一种植物仿生与盐分结晶抑制剂联合修复盐渍土壤的除盐法
技术领域
本发明涉及一种植物仿生与盐分结晶抑制剂联合修复盐渍土壤的除盐法。
背景技术
目前，土壤水盐调控措施多种多样，包括各种具有节水控盐、绿色增效特色的土壤改良、灌溉、水利工程等，其核心是通过减少蒸发抑制盐分上行(如覆盖)、改善土壤结构促进盐分淋洗(如改良剂)、隔层创建阻滞盐分上行(如隔层)，或增加土壤排水加快土壤排盐(如暗管)等途径实现调控。物理改良措施通过耕作、粉垄、秸秆隔层等方法创建疏松隔层抑制盐分上行。膜下滴灌措施促使盐分随水淋洗至浸润体外缘，使主要根系层的土壤形成了低盐区，有助于作物避盐。水利工程措施如暗管排水通过增加净入渗方式加速土壤盐分在下边界排出，有效降低土壤含盐量。总体而言，当前这些调控方法需结合不同作物盐分阈值以及当地土壤类型，明确其在盐碱农业生产中的适用性，具有一定的局限性。
近年来，由于油气开发而导致的盐水意外泄漏变得很频繁。油田盐水主要由氯化钠组成，其电导率超过200dS m-1，总溶解固体超过250g L-1。当前的原位修复策略包括掺入富含二价阳离子的调理剂以置换一价钠离子，然后通过降雨和灌溉将钠离子从土壤剖面中浸出。然而，在蒸发量超过降水量的半干旱气候中，这些方法通常只能获得有限的结果。
当前处理盐渍土壤的方法依赖于将土壤洗涤与植物修复相结合，土壤洗涤研究中的浸出通常需要大量的水，并且质地较粗，粘土含量低或钾肥粘土比与近晶粘土相比更不易分散的钾钙长石粘土可能会促进淋洗。土壤洗涤和植物修复的有益结果可能只是在质地细密的土壤中短暂存在，因为盐仍然存在于生根深度以下，并且可能因含盐孔隙水的毛细上升而使盐重新侵入生根区。
通常，秸秆毛管隔断层是在作物种植前条带式施入土壤(如深度为土壤表层和最大根深的2/3处)，随后进行常规田间管理。这种方法的问题是，田间操作工程量大、成本较高，且阻盐效果随着秸秆腐解而失效，更加大了使用效果和成本。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种植物仿生与盐分结晶抑制剂联合修复盐渍土壤的除盐法。该方法有效将地下咸水变淡，解决了地下水矿化度过高的问题。
一种植物仿生与盐分结晶抑制剂联合修复盐渍土壤的除盐法，所述除盐法步骤包括：
(1)利用土钻自上而下取出土壤，直到土钻接触地下水，确知已到达土水界面；然后将芯吸管自上而下打入土壤到地下水的界面处；
(2)然后在地表添加结晶抑制剂亚铁氰化铁溶液，进行除盐处理。
进一步的，所述仿生材料芯吸管为毛细管结构，所述仿生材料芯吸管包括主芯、以及位于主芯外围的用于把主芯封装的尼龙网。
进一步的，所述主芯的材质为石墨烯材料、墨棒或碳基材料和高吸水树脂以重量比8：2的比例混合制作而成
进一步的，所述仿生材料芯吸管还包括扣在主芯顶部的半圆形状的玻璃材料。
进一步的，所述亚铁氰化铁溶液的浓度为0.00001至0.01M。
有益效果：
1、本发明利用泥炭类物质(石墨烯材料、墨棒、碳基材料)模仿维管束植物吸水机制设计制作土壤除盐芯吸材料，将其自上而下直接打入土壤到地下水界面，从而将地下和土壤剖面水盐吸入土壤表层，借助自然蒸发作用，通过仿生材料将地下水源源不断地吸入土壤，有效将土壤中盐分通过水分运移过程带出地表，除盐效果更好。同其它水盐调控技术相比，植物仿生除盐法是真正能够将土壤和地下水中的盐分移走的技术，使用其它的土壤改良技术盐分仍然还是留在土壤和地下水中。
2、为防止盐分在土壤表层结壳限制蒸发过程，在地表添加结晶抑制剂亚铁氰化铁(III)，促使树突状晶体结构的形成，保障地下盐分可以源源不断的从地表析出，提高排盐的能力。
3、本仿生除盐材料除了能有助于土壤控盐，还由于材料富含土壤营养成分，有助于土壤肥力提升。
4、本仿生材料的埋设自上而下贯通土壤，还有助于改善土壤结构、土壤层次、土壤水热分布和孔隙状况。
5、因为该仿生材料可以吸收大量的水，能在潮湿时保持形状和刚度，这还满足了在作物生长过程中，如果发生降雨或灌溉水进入田地导致先前已经结晶的盐分由于未能及时清除而再次淋溶的问题，可便于在作物种植前、生长期、或者收获后机械除盐。
