基本信息
- 项目名称：
- 绿色固沙保育棒
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 针对我国沙漠化严重的现状，本项发明综合化学植物固沙法的优点，设计了一种兼有保水固沙能力和促进植物生长的新型固沙保育棒。它是以廉价土壤等作为外壳原料，采用绿色环保的聚天冬氨酸水凝胶作为保水固沙材质，并在中间添加植物种子制成的。外壳的坚固，使得种子在中间得到很好的保护；聚天冬氨酸水凝胶采用最新的水相法合成，具有吸水倍率可达1000倍，可自然降解，降解后的产物含有N、P、K等植物生长的必需元素。
- 详细介绍：
- 本项目所开发的绿色固沙保育棒综合吸纳了化学固沙法和植物固沙法的优点，并针对其缺陷进行了改进，兼有保水固沙能力和促进植物生长能力。其外形为轴心处设置有沿纵向贯通的圆柱形孔洞的截锥体，所选用的材料主要包括PASP水凝胶、低聚PASP和草炭土等。对绿色固沙保育棒性能的测定包括：测定了PASP水凝胶的吸水率，证明了其具有优良的吸附水分子的能力，可对土壤水分挥发起到很好的抑制作用；测定了添加有PASP水凝胶的样品块的抗压强度、风蚀模数、紫外老化和冻融老化指数，证明了PASP水凝胶作为保水固沙材质，具有优良的估计能力和粘结性能；进行了应用于先锋植物种植的试验应用，初步证实了其实用性。通过成本核算和经济效益估算，可以得出结论：在应用绿色固沙保育棒进行先锋植物种植的治沙过程中，不仅能获得固定沙尘、改良土壤等生态效益，还能以获得牲畜饲料、生物活性成分提取原料等方式获取一定的经济效益。本项目的创新点包括： 1. 绿色固沙保育棒外形设计为轴心处设置有沿纵向贯通的圆柱形孔洞的截锥体。其外壳原料为廉价常见的秸秆和沙土，能保证外壳的坚固；保水固沙材质采用了PASP水凝胶；圆柱形孔洞中添加有先锋植物的种子和草炭土等。 2. 作为保水固沙材质的PASP水凝胶应用最新发明的水相合成法制备，不含任何有毒化学物质，绿色环保。其具有最高可达1000倍以上的高吸水性，并能抑制水分蒸发，使所吸附的水分子缓慢释放，为植物生长提供长期充足的水分。而且，其可自然降解，降解后的产物同时含有N、P、K等植物生长的必需元素，可以直接作为肥料与草炭土共同促进植物生长。 3. 绿色固沙保育棒在应用过程中，能够固定和保护种子，解决种子易被吹走等问题；提高土壤水分含量，抑制土壤水分蒸发，解决种子萌发和幼苗生长缺水问题，并为植物生长提供长效水分；同时，在沙地表面形成固结层，防止沙土流动，减少种植过程中对沙土表面的破坏，避免由于挖掘导致的沙土松动并在大风作用下形成风蚀斑的问题。 4. 所选用的先锋植物如四翅滨藜、澳洲滨藜等，可作为牲畜饲料、生物活性成分提取原料等，可产生一定的经济效益。并且，通过这些先锋植物的种植，能够获得固定沙尘、改良土壤、激活土壤微生物、改善小范围气候等生态效益。 本项目所开发的绿色固沙保育棒融合了保水固沙与培育植物的各种必须要素，具有固沙、保水、保肥、保墒、使用方便、成本低廉的特点，可广泛应用于沙漠化地区。既能长效持久地从根本上达到治理沙漠的目的，不对环境产生二次污染，又能形成一定的经济效益，具有可持续发展的特性。我们设想，以绿色固沙保育棒的应用为契机，不仅能够进行沙漠化的治理，建设人类美好的家园；而且能够建立由政府引导、民间资本投资的经济格局，形成政府、企业、人民群众多赢的局面，带动地方经济的和谐发展。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项发明综合吸纳了化学固沙法和植物固沙法的优点，并针对其缺陷进行了改进，设计了一种兼有保水固沙能力和促进植物生长能力的新型固沙保育棒。它以廉价常见的秸秆和沙土作为外壳原料，采用绿色环保的聚天冬氨酸水凝胶作为保水固沙材质，在中间添加植物种子和草炭土，制成方便携带和操作的固沙保育棒。其中，秸秆和沙土能保证外壳的坚固，种子在中间得到很好的保护；聚天冬氨酸水凝胶采用最新发明的水相合成法制备，不含任何有毒化学物质，绿色环保，具有最高可达1000倍以上的高吸水性，并能抑制水分蒸发，进行缓慢释放，为植物生长提供长期充足的水分；而且可自然降解，降解后的产物同时含有N、P、K等植物生长的必需元素，可以直接作为肥料与草炭土共同促进植物生长。本发明的创新点为：综合了化学生物固沙法的优点，使用的主要保水材料聚天冬氨酸具有合成工艺简单、成本低廉、绿色环保等优点。绿色固沙保育棒是一种新型的具有固沙、保水、保肥、保墒的可广泛应用于缺水及环境恶劣地区的改造沙漠用具。并且其使用方便、成本低廉、具有可持续发展性。本项发明融合了保水固沙与培育植物的各种必须要素，将化学固沙法和植物固沙法有机地结合起来，在有效固结沙土的同时能够为植物生长提供足够的水分和肥料，既能长效持久地从根本上达到治理沙漠的目的，也能生产一定的经济效益，又不会破坏污染环境，保持可持续发展，具有广阔的发展使用前景。
