CN102177826B - 一种用于寒区植被快速恢复的措施 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于寒区植被快速恢复的措施，它是由开孔保温隔热发泡材料和开孔塑料薄膜组成，开孔塑料薄膜可置于开孔保温隔热发泡材料底部或两层开孔保温隔热发泡材料之间，塑料薄膜中开“O”形、或三角形、或多边形孔，并与保温隔热材料的开孔一一对应，用竹钉或U形钢钉固定开孔塑料薄膜和保温隔热发泡材料。本发明能有效阻断水分毛细作用、大大降低水分蒸发速率，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，可维持下覆多年冻土环境长期稳定。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

一种用于寒区植被快速恢复的措施

技术领域

本发明涉及一种用于寒区植被快速恢复的措施，可用于冻土区受到破坏或退化植被的快速恢复。该技术同时具有隔热保温效能，在一定程度上可以起到维护下覆多年冻土温度场的作用，确保冻土工程基础稳定。

背景技术

青藏高原作为世界上对全球气候变暖响应最为敏感的地区之一，也是我国天然高寒草地分布面积最大的一个区域，畜牧业非常发达，天然高寒草地面积达1.28×10⁸hn²，且主要分布于多年冻土区。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。其次，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。随着全球气候的不断转暖，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挤，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了积极作用，但在青藏高原气温低，植被生长期短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，尤其是恢复被工程施工破坏的草地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。

目前，湿式喷播法作业作为恢复植被主要措施。此措施主要适用于气候相对温和，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，想要快速恢复植被，首要解决的是植被保温和保水问题，因此，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，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用于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，同时可以用于保护下覆地温场线性工程基础周围多年冻土的稳定。

在青藏高原多年冻土区，植被退化后，随着毡状层厚度变薄和腐殖质层的消失，持水和保水功能以及隔热保温功能丧失，从而导致植被根系易于遭到冻害和干旱胁迫，进一步加剧草地的退化；同时，退化后由于陆-气能量交换状况的改变，在暖季外界环境温度较高的情况下，大量热辐射不断涌入导致下覆多年冻土发生融沉，而冷季大气温度较低的情况下下覆土体温度急剧下降又发生冻胀，从而影响上部工程基础的稳定。在退化高寒草地植被的恢复方面，利用该寒区植被快速恢复措施产生的隔热和阻止水分蒸发效能，可以有效防止下部土壤水分的散失以及冷季下部土体温度的急剧下降，有利于保护植被根系免受冻害并提供植被生长所需的热量；而且，在保证降水顺利渗入下部土体的同时，下部植被萌发的新芽还可以顺利生长。在受工程破坏的草地植被恢复方面，利用该措施的憎水隔离效能，阻断下部毛细水上升，同时，该措施的隔热作用阻止外界热量的进入，从而维持基础周围冻土的稳定，有助于延缓多年冻土的退化。在与人工植草结合下，该措施可有效提供草籽萌芽所需的温度，保证幼苗的顺利生长。植被恢复后逐渐形成的毡状层其持水和保水功能以及隔热保温功能逐步增强，再在该新技术的保护下，可确保下覆多年冻土更加稳定。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

一种用于寒区植被快速恢复的措施，它是由开孔保温隔热发泡材料和开孔塑料薄膜组成，开孔塑料薄膜可置于开孔保温隔热发泡材料底部或两层开孔保温隔热发泡材料之间，塑料薄膜中开“O”形、或三角形、或多边形孔，并与保温隔热材料的开孔一一对应，用竹钉或U形钢钉固定开孔塑料薄膜和保温隔热发泡材料。

上述的开孔保温隔热发泡材料密度为18～45kg/m³，厚度为1～20cm的聚氨酯海绵、或聚乙烯闭孔泡棉、或EPDM(三元乙丙)橡胶发泡海绵。

上述的开孔塑料薄膜为改性聚丙烯薄膜、或聚乙烯薄膜、或聚酯薄膜、或尼龙薄膜。

本发明可用于寒区植被快速恢复的主要原理：

首先，利用发泡材料的隔热和保温作用，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，塑料薄膜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；同时，由于避免了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。

其次，在降水季节，本发明中的多孔结构能使一部分降水以及冰雪融水顺利渗入下部土体，同时有一部分降水被贮存于复合结构材料内部，在干旱季节，贮存的降水会逐渐渗入下部土体为植被生长提供水源；而且，该结构开孔能使下部植被萌发的新芽顺利穿过而生长不受影响，从而保证植被的快速生长。另外，恢复后高寒草地又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，在本发明和新形成的毡状层的共同作用下，可确保下覆多年冻土环境保持长期稳定。

本发明的优点和产生的有益效果是：

1、隔热效能突出、保水效果明显。本发明中的多孔隔热保温材料层在有效屏蔽热量传递的同时，塑料薄膜层同时阻断了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、贮水效果明显，提高了恢复植被的抗干旱胁迫能力。由于本发明中发泡材料的多孔特点，在降水季节，降水及冰雪融水下渗的同时，一部分水分被截留起来，在缺乏有效降水时又逐渐释放出来补充植被生长所需的水分。从而可保证植被恢复期免受干旱的威胁。

3、消能效果明显，有效防止了土壤的冲蚀。在降水季节，利用本发明中的多孔材料层，能有效削减水滴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土壤的养分的流失。实现高原极端环境下植被恢复对水、热的特殊要求，确保植被的茁壮生长。

4、植被得以恢复后，随着毡状层的形成，在该措施的共同作用下，在地表形成有效保护层，保证了多年冻土环境的长期稳定。

5、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，并能快速恢复遭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。

