CN106900322A - 苔藓结皮的工程创面生态恢复技术 - Google Patents

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    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/22Improving land use; Improving water use or availability; Controlling erosion

Abstract

本发明提供了一种苔藓结皮的工程创面生态恢复技术,该技术选取自然发育且长势良好的苔藓结皮;通过植物粉碎机获取苔藓茎叶碎片(过80目筛);同其它辅料按照一定的比例加入料罐中混合均匀形成浆液,再喷播接种到坡面上,之后采取针对性养护措施,最终实现工程创面生态恢复的一种技术。本发明将制备的糊状浆液喷播接种至野外工程创面,配合一定的养护措施,可实现苔藓结皮的快速恢复,该技术具有成本低、见效快、应用范围广的优势,为侵蚀防治与生态还绿开辟了一条新途径,产业化前景十分广阔。

Description

苔藓结皮的工程创面生态恢复技术
技术领域
本发明属于生态领域,具体涉及一种苔藓结皮的工程创面生态恢复技术。
背景技术
工程创面是指伴随人类在生产、生活中所实施的各种工程措施而在地球表面所出现的破坏了原有自然环境的创伤面,其形态有可能是平面,也有可能是坡面。其对周围环境的破坏相当严重,不仅会改变原有的地形地貌、地表覆盖物,降低土壤稳定性、土壤肥力,同时也会改变地下水的水位,地表的热量环境和湿度环境,引发局部地区小气候变化,加大水土流失的危险性。一般防治水土流失的措施主要包括植物措施及工程措施。相比较而言,工程措施,如浆砌块石护坡、三合土灰浆抹面护坡、喷射混凝土及喷锚支护等措施,费工费时,成本高,且使用年限有限,并且其本身就会对周围的环境造成一定的破坏。因此,要想从根本上解决各种环境问题,恢复遭到破坏的生态环境,植物措施是首选。而对于具体的治理方法,也在随着国家的发展逐渐发生变化。在20世纪30年代,黄河中上游地区开始尝试使用阶田、轮种、等高种植等方法控制水土流失;中华人民共和国成立以后,迎来了第一个基础设施建设高峰,当时主要是从绿化的观点出发,通过人工植树种草的方式来恢复工程创面的植被覆盖;1959年,中国科学院华南植物研究所余作岳等在广东热带沿海侵蚀台地上开展的退化生态系统的植被恢复技术与机理研究,可以认为是我国近代生态恢复技术理论研究的先驱。
绿化喷播技术是一种新型的植物种植技术,是指将草种、肥料、粘合剂、保水剂、木纤维、土壤改良剂、色素等通过搅拌机均匀混合,而后通过液压喷播机将液态混合物喷射到所需绿化区域的一种绿化新技术,能够远距离进行操纵,安全、快速、省时省力,同时,喷播中所加的各种材料为植物的生长提供了环境条件,提高了成活率。这项技术在90年代引入我国,尤其是90年代中期以后,才开始在诸如深圳、北京等地使用,现已大量运用在河堤、矿山、山坡、公路、铁路等边坡绿化的植被恢复中,且取得了不错的成效。绿化喷播技术喷播机械有干法喷播和湿法喷播两种形式,在我国比较常见的则是湿法喷播,即液力喷播,主要由5部分组成,包括:混料罐、搅拌器、泵站、喷枪和机架。它是一种以水为载体的喷送种植方式。针对生长地土壤破坏状况及土壤质地、种植的植物等来确定覆盖物和添加剂的配方,缺什么补什么。一般液力喷播中所加的材料主要有水、种子、肥料、木纤维、保水剂、粘结剂、染色剂等。喷播技术被证明是解决大面积绿化恢复问题行之有效的方法,喷播机械是实施这项技术必不可少的条件。
