一种改良盐碱地的智能坪床结构的制作方法

本发明涉及新能源利用和生态恢复领域，尤其是一种利用太阳能改良盐碱地的智能坪床结构。

背景技术：

我国有3470万公顷的盐碱土，这些地区植被稀少，生态系统脆弱，对盐碱地进行生态修复意义重大。然而由于盐碱地的土壤环境恶劣，栽植树木进行绿化很难在短期内起到修复效果，因此，目前对盐碱地的改良工作依然艰巨。

技术实现要素：

为实现本发明的技术目的，本发明公开了一种利用太阳能改良盐碱地的智能坪床结构，包括：

设置在土壤表层，利用太阳能提高土壤表层微环境温度的导热系统；

设置在土壤表层以下，对盐碱地土壤水中的盐渍进行截留、净化并对净化水进行收集的两级过滤系统；

用于监测净化水的体积，并根据净化水体积的变化启动净化水再利用的循环系统。

其中，所述导热系统包括：铺设在土壤表层内的导热管；

与加热管连接，设置在土壤表层上的太阳能加热储能装置；以及

与太阳能加热储能装置连接的自适应调节装置。

特别是，所述导热管呈回形铺设在土壤中。

其中，所述导热管铺设在距离土壤表面以下45-60cm处。

优选的，所述导热管铺设在距离土壤表面以下50cm左右处。

特别是，所述导热管仅铺设一层。

具体的，所述导热管为市售的直径小于10mm的不锈钢金属管。

具体的，在本申请的一个实施例中，采用了市售的8mm的不锈钢金属管。

本发明将导热管折叠成回形铺设在土壤中，可以使导热管最大限度且均匀地向导热管四周土壤传递热量。此外，本申请将导热管铺设在距离地面50cm左右处。

其中，所述太阳能加热储能装置为市售的任一一种太阳能和蓄电池相结合的装置。

本申请利用太阳能加热储能装置不仅解决了盐碱地田间无法供电的问题，还能将可再生能源用于土壤改良、生态恢复和草坪建植，生态意义重大。

其中，所述自适应调节装置包括：

设置在土壤表层中非导热管位置处，能够发射温度信号的温度感应器；

设置在太阳能加热储能装置上，用于接收温度信号，并根据温度信号控制太阳能加热储能装置释放热量大小的智能控制器。

本发明应用自适应调节装置能够在太阳充足季节将多余的太阳能转化为电能储存起来，仅将少量热能传输到导热管，防止燥热季节对土壤表土层的过度加热；同时还能够在太阳光匮乏时，及时启用储存的电能，加热电热管，满足寒凉季节土壤对热量的需求。

需要说明的是，所述自适应调节装置可以通过市售获得，也可以采购温度感应器、智能控制器采用常规方式进行组装。

其中，所述两级过滤系统包括：

设置在土壤表层以下，依次叠放的多组，且每组由不同的粒径种类的玻璃轻石构成的初级过滤单元；

设置在初级过滤单元以下，将玻璃轻石不同种粒径混合组成的次级过滤单元；

设置在初级过滤单元和次级过滤单元之间的初级净化水缓冲单元；

设置在次级过滤单元下端的净化水收集单元；以及

布设在土壤表层、初级过滤单元、初级净化水过度单元、次级过滤单元、净化水收集单元之间的透水膜。

其中，所述净化水收集单元是利用防水膜与土层分离，降低净化水向土层渗入。

其中，所述初级过滤单元由上而下包括具有第一孔隙配伍的上层、具有第二孔隙配伍的中层、第三孔隙配伍的下层。

其中，所述第一孔隙配伍是粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石的混合。

其中，所述第二孔隙配伍是粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石、粒径为0.1-1mm的玻璃轻石、粒径为0.01-0.1mm的玻璃轻石的混合。

其中，所述第三孔隙配伍是粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石、粒径为0.1-1mm的玻璃轻石的混合。

特别是，所述初级过滤单元中，上、中、下层厚度的关系为：中层＞上层＞下层。

优选的，所述上层厚度为40cm，中层厚度为50cm，下层厚度为30cm。

其中，所述次级过滤单元是具有第三孔隙配伍的玻璃轻石混合，即粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石、粒径为0.1-1mm的玻璃轻石的混合。

