CN102138467A - 一种促进寒区植被快速恢复的措施 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种促进寒区植被快速恢复的措施，在冻土区受到破坏或退化的土层表面覆盖有多孔保温隔热板，多孔保温隔热板的四周围有隔板。本发明能有效阻止下部土体水分的毛细作用和蒸发，使土壤在较长时间内维持良好的墒情，为春季和夏季植被萌芽生长提供充足的有效积温和水分条件，保证植被的顺利生长和恢复。此外，随着恢复植被毡状层的形成，在与多孔保温隔热板的共同作用下，可确保下部多年冻土环境保持长期相对稳定。本发明的推广和实施，对于工程建设与生态环境建设的和谐统一、江河源区生物多样性的保护、水土保持以及生态平衡的维护等有着重大的生态作用和社会经济效益。

Description

一种促进寒区植被快速恢复的措施

技术领域

本发明涉及一种具有降低局部空气流动速度、提高局部气温并有效降低土壤水分蒸发速度的新型结构，可用于冻土区受到破坏或退化植被的快速恢复；同时还可以起到防风固沙、维护冻土工程边坡以及稳定工程基础底部温度场的作用。

背景技术

青藏高原自然环境和生态系统十分独特，对高原区域社会经济发展有着基础保障作用，在中国乃至亚洲的生态与环境安全保障中也具有不可替代的重要地位。温度上升已使青藏高原的多年冻土发生程度不同的融化，对大型道路和工程建设产生严重影响，进而对区域生态、环境产生潜在或直接的破坏作用。另外，广泛分布的高寒草地生态系统不仅是发展地区畜牧业，提高当地农牧民生活水平的重要生产资料，而且对于保护生物多样性、保持水土和维护生态平衡有着重大的生态作用和生态价值。近年来，由于忽视了对草地资源的科学管理，粗放经营，超载过牧，以及对草地资源不合理的开发利用，同时随着全球气候变暖的加剧，高寒草地生态系统发生了重大变化，退化趋势明显。李东明等在2008年《应用生态学报》19卷第10期发表的《青藏高原多年冻土区不同草地生态系统恢复能力评价》一文中指出“在青藏高原，修建公路、铁路时植被直接被全部铲除，草皮层严重受损，其克隆繁殖的物质条件不存在，全剖面含有多量的砾石，土壤蓄水能力变差，土壤表层干燥，干扰带植被覆盖恢复极其困难；同时，工程活动的干扰使其在自然寒湿条件下发育形成的湿生生境剧烈改变，湿生物种生存的环境几乎不存在”。因此，依靠自然过程使受到工程干扰的区域恢复到原始植被覆盖状态将极其漫长，甚至根本没有可能性。另外，广阔的多年冻土地区，蕴藏着丰富的矿藏、森林和土地资源。由于资源开发，日益加剧的人类活动极易诱发厚层地下冰的融化和冻土环境的变化。这些变化，对人类工程建筑和自然环境带来严重影响，甚至造成灾害。随着全球气候不断转暖和人为活动加剧，使得这一形势变得更加严峻。

近年来，随着西部大开发的积极推进，青藏铁路、青藏公路二期工程、石油管线等线性工程陆续在青藏高原开始实施，在施工过程中不可避免地对沿线草地产生了破坏，如何对这些遭到破坏的高寒草地进行恢复仍是目前亟待解决的难题；同时，高寒草地破坏之后失去了对下覆多年冻土的保护作用，大量热流迅速传入地下，使多年冻土活动层厚度不断加深，导致修筑于其上的线性工程基础失稳，产生强烈的冻胀和融沉，从而使工程遭到破坏。如何恢复高寒草地生态系统平衡，如何保证工程修筑前后基础周围多年冻土不发生变化，是目前在青藏高原多年冻土区修筑工程构筑物过程中亟待需要解决的问题。

目前，用于高寒草地植被恢复的策略主要有围栏封育，松耙、补播、施肥和草皮种植，啮齿类动物和杂草的控制，优良牧草品种的筛选，建设人工、半人工草地，高寒草地和家畜的合理管理等。虽然这些措施在一定程度上对缓解高寒草地退化起到积极作用，但在青藏高原气温低、植被生长期短、蒸发强烈而且土壤贫瘠等严酷的自然条件下，以上措施对高寒草地植被的恢复效果缓慢，周期长；尤其是恢复已经被工程施工严重破坏的植被并实施对工程基础周围多年冻土保护，这些措施均不能达到预期的效果。

近年来，湿式喷播法作业作为恢复植被的主要措施，此方法主要适用于气候相对温和的区域，再辅以工程手段的基础上，在荒地或被破坏的岩质、土质坡体上建植合适的植物群落。针对青藏高原严酷的自然条件和表层土壤水、肥的不足，尤其在已经受到工程严重破坏的区域，砾石裸露、土壤流失严重、蓄水能力差、表层干燥，想要快速恢复植被，首要解决的问题是通过增加植被生长所需的积温并控制下部土体水分的过快蒸发，提高种子萌芽所需的温度和保证植被生长所需的水分条件。而在常规地区普遍使用的现有植被恢复技术均不能适应高原极端寒冷、干旱条件下高寒植被所需的水分和温度条件。

