CN106888792A - 一种边坡喷播基质配方的筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种边坡喷播基质配方的筛选方法，喷播前测定不同基质理化性质；模拟实际边坡，把基质和种子喷进侵蚀槽中，分别测定基质的多种理化性质并监测植物生长状况数据，经过结果分析对比，最终筛选出合适的基质。本发明为喷播基质配方的筛选提出一套科学、规范的实施过程和研究方法，筛选过程中检测指标多样、评价方法科学、系统，使基质研究过程更规范、更科学，使得到的基质在稳定性、适生性、经济性方面性能更加突出。
Description
技术领域
本发明属于边坡工程绿化领域，尤其涉及一种边坡喷播基质配方的筛选方法。
背景技术
目前，随着大量山体被开发，客土喷播技术已经得到了大范围应用。而客土喷播工程当中，喷播基质的配方是最重要的组成部分。其中，基质的稳定性是关乎边坡安全的重要指标，具有良好的附着力和稳定性，不会因自然降雨和人工浇灌造成大量的泥沙流失、基质坍塌和大量的裂缝，是保证安全性的重要方面；适生性是保证植物正常出苗、生长的基本条件。基质具有良好的透水、蓄水、透气能力，具有良好的团粒结构，容重、孔隙度都能达到合适的要求，提供能满足植物生长的长久营养环境和PH环境，这也是优良的基质所要具备的性能；基质的经济性是实际施工中的重要方面，在达到基质稳定、适生的要求的同时，降低成本也是需要考虑的一个方面。
但是，目前现有技术中的发明成果多是以基质配方的组成为主，通过利用不同原材料得到不同类型的喷播基质配方。这些基质的筛选过程和方法都不相同，存在检测指标单一、评价方法不科学、不系统的情况，无法达到边坡防护基质稳定、适生、经济的要求。
专利申请号为201610317992.X的发明创造，公开了一种客土喷播基质及其制备方法。该发明客土喷播基质以土壤、污泥堆肥、锯末、保水剂、粘结剂、生物有机肥为主要原料，可长时间保持稳定，肥效时间长，固体废弃物的使用使其既环保又低价，能够有效提高绿化效果，改善传统基质喷播后形成的土壤存在的结构较差、团粒结构较少、营养物质匮乏等问题，以及由于粘结剂失效导致失稳的问题；该发明采用污泥堆肥作为原料，可以替代不可再生的草炭土资源，有效降低成本，并且可以实现污水处理厂污泥的无害化、减量化、资源化利用；污泥堆肥、锯末和生物有机肥的使用解决了固体废弃物的堆放问题。但是该发明仅仅提供了一种客土喷播基质及其制备方法，并没有提供基质筛选的过程与方法，仍然没有解决上述现有技术中存在的问题。
发明内容
为了克服以上现有技术中存在的问题，提供一种边坡喷播基质配方的筛选方法，喷播前测定不同基质理化性质；模拟实际边坡，把基质和种子喷进侵蚀槽中，分别测定基质的多种理化性质并监测植物生长状况数据，经过结果分析对比，最终筛选出合适的基质。本发明利用人工制作的侵蚀槽模拟实际边坡，用干喷的喷播方法把经过搅拌的基质喷入侵蚀槽中，在正常养护下的情况下，测定多种理化性质，监测植被情况，再通过人工降雨的方法测定基质的泥沙流失量。经过多种指标的测定和计算，最终筛选出最适宜的基质。本发明将一种边坡喷播基质配方的筛选方法应用到边坡绿化领域，规范了基质筛选的过程与方法，采用该方法能够筛选出最为合适的基质。
优选的是，所述理化性质至少包括容重、孔隙度、体积含水率、抗剪强度、稳渗速率、泥沙流失量、有机质含量和元素含量中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述元素含量至少包括全氮含量。
上述任一方案中优选的是，所述植物生长状况数据至少包括植物出苗数、植物平均高度和根长中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，包括以下步骤：
(1).设备准备：准备筛选过程中用到的基础设备；
(2).选择基质，确定基质用量：
(3).取样测定理化性质；
(4).分出种子层基质；
(5).喷播：采用步骤(1)中的多个基础设备同时进行喷播，喷播后间隔测定不同指标，最后采用分析软件对指标进行综合分析后，选出合适基质。合适基质即为最优基质。
上述任一方案中优选的是，所述基础设备包括侵蚀槽、剪切箱、直剪仪、小型收纳箱、降雨室及降雨设备中的几种。
上述任一方案中优选的是，步骤(2)中的基质用量的确定方法为：基质用量为1.5×1m×2m×喷播厚度，喷播厚度在10-20cm范围内。