生物结皮(Biocrusts)是由土壤微生物、藻类、地衣、苔藓等植物类群与土壤形成的有机复合体,广泛存在于干旱、半干旱地区,是干旱半干旱地区的先锋拓殖植物,对于土壤水分运动与循环、土壤理化性状和抗侵蚀性等均有重要影响。苔藓结皮是生物结皮演替的最高阶段,具有更强的蓄水保水、改善土壤性状、抵抗人为干扰、防风固沙及固碳等生态功能,对于水土流失的防治具有积极的作用。目前已有大量研究表明,苔藓结皮在野外变环境条件下快速培育是可行的,如中国专利(申请)号为200810035554.X的专利,提供了一种荒漠苔藓及其生物结皮的快速培育方法,中国专利(申请)号为201410586406.2的专利,提供了一种黄土高原苔藓结皮的快速培育方法等。但是这些技术都具有一定的局限性,如中国专利(申请)号为200810035554.X使用的苔藓种源来自干旱荒漠地区,由于苔藓结皮的生长发育具有很大的空间分异性,其研究结果不能在水分条件相对较好,且土壤、气候、植被覆盖条件完全不同于荒漠地区的黄土高原地区直接推广应用;中国专利(申请)号为201410586406.2是在人工气候室内进行的,设置的环境条件较野外优越,培育成功的苔藓结皮可能抗逆性较弱,其对外界的适应性还需要探讨;同时,其采用的种植方式为撒播法,效率较慢。同时这些技术都只是小规模的研究,没有将苔藓结皮真正的应用到环境保护的治理中,因此,实践中迫切需要寻找一种效率高、适合野外坡面的治理新方法。
发明内容
工程创面主要是受物理破坏后使得原有的地物和生态环境都发生了重大变化,立地条件严重恶化,因此它在工程上和生态上都具有强烈的不稳定性,如不在短期内迅速完成生态恢复工程,就有可能引发各种问题,如水土流失、外来植物入侵、坍塌甚至滑坡事故,因此,我们需要一种快速恢复工程创面生态环境的技术。目前的治理措施主要包括工程措施及传统的林草措施,虽然这两种措施对于防治水土流失有一定的作用,并未从根本上解决问题。
工程措施,如浆砌块石护坡、三合土灰浆抹面护坡、喷射混凝土及喷锚支护等措施,本身在修建的时候就会对周围环境造成一定面积的破坏,且费工费时,使用年限有限,同时工程措施会改变地表的热量环境和湿度环境,引发局部地区小气候变化,引发别的环境问题。一般的林草措施其生长需要较好的立地条件,产生了较高的经济成本,且自种植到见效之间的时间较长,最重要的是,在一些地形破碎、坡度较陡且土质疏松的坡面上,林草措施不仅不能防治水土流失,反而有可能因为其自身重力等原因造成山体滑坡,加剧水土流失。
有鉴于此,本发明通过制备浆液、喷播接种、后期养护可实现苔藓结皮的快速恢复,该方法具有成本低、见效快、应用范围广的优势,为侵蚀防治与生态还绿开辟了一条新途径,产业化前景十分广阔。
即本发明的第一目的在于提供一种苔藓结皮的工程创面生态恢复方法,包括以下步骤:1)浆液制备、2)喷播接种、3)后期养护。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述浆液的原料包括:基质土,苔藓结皮茎叶碎片,Hoagland营养液,木纤维,粘结剂,水。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述浆液的原料用量比为:116Kg/m3土,24Kg/m3苔藓结皮茎叶碎片,500L/m3Hoagland营养液,20Kg/m3木纤维,6Kg/m3粘结剂和500L/m3水。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述苔藓结皮的优势种为土生对齿藓(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述苔藓结皮的粉碎方法为使用植物粉碎机32000r/min粉碎所述苔藓结皮。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述苔藓结皮粉碎后的过筛的筛子目数为小于80目。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述喷播接种的方法为将浆液混合均匀后,再喷播接种到坡面上。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述喷播接种用浆液每立方米可喷播200m2的坡面,用时约为10分钟。
