CN107333543A - 一种石漠化生态修复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石漠化生态修复的方法，包括如下步骤：1、石漠化基质整理：1.1、地形整理：1.1.1、清除浮石和危岩体；1.1.2、迹地平整；1.1.3、边坡防护；1.2、客土：2、接种微藻；2.1、藻种选择：2.2、藻种培养；2.3、制备藻粉；2.4、微藻人工石漠化接种：3、草本植物种植：3.1、草种选择；3.2、地面处理；3.3、施肥；3.4、播种；3.5、覆土；4、养护管理；5、灌、乔木植物种植：5.1、树种配置；5.2、播种。该方法是以微藻生物、土壤生态修复和林业生态恢复技术为一体的石漠化生态修复方法，为石漠化的科学有效的治理提供一种新的技术方法。

Description

一种石漠化生态修复的方法

技术领域

本发明涉及生态修复技术领域，具体涉及一种石漠化生态修复的方法。

背景技术

石漠化是“石质荒漠化”的简称。形成石漠化的主要原因是水土流失严重，导致石漠化的主要因素是人为活动。由近些年来，我国的生态环境的遭到了巨大的破坏，在一些石山岩溶等地区由于水土流失严重，导致石漠化的问题十分突出。长期以来自然植被不断遭到破坏，大面积的陡坡开荒，造成地表裸露，加上喀斯特石山区土层薄，基岩出露浅，暴雨冲刷力强，大量的水土流失后岩石逐渐凸现裸露，呈现"石漠化"现象，并且随着时间的推移，"石漠化"的程度和面积也在不断加深和发展。"石漠化"发展最直接的后果就是土地资源的丧失。石漠化地区极易发生山洪、滑坡、泥石流，加上地下岩溶发育，导致水旱灾害频繁发生，几乎连年旱涝相伴，同时，石漠化山地岩石裸露率高，土壤少，贮水能力低，岩层漏水性强，极易引起缺水干旱，而大雨又会导致严重水土流失。石漠化与水土严重流失已形成恶性循环，造成的山穷、水枯、林衰、土瘦，给这些地区人们的生存亮起了红灯。石漠化地区日趋恶化的脆弱生态环境制约了石漠化地区的发展，石漠化地区的人口问题、生存问题、能源问题，成了不容回避的问题。水土资源不断流失后呈现的“石漠化”现象，不仅恶化了农业生产条件和生态环境，而且将使群众失去赖以生存的基本条件，许多地方不得不考虑生态移民。由此可见，“石漠化”现象对人民生活质量的提高和我国经济的持续发展产生了严重的阻碍。

目前我国石漠化生态修复技术主要有：1整地；2客土；3种草；4植树造林等措施来进行治理。

上述方法主要存在的问题是，石漠化土地上的土壤主要靠客土，客土在遇大风时容易造成风沙被刮走，同时受到雨水冲刷后，水土继续容易流失。往往难以成功。同时，此方法技术单一，石漠化土地成土速度慢或难以成土。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种石漠化生态修复的方法，该方法是以微藻生物、土壤生态修复和林业生态恢复技术为一体的石漠化生态修复方法，为石漠化的科学有效的治理提供一种新的技术方法。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种石漠化生态修复的方法，包括如下步骤：