上述任一方案中优选的是，喷播厚度为15cm。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(2)选择基质之前还包括原材料测定，原材料包括土壤肥料、保水剂和、粘结剂中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述原材料的测定指标包括PH值、有机质含量、粘度、固化速度、保水性中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(3)中的理化性质测定时需要用容器取搅拌好的基质，在干燥通风的环境下风干一周之后，测定理化性质。
上述任一方案中优选的是，所述理化性质至少包括有机质含量、元素含量中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(4)中分出种子层基质的具体计算方法为：种子层基质用量为1m×2m×种子层厚度，种子层厚度为2-4cm，之后将种子层基质与种子均匀混合。
上述任一方案中优选的是，种子层厚度为3cm。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(5)中喷播后测定的不同指标至少包括出苗数、容重、孔隙度(包括总孔隙度和非毛管孔隙度)、体积含水率、稳渗速率(入渗速率)、抗剪强度和泥沙流失量中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(5)中喷播后测定的不同指标还包括最大水平收缩率和/或最大裂缝宽度和/或硬度和/或盖度和/或高度和/或根长和/或生物量。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(5)中喷播后不同指标的具体测定方法包括：喷播后一个月内，在养护浇水前，每间隔三天测定硬度和/或出苗数和/或最大裂缝宽度；喷播后第7天，待基质性质初步稳定后，测定容重和/或孔隙度和/或含水率和/或入渗速率和/或最大水平收缩率和/或抗剪强度；喷播后第15天，待基质性质稳定，植物进入出苗高峰期后进行降雨试验，测定泥沙流失量；喷播后一个月后，间隔测定硬度和/或植物出苗数和/或盖度和/或高度和/或根长和/或生物量。
上述任一方案中优选的是，所述降雨试验的操作方法为：将侵蚀槽推入人工降雨室，侵蚀槽与水平面呈一定夹角，降雨设施放在侵蚀槽上部，设定好降雨量和降雨时间，用容器收集侵蚀槽留下来的泥沙和径流，收集的泥沙烘干后测质量。
上述任一方案中优选的是，所述侵蚀槽与水平面呈夹角为30-60°，降雨设施放在侵蚀槽上方高7-9米处，降雨量设置为40-60mm/h，每次降雨时间为20-40min。
上述任一方案中优选的是，所述侵蚀槽与水平面所呈夹角为40°。
上述任一方案中优选的是，所述侵蚀槽与水平面所呈夹角为45°。
上述任一方案中优选的是，所述分析软件为SPSS软件。
有益效果
本发明提供一种边坡喷播基质配方的筛选方法，利用人工制作的侵蚀槽模拟实际边坡，用干喷的喷播方法把经过搅拌的基质喷侵蚀槽中，在正常养护下的情况下，测定多种理化性质，监测植被情况，再通过人工降雨的方法测定基质的泥沙流失量。经过多种指标的测定和计算，最终筛选出最适宜的基质，本发明具有以下优点：
(1).为喷播基质配方的筛选提出一套科学、规范的实施过程和研究方法；
(2)筛选过程中检测指标多样、评价方法科学、系统；
(3).使基质研究过程更规范、更科学，使得到的基质在稳定性、适生性、经济性方面性能更加突出。
附图说明
图1是本发明边坡喷播基质配方的筛选方法一优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好理解本发明的技术方案和优点，以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1.1
如图1所示，一种边坡喷播基质配方的筛选方法，材料准备有：喷播机、空压机、侵蚀槽、人工降雨室及降雨设备、搅拌机、剪切箱或直剪仪、小型收纳箱、需要筛选的配方基质及所需材料、植物种子，筛选流程如附图1所示。