玻璃轻石是一种多孔轻质无机材料，常用园艺领域，本申请利用玻璃轻石对盐碱地表层土壤进行重构，是利用玻璃轻石之间的粒径差异，对土壤中的混有土壤颗粒的水进行过滤，使盐碱土壤颗粒与盐碱土壤水初步分离，再利用玻璃轻石本身的吸附效果使已经进行了粗过滤的土壤水中的盐分子物质沉积附着在玻璃轻石的孔隙中，减少土壤水中的盐浓度，降低ph值，实现盐碱地土壤水的净化。

特别是，所述玻璃轻石中混有枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌。

具体的，所述枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌均通过市售获得，其用量可以根据坪床结构体积的大小进行调整，本发明不作限制，本发明利用混在玻璃轻石中的枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌可以吸收并消耗土壤水中盐碱离子，同时分泌有益于作物生长的抗生素和酶，使其附着在玻璃轻石上，有利于作物根系的生长。

其中，所述初级净化水缓冲单元为上下端均具有多个与透水膜接触小孔的缓冲管道。

其中，所述缓冲管道中上端小孔与下端小孔间隔分布。

其中，所述缓冲管道为市售的任一一种中空管道。

优选的，所述缓冲管道为ppr管。

本申请将缓冲管道设置在两个透水膜之间，使经过初级过滤的空气和过滤水通过分布均匀的上端小孔进入进行收集，使经过初级净化的净化水不会快速的流失，当净化水逐渐进入缓冲管道后，再通过分布均匀的下端小孔排出，缓慢进入次级净化系统。

其中，所述净化水收集单元为上端具有多个分布均匀的小孔，一侧端与循环系统连接的收集管道。

其中，所述透水膜位于玻璃轻石基质层底部，用于阻止草坪基质中的土壤颗粒通过。

特别是，透水膜材料为高密度聚乙烯防渗土工膜。

其中，所述防水膜是规格为200g/m²～650g/m²的土工布，用于限制净化水继续下渗。

具体的，所述防水膜厚度为1-2mm，其上设有多个孔径＜0.6mm的毛细孔。

具体的，所述防水膜上的每个毛细孔的间隔大于3mm。

本申请利用具有毛细孔的防水膜，可以利用毛细孔的吸附作用使盐碱地土壤中的盐碱离子少量、逐渐地进入坪床结构中的净化水收集单元中，随净化水进入循环系统中，逐步实现盐碱地土壤的改良。

其中，所述循环系统包括：

设置在土壤表层上的灌溉输入管道；

一端与收集管道连接，垂直穿过土壤后，另一端与灌溉输入管道连接的传输管道；

设置在传输管道上，用于检测收集管道中净化水体积，并根据检测出的信号判断是否将净化水传输到土壤表层的智能传输单元。

其中，所述灌溉输入管道上端均匀分布有多个灌溉口，下端均匀分布有多个滴灌口。

其中，所述传输管道的内径小于收集管道的内径。

其中，所述智能传输单元包括：

用于检测收集管道中净化水体积，并发射检测信号的检测装置；

设置在传输管道上端，具有接受检测信号，并判断是否开启压力泵的智能控制开关的压力泵。

其中，所述检测装置为压力传感器或水位检测器。

其中，所述检测装置安装在传输管道的底端。

其中，所述压力传感器和水位检测器均采用市售产品。

有益效果

1、本发明在常规操作的基础上，通过在草坪坪床上铺设玻璃轻石基质层，实现了草坪土壤微环境中水、肥、气、热的平衡，基于玻璃轻石的吸附作用，对土壤中的灌溉水进行了净化与再利用。

2、本发明在玻璃轻石中混有枯草芽孢杆菌及芽孢杆菌，一方面使不断吸附土壤水盐碱离子的玻璃轻石具有消纳的能力，另一方面，还能不断的在玻璃轻石表面产生有利于植物根系生长的酶和抗生素，提高坪床的肥力。

3、本发明利用具有毛细孔的防水膜不仅使坪床结构独立于土壤，而且还能不断地净化土壤中的盐碱离子，降低坪床结构以外土壤的盐碱度，实现改良盐碱地的目的。

4、本发明提出的一种能够改良盐碱的坪床结构铺设方式简单，操作方便，无需使用土壤改良剂等化学制品，也无需栽种耐盐碱品种的草种，可广泛用于寒冷地区和盐碱地区的草坪建植。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种改良盐碱地的坪床结构剖面结构示意图。