1、石漠化基质整理：

1.1、地形整理：

1.1.1、清除浮石和危岩体；

1.1.2、迹地平整；

1.1.3、边坡防护；

1.2、客土：

局部客土和/或全面客土；

2、接种微藻；

2.1、藻种选择：

选择具有固氮能力的蓝藻；

2.2、藻种培养；

2.3、制备藻粉：

藻种培养完成后，收集微藻，干燥，将干燥好的微藻片粉碎，得到藻粉；

2.4、微藻人工石漠化接种：

待草本植物播种覆土后，将藻粉撒播接种在石漠化基质土地上，藻粉接种量为3-5kg/亩；或者与草本植物种子一起撒播接种，草种播种量为1-2kg/亩；

3、草本植物种植：

3.1、草种选择：

选择黑麦草、白三叶、紫花地丁、月见草和/或苜蓿；

3.2、地面处理：

在接种微藻前将整理后的石漠化基质土壤翻耕整细；

3.3、施肥：

每亩石漠化基质土壤施复混肥15-25公斤；

3.4、播种：

将黑麦草、白三叶、紫花地丁、月见草和/或苜蓿种子进行单播或混播，若采用撒播的方式播种，则与藻粉混合后一起撒播，播种量为1-2kg/亩；

3.5、覆土：

播种后覆土1-2cm，或疏松表层土壤，使种子落于土壤中；

4、养护管理：

4.1、微藻接种和草种播种后第二天开始养护，采用微喷设施对微藻、草本植物进行养护，每天浇水量为20mm，时间为早上9:00开始，浇水10-20分钟，下午16:00开始，浇水20-40分钟，30天后停水；

4.2、在石漠化土壤基质水体流失现象消除之前，禁止放牧；

5、灌、乔木植物种植：

5.1、树种配置：

配置常绿乔木和常绿灌木的组合；

5.2、播种：

待微藻与草木植物结合稳定之后种植灌木植物和乔木植物，灌木植物和乔木植物均采用地径≥3cm的全冠袋苗进行移栽，乔木植物和灌木植物交替种植，乔木种植密度为70-80株/亩，株距2.5-3.5m，行距2.5-3.5m，灌木植物种植密度为105-115穴/亩，株距1.5-2.5m，行距2.5-3.5m；

5.3、抚育管理：

与林业苗木管理技术相同，包括灌水保墒、苗木补种、修剪整枝、病虫害防治和防冻等措施。

进一步，所述的蓝藻为鱼腥藻属、念珠藻属、筒孢藻属、席藻属和单歧藻属中的任意一种，或任意几种的组合。

进一步，藻种培养包括如下步骤：

1、培养液的配制：

每升水中加入硫酸镁0.075g、氯化钙0.036g、柠檬酸0.006g、柠檬酸铁铵0.006g、乙二胺四乙酸二钠0.001g、碳酸钠0.04g、磷酸氢二钾0.075g；pH：7.5-8.0；

2、藻种培养：

5种蓝藻均采用所述的培养液进行培养；

2.1、一级培养：

将各蓝藻试管原种接入培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为70μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，静止培养7-10天后，转入到二级培养；

2.2、二级培养：

将一级培养所得的培养物接入到培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为70μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，培养7-10天后，转入到三级培养；

2.3、三级培养：

将二级培养所得的培养物接入培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为90μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，培养7-10天后，转入开放式跑道循环培养池进行培养；

2.4、大规模培养：

若选取多种蓝藻，将三级培养所得的多种蓝藻藻种等体积混合，然后接入到开放式跑道循环培养池中进行搅拌培养，若选取一种蓝藻，将三级培养所得的该蓝藻藻种接入开放式跑道循环培养池中进行搅拌培养，培养池面积为10m²以上，水深为15-20cm，每升培养液接入0.2-0.5g藻种，培养条件：光照强度为120-180μΕ·m^-2·s^-1，温度为25-35℃，培养5-10天。

进一步，草本植物在播种前将种子用水浸泡3-5h。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明提供了一种采用人工藻结皮技术对石漠化土壤进行绿化的模式，在石漠化土壤固定与生态修复方面开辟了新的途径，丰富了石漠化生态修复的手段和技术，具有好的推广和应用前景。

2、本发明以具鱼腥藻属(Anabaena)、念珠藻属(Nostoc)、筒孢藻属(Cylindrospermum)席藻属(Phormidium)和单歧藻属(Tolypothrix)为主要藻种，经工程化培养后接种到石漠化表面形成人工生物结皮，并以规模化人工培植生物结皮与草—灌植被营造相结合用以矿山绿化，实现石漠化的生态修复。