6、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为本发明结构示意图

图2为“O”形开孔塑料薄膜置于开孔保温隔热发泡材料层底部与试验对照12天植被生长照片

图3为“O”形开孔塑料薄膜置于开孔保温隔热发泡材料层底部与试验对照1个月后植被生长照片

图4为“O”形开孔塑料薄膜置于开孔保温隔热发泡材料层中间与试验对照12天植被生长照片

图5为“O”形开孔塑料薄膜置于开孔保温隔热发泡材料层中间与试验对照1个月后植被生长照片

图6为本发明中不同组合结构覆盖下与对照组的土壤温度对比

图7为本发明中不同组合结构覆盖下与对照组的土壤水分蒸发速率对比

具体实施方式

下面结合附图，对本发明用于寒区植被快速恢复的施工使用过程再作进一步说明：

如图1所示，一种用于寒区植被快速恢复的措施，它是由开孔保温隔热发泡材料1和开孔塑料薄膜2组成。开孔保温隔热发泡材料1为密度18～45kg/m³，厚度为1～20cm的聚氨酯海绵。开孔塑料薄膜2为改性聚丙烯薄膜。开孔的改性聚丙烯薄膜层置于开孔的聚氨酯海绵层底部，改性聚丙烯薄膜中开“O”形孔3，并与聚氨酯海绵的开孔一一对应，用竹钉或U形钢钉固定开改性聚丙烯薄膜和聚氨酯海绵。

在被修复的植被现场施工中，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、撒种。特别干旱条件下可适当喷水；然后将本措施中的多孔复合结构材料水平铺设于地面之上，为避免大风的影响，用竹钉固定，钉与钉的间距为1～1.5m。

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，将多孔复合结构材料覆盖于被修复的地面上，然后用竹钉或U型钉固定即可。

为了验证该措施用于寒区植被快速恢复的有效性，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小型模拟试验。试验中开孔保温隔热发泡材料1采用的是聚氨酯海绵，密度20kg/m³，厚度5cm；开孔塑料薄膜2的材质是改性聚丙烯薄膜，厚度为0.5mm。使用冲切机对海绵进行开孔，孔径为5mm、间距2mm；改性聚丙烯薄膜的开孔孔径、间距与开孔海绵相同且一一对应。试验主要验证该措施在降温隔热效能和阻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辐射加热装置、③温度监测系统和④数据采集系统组成。试验平台由保温材料做成，将实验小样四周用保温材料进行包裹以隔绝试样内部与外界的热量交换；在试样上方一定高度架设辐射加热装置对试样进行模拟加热；在覆盖有各种组合形式的复合结构材料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，计算不同隔热保温复合结构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，采集频率为每60分钟一次。在试验过程中分别模拟白天和夜晚有无辐射情况下试样土体温度变化和水分蒸发情况。

图6为本发明中不同组合结构覆盖下与对照组的土壤温度对比试验。由图6可见，在白天(辐射加热)，有聚氨酯海绵和改性聚丙烯薄膜复合结构覆盖的土体同比对照土体的温度要低8.8～11.8℃，而在晚上(不加热)，有复合结构覆盖的土体同比对照土体的温度要高2.6～3.5℃，从而保证暖季避免大量热流进入土体，冷季下部土体急剧降温而引起冻土发生融沉和冻胀；同时，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7为本发明中不同组合结构覆盖下与对照组的土壤水分蒸发速率对比试验。由图7可见，无论白天或晚上，本发明的隔热保温复合结构均能有效降低下部土体水分的蒸发速率，抑制下部土体水分的散失，同比没有复合结构覆盖的对照试样，两种复合结构白天、夜间均能有效降低水分蒸发速率达30％～75％。

表1不同组合形式复合结构覆盖作用下草籽萌芽时间试验观测

注：试验测定条件为室温25～28℃、湿度为25～38％。

由表1可见，有复合结构覆盖的种子萌芽时间与没有覆盖的对照土体比较，种子萌芽时间提前2～3天。试验结果表明：本发明的复合结构具有高效隔热保温和保水功能，同时有利于种子的萌芽生长。

在种子完全出苗长成后(大约播种后12天)，将不同复合结构覆盖的试样与对照同时置于室外，不做任何处理，观察苗的生长状况。1个月后，采用本发明的试样植被能维持正常生长(见图2～5右图)，而对照组的植被由于缺水和天气寒冷而枯萎(见图2～5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。其次，本发明还进行了“O”形孔3与其他开孔形式(如“一”字型、“十”字型等)的比较，虽然其他开孔形式隔热保温效果和降低水分蒸发的效能良好，但其它开孔形式导致幼苗无法有效穿过开孔层而影响幼苗的生长，因此不予采用。

Claims (1)

1.一种用于寒区植被快速恢复的方法，其特征是对退化高寒草地需要恢复的区域，表层土壤进行松耙、施肥、撒种；然后将多孔复合结构材料水平铺设于地面之上，所述的多孔复合结构材料由开孔塑料薄膜(2)和开孔保温隔热发泡材料(1)组成，开孔塑料薄膜(2)置于开孔保温隔热发泡材料(1)底部或两层开孔保温隔热发泡材料之间，塑料薄膜上开“O”形、或多边形孔(3)，孔径为5mm、孔间距为2mm；并与保温隔热材料(1)的开孔一一对应；开孔保温隔热发泡材料(1)为聚氨酯海绵、或聚乙烯闭孔泡棉、或三元乙丙橡胶发泡海绵，其密度为18～45kg/m³，厚度为1～20cm；开孔塑料薄膜(2)为改性聚丙烯薄膜、或聚乙烯薄膜、或聚酯薄膜、或尼龙薄膜，并用竹钉或U形钢钉固定开孔塑料薄膜(2)和保温隔热发泡材料(1)。 

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