图中：

1、加热系统，11、导热管，12、太阳能加热储能装置，13、自适应调节装置，131、温度感应器；132、智能控制器；2、两级过滤系统，21、初级过滤单元，211、上层，212、中层、213、下层，22、次级过滤单元；23、初级净化水缓冲单元；24、净化水收集单元；25、透水膜，26、防水膜；3、循环系统，31、灌溉输入管道，311、灌溉口，312滴灌口，32、传输管道；33、智能传输单元，331、检测装置，332、压力泵，333、智能控制开关。

m、土壤，l、小孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，文中没有具体说明的结构均为常规结构，没有特别说明的器件，均通过市售获得，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1所示，本发明提供的一种改良盐碱地的坪床结构，包括：设置在土壤表层，利用太阳能提高表土层土壤微环境温度的加热系统1；设置在土壤表层以下，对盐碱地土壤水中的盐渍进行截留、净化并收集净化水的两级过滤系统2；用于监测净化水的体积，并根据净化水体积的变化启动净化水再利用的循环系统3。

具体的，所述加热系统1包括：铺设在表土层内的导热管11；与导热管连接，设置在土表层上的太阳能加热储能装置12；以及设置在导热管与太阳能加热储能装置之间的自适应调节装置13。

进一步的，所述导热管呈回形状折叠在土壤中进行传热，增加了导热管与土壤的接触面积，最大限度且均匀地向土壤传递热量，从而促进土壤表层的微生物活动及离子交换。

进一步地，所述导热管位于距离土壤表面以下45-60cm处，在本申请的一个实施例中，将导热管铺设于距离土壤表面以下50cm左右处。

进一步的，所述导热管仅需铺设一层。

需要说明的是，本申请所述的导热管为市售的任一一种能够传热的设备，本申请不做限制。

其中，所述太阳能加热储能装置为市售的任一一种太阳能和蓄电池相结合的装置。

本申请利用太阳能加热储能装置不仅解决了盐碱地基础设施有限，条件艰苦，无法供电的问题，还能将可再生能源-太阳能用于土壤改良、生态恢复和草坪建植，为生态恢复领域提供了一种新的供能方式，同时也为太阳能的利用提供了一种新途径。

具体的，所述自适应调节装置13包括：设置在土壤表层中近地面位置的能够发射温度信号的温度感应器131；设置在太阳能加热储能装置上，用于接收温度信号，并根据温度信号控制太阳能加热储能装置释放热量大小的智能控制器132。

本发明应用自适应调节装置均具有无线发射和接收器件，当智能控制器132接收到的温度感应器温度131超过高温阈值时，会自动切断太阳能与导热管的连接，打开太阳能向储能设备传输热量的端口，当智能控制器接收到的温度感应器温度低于低温阈值时，打开储能设备向导热管传输电能的端口，利用电能使导热管发热，弥补太阳能供热不足的问题，满足阴冷季节土壤对热量的需求。

具体的，所述两级过滤系统2包括：设置在土壤表层以下，依次叠放的多组，且每组由不同的粒径种类的玻璃轻石构成的初级过滤单元21；设置在初级过滤单元以下，将玻璃轻石按不同种粒径混合组成的次级过滤单元22；设置在初级过滤单元和次级过滤单元之间的初级净化水缓冲单元23；设置在次级过滤单元下端的净化水收集单元24；以及布设在土壤表层、初级过滤单元、初级净化水过度单元、次级过滤单元、净化水收集单元之间的透水膜25。

其中，所述净化水收集单元是利用防水膜26与土层m分离，降低净化水向土层渗入。

具体是，所述防水膜厚度为1-2mm，其上设有多个孔径＜0.6mm的毛细孔(图中未示出)。

具体的，所述毛细孔的间隔大于1.5mm。

优选的，所述毛细孔的间隔为1.5-3.0mm。

本申请利用具有毛细孔的防水膜，可以使盐碱地土壤中的盐碱离子少量、逐渐地进入坪床结构进行净化，实现盐碱地土壤的改良。

具体的，所述初级过滤单元21由上而下包括具有第一孔隙配伍的上层211、具有第二孔隙配伍的中层212、第三孔隙配伍的下层213。

进一步的，所述第一孔隙配伍211是粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石的混合；所述第二孔隙配伍212是粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石、粒径为0.1-1mm的玻璃轻石、粒径为0.01-0.1mm的玻璃轻石的混合；所述第三孔隙配伍213是粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石、粒径为0.1-1mm的玻璃轻石的混合。