3、蓝藻能适应石漠化地区的干旱、强辐射、大幅温度变化以及高盐碱等恶劣条件，具有建立先锋群落的特殊能力和生态对策。因此，荒漠藻类在石漠化条件下能良好地进行生长，用分离出的荒漠藻类进行大量培养，并通过人为措施强化其在石漠化绿化过程中的作用，可以在短时间内完成自然过程需要十多年才能完成的生物结皮过程，为石漠化土壤的固定与生态修复提供较好的条件。

总之，土壤的生态演替过程，往往是组成物种由低等到高等，群落多样性和种群丰度从少到多的过程。藻类本身的生长为土壤提供氮源和能源，如固氮蓝藻的生长为土壤提供氮源，而藻类在生长过程中分泌的多糖不仅提供能源，而且在石漠化土地成土过程中有重要的作用。藻类可以改变石漠化土壤中的物质循环，增加其中的碳、氮、磷的含量，促进土壤异养微生物的生长，改变石漠化中的生物多样性，改变其土壤结构和水分布状况，从而促进土壤的发育。采用这种生态修复的方式，能促进矿物质的矿化过程，通过产生的多糖养分，加速养分使矿山土壤改良，为其他微生物提供营养，促使其他生物的生长，从而改善荒漠化生态环境中的生物多样性。在这种原始的演递中，石漠化土壤被固定，减少水土流失。本发明将修复石漠化土地的客土通过微藻来固定，避免风、雨造成的水体流失，同时、微藻在生长过程中可以固定空气中的氮素，增加土壤肥力、提高土壤有机质含量，达到加速石漠化土地成土和改良土壤的作用，然后结合植树造林形成藻、草、灌乔植物与石漠化土地结合为一体，并能够在石漠化土地上建立适于植物长久地自然生长的土壤层，实现真正意义上的石漠化生态修复。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

一种石漠化生态修复的方法，其步骤如下：

1、石漠化基质整理：

1.1、地形整理：

地形整理主要目的是提高坡面的稳定性，同时通过微地形的整理，增加天然降水地表径流的利用率，从而提高植物的成活率。地形整理内容主要有清除浮石及危岩体、迹地平整和边坡防护；

1.1.1、清除浮石和危岩体；

1.1.2、迹地平整；

迹地平整主要是对零散石块进行简单清理，对局部凸凹区域进行开挖回填；

1.1.3、边坡防护；

边坡防护可分别采用削坡、砌筑挡土墙、截排水、喷锚支护等稳定边坡的工程措施。

1.1.2、客土：

种植土采用外运客土解决，客土铺设方式为局部(穴状)客土、全面客土2种，坡度稍缓的地块，为最大程度营造植物生长条件，采用全面客土和穴状客土结合的方式，坡度较陡的地块，采用局部(穴状)客土的方式。客土要求自然结构、土壤质地良好，如粘土、砂土等需进行改良后方可用于栽植。

2、接种微藻；

2.1、藻种选择：

选择具有固氮能力的固氮鱼腥藻(或多变鱼腥藻)、普通念珠藻、栖藓筒孢藻(或小筒孢藻)、纤细席藻和小单歧藻五种蓝藻。

2.2、藻种培养；

2.2.1、培养液的配制：

每升水中加入硫酸镁0.075g、氯化钙0.036g、柠檬酸0.006g、柠檬酸铁铵0.006g、乙二胺四乙酸二钠0.001g、碳酸钠0.04g、磷酸氢二钾0.075g；pH：7.5-8.0；

2.2.2、藻种培养：

上述5种蓝藻均采用所述的培养液进行培养；

2.2.2.1、一级培养：

将各蓝藻试管原种接入到80ml培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为70μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，静止培养8天后，转入到二级培养；

2.2.2.2、二级培养：

将一级培养所得的培养物接入到500ml培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为70μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，培养9天后，转入到三级培养；

2.2.2.3、三级培养：

将二级培养所得的培养物接入3000ml培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为90μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，培养10天后，转入开放式跑道循环培养池进行培养；

2.2.2.4、大规模培养：

将三级培养所得的五种蓝藻藻种等体积混合均匀，然后接入到开放式跑道循环培养池中进行搅拌培养，培养池面积为10m²，水深为18cm，每升培养液接入0.4g藻种，培养条件：光照强度为150μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，培养8天；