6、有效将地下咸水变淡，解决了地下水矿化度过高的问题。
附图说明
图1为本发明除盐流程图，其中(1)为仿生材料芯吸管工作原理示意图；(2)仿生材料诱导蒸发盐分迁移机制示意图；(3)仿生材料实际效果图；(4)单个仿生材料芯吸管的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种植物仿生与盐分结晶抑制剂联合修复盐渍土壤的除盐法，该除盐法步骤包括：
(1)利用土钻自上而下取出土壤，直到土钻接触地下水，确知已到达土水界面；再将仿生材料芯吸管自上而下打入土壤到地下水的界面处；仿生材料芯吸管包括主芯，位于主芯外围的用于把主芯封装的尼龙网(为0.053μm)；插入制作的较细的仿生材料芯吸管(直径15cm)，在第一阶段时，吸水较慢，通过毛细管吸附和分散作用吸水；在第二阶段，水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用，亲水基团离解，离子之间的静电排斥力式树脂的网络扩张，网络内外产生渗透压，水分进一步渗入，将芯吸管水引导到土壤表面上方，在该表面蒸发会导致盐分结晶。
本发明结合仿生学原理，利用仿生材料芯吸管可以吸收大量的水，在潮湿时保持形状和刚度，并且可生物降解，但短期内不易降解；芯吸管使用的碳基材料本身的黑色有利于吸收阳光热量，提高热量促进蒸发；此外仿生材料芯吸管还包括扣在主芯顶部的半圆形状的玻璃材料，进一步聚光，提高地表水分蒸发程度，进而提高“盐-水流”流动性。
本发明仿生材料芯吸管的主芯材质采用的是将碳基材料和高吸水树脂(SuperAbsorbent Polymer，SAP)以重量比8：2的比例混合制作而成。高吸水树脂是一种新型功能高分子材料，成分主要为淀粉接枝丙烯酸盐，是旱地节水农业上广为采用的保水剂，直接从化工公司购买。
(2)将0.00001至0.01M的亚铁氰化铁溶液应用于盐渍土壤表面，添加到系统中的结晶抑制剂会导致可溶性盐起花，从而将其从土壤中完全去除，可在作物种植前、生长期、或者收获后机械除盐。亚铁氰化物之类的晶体抑制剂会影响氯化钠的结晶动力学，导致土壤外的风化作用延迟以及树突状晶体结构的形成。与表面的盐结壳不同，树状晶体继续与土壤孔隙中的水膜相互作用，形成毛细管泵，只要保持毛细管连通性，土壤中的水和溶解的盐就可以快速向上运动。
如图1所示，本发明芯吸管就像植物根部的细小多孔血管组织一样，将盐水从储液池中吸到受盐渍污染的土壤大孔中。然后将水吸入芯体，该表芯与上方的大气形成细孔界面。当水分子被吸引通过污染的土壤时，它们的偶极特性吸引了孔隙水中的游离Na+，Cl-和表面施加的结晶抑制剂。溶质和水被吸入地表芯，在那里水由于蒸发而损失，导致溶质浓缩。蒸发区域中抑制剂的存在会破坏纯氯化钠的结晶行为，导致树枝状晶体的形成和生长，从而继续进行蒸发过程，而不是封闭蒸发表面。
本发明一种植物仿生与盐分结晶抑制剂联合修复盐渍土壤的除盐法，通过将仿生除盐材料布设在土壤中和结晶抑制剂亚铁氰化铁施入土壤表面，借助自然蒸发作用清除土壤和地下水中的盐分，同时还降低了地下水位，为地下水浅埋区土壤控盐提供了一种新的技术。通过模仿维管束植物吸水机理制作除盐芯吸效应泥炭类材料，将其自上而下直接打入土壤-地下水界面，通过自然蒸发作用将地下水源源不断地吸入土壤，不只将土壤中盐分通过水分运移过程带出地表，还有效将地下咸水变淡，解决了地下水矿化度过高的问题，除盐效果更好，且符合地下咸水区盐渍农田土壤改良的实际情况和需求。同时，为防止盐分在土壤表层结壳限制蒸发过程，在地表添加结晶抑制剂亚铁氰化铁(III)，促使树突状晶体结构的形成，保障地下盐分可以源源不断的从地表析出，提高排盐的能力。此外，因为该仿生材料可以吸收大量的水，能在潮湿时保持形状和刚度，这还满足了在作物生长过程中，如果发生降雨或灌溉水进入田地导致先前已经结晶的盐分由于未能及时清除而再次淋溶的问题，可便于在作物种植前、生长期、或者收获后机械除盐。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。
