一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统

技术领域

本发明涉及一种改善干旱、半干旱地区土壤水分的技术领域；具体涉及一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统。

背景技术

干燥土壤肥力贫瘠的土地占据很大面积，在中国，至少有3-4亿亩地水源匮缺，土层低厚度不足50厘米，有机物含量很低。在世界范围，非洲中部，南美洲西部、北部和亚洲西亚、中亚、澳大利亚沿海外的整个内陆地区也大多植被稀疏、河流稀少。随着气温升高，雪线上移、冰川融化、大风、酷热等极端气候出现频率显著增加而很多地区沙漠化干旱扩大趋势。很多地区水土流失严重，粮食减产，灾害频频沙尘暴和雾霾已成为生活中的常态。

在干旱地区，地下水埋藏较深，土壤蒸发量大，雨水稀少。改良细沙沙漠、半沙漠是很多国家和地区开展的问题。由于气候条件和地理条件，增雨和河流改道等方法很难奏效。给干旱地区“披衣”是当前科技界看好的极为宝贵的新的思路。现在采用的方法主要是在沙漠表面喷涂固沙水泥浆砌筑水泥混凝土栏坝，回收废塑料加工格栅喷涂吸水树脂等。如中国专利申请(CN105369793A)中报道一种治理沙漠的方法，技术方案主要为将水泥加水和成水泥浆，喷涂在沙漠表面，由于沙粒干燥，使喷涂的水泥浆快速凝固，形成水泥浆覆盖层，把流沙固定，在水泥浆覆盖层上设置播种孔、把树、草播种在播种孔里，水泥覆盖层把流沙固定，使风吹不走沙子，使树、草能扎根沙漠，水泥浆覆盖层在沙漠表面形成一层保护膜，使沙漠里的地下水不会被太阳蒸发，使树、草有水分顺利生长。这些措施取得一定效果，但也有一定局限。水泥混凝土覆盖以后，沙漠无法耕种，不利土壤改良。采用塑料制品易造成二次污染；用水玻璃固化成本偏高，而且没有什么效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统。本发明在缺水地区利用保温材料及制冷过程中产生的温差而产生的冷凝水，逐步增加土壤的水分。本发明中采用制冷空气集水系统，利用太阳能或风力等可再生能源为制冷装置供电，并采用制冷结露的方法从湿空气中获得水分，并通过输水管道将冷凝水引入土壤中；且在土壤表面铺设岩棉板，减少或阻止土壤表面水分的蒸发，并不断吸收空气水分向土壤注水，增加土壤的蓄水功能，进一步增加土壤的水分。

本发明为实现上述技术目的采用的技术方案为：

一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统，包括岩棉板、制冷空气集水系统和输水槽；所述岩棉板铺设在土壤上；所述制冷空气集水系统包括制冷装置、蓄电系统和控制系统，所述蓄电系统包括太阳能或/和风力发电组件和蓄电池，所述太阳能或/和风力发电组件通过电路与蓄电池相连接，所述制冷装置由蓄电池供电；所述控制系统包括雨雪传感器和控制器，雨雪传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连；所述控制器用于控制蓄电池充电电路的通断和制冷系统供电电路的通断；所述制冷装置设置在岩棉板的上方；所述输水槽设置在岩棉板之间供水流入土壤；所述制冷装置设有输水管道，所述输水管道的出水端设在输水槽内，供冷凝水流入土壤内。

本发明提出的一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统的进一步优选方案为：

其中，输水槽设置在岩棉板之间，所述输水槽包括塑料板(3)、塑料网格层(6)、多孔吸水材料(2)和铝皮半圆管壳(1)；所述塑料板设置在岩棉板(4)朝向输水槽一侧的壁上，所述塑料网格层设置在两塑料板之间并置于土壤(5)上方，所述多孔吸水材料放置在所述塑料网格层上，所述铝皮半圆管壳设置在两塑料板间并置于多孔吸水材料的上方；所述铝皮半圆管壳与塑料板间留有缝隙供水从缝隙流入。

其中，岩棉板朝向输水槽的一侧可以设计为斜面，使其与地面呈一定角度；塑料板置于岩棉板朝向输水槽一侧的斜面壁上，此处的角度并无特殊的限定，可以根据需求进行设计；本发明将岩棉板朝向输水槽的一侧设计为斜面为优选方案，本发明不限于此。

其中，本发明中的塑料板间设有塑料网格层，铝皮半圆管壳设置在两塑料板间并位于塑料网格层的上方，且铝皮半圆管壳与塑料板间形成一定缝隙，使得水可以从缝隙流入并经过塑料网格层流入土壤中。

