土壤改良方法
近年来，伴随我国工业化的快速发展，土壤不断遭到各种污染的伤害。据统计，目前我国有2000万公顷耕地受到重金属污染，约占耕地总面积的1/5，而这也给我们的生活带来了诸多影响。土壤污染主要是指土壤中收容的有机废弃物或含毒废弃物过多，影响或超过了土壤的自净能力，从而在卫生学上和流行病学上产生了有害的影响。污染物可以通过多种途径进入土壤，引起土壤正常功能的变化，从而影响植物的正常生长和发育。土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复， 积累在污染土壤中的难降解污染物很难靠稀释作用和自净化作用来消除，治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长，目前只能依靠换土、淋洗土壤等方法可以解决问题，尚无其他有效的治理技术。
公开号为CN102318462A的中国发明专利申请公开了一种土壤改良机，其包括土壤改良机本体、动力源装置、深耕施加改良剂装置以及压缩气源；深耕施加改良剂装置包括急速气流发生装置、改良剂漏斗、改良剂计量器、改良剂散布喷头、打入装置、拔出装置。急速气流发生装置通过改良剂计量器与改良剂漏斗相连接，急速气流发生装置将来自压缩气源的压缩气体变为合适的急速气流。改良剂散布喷头与打入装置相互接合，打入装置负载冲击力，并可将改良剂散布喷头打入土地。改良剂计量器设有一可以旋转的计量室，计量室可以保留特定量的改良剂，通过计量室转子的旋转，可将改良剂漏斗的改良剂送出管与急速气流喷射管连通，将急速气流与改良剂一起从改良剂散布喷头散布于土地中。改良剂是通过将土壤改良机喷洒至土地中对土壤进行改良，但土壤被污染后，污染物通常可进入土壤中，光靠在土地表面施加土壤改良剂，见效慢，而且效果不好。
专利号为00210636.1的中国实用新型专利公开了一种多功能振动式土壤改良机，它包括支架、犁具、减振器、振动源等，振动源的顶部与减振器的一端相连，减振器的另一端连接在支架的上端，振动源的底部后端连接有犁具。由牵引机如拖拉机等将动力传递给振动源，犁具被牵引前进的同时，被振动源带动振动，从而进行松土。
公开号为CN102668756A的中国发明专利申请公开了一种丹参栽培土壤改良整理一体机，包括机架、动力输入轴、起土部、土壤混料部和辅料添加部，
所述机架为焊接式的结构，用于安装其他的部件；起土部为固定在土壤混料腔前侧土壤进口处的若干犁片，用于将土壤翻起；土壤混合部用于土壤和辅料的混合；辅料添加部用于辅料的添加；动力输入轴安装在机架上用于动力的传递。本发明首先利用拖拉机牵引本改良机，改良机的前侧的犁片地表土壤提带到改良机中，然后开启有机肥与秸秆的辅料储物箱开口，不断把秸秆与有机肥添加混配并添加到土壤中。土壤从改良机中卸下，土壤覆土轮进行一下规范，地膜覆土轮进行地膜覆盖，这样完成了土壤的改良工作。
公开号为102668744A的中国发明专利申请公开了一种土壤改良用旋耕机，其包括机架、旋耕装置和送液装置，旋耕装置和送液装置设置在机架上，送液装置位于旋耕装置后方，送液装置包括输液管组和储液器，储液器和输液管组相连接，该土壤改良用旋耕机工作时，旋耕装置将土壤打碎，同时将储液罐中的土壤改良机通过输液管组输入到土壤中，在耕地的同时进行土壤改良。
前述几种土壤改良机基本都是通过对土壤表层土进行挖掘翻松来实现土壤改良，为了更好的改良土壤，有的机器将挖起的土壤和物料进行混合，然后将土壤重新铺入土地中，有的机器向翻松后的土壤中输入土壤改良剂，但是一般挖出的土壤大小不一，仅是简单的混合效果并不好，而且这些机器还需借助其他牵引机器才能走动，结构功能都较为简单，应用受限，无法推广使用。同时由于土壤表层是污染最严重的部分，被污染的表层土壤破碎后依然铺在表层，不能很好的实现改良土壤的目的。