喷播机为工程上常用的6m3/h标准的干喷机；空压机为13m3/8公斤标准的空压机；侵蚀槽为人工制作的长1m，宽2m，高0.15m的长方形铁槽，铁槽下部设有出水孔，人工降雨设备进行降雨时，泥沙从出水孔流出，进而用于测定泥沙流失量。铁槽下面安装支架、底座和滑轮，使铁槽能摆放成30-60°角并方便推动，喷播前调整侵蚀槽坡度并在侵蚀槽内的坡面挂网。
人工降雨室能容纳至少一个侵蚀槽和降雨设备，降雨设备高度大于8m且能稳定提供50mm/h稳定的降雨量；搅拌机能搅拌大量基质的大中型搅拌机；剪切箱或直剪仪能测定基质抗剪强度；小型收纳箱为小型的塑料收纳容器，用于喷播多余的基质；需要筛选的配方基质及材料为事先准备好的各种喷播基材及添加物等；植物种子为坡面工程绿化中所用的植物种，主要为灌木和草本两大类。
具体筛选方法包括以下步骤：
(1)设备准备：准备侵蚀槽、剪切箱或直剪仪、小型收纳箱、降雨室及降雨设备。
原材料测定：测定基材原料(土壤、肥料)的PH值、有机质含量，若有保水剂、粘结剂等材料，需使用粘度计测定粘度、用加热法测定固化速度、保水性指标。
(2)基质用量计算：以1种基质配方为例，根据喷播厚度，如喷播厚度为15cm，计算需要的基质用量，精确用量为1m×2m×0.15m＝0.3m3，但实际需准备1.5倍的用量进行搅拌，即某一种基质需准备0.45m3进行搅拌。
搅拌：使用固定容积的机器或容器，按配比把原材料添加进搅拌机进行搅拌，每次搅拌时间不宜超过一分钟；
放置：将搅拌好的基质放在对应编号的塑料布上，方便喷播时装料；
(3)取样：用塑封袋取少量搅拌好的基质，在干燥通风的环境下风干，风干时间为一周左右，用于在实验室测定理化性质指标，包括有机质、全氮、速效P、速效K含量和粒径组成。
(4)分出种子层基质：将搅拌好的基质分出一部分，与种子均匀混合。一般种子层为3cm，种子层基质用量为1m×2m×0.03m＝0.06m3，用收纳箱收取0.06m3基质，与准备好的种子均匀混合。放在对应的基质旁边，待喷播时使用。
(5)喷播：对侵蚀槽、剪切箱(或直剪仪)和小型收纳箱同时进行喷播，喷播后都覆盖无纺布并养护。
喷播后一个月内，在养护浇水前，每3天测定一次硬度，每3天监测一次出苗数，每3天测量最大裂缝宽度，并拍照，若能区分植物种时，记录出苗的植物种及其出苗数；记录时按照棵/平米的单位计数。
喷播后第7天，基质的性质一般趋于稳定，在养护浇水之前，用环刀在小型收纳箱内取样，每种基质采用环刀取3个重复，每个环刀用于测定容重、总孔隙度、含水率、入渗速率(土壤渗透性)、最大水平收缩率并用剪切箱或直剪仪测定基质的抗剪强度。
喷播后第15天，经过浇水养护，基质的性质更加趋于稳定；植物也开始进入出苗高峰期，达到约60％的覆盖度，此时进行降雨试验最佳。将侵蚀槽推入人工降雨室，侵蚀槽与水平面之间的夹角设置成45°，降雨设施放在侵蚀槽上方高度8米处，调成50mm/h的降雨量。每次降雨定时30min，用塑料桶收集侵蚀槽下端出口流出来的泥沙和径流，收集的泥沙烘干后测质量，进而测定泥沙流失量。
喷播一个月之后，每间隔一周测定一次硬度，每间隔一周测定一次植物出苗数、盖度、高度、根长、生物量。
本发明的整个筛选过程需1-2个月，期间计算出每平米基质的造价。根据每种基质所用的材料量和总价，除以基质的面积，计算每种基质每平米的单价。
本发明的测定的指标及方法汇总如表1所示：
表1测定的指标种类及所采用的测定方法
为了能够综合、客观的反应评价结果。本发明采用主成分分析法对不同基质情况进行综合评价，根据主成分累积贡献率达到85％为宜的原则提取主成分，具体分析方法如下(spss软件为本领域内常用的分析软件，本发明spss软件分析过程中，产生的中间数据是为了得到综合分值F，因此中间数据并没有特殊含义，在此并没有单个列出)：
测定结束后，将测定的不同基质的不同指标的数据构成矩阵，记为xij，利用spss软件对原始数据xij(i，j＝1，2，…，n)进行标准化，得到标准化后的监测数据Xij(i，j＝1，2，…，n)；
利用spss软件对原始数据x进行处理，得到初始因子荷载矩阵Uij(i，j＝1，2，…，n)；
利用spss软件对原始数据进行处理，得到数据的解释总方差表格，及初始特征值A；
选取初始特征值A中大于1的数值，及主成分特征值A’(A’1，A’2，…A’n)，算出主成分特征值A’的平方根λ(λ1，λ2，…λn)；
通过初始因子载荷矩阵Uij(i，j＝1，2，…，n)除以其对应主成分特征值的平方根λ(λ1，λ2，…λn)可得其对应的系数矩阵θij(i，j＝1，2，…，n)；