其中，本发明在塑料网格层上铺置多孔吸水材料，其中，多孔吸水材料可以为浮石、多孔泡沫混凝土等无机硅酸盐材料，可以吸取和放出水分，可以反复使用，同时自身性能不发生改变。

其中，本发明中的岩棉板可以采用普通的保温岩棉板，在干旱地区，没有或很少有植物生长，地下水位距离地面3米以上，可以采用普通的保温岩棉板，增加和保持土壤的水分。本发明中的岩棉板还可以采用农业岩棉板，在半干旱或部分干旱地区，可采用农业岩棉覆盖土壤；农业岩棉可直接用于无土栽培，本发明的农业岩棉的厚度可以选择3-8cm，栽种一些耐旱植物，数月以后植物根系可以穿透岩棉层；本发明不局限于此，可以根据土壤的情况，选择农业岩棉板的厚度。

本发明中的岩棉板的尺寸可以根据实际需要进行裁制。本发明中所用的普通保温岩棉板可以采用现有技术中的保温岩棉板，也可以选择保温岩棉板包括按质量百分比计的以下物质组成：55％-65％玄武岩，15％-25％焦炭，15％-25％石灰石，2％-8％矿渣。本发明的普通保温岩棉板生产过程中，可以在岩棉成纤后铺棉过程中可同时加入麦秆粉末，粉煤灰等粉末；岩棉板是连续生产，每卷长度可有几十米，宽度为1-2米。

其中，本发明的制冷装置优选为半导体制冷装置，所述制冷装置距离岩棉板上方0.5-1.5m处设置；且本发明中的制冷装置不包括散热器，将冷风直接输送到各输水管道即可。

本发明提出的一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统的原理和有益效果为：

本发明中在缺水地区利用保温材料及制冷过程中产生的温差而产生的冷凝水，逐步改善土壤的水分。本发明中采用制冷空气集水系统，利用太阳能或风力等可再生能源为制冷装置供电，并采用制冷结露的方法从湿空气中获得水分，并通过输水管道将冷凝水引入土壤中。本发明的技术方案中同时在土壤表面铺设岩棉板，由于在干旱地区，地下水埋藏深度在3-4米以下，土壤水分主要来源于降水，土壤失水的途径主要是土壤蒸发或作物蒸发；由于岩棉板具有半渗透的特性，且保水性优良，土壤水分蒸发减少，并不断吸收空气水分向土壤注水，增加土壤的蓄水功能，地下水会逐渐上升，到距离地面2-3米处，植物根系可以吸收。

附图说明

图1制冷空气集水系统的示意图。

图2输水槽的结构示意图。

其中，说明书附图中的附图标记说明如下：

1铝皮半圆管壳，2多孔吸水材料，3塑料板，4岩棉板，5土壤，6塑料网格层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述：

参见图1-2，本发明提出的一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统，包括岩棉板、制冷空气集水系统和输水槽；岩棉板铺设在土壤上，岩棉板采用农业岩棉板；其中，制冷空气集水系统包括制冷装置、蓄电系统和控制系统，蓄电系统包括太阳能或/和风力发电组件和蓄电池，太阳能或/和风力发电组件通过电路与蓄电池相连接将能量存储在蓄电池中，再由蓄电池向制冷装置供电。其中，控制系统包括雨雪传感器和控制器，雨雪传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连；控制器用于控制制冷装置供电电路的通断；当下雨或下雪的时候，雨雪传感器将检测的下雨或下雪信号反馈给控制器，此时蓄电池停止向制冷装置供电，制冷装置停止制冷；此时雨或雪通过输水槽流入土壤中，增加土壤水分。制冷装置设置在岩棉板的上方，距离岩棉板上方0.5m处；输水槽设置在岩棉板间供水流入土壤，其中输水槽包括塑料板(3)、塑料网格层(6)、多孔吸水材料(2)和铝皮半圆管壳(1)；塑料板设置在岩棉板(4)朝向输水槽一侧的壁上，塑料网格层设置在两塑料板之间并置于土壤(5)上方，多孔吸水材料放置在所述塑料网格层上，铝皮半圆管壳设置在两塑料板间并置于多孔吸水材料的上方，铝皮半圆管壳与塑料板间留有缝隙供水从缝隙流入；其中，多孔吸水材料可以为硅胶、沸石、氯化钙等无毒多孔物质。制冷装置设有输水管道，输水管道的出水端设在输水槽内，供冷凝水流入土壤内。

本发明的具体实施方式中凡未涉及到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

上述具体实施方式是对本发明提出的一种增加干旱半干旱地区土壤水分的系统技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案的基础上所做的任何等同变化或等效改动，均属于本发明技术方案保护范围。