陕西中土重工在2014年研发了一种新型土壤改良技术。如图1所示，本发明的土壤换层机包括机架1、行走轮2、表层土处理组件3、深层土处理组件4，发电机组5、深层土摊铺板6及表层土摊铺板7。行走轮2设置于机架1的前端和后端，将机架1支承于地面上。作为行走机构的行走轮可以在机架的前、后端各设一对，或者机架的一端设置一个、另一端设置两个，行走机构还可以是履带。本实施例中，行走轮2由设置于轮架上的行走轮驱动单元20驱动，行走轮驱动单元20由设置于机架1上的发电机组5供电。驾驶室1-1设置于机架1上。发电机组5还为设置于机架上的其他工作部件提供动力。为了便于说明，将挖掘前的土地表层S1定义为地表，将挖掘后未摊铺前的土地表层S2定义为地底。
表层土处理组件3和深层土处理组件4前后设置于机架1上。表层土处理组件3包括表层土切削组件3-1、表层土提升机3-2、表层土输送机3-3。深层土处理组件4包括深层土切削组件4-1、深层土提升机4-2及深层土输送机4-3。
表层土切削组件3-1位于表层土提升机3-2的前方，表层土切削组件可以与机架相固定，也可以与表层土提升机相固定。如图2所示，表层土切削组件3-1为外表面上设置了若干个刀头的辊筒，刀头31a沿螺旋线间隔设置于辊筒31b的外圆周表面上，辊筒31b设置于半封闭的罩体31c内，辊筒31b由设置于其架体上的驱动单元驱动旋转，旋转时刀头对地面进行切削。由于刀头沿螺旋线布置，根据螺旋线的设置方向，刀头切削下来的土壤向辊筒的一侧传送堆积，即本实施例的表层土切削组件和深层土切削组件同时还作为集料元件将挖出的土壤向特定位置（提升机进料口处）集中。图2中实线箭头为机器前进方向，虚线箭头表示切削下来的土壤的传送方向。表层土提升机3-2设置于机架1上，位于表层土切削组件3-1之后的侧端，土壤切削下来后被运送到辊筒的一端，表层土提升机只需安装在辊筒一侧即可，旁置式提升机不会占用很大空间。表层土切削组件3-1挖出表层土后由表层土提升机3-2向上输送。
本发明的表层土提升机3-2可以采用市场上销售的链板式提升机。如图3所示，表层土提升机包括安装框架320、传动链条321、物料板322、提升机驱动单元323、主动轮324、传动轮325。安装框架320设置于机架1上，主动轮324和传动轮325设置于安装框架320上，传动链条321绕过主动轮和传动轮形成封闭环形，主动轮324与提升机驱动单元323的输出轴通过传动件（如传动皮带）相连并由提升机驱动单元323带动转动，从而带动传动链条321移动。传动链条321上间隔设置有物料板322，附图中只是示意性的绘制了几块物料板和几节链条，实际上物料板是沿传动链条间隔布置的。当物料板322随传动链条321移动至地面时，将刮起表层土切削组件3-1铣切下来的土壤向上运输。表层土输送机3-3设置于机架1上、位于表层土提升机3-2出料端，当物料板3-22移动到最上方时，其承载的土壤颗粒就会落到表层土输送机3-3上，由表层土输送机3-3向后输送，表层土输送机3-3的出料端位于深层土切削组件4-1之后，土壤由表层土输送机直接送到深层挖掘后的土地表面。在表
层土输送机3-3的出料端之后设置有深层土摊铺板6，深层土摊铺板6与机架1相连，本发明的摊铺板可以固定在机架上，也可以通过高度调节油缸与机架相连，采用高度调节油缸与机架连接时，可在高度调节油缸控制下上下移动，调节铺土的厚度。
表层土输送机3-3位于表层土提升机3-2的一侧，土壤落入表层土输送机3-3后，由表层土输送机3-3向后输送。当机架1下方空间受限时，表层土输送机的宽度l（图3、图5）可能无法延伸等于机架1的宽度，从表层土输送机3-3向后运输的土壤落到地面上后，会集中堆积在地面上，为了将土壤平摊，本实施例在深层土摊铺板6和表层土摊铺板7之前均设置有铺料螺旋8，铺料螺旋8作为分料元件，其长度大致等于机架1的宽度，用于将堆积在地面上的土壤向机器的左右两侧运送，以便于摊铺板摊铺。铺料螺旋8由驱动单元（未标号）驱动。