科学性、先进性
- 本发明作品分析了当前我国沙漠化问题，查阅了国内外文献，吸纳了化学固沙法和植物固沙法的优点，并针对其缺陷进行了改进，设计了一种兼有保水固沙能力和促进植物生长能力的新型固沙保育棒。该方法有效固结沙土的同时能够为植物生长提供足够的水分和肥料，既能长效持久地从根本上达到治理沙漠的目的，也能生产一定的经济效益，又不会破坏污染环境，保持可持续发展，具有广阔的发展使用前景。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 独家许可
作品可展示的形式
- 聚天冬氨酸水凝胶固体、吸水后水凝胶实物绿色固沙保育棒实物实验室、山西、新疆种植照片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本发明所述的固沙保育棒是以聚天冬氨酸水凝胶为粘结剂、混合以沙土和水，用模具压制得。该固沙保育棒的使用过程分为如下几个步骤： 1.种植种子或植苗在固沙保育棒的纵向贯通孔中装填植物培养基质和植物种子。2.准备坑穴 3. 移栽 4. 喷洒保水剂水溶液在覆土层表面喷洒聚天冬氨酸水凝胶水溶液以形成防风固沙保护膜。此外，本发明所应用的聚天冬氨酸水凝胶是以发酵得到的天冬氨酸为原料，经交联、水解得到。摒弃了传统制备方法所应用的有机溶剂，减少了制备过程的环境污染，降低了产品的成本。目前，沙漠化是对世界发展的一个重大威胁，污染环境吞噬土地。本发明的固沙保育棒，采用了基于化学-生物联合固沙的技术，通过在山西省古交市和新疆洛浦县沙漠化地域进行种植试验，初步证明了其具有良好的防沙固沙效果。同时，所种植的滨藜、苜蓿等耐寒、抗盐碱植物还可用于饲料、植物活性成分提取等。因此，本发明若能在沙漠化、半沙漠化地区广泛应用，可产生巨大的经济效益和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 目前，已有学者研究了一些种子的育苗器或适合植物生长发芽的育种盘等，以此改善植物根系形态，实现植物固沙。其中，“种子床及其制造方法和播种方法”（CN01399866A），是将种子床所需原料：肥料、粘土、有机质材料、亲水性粘结剂、疏水性粘结剂、团粒化剂和适量的水混合搅拌，并用成形器成型、干燥。但是该方法所采用的亲水性粘结剂、疏水性粘结剂和团粒化剂属于不易降解材料，其持续作用时间长，一定程度上限制了植物根系的生长发育，同时所引入不可降解的化学材料为以后生态发展留下隐患；另一方面，该专利所用配料复杂、种类繁多，增加了种子床的成本。此外，“植物培育床及育苗床用覆土材料”（CN1956652A），是将非木质纤维、棕榈纤维、植物性淀粉、肥料、土壤、防霉剂、水质净化剂、适量的水按一定比例混合搅拌均匀，加压成型为具有适当的厚度的板状材料，然后利用冲压模冲压成圆形、方形、星形、心形及截锥形等任意形状的植物培育床本体，以及比育苗床本体薄，与普通覆土层具有相同厚度的垫状多孔的育苗床用覆土材料，然后干燥。该方法所采用的植物纤维要在高温下蒸煮进行防霉除菌性预处理，而且还要额外添加防霉剂、水质净化剂，制作工艺复杂，成本较高。采用非土壤性植物培育床种植植物，操作过程复杂，使用不方便。而专利“一种用于林木种子育苗的土柱块及土柱苗造林方法”（CN 101433167A），公开了一种土柱育苗及移栽造林方法。该专利是将粘土、秸秆堆肥、磷酸二铵、水混合后，采用模具压制成圆柱形空心土块。该方法使用过程步骤较多，操作过程复杂，对环境条件要求较高，且土柱块强度低、保水性能差，供水量不足，只适合在湿润地区应用，难以适应干旱地区。上述专利虽然有助于导入植物的根系长得又长又深，能促进植物发芽和初期生长，并能减少由于干燥所导致的幼苗的枯损，从而提高植物成活率，但是有的因种子床的配料中包含不易降解的化学材料，使用后为生态发展留下隐患；有的因人为加入的生物有机肥料易于随着降雨而流失，污染地下水；有的配料多、制作过程复杂、施工成本较高。并且上述专利的使用过程都较为复杂，有的甚至需要十多个步骤，为应用施工造成不便。针对上述问题，需要对现有的技术进行改进，开发制造及使用过程简单，所用原料品种少，既易于降解又具有一定稳定性的植物培养基体，提高植物固沙的经济性和可实施性。
