雷锋内幕报
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系列新型材料助力我國水土保持事業

作者: 發布日期:2019-04-15 09:39

 

   “在國內外,我們首次實現了砒砂巖區從溝床至坡頂的快速生態修復,將砒砂巖的水土流失降低95%以上,植被覆蓋度恢復到90%以上。”說這句話的是東南大學/江蘇大學國家“千人計劃”特聘專家吳智仁研究員。

  多年來,吳智仁研究員與東南大學土木工程學院楊才千教授帶領團隊立足于材料研發、生態修復和水土保持工作,研發出了系列新型高性能材料,在包括砒砂巖區在內的荒漠化生態修復和工程邊坡的水土保持治理方面走出了一條新的路子。

  新型材料劍指荒漠化治理

  近30年來,我國經濟與社會的發展取得了矚目的成就,但生態環境破壞嚴重。盡管我國加大了修復和治理力度,但現狀依然嚴峻,我國荒漠化土地達261萬平方公里,貫穿東西、橫跨南北。

  材料、工程與生物措施相融合是實現生態環境快速修復及其可持續發展的最有效途徑之一。但是,功能型生態材料研發滯后及其應用技術體系不完善阻礙著生態環境科技的發展和規模化應用。

  針對傳統生物措施生態環境修復周期長且蓋度低、工程措施生態性差且缺乏適宜的生態環境修復用材料,團隊在揭示親水性聚氨酯多因素嚴酷環境耦合作用下老化機理的基礎上,提出了納米改性及分子鏈結構設計方法,研發了生態環境修復用功能型聚氨酯復合材料。

  據悉,該材料可與任意水質的水發生反應生成具有良好彈性和力學性能的柔性體,可實現紫外線耐久周期從不足6個月提升至30年內自然降解可控,具有高度的環保性,其自然降解產物也不具生態危害性。

  同時,團隊還提出了融合材料、工程與生物措施的快速可控生態環境治理理念,揭示了材料濃度和治理目標與促生模式之間的內在關系,創造性地建立了基于該親水性聚氨酯材料的快速可控生態環境治理技術體系,開辟了荒漠化、土地沙化和砒砂巖風化侵蝕等生態修復以及邊坡水土保持與綠化新途徑。

  提升技術擴大應用范圍

  在沙化荒漠地區,紫外線強、溫差大、水資源缺乏,在這種特殊的嚴酷環境下,該團隊研發的基于親水性聚氨酯材料的快速可控荒漠化生態環境修復技術。

  團隊成員梁止水博士介紹說,該技術能夠在5分鐘內實現松散沙土的快速固結,形成具有適合植物生長空隙率的材料——多孔性沙土彈性固結層。

  “這種固結層具有優異的力學性能,其抗拉強度接近1兆帕、變形能力達50%以上,抗12級以上的風蝕;保水與保肥能力提高40%以上,2周后可逐步實現植被的恢復,通常1-2年內可將沙化荒漠地區的植被蓋度從小于10%提升至50%以上。”梁止水說。

  目前,該技術成果多次獲評“國際先進”和“國內領先”水平,并被水利部認定為水力先進實用技術,列入《2010年度水利先進實用技術重點推廣指導目錄》進行重點推廣,并被水利部技術推廣中心作為沙化防治實用性新技術在全國范圍內進行重點推廣和應用,取得了顯著的生態、經濟和社會效益。

  同時,團隊還研發了邊坡快速水土保持及綠化技術,能夠在確保邊坡在雨水沖蝕作用下處于穩定狀態,將其水土流失控制在5%以下,從而解決邊坡水土流失的快速防治和大規模施工技術難題,實現水土流失量降低50倍以上。

  目前,這種技術已經在長江流域紅壤土、崩崗、水利邊坡等水土流失中開展了示范和工程應用。

  內蒙西藏三江源顯奇功

  在內蒙古鄂爾多斯地區,有著被稱為“地球生態癌癥”的砒砂巖,它是黃河粗泥沙的罪魁禍首,也是黃河下游地上懸河的主要推動力。

  針對砒砂巖極易風化侵蝕以及生態環境極其難修復的難題,團隊在揭示其巖性與強風化機理的基礎上,通過砒砂巖顆粒間的粘結性能修復將分散的砒砂巖顆粒進行包裹形成一體化的抗風蝕復合體,研發了基于親水性聚氨酯材料的砒砂巖區生態環境治理技術、工藝及一體化二液分離式成套施工裝備,通過融合材料、工程和生物措施并結合砒砂巖區地形地貌特征建立了砒砂巖快速二元立體生態環境治理模式。

  同時,由于砒砂巖的營養成分嚴重缺乏,團隊在材料中復合具有相應促生功能的成分,提升了材料—砒砂巖復合體的保水、保溫與保肥功能,顯著提升了植被修復能力。

  青藏鐵路是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路,鐵路沿線的防沙治沙對該鐵路安全運行意義重大。針對這一難題,團隊在國內首次采用材料生物固沙技術,形成適用于高寒沙化地區的化學固沙植生技術模式。

  在三江源地區,自然因素和不合理人類活動造成了生態環境日益惡化,草場嚴重退化,水土流失加劇,土地沙漠化而積擴大,冰川、濕地退縮,生物多樣性銳減。

  “在很多生態修復技術措施無法發揮作用且無十分有效的技術措施的情況下,我們引進一種新型的復合材料,開展試驗示范,為三江源地區防沙治沙提供新的方法, 從技術層面很好地支撐了三江源地區生態修復。”楊才千說。

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來源:科學網 編輯:李楠
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