优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法中,所述后期养护措施为:覆盖70%的遮阳网,浇水使得土壤表层含水量保持在15%-25%之间,每隔10天施一次营养液。
更优选地,本发明所述的苔藓结皮的工程创面生态恢复方法,包括以下步骤:
1)选取自然发育且长势良好的苔藓结皮,铲取表层1cm厚的结皮,备用;
2)将采集的苔藓结皮带回实验室阴干,挑出肉眼可见的杂物后用植物粉碎机粉碎,能过80目的筛子;
3)将制备的苔藓结皮茎叶碎片与其他原料加入混料罐中混合均匀,再喷播接种到坡面上;
4)覆盖70%的遮阳网,根据天气变化情况不定期浇水,使土壤表层含水量保持在15%-25%之间,每隔10天施一次营养液;
5)连续培育60天后,苔藓结皮盖度达到60%以上,密度达到48株/cm2
本发明至少有以下优点:
一、通过本发明申请人多年试验证明,采取多种调控手段,在较短时期内实现生物结皮的恢复是完全可行的。相比传统的乔、灌、草植物措施,生物结皮具有至少三方面的优势:一是成本低,其种源采集、施工、运输、养护等相对容易,通过后续实施例中不同措施的预算概算表,可见苔藓结皮要比其他措施的施工成本更低廉。
二、本发明的方法见效快,初步试验显示,大约经过45-60天,人工培育的生物结皮覆盖度即可达60%以上,即可发挥高效的水土保持效益,而灌草措施要发挥其生态功能最少得一年的时间,林草措施所需的时间更长,因此用快速培育的苔藓结皮进行工程创面的生态恢复更适宜;
三、本发明的方法应用范围广,在许多立地条件差、环境严酷的地块、生物结皮仍可以很好的生长发育。在许多石质边坡或立地条件恶劣的土质高陡边坡,传统的乔灌草维管植物措施往往存在不适宜或者成效低的困境,生物结皮作为干旱半干旱地区的先锋拓植植物,不仅具有多种生态功能,且抗逆性强,可以作为边坡治理的一种新途径。
随着我国经济的快速发展,生产建设项目数量、规模激增。据统计,仅“十五”期间,各类线性工程(公路、铁路、管线、输电)和点状工程(农林开发、采矿、城镇建设)的数量为7.68万个,占地面积达到552.8万hm2。如此大规模的生产建设项目,造成巨量的工程扰动坡面急需进行治理恢复,以实现侵蚀防治和工程创面的绿化。显然,将苔藓结皮的野外快速培育技术与喷播绿化技术相结合进行工程创面的治理,不仅价格低廉,见效快,且适用范围广,因此本发明具有广阔的市场空间。
附图说明
图1本发明工艺流程示意图;
图2本发明的一个实施例中各步骤苔藓结皮图;
图3本发明的一个实施例中苔藓结皮盖度随时间的变化图;
图4本发明的一个实施例中苔藓结皮密度随时间的变化图;
图5本发明的一个实施例中苔藓结皮生物量随时间的变化图。
具体实施方式
如图1所示,为本发明的一个实施例的工艺流程示意图。
以下通过具体实施例进一步对本发明的技术方案进行说明,应理解以下仅为本发明的示例性说明,并不用于限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
1材料与方法
1.1接种所需样品采集、制备方法
苔藓结皮样品采自陕西省安塞县纸坊沟的自然坡面(36°46′99″-36°52′44″N,109°17′2″-109°18′50″E),采样地主要植被为小叶杨(Populus simonii Moench.)、柠条(Caragana korshinskii Kom.)和长芒草(Stipa bungeana Trin.),苔藓结皮盖度为80%以上,平均厚度为11.45±0.51mm(n=9)。
利用小铲铲取厚度为1cm的苔藓结皮层,装入洁净的塑料袋,带回试验室自然阴干,人工挑出肉眼可辨的植物残渣、土块、石子等,使用微型植物试样粉碎机(FLB-100)粉碎备用。经鉴定,供试苔藓结皮的优势种为土生对齿藓(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)。
1.2种植方法