同时参照图4和图5，深层土处理组件4的结构与表层土处理组件3的结构基本相同，深层土切削组件4-1位于深层土提升机4-2的前方，深层土输送机4-3位于深层土提升机4-2一侧。深层土切削组件4-1同样包括外圆周表面上设置了若干个刀头31a的辊筒31b，刀头31a沿螺旋线间隔布置，辊筒31b设置于半封闭的罩体31c内。深层土切削组件4-1距离地面的的高度低于表层土切削组件3-1的高度，用于切削表层土之下的深层土壤，即深层土切削组件4-1底部与地表S1之间的距离h2大于表层土切削组件3-1底部与地表S1之间的距离h1。深层土切削组件4-1挖出深层土后由深层土提升机4-2向上输送至深层土输送机4-3上，深层土输送机4-3的出料端位于深层土摊铺板6之后，在深层土输送机4-3之后设置有表层土摊铺板7，表层土摊铺板7与机架1相固定、位于深层摊铺板6之后，其同样可通过高度调节油缸9上下移动。表层土摊铺板7的距离地面的高度高于深层土摊铺板6的高度，即表层土摊铺板7底部与地底S2之间的距离d2大于深层土摊铺板6与地底S2之间的距离d1。本实施例种的表层土输送机为双卧轴搅拌器，深层土输送机为皮带运输机。图1中表层土输送机和深层土输送机采用高低布置的方式，在机架下方空间允许的情况下，表层土输送机和深层土输送机也可以并排放置，设置于同一水平面上。
实施例2
实施例1中表层土切削组件和深层土切削组件都是采用铣刨滚筒，如图6所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：深层土输送机4-3为设置于机架1上的溜槽，溜槽的出料端低于进料端，即溜槽斜向下设置，土壤经深层土提升机4-2向上提升并落入深层土输送机4-3后，自动向下滑到深层土摊铺板6之后。
参照图7和图9所示，本实施例的表层土提升机和深层土提升机均包括安装框架320、传动链条321、物料板322、提升机驱动单元323、主动轮324、传动轮325。安装框架320设置于机架1上，主动轮324和传动轮325设置于安装框架320上，传动链条321绕过主动轮和传动轮形成封闭环形，主动轮324与提升机驱动单元323的输出轴通过传动件相连并由提升机驱动单元323带动转动，从而带动传动链条321移动。传动链条321上间隔设置有物料板322，本实施例的物料板322为具有刀头的刮板，物料板322的前端部为刀头，当物料板与地面接触时，物料板前端的刀头可以伸入土壤中，对土壤进行挖掘，然后将刮起的土壤提升至输送机中。结合图8，为了避免传动链条321磨损安装框架320，在安装框架320的底部设置有间隔布置的顶推辊10，将传动链条与安装框架之间的滑动摩擦转换为传动链条与顶推辊之间的滚动摩擦，减小磨损，延长使用寿命。顶推辊对于本发明来说不是必需元件，安装框架底部可以设置顶推辊，也可以不设置顶推辊，可根据需要选择。
实施例3
如图10和图11所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的表层土输送机3-3为螺旋搅拌机，表层土输送机3-3设置于表层土提升机3-2一侧，位于其出料端。表层土提升机3-2将挖起的表层土送至表层土输送机3-3中，由螺旋搅拌机将土壤送至深层土切削组件4-1后方。本实施例在表层土切削组件3-1和表层土提升机3-2之间、以及深层土切削组件4-1和深层土提升机4-2之间设置有集料螺旋13，本实施例表层土、深层土切削组件的辊筒表面的刀头不按螺旋线布置，刀头只能切削挖掘土壤，为了将挖出的土壤集中到位于切削组件侧端的提升机进料口处，在切削组件之后设置沿机架1宽度方向
布置的集料螺旋13，集料螺旋13将挖出的土壤传送集中到提升机前，以便于提升机将土壤向上提升。
在机架1上设置有液体药剂罐11和粉料斗12，液体药剂罐11用以盛装液态的土壤改良剂，粉料斗12用于盛装粉状的土壤改良剂。在泵的作用下，液体药剂罐11通过管道110将液体药剂送到表层土输送机3-3中，表层土输送机3-3上设置有与管道110连通的喷头111，用于将液体药剂喷洒到搅拌机内的土壤颗粒上。粉料斗12通过设置于其下方的螺旋输送机120将粉状药剂送到表层土输送机3-3中，表层土输送机3-3将土壤颗粒混合液体药剂和粉状药剂进行均匀搅拌后，将通过药剂改良后的土壤输送至深层土摊铺板6前。本实施例可在管道110上设置流量阀，并采用称量螺旋输送机实现定量添加改良药剂。
实施例4
如图12所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的深层土输送机4-3为螺旋输送机，深层土提升机将土壤向上提升后，土壤落入螺旋输送机中，由螺旋输送机将乳糖向后运输。