因此，如何找到在多年冻土区能使退化的植被和遭到工程破坏的草地得以快速恢复，同时又有助于保护工程基础周围多年冻土稳定的有效解决途径，对于我国江河源区保护生物多样性、保持水土和维护生态平衡有着重大的生态作用和生态价值，同时对于青藏高原线性工程建设实现“绿色长廊”将具有非常重要的作用。

发明内容

针对上述青藏高原江河源区高寒草地植被退化的现状和国家重点工程建设过程中遭到破坏草地的植被恢复问题，本发明的目的在于提供一种促进寒区植被快速恢复的措施，旨在使已经退化或遭到工程破坏的高寒草地植被得以快速恢复，同时还可以用于维护青藏铁路边坡稳定，并保护下覆地温场线性工程基础周围多年冻土的稳定。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

一种促进寒区植被快速恢复的措施，在冻土区受到破坏或退化的土层表面覆盖有多孔保温隔热板，多孔保温隔热板的四周围有隔板，隔板高度为保温隔热板厚度的1～2倍。

上述保温隔热板的截面为倒“U”型、或梯形、或三角形；隔热板上的孔为圆形、或椭圆形、或三角形、或梯形、或多边形。

上述保温隔热板为密度为18～45kg/m³，厚度为1～20mm的聚氨酯海绵、或PVC板、或聚甲基丙烯酸甲酯板。

本发明能够快速恢复寒区植被的主要原理：

首先，多孔保温隔热板与地表形成一个相对稳定的空气层能有效阻止暖季上部热量的进入和冷季下部热量的快速散失，同时，该空气夹层又能有效阻止下部土壤中水分的毛细作用和水分的蒸发，为春季和夏季植被萌芽生长提供充足的有效积温和水分条件；另外，保温隔热板的四周围有隔板，能有效降低地面的风速，从而进一步降低了地表水分的蒸发速率，并在一定程度上提高了区域内的地表温度。由于该结构能有效阻止暖季上部热量的大量进入和冷季下部热量的快速散失，从而避免了多年冻土活动层土壤的融沉冻胀以及植被根系的冻害。

第二，开有规则或不规则的小孔的特征还在于，由于植被不断钻出小孔生长，不断堵塞小孔而进一步阻止内部水汽向空气的直接扩散，达到充分节水的目的；该结构的特征还在于，倒U型内部纵横交错生长的植被有效阻止了空气的流动和传热，在有效阻止水分蒸发的同时也起到很好的保温作用，即在高原特殊环境下总体达到有效保墒的目的。

第三，恢复后高寒草地会逐渐形成根系毡状层，而毡状层同时也具有持水和保水功能以及隔热保温功能。

最后，在该多联多孔倒U型结构和毡状层的共同作用下，可确保下部多年冻土环境长期趋于稳定。

本发明的优点和产生的有益效果是：

1、隔热保温效能突出、降低水分蒸发速率显著。隔热保温板与地表形成的相对稳定的空气层能有阻挡上下热量的传递，同时又能有效阻断下部土壤水的毛细作用，有效降低了水分的蒸发速率。从而保证了植被恢复生长和种子萌芽所需积温和水分，同时也避免了植被根系冷季发生冻害。

2、消能效果明显，有效防止了土壤的冲蚀。在降水时，多孔隔热保温板能有效削减水滴下落的动能，降低对土壤表面的击打能力并预防地面径流的产生。从而有效防止了雨水对植被恢复区域土壤表面的冲蚀，在一定程度上也避免的养分的流失。实现高原极端环境下植被恢复对水、热的特殊要求，确保植被的顺利生长和繁殖。

3、植被得以恢复后，随着毡状层的形成，能在地表形成有效保护层，可确保多年冻土环境的长期稳定。

4、本发明的简便性和有效性有利于降低寒区线性工程基础维护的费用，并能快速恢复受工程破坏区域的植被，实现工程建设与生态环境建设的和谐统一。

5、在广袤的青藏高原，结合人工植草和有效的管理技术，可实现大面积退化植被的恢复和重建，对于保护江河源区生物多样性、保持水土和维护生态平衡有着重大的生态作用和生态价值。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为本发明相同气温下覆盖与裸地土壤温度对比。

图3为本发明相同气温下覆盖与裸地土壤水分蒸发速率对比。

图4为本发明覆盖与裸地对照条件下12天时植被生长情况。

图5为本发明室外露天条件下覆盖与裸地对照1个月后植被生长情况。

图6为本发明室外露天条件下覆盖与裸地对照2个月后植被生长情况。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案再作进一步说明：

如图1所示，一种促进寒区植被快速恢复的措施，在冻土区受到破坏或退化的土层表面覆盖有多孔保温隔热板1，保温隔热板1为PVC板，其截面形状为倒“U”型。PVC板上的孔3为“O”型。PVC板的四周围有隔板2，隔板2高度为PVC板厚度的1.5倍。

