新材料助力水土保持治理

“在國內(nèi)外，我們首次實現(xiàn)了砒砂巖區(qū)從溝床至坡頂?shù)目焖偕鷳B(tài)修復(fù)，將砒砂巖的水土流失降低95%以上，植被覆蓋度恢復(fù)到90%以上。”東南大學(xué)/江蘇大學(xué)特聘專家吳智仁教授如是說。

多年來，吳智仁與東南大學(xué)教授楊才千帶領(lǐng)團隊立足于水土保持工作，研發(fā)出了系列新型高性能材料，在包括砒砂巖在內(nèi)的荒漠化生態(tài)修復(fù)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(jīng)濟與社會的發(fā)展取得了矚目成就，但生態(tài)環(huán)境破壞嚴重。盡管加大了修復(fù)和治理力度，但現(xiàn)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(xiàn)生態(tài)環(huán)境快速修復(fù)及其可持續(xù)發(fā)展的最有效途徑之一。但是，功能型生態(tài)材料研發(fā)滯后及其應(yīng)用技術(shù)體系不完善阻礙著生態(tài)環(huán)境科技的發(fā)展和規(guī)?；瘧?yīng)用。

針對傳統(tǒng)生物措施生態(tài)環(huán)境修復(fù)周期長且蓋度低、工程措施生態(tài)性差且缺乏適宜的生態(tài)環(huán)境修復(fù)用材料，吳智仁團隊在揭示親水性聚氨酯多因素嚴酷環(huán)境耦合作用下老化機理的基礎(chǔ)上，提出了納米改性及分子鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，研發(fā)了生態(tài)環(huán)境修復(fù)用功能型聚氨酯復(fù)合材料。

據(jù)悉，該材料可與任意水質(zhì)的水發(fā)生反應(yīng)生成具有良好彈性和力學(xué)性能的柔性體，可實現(xiàn)紫外線耐久周期從不足6個月提升至30年內(nèi)自然降解可控，具有高度的環(huán)保性，其自然降解產(chǎn)物也不具生態(tài)危害性。

提升技術(shù)擴大應(yīng)用范圍

在沙化荒漠地區(qū)，紫外線強、溫差大、水資源缺乏，在這種特殊的嚴酷環(huán)境下，該團隊研發(fā)出基于親水性聚氨酯材料的快速可控荒漠化生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)。

團隊成員梁止水博士介紹，該技術(shù)能夠在5分鐘內(nèi)實現(xiàn)松散沙土的快速固結(jié)，形成具有適合植物生長空隙率的材料——沙土彈性固結(jié)層。

“這種固結(jié)層具有優(yōu)異的力學(xué)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(fēng)蝕；保水與保肥能力提高40%以上，2周后可逐步實現(xiàn)植被的恢復(fù)，通常一兩年內(nèi)可將沙化荒漠地區(qū)的植被蓋度從小于10%提升至50%以上。”梁止水說。

目前，該技術(shù)被水利部認定為水力先進實用技術(shù)，列入《2010年度水利先進實用技術(shù)重點推廣指導(dǎo)目錄》進行重點推廣，并被水利部技術(shù)推廣中心作為沙化防治實用性新技術(shù)在全國范圍內(nèi)進行重點推廣和應(yīng)用，取得了顯著的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。

同時，團隊還研發(fā)了邊坡快速水土保持及綠化技術(shù)，能夠確保邊坡在雨水沖蝕作用下處于穩(wěn)定狀態(tài)，將其水土流失控制在5%以下。該技術(shù)已在長江流域紫色土、崩崗、水利邊坡等水土流失中開展示范和工程應(yīng)用。

內(nèi)蒙古、三江源顯奇功

在內(nèi)蒙古準格爾旗地區(qū)，有著被稱為“地球生態(tài)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(fēng)化侵蝕以及生態(tài)環(huán)境極難修復(fù)的難題，團隊在揭示其巖性與強風(fēng)化機理的基礎(chǔ)上，通過砒砂巖顆粒間的黏結(jié)性能修復(fù)，將分散的砒砂巖顆粒進行包裹，形成一體化的抗風(fēng)蝕復(fù)合體，研發(fā)了基于親水性聚氨酯材料的砒砂巖區(qū)生態(tài)環(huán)境治理技術(shù)、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(jié)合砒砂巖區(qū)地形地貌特征建立了砒砂巖快速二元立體生態(tài)環(huán)境治理模式。

在三江源地區(qū)，草場嚴重退化，水土流失加劇，土地沙漠化面積擴大，冰川、濕地退縮，生物多樣性銳減。“在很多生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施無法發(fā)揮作用且無十分有效的技術(shù)措施的情況下，我們引進一種新型的復(fù)合材料，開展試驗示范，為三江源地區(qū)防沙治沙提供新的方法, 從技術(shù)層面很好地支撐了三江源地區(qū)生態(tài)修復(fù)。”楊才千說。