实施例5
如图13和图14所示，本实施例与实施例2不同的地方在于：本实施例的深层土提升机4-2为旁置式提升机，深层土输送机4-3位于深层土提升机4-2一侧。在表层土切削组件3-1和表层土提升机3-2之间、以及深层土切削组件4-1和深层土提升机4-2之间设置的集料螺旋13将挖出的土壤集中到位于切削组件侧端的提升机前方，以便于提升机将土壤向上提升。
实施例6
如图15所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的表层土输送机3-3和深层土输送机4-3均为皮带机。本实施例表层土提升机和深层土提升机的安装框架320可以相对于机架1上下移动，安装框架230设置于一对与机架1相固定的滑臂8内，高度调节油缸9一端固定于机架1上、另一端与安装框架320相固定，当高度调节油缸9工作时，可带动安装框架320在滑臂8内上下移动，从而可以调节表层土提升机的高度，滑臂用于引导安装框架的移动位置，非必需部件。深层土提升机的结构与表层土提升机的结构相同。本
实施例的深层土摊铺板6和表层土摊铺板7也通过高度调节油缸9与机架1相连，从而可以调节摊铺板的高度。
此外，前述实施例中的切削刀除了可以使用带刀头的刮板或挖掘滚筒之外，还可以犁具等挖掘工具。集料元件和分料元件还可以采用可以往复移动的分料犁。本发明可以采用高度调节油缸调节刀具、摊铺板的高度，也可以采用丝杆等传动件来调节高度。本发明中各工作部件的驱动单元可以采用电机，电机直接从发电机组获取动力，也可以是液压马达，液压马达由发电机组通过驱动液压泵/站向液压马达提供动力。
下面对本发明对土壤进行改良换层的过程作进一步的说明，利用本发明土壤换层机对土壤进行换层改良的方法，包括以下步骤：
表层土切削组件将表层土壤挖出，由表层土提升机将土壤向上运输至表层土输送机上，表层土输送机将表层土向后运输至深层土处理组件之后；
深层土切削组件在表层土切削组件挖过的土地表面进行挖掘，将表层土之下的深层土壤挖出，深层土提升机将土壤向上运输至深层土输送机上，深层土输送机将表层土向后运输至表层土摊铺板之后；
深层土处理组件与深层土摊铺板之间形成深层土摊铺区域，表层土输送机将挖起的表层土送至深层土摊铺区域内，深层土摊铺板将表层土铺平在深层土摊铺区域内，将表层土深埋；
深层土摊铺板与表层土摊铺板之间形成表层土摊铺区域，深层土输送机将挖出的深层土送至表层土摊铺区域内，表层土摊铺板将深层土铺平在表层土摊铺区域内，使深层土位于表层土的上方。
优选的，当机器上设置有液体药剂罐和粉料斗时，被提升至表层土输送机内的表层土，液体药剂罐将液体药剂喷洒到表层土输送机内的土壤颗粒上，粉料斗将粉状药剂洒到表层土输送机中，表层土输送机将土壤颗粒混合液体药剂和粉状药剂进行均匀搅拌后，将土壤输送至深层土摊铺板前。
本发明方法更进一步的方案为：集料元件将切削组件挖出的土壤集中至提升机进料口处，由提升机将土壤向上运输至输送机上。
本发明方法更进一步的方案为：分料元件将输送机输送到摊铺区域内的土壤向机架的左右两侧分摊。
本发明通过前后设置的表层土处理组件和深层土处理组件，将被污染的表层土挖起后，再挖掘表层土下方的没有被污染的深层土，然后先后送至挖掘过深层土的地面和摊铺了表层土的地面上，将被污染的表层土进行深埋，将未被污染的深层土铺于表面，从而对土地进行改良。而且设置有改良剂加药装置，对被污染的表层土进行改良后再深埋，改良效果更好。本发明在挖土改良后即可立即摊铺，节省时间，效率高，可应用于各种环境。
图 1
图 2
图 3
图 4
图5
3
1
图 6
4
4-2
Ⅰ
6
4-3
324
321
322
320
323
10
325
图 7
320
10
图 8
5
320
324
323
321322
9
325
10
4-3
图 9
图 11
6
1211
1113-3
110
图 10
7
120
3-113134-1
6
4-3
图 12
8
图 13
133-24-1134-24-3
9
3-1
4-2
4-3
图 14
图15
10