将上面得到的特征值对应的系数矩阵θij(i，j＝1，2，…，n)与标准化后的监测数据Xij(i，j＝1，2，…，n)相乘，就可得出第i个主成分表达式Fi：
F1＝θ1*X1+θ1*X1+…+θ1*X1；
Fi＝θi*Xi+θi*Xi+…+θi*Xi；
Fj＝θj*Xj+θj*Xj+…+θj*Xj；
最后以各主成分特征贡献率为权重，加权计算评价指标而得到综合分值F
F＝【λ1/(λ1+λ2+…+λn)】*F1+【λ2/(λ1+λ2+…+λn)】*F2+…+【λn/(λ1+λ2+…+λn)】*Fn，综合得分最高的即为最优基质。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，解决了喷播基质筛选过程不规范，筛选指标不完善，基质的稳定性、适生性、经济性检验不全面的问题。采用本发明的筛选方法进行基质筛选，可以使得到的基质在考虑成本的基础上，保证基质具有良好的附着力与稳定性的同时，具有良好的物理结构与良好的植物生长环境，并具有能促进植物生长的优点。
实施例2
本实施例采用北京当地壤土、绿化废弃物堆肥、草炭、珍珠岩、粘结剂、材料、粘结剂配置4种不同的喷播基质，北京当地壤土(容重为1.63g/cm3)、绿化废弃物堆肥(购买于北京市京圃园生物工程有限公司)、草炭、珍珠岩(购买于北京市北六环建材市场)、粘结剂(为聚丙烯酰胺，购买于中国农业科学院)、保水剂(为高吸水性树脂，购买于中国农业科学院)、
准备所需的材料：喷播机、空压机、侵蚀槽、搅拌机、直剪仪、小型收纳箱、需要检验的基质配方及所需材料、植物种子；
本发明的一种边坡防护喷播基质配方筛选的方法按以下步骤进行：
(1)基质用量计算：以1种基质配方为例，根据喷播厚度，为15cm计算需要的基质用量，精确用量为1m*2m*0.15m＝0.3m3，但实际需准备1.5倍的用量进行搅拌，即某一种基质需准备0.45m3进行搅拌；
搅拌：使用固定容积的机器或容器，按配比把原材料添加进搅拌机，每次搅拌时间为30秒；
放置：将搅拌好的基质放在对应编号的塑料布上，方便喷播时装料；
(2)取样：用塑封袋取少量搅拌好的基质，在通风、干燥的条件下风干，风干时间为一周左右。用于在实验室测定化学性质：化学性质指标至少包括有机质、全氮含量；
(3)分出种子层：将搅拌好的基质分出一部分，与种子均匀混合。一般种子层为3cm，种子层基质用量为1m×2m×0.03m＝0.06m3，用收纳箱收取0.06m3基质，与准备好的种子均匀混合。放在对应的基质旁边，待喷播时使用；
(4)喷播：侵蚀槽、直剪仪和小型收纳箱同时进行喷播，侵蚀槽规格为2m2，喷播后都覆盖无纺布并养护；
喷播后一个月内，在养护浇水前，每3天测定一次硬度，每3天监测一次出苗数，每3天测量最大裂缝宽度，并拍照，若能区分植物种时，记录出苗的植物种及其出苗数；
喷播后第7天，基质趋于稳定，养护浇水前，用环刀在小型收纳箱内取样，每种基质取3个重复，每个环刀用于测定容重、孔隙度、含水率、入渗速率；
喷播后第7天，基质趋于稳定，养护浇水前，用直剪仪测定基质的抗剪强度；
本实施例的基质配方，如表2所示：
表2不同基质中成分种类和含量
本实施例的不同基质类型测量的指标试验数据如下表3所示：
表3各指标测定结果
泥沙流失量：由于本发明的4种基质配方所用粘结剂用量差距不大，因此根据测定，4种基质均没有严重的泥沙流失现象且不同基质的泥沙流失量差距不大。各基质的泥沙流失量基本相等，大约在40g/m2左右(实施例中侵蚀槽规格为2m2)，所以在不影响结果的情况下，本实施例未将泥沙流失量的数据列入此次试验的测量数据之内。但是在其他实施方式中，不同基质配方所用粘结剂用量差距较大时，泥沙流失量为不可缺少的测量参数。
测定结束后，利用spss软件对原始数据xij(i，j＝1，2，…，n)进行标准化，得到标准化后的监测数据Xij(i，j＝1，2，…，n)；
利用spss软件对原始数据x进行处理，得到初始因子荷载矩阵Uij(i，j＝1，2，…，n)；
利用spss软件对原始数据进行处理，得到数据的解释总方差表格，及初始特征值A；
选取初始特征值A中大于1的数值，及主成分特征值A’(A’1，A’2，…A’n)，算出主成分特征值A’的平方根λ(λ1，λ2，…λn)；
通过初始因子载荷矩阵Uij(i，j＝1，2，…，n)除以其对应主成分特征值的平方根λ(λ1，λ2，…λn)可得其对应的系数矩阵θij(i，j＝1，2，…，n)；
