻止或减少沙土的移动，抗风蚀性提高；(4)本发明所述复合固沙模型加固后的沙漠地区沙土，承载性能提高，抗拉与抗压强度也提高，增强了土体的抗变形能力，脆性减弱；(5)本发明所述复合固沙模型生态相容性好，不会造成二次污染，利于后期沙生植被和防护林的生长，适于大规模使用。

附图说明

图1是不同处理方式后的硬壳层；

其中a为未加纤维的硬壳层，b为布设纤维，c加纤维后的硬壳层；