尤其是，所述初级过滤单元中，上、中、下层厚度的关系为：中层＞上层＞下层。

在本申请的一个实施例中，所述上层厚度为40cm左右，中层厚度为50cm左右，下层厚度为30cm左右。

其中，所述次级过滤单元22是具有第三孔隙配伍的玻璃轻石混合，即粒径为3-8mm的玻璃轻石、粒径为1-3mm的玻璃轻石、粒径为0.1-2mm的玻璃轻石、粒径为0.1-1mm的玻璃轻石的混合。

玻璃轻石是一种多孔轻质无机材料，常用园艺领域，本申请利用玻璃轻石对盐碱地表层土壤进行重构，是利用玻璃轻石之间的粒径差异，对土壤中的混有土壤颗粒的水进行过滤，使盐碱土壤颗粒与盐碱土壤水初步分离，再利用玻璃轻石本身的吸附效果使已经进行了粗过滤的土壤水中的盐分子物质沉积附着在玻璃轻石的孔隙中，减少土壤水中的盐浓度，降低ph值，实现盐碱地土壤水的净化。

在本发明的一个实施例中，本申请在玻璃轻石中混有枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌。

其中，枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌的用量可以根据坪床结构体积的大小进行调整，本发明不作限制，所述枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌均通过市售获得。

本发明利用混在玻璃轻石中的枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌可以吸收并消耗土壤水中盐碱离子，同时分泌有益于作物生长的抗生素和酶，使其附着在玻璃轻石上，有利于作物根系的生长。

其中，所述初级净化水缓冲单元为上下端均具有多个与透水膜接触小孔l的缓冲管道。

其中，所述缓冲管道中上端小孔与下端小孔间隔分布。

其中，所述缓冲管道为市售的任一一种中空管道。

在本申请的一个实施例中，所述缓冲管道选用市售的ppr管。

本申请将缓冲管道设置在两个透水膜之间，使经过初级过滤的空气和过滤水通过分布均匀的上端小孔进入进行收集，使经过初级净化的净化水不会快速的流失，当净化水逐渐进入缓冲管道后，再通过分布均匀的下端小孔排出，缓慢进入次级净化系统。

其中，所述净化水收集单元为上端具有多个分布均匀的小孔，一侧端与循环系统连接的收集管道。

具体的，所述透水膜位于玻璃轻石基质层底部，用于阻止草坪基质中的土壤颗粒通过，只允许空气和过滤后的土壤水通过。

在本申请的一个实施例中，所述透水膜材料为高密度聚乙烯防渗土工膜。

具体的，所述防水膜是规格为200g/m²～650g/m²的土工布，用于限制净化水继续下渗。

其中，所述循环系统3包括：设置在土壤表层上的灌溉输入管道31；一端与收集管道连接，垂直穿过土壤后，另一端与灌溉输入管道连接的传输管道32；设置在传输管道上，用于检测收集管道中净化水体积，并根据检测出的信号判断是否将净化水传输到土壤表层的智能传输单元33。

具体，所述灌溉输入管道31上端均匀分布有多个灌溉口311，下端均匀分布有多个滴灌口312。

灌溉时，灌溉水通过灌溉口进入灌溉输入管道，然后再通过滴灌口渗入到土层中。

其中，所述传输管道32的内径小于收集管道24的内径。

其中，所述智能传输单元33包括：用于检测收集管道中净化水体积，并发射检测信号的检测装置331；设置在传输管道上端，具有接受检测信号，并判断是否开启压力泵的智能控制开关333的压力泵332。

具体的，所述检测装置为压力传感器或水位检测器。

其中，所述检测装置安装在传输管道的底端。

其中，所述压力传感器和水位检测器均采用市售产品

当智能控制开关接受到的检测装置的压力信号或高度信号高于阈值时，则打开压力泵的电通路，启动压力泵将收集管道中的净化水抽入到输入管道中；当收集管道中的净化水体积减少，检测装置的压力信号或高度信号减弱到低于阈值时，智能控制开关会断开压力泵的电通路，压力泵停止工作。

经统计，利用本发明提供的坪床结构能够使土壤水中的盐浓度降低到0.1％以下，土壤ph值恢复到6-7之间。

当坪床铺设结束后，即可将草种撒播在坪床上进行草坪的种植，也可以直接将草坪铺设在坪床上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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