本试验共考虑两个实验因素:营养液与遮光率。营养液选择Hoagland营养液,实验因素及其水平表如下表所示:
表1实验因素及其水平设计表
注:表中“—”表示空白
对2因素进行完全实验,设计表如下:
表2营养液和遮光率2因素完全实验设计表
根据上述浆液制备方法,将喷播种植时所需的各种原料依次加入混料罐内搅拌均匀,再用简易喷播集成装备均匀接种到各试验小区,各小区面积均为1m×1m,为了消除空间差异性对试验结果的影响,每个处理区组内的小区随机分布。之后将制备的不同遮光率遮阳网的架子根据试验设计覆盖在小区上方,架子大小为1m×1m×0.2m。
1.3苔藓结皮培育过程
将苔藓结皮茎叶体及辅料按配方为:水(500L/m3)+Hoagland营养液(500L/m3)+木纤维(20Kg/m3)+粘结剂(6Kg/m3)+苔藓结皮茎叶碎片(24Kg/m3)+土(116Kg/m3)的比例混合均匀,喷播到各小区。
喷播接种完成后,每10天施用一次营养液,每次施用量为2.1L/m2。定期使用TDR(TRIME-PICO32)监测0-5cm土壤表层含水量,根据测定的土壤含水量,适当的调整浇水时间,保证其在15-25%之间。
1.4测定指标及方法
自培育30天起,每15天测定一次苔藓结皮的生长指标,直到苔藓结皮盖度无明显变化,培养结束。
盖度:李新荣的点针样框法,网格规格为2.5cm×2.5cm;
株密度:分别在各小区的对角线上等距离选面积2.5×2.5cm2的正方形,共5个,测量正方形内苔藓株数,每个小区求一个平均值;
叶绿素a:用叶绿素a代表生物量。具体测定方法:利用直径为1.6cm的圆形内空管采样器采集苔藓结皮,每个小区采3个面积为2.01cm2、厚度为5mm的样品。将样品放入0.1mm筛,用自来水冲洗,使苔藓结皮植株与土壤分离,再用蒸馏水清洗,之后将苔藓植株晾干后放入研钵,加入少量石英砂、碳酸钙及3ml 95%乙醇,研磨成匀浆,再加95%乙醇5mL,继续研磨至组织变白。静置5min,过滤到25mL棕色容量瓶中,并用少量95%乙醇冲洗数次,直至滤纸和残渣中无绿色为止,最后用95%乙醇定容,比色测定色素,以95%乙醇为空白。在665nm和649nm下测定吸光度。用如下公式计算其浓度:
ρ=13.95×A665nm-6.88×A649nm;
W=ρ×V×N/S
式中:ρ—叶绿素a浓度(mg﹒L-1);W—叶绿素a含量(μg﹒cm-2);
V—提取液体积(mL);N—稀释倍数;S—样品的取样面积(cm2)。
2结果分析
(1)苔藓结皮外观
如图2所示,其中,A为喷播浆液、B为喷播过程,C为布设全景图,D为培育7个月后的苔藓结皮(D)从混合浆液配制、喷播接种、培育养护到培育7个月之后苔藓结皮变化可以看出,苔藓结皮发育良好,实现野外快速培育是可行的。
(2)苔藓结皮盖度的动态变化
通过在不同时间段测定苔藓结皮盖度得出(如图3所示):
表2处理7(营养液+遮阴70%)是培育的最佳实施方式,在夏天高温条件下,其盖度在培育60天后可以达到60%以上。
(3)苔藓结皮密度的动态变化
培育期间苔藓结皮的密度随时间变化如图3所示,随着培育时间得延长,密度也明显增加,但处理7(营养液+遮阴70%)在同一时期内苔藓结皮的密度显著高于其他处理。
(4)苔藓结皮生物量的变化
分析不同处理实验末期(图4)叶绿素a含量可知处理7(营养液+遮阴70%)的苔藓结皮生物量显著高于其他处理(p<0.05),因此是培育苔藓结皮的最佳因子组合。
因此,通过喷播种植苔藓结皮进行工程创面的生态恢复是可行的。喷播种植时所需的浆液的最佳配方为:水(500L/m3)+Hoagland营养液(500L/m3)+木纤维(20Kg/m3)+粘结剂(6Kg/m3)+苔藓结皮茎叶碎片(24Kg/m3)+土(116Kg/m3)。后期养护措施是:遮阳网(70%)+洒水(含水量15%-25%)+营养液(10天/次)。
实施例2
不同措施的预算概算表,可见苔藓结皮要比其他措施的施工成本更低廉;
生物结皮法参见实施例1的方法,
