[发明专利]土壤床

说明书

技术领域

本发明涉及使用水灌溉的方法、使用灌溉繁殖植物的系统、再循环废弃有机物质以改善土壤质量用于将碳埋置到土壤中并减少大气碳的方法、再利用废水的方法和用于辅助构建所述系统的全套器材。

背景技术

在常规的灌溉水中，靠近表面的任何水将迅速蒸发，从而一定比例的灌溉水将因蒸发损失，尤其仅施加少量灌溉时。这可以通过施加更大灌溉加以减少，然而穿过根区的任何水将相对植物损失并且可以造成地下水和河流系统污染。

如果存在地下防渗粘土层，则渗透性水穿过土壤沉降并形成滞留性富营养水的地下池塘。这种池塘会变成厌氧的并且仍是抑制植物生长的的腐败性污物。根部需要空气以及水，最好的结果是水在渗透期间占据土壤中的空气空间并且在水排入较低位置时该空间再灌满空气。

发明内容

地下灌溉的方法，包括挖掘沟槽，用防水衬层衬砌沟槽，用产生孔隙的原生有机废弃物至少部分地填充加衬的沟槽，用意图支撑植物的土壤覆盖该废弃物和添加水至该地下有机废弃物。通过光合作用产生并且因而已经含有捕获的大气二氧化碳的有机废弃物被水覆盖，并在半厌氧条件下用厌氧细菌和真菌缓慢地分解以与土壤掺合，因而形成从大气捕获碳的方法。因而，原生有机废弃物中的木质素被抑制进入碳循环的快速部分，相反其被真菌利用以生长锁定碳的广泛菌丝。木质素中的某些缓慢地堆合成长链纤维素衍生物。植物、细菌和真菌以约30倍于人工排放物中碳量的量截获大气碳。

若将要构建凸起土壤床，则沟槽可以深200-300mm，若需要用于果园或商业运营的地平床，则沟槽可以深600-800mm。沟槽的尺度取决于预期用途。如果衬里仅沿沟槽侧面向上部分地延伸，则在沟槽两侧面上的土壤将因芯吸作用而润湿。

废弃物可以如来自城郊覆盖物和工厂废弃木屑的枝杈和杂草那样是原生的，其中所述的城郊覆盖物和工厂废弃木屑具有不规则形状，因而不堆积在一起，从而产生巨大孔隙含量。这种饱和的原生集料可以提高持水量直至达5倍于具有处于田间持水量的圆形粒子的常规土壤的持水量。有机基质引起水向上芯吸至被覆土壤。也可以使用无机材料如砂子或砾石集料，但是在其芯吸作用方面不如有机基质那样有效。

如果灌溉在降雨稀少地区进行，若该衬层延伸超出沟槽作为仅低于地平线的倾斜沟缘，则可以借助这种方法捕获额外的水。以这种方式，雨水向下渗透直至它接触衬层延伸物并因重力进入沟槽。以这种方式可以利用沟槽周围的全部沟缘，但是这需要准备现场和检验水平方面的更多工作，以确保水会收集于沟槽中。结果是通常因旱季而死亡的植物在沟槽上方的范围内不会死亡。它们接受来自地下贮存处的水并且更有可能渡过间断旱季活下来。

在有一些但不充足的水可用于灌溉的商业运营中，可以通过在添加原生有机废弃物之前在沟槽中铺设管子而给予沟槽定期贮存的水。具有多个穿孔的柔性结构的农用管是合适的，然而仅在基部具有窄缝的管子堵塞的可能性更小。有用的是基本上水平地铺设这种管子，同时抬高末端，止于或刚高于地平线，从而当给予衬层大量水时，可以检查水位。水被衬层约束不动并且形成地下池塘，其大部分容积被浸泡的有机废弃物占据。如果该床已经通过水喷洒或漫灌润湿，则来自该床的蒸发占据本要蒸发的一小部分。

如果要求快速生长(如用于培育蔬菜)并且夜晚根部温度是重要的，则灌溉方法可能包括在原生废物层上建起土壤层以形成高于周围土壤水平面的凸起床。凸起床在易遭遇潮湿条件或洪水的地区是特别有益的。作为在土地里制造芯吸床的替代，整个系统可以封闭于箱子或其他合适容器中。

可以通过添加合适类型的蚯蚓改善升高或处于地平线的土壤层的孔隙率。作为大型深处采食蠕虫的Amyuthus物种蠕虫将在该床中挖洞并产生海绵状组织。这改善渗透性并有助于CO₂捕获。

真菌也可以通过形成充气结构改善土壤质量，并且真菌分解物质排放的二氧化碳比好氧菌排放的更少。

表面张力引起土壤对抗重力拉伸保持一定量的水分。较大孔中的水被重力拉下来，而其中表面张力较高的小孔中的水可以抵抗重力。

土壤中保留的水的平衡量叫做田间持水量，其根据孔径大幅度变化。孔径越小，可以保留越多的水；因而粘土保留的水远比砂子多。

另一方面，植物不得不从土壤抽取水并且再次地，孔径越小，植物越难以抽取水。萎蔫湿度决定这个下限，并且田间持水量与萎蔫湿度(随时可用的水)之间的差异一般在土壤类型间不会这样大地变化并通常是10％数量级。