在修复植被的现场施工中，对于退化高寒草地需要恢复的区域，铺设之前对退化区域表层土壤进行松耙、施肥，播种。特别干旱条件下可适当喷水，然后将多孔PVC板1铺于其上，四周围有隔板2。根据施工的地形条件，区域的大小可做成1m×1m、或1.5m×1.5m的方格，为避免大风的影响，隔板2用竹钉或U型钉进行加固。

在线性工程竣工后需要对工程基础周围冻土保护或对破坏的草地进行复植的区域，首先对其表层土壤过筛平整，引种补播并适当洒水后使用多孔保温隔热板1进行覆盖，然后固定即可。

为了验证多孔保温隔热板1和隔板2在促进寒区植被快速恢复过程中的有效性，本发明在中国科学院冻土工程国家重点实验室进行了室内及室外小型模拟试验。试验中多孔保温隔热板1为多联多孔倒U型结构，采用的是剖开的PVC管，打孔后将其用粘合剂并排粘在一起形成多联多孔倒U型结构，PVC管上孔的直径为5mm，间距5～10mm；隔板2为硬质塑料板，上边界到多联多孔PVC管倒U型结构层的间距为5cm。该试验主要验证多联多孔倒U型PVC管在降温隔热效能和防止水分蒸发的有效性；并在种植草籽后对其萌芽时间、植被生长状况进行观测。试验装置主要由①试验平台、②增温装置、③风机、④温度监测系统和⑤数据采集系统组成。试验平台上方一定高度架设辐射增温装置对试样进行模拟增温，在水平一定距离处利用风机进行鼓风模拟气流变化；在覆盖有多联多孔倒U型PVC管的试样土层内一定位置放置温度监测传感器，利用数据采集系统实时对土壤温度进行测定；同时，每隔一定时间用电子天平称量试样重量变化，计算多联多孔倒U型PVC管对水分蒸发速率的影响。数据采集系统由温度探头、数据采集仪、计算机组成。温度数据由DT500数据采集仪自动采集和存储，采集频率每60分钟1次。

图2为多联多孔倒U型PVC管覆盖试样与对照试样土壤温度对比试验。

由图2可见，在相同实验环境下，有多联多孔倒U型PVC管覆盖试样土壤温度比空气温度低4～7℃，而降温(负温)环境下一直处于正温且比空气温度高3～8℃。图2说明：多联多孔倒U型PVC管的热屏蔽效果十分明显，从而避免暖季大量热流进入土体而冷季下部土体急剧降温而引起冻土发生融沉和冻胀；而且，良好的保温性能为植被的生长和种子的萌芽提供充足的生长积温。

图3为多联多孔倒U型PVC管覆盖试样与对照试样土壤水分蒸发速率对比试验。由图3可见，与裸地对照试样比，有多联多孔倒U型PVC管覆盖的土壤水分蒸发速率平均只有对照的35％左右，说明多联多孔倒U型PVC管抑制土壤水分蒸发的效果十分明显，保水性能良好。

表1方格多联多孔倒U型PVC管覆盖下与裸地情况下草籽萌芽时间

注：草籽萌芽试验测定条件为室温25～28℃、湿度为25～38％。

由表1可见，有多联多孔倒U型PVC管覆盖组比实验对照组的种子萌芽时间提前3～4天。造成这一现象的原因是在于多联多孔倒U型PVC管具有良好的保水保温效能，下覆土壤墒情同比对照土壤好，有利于促进种子的萌芽生长。图4所示：播种后12天，种子完全出苗长成后，试验组与对照组苗的长势基本一样。

将多联多孔倒U型PVC管覆盖的试样与对照同时置于室外，在自然条件下，不做任何处理，观察苗的生长状况。1～2个月后，采用本发明的试样植被基本能维持正常生长(图5、6右图)，而对照组的植被由于缺水和天气寒冷而枯萎(图5、6左图)，由此可见，本发明具有良好的保温和阻止水分蒸发效能，能有效维护植被的正常生长，可确保植被的快速恢复。

Claims (3)

1.一种促进寒区植被快速恢复的措施，其特征在于在冻土区受到破坏或退化的土层表面覆盖有多孔保温隔热板(1)，多孔保温隔热板(1)的四周围有隔板(2)，隔板(2)高度为保温隔热板(1)厚度的1～2倍。

2.如权利要求1所述的一种促进寒区植被快速恢复的措施，其特征在于保温隔热板(1)的截面为倒“U”型、或梯形、或三角形；隔热板上的孔(3)为圆形、或椭圆形、或三角形、或梯形、或多边形。

3.如权利要求1所述的一种促进寒区植被快速恢复的措施，其特征在于保温隔热板(1)为密度为18～45kg/m³，厚度为1～20mm的聚氨酯海绵、或PVC板、或聚甲基丙烯酸甲酯板。

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