草本措施以狗牙根作为典型示范进行说明。具体栽植方法如下:春末夏初,对栽植坡面进行整地,将坡面上石块、建筑垃圾等清除;将成片狗牙根草坪成片铲起,冲洗根部泥土,将狗牙根分成若干单株;先把幼苗在清水中浸泡,然后按照株行距8cm×8cm开穴种植,每穴栽苗4株,栽深约3cm,栽植穴内用掺杂基肥填充,最后覆土。栽植后浇透水,保持坡面湿润(参见表2)。
灌木措施以紫穗槐为例子进行说明。具体栽植方法如下:秋末对栽植坡面进行整地,将坡面上石块、建筑垃圾等清除;紫穗槐落叶后,选用一年生以上的枝的条,剪成20cm左右的小段,下端斜切,上端削平;按株行距18cm×18cm开穴种植,每穴两株;栽植穴内用掺杂基肥填充,先浇水,最后培土踩紧,扦插后保持土壤湿润(参见表3)。
表1 100m2草灌措施与100m2生物结皮的费用对比表
表2为使用本发明实施例1方法处理100m2狗牙根的概算表
表2狗牙根概算表
表3为使用本发明实施例1方法处理100m2紫穗槐的概算表
表3紫穗槐概算表
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种苔藓结皮的工程创面生态恢复技术,其特征在于,所述方法包括以下步骤:1)浆液制备、2)喷播接种、3)后期养护。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述浆液的原料包括:基质土,苔藓结皮茎叶碎片,Hoagland营养液,木纤维,粘结剂,水。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述浆液的原料用量比为:116Kg/m3土,24Kg/m3苔藓结皮茎叶碎片,500L/m3Hoagland营养液,20Kg/m3木纤维,6Kg/m3粘结剂和500L/m3水。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述苔藓结皮的优势种为土生对齿藓(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)。
5.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述苔藓结皮的粉碎方法为使用植物粉碎机32000r/min粉碎所述苔藓结皮。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述苔藓结皮粉碎后的过筛的筛子目数为小于80目。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述喷播接种的方法为将浆液混合均匀后,再喷播接种到坡面上。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述喷播接种用浆液每立方米可喷播200m2的坡面,用时约为10分钟。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述后期养护措施为:覆盖70%的遮阳网,浇水使得土壤表层含水量保持在15%-25%之间,每隔10天施一次营养液。
10.根据权利要求1~9所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
1)选取自然发育且长势良好的苔藓结皮,铲取表层1cm厚的结皮,备用;
2)将采集的苔藓结皮带回实验室阴干,挑出肉眼可见的杂物后用植物粉碎机粉碎,能过80目的筛子;
3)将制备的苔藓结皮茎叶碎片与其他原料加入混料罐中混合均匀,再喷播接种到坡面上;
4)覆盖70%的遮阳网,根据天气变化情况不定期浇水,使土壤表层含水量保持在15%-25%之间,每隔10天施一次营养液;
5)连续培育60天后,苔藓结皮盖度达到60%以上,密度达到48株/cm2
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