将上面得到的特征值对应的系数矩阵θij(i，j＝1，2，…，n)与标准化后的监测数据Xij(i，j＝1，2，…，n)相乘，就可得出第i个主成分表达式Fi；
F1＝θ1*X1+θ1*X1+…+θ1*X1；
Fi＝θi*Xi+θi*Xi+…+θi*Xi；
Fj＝θj*Xj+θj*Xj+…+θj*Xj；
最后以各主成分特征贡献率为权重，加权计算评价指标而得到综合分值F
F＝【λ1/(λ1+λ2+…+λn)】*F1+【λ2/(λ1+λ2+…+λn)】*F2+…+【λn/(λ1+λ2+…+λn)】*Fn。
最终评价结果如表4所示：
表4不同基质综合得分结果
如上所述，4种基质的综合得分F排序为A3>A2>A4>A1，综合得分最高的即为最优基质，因此，几种不同基质中，A3基质最好，A3基质最适宜该实施例中的种子植物生长，A3基质具有良好的附着力与稳定性的同时，具有良好的物理结构，能够为植物提供良好的生长环境。
本发明公开了一种边坡喷播基质配方的筛选方法，喷播前测定不同基质理化性质；模拟实际边坡，把基质和种子喷进侵蚀槽中，分别测定基质的多种理化性质并监测植物生长状况数据，经过结果分析对比，最终筛选出合适的基质。本发明为喷播基质配方的筛选提出一套科学、规范的实施过程和研究方法，筛选过程中检测指标多样、评价方法科学、系统，使基质研究过程更规范、更科学，使得到的基质在稳定性、适生性、经济性方面性能更加突出。
实施例3
本实施例与实施例2不同的是，测定抗剪切强度时采用剪切箱进行。
需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：喷播前测定不同基质理化性质；模拟实际边坡，把基质和种子喷进侵蚀槽中，分别测定基质的多种理化性质并监测植物生长状况数据，经过结果分析对比，最终筛选出合适的基质。
2.如权利要求1所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：所述理化性质至少包括容重、孔隙度、体积含水率、抗剪强度、稳渗速率、泥沙流失量、有机质含量和元素含量中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：所述植物生长状况数据至少包括植物出苗数、植物平均高度和根长中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）.设备准备：准备筛选过程中用到的基础设备；
（2）.选择基质，确定基质用量；
（3）.取样测定理化性质；
（4）.分出种子层基质；
（5）.喷播：采用步骤（1）中的多个基础设备同时进行喷播，喷播后间隔测定不同指标，最后采用分析软件对指标进行综合分析后，选出合适基质。
5.如权利要求4所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：所述步骤（1）中的基础设备包括侵蚀槽、剪切箱、直剪仪、小型收纳箱、降雨室及降雨设备中的几种。
6.如权利要求4所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：步骤（2）中的基质用量的确定方法为：基质用量为1.5×1m×2m×喷播厚度，喷播厚度在10-20cm范围内。
7.如权利要求4所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：所述步骤（2）选择基质之前还包括原材料测定，原材料包括土壤肥料、保水剂和、粘结剂中的一种或几种。
8.如权利要求7所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：所述原材料的测定指标包括PH值、有机质含量、粘度、固化速度、保水性中的一种或几种。
9.如权利要求4所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：所述步骤（3）中的理化性质测定时需要用容器取搅拌好的基质，在干燥通风的环境下风干一周之后，测定理化性质。
10.如权利要求9所述的一种边坡喷播基质配方的筛选方法，其特征在于：所述理化性质至少包括有机质含量、元素含量中的一种或几种。
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