2.3、制备藻粉：

藻种大规模培养完成后，用40-80目纱网收集微藻，将收获的微藻平铺在编制布(规格长4m、宽80cm)上，平铺厚度1.5cm，然后置于塑料大棚内通风处晾晒干，将干燥好的藻片用粉碎机磨成藻粉，藻粉细度为60-80目，将藻粉包装后置于阴凉通风处保存，防止潮湿；

2.4、微藻人工石漠化接种：

将藻粉与草本植物种子撒播接种在石漠化基质土地上，藻粉接种量为4kg/亩，草种播种量为1.5kg/亩；

3、草本植物种植：

1.3.1、草种选择：

选择黑麦草、白三叶和苜蓿；

1.3.2、地面处理：

在接种微藻前将整理后的石漠化基质土壤翻耕整细；

1.3.3、施肥：

每亩石漠化基质土壤施有机无机复混肥(其中有机质含量不少于20％，氮磷钾养分总量(N+P₂O₅+K₂O)不少于15％)20公斤；

1.3.4、播种：

将黑麦草、白三叶和苜蓿种子分开分片单播，播种前将各草种用水浸泡4小时，各草种采用撒播的方式播种，且与藻粉混合后一起撒播，各草种的播种量均为1.5kg/亩，藻粉的接种量为4kg/亩；

3.5、覆土：

播种后疏松表层土壤，使种子落于土壤中；

4、养护管理：

4.1、微藻接种和草种播种后第二天开始养护，采用微喷设施对微藻、草本植物进行养护，微喷设备(莱芜市迪达节水灌溉器材有限公司生产)；每隔8m安装一排微喷管，相邻微喷管之间的距离为8m，微喷管的喷洒半径为8m，在压力为0.2Mpa、流量为180L/h下进行喷洒，时间为每天早上9:00开始，浇水30-35分钟，下午16:00开始，浇水40-50分钟，15天后停水；

蓝藻接种后2天蓝藻开始吸水膨胀，第3天开始向周边蔓延生长，一周后基本铺满整个石漠化区，并逐步加厚生长，15天后基本与土壤结合达到稳定的藻、土结合层，这时候可以停止微喷浇水。

草种播种后3-5天开始发芽，一周后出苗率达到70-80％左右，15天后全部长出叶，然后开始生长。

4.2、在石漠化土壤基质水体流失现象消除之前，禁止放牧；

5、灌、乔木植物种植：

5.1、树种配置：

配置常绿乔木和常绿灌木的组合；常绿乔木品种为：雪松和油茶；常绿灌木品种为：金叶女贞和大叶黄杨。

5.2、播种：

待微藻与草木植物结合基本稳定之后(约1个月)种植灌、乔木植物，乔木植物和灌木植物交替种植，所有植物均采用全冠袋苗进行移栽，其中雪松和油茶全冠袋苗高0.8-1.0m，地径为3cm，种植密度为74株/亩，株距3m，行距3m；金叶女贞和大叶黄杨全冠袋苗高均为68-80cm，地径为3cm，灌木植物种植密度为111穴/亩，株距2m，行距3m。为保证成活率，灌、乔木植物种植应在3月底前完成。

5.3、抚育管理：

与林业树苗管理技术相同，主要包括灌水保墒、苗木补种、修剪整枝、病虫害防治和防冻(尤其是油茶)等措施。

2016年，在湖北省郧阳区城关镇红河村按照实施例1的方法进行石漠化治理，石漠化基质地面积为300亩，2017年调查结果显示：蓝藻覆盖率达到90％以上；草的覆盖率达到93％，达到了规定的考核指标：藻结皮面积70％以上；草生长覆盖率80％以上。灌木成活率86％，乔木成活率95％。

Claims (4)

1.一种石漠化生态修复的方法，其特征在于包括如下步骤：

1.1、石漠化基质整理：

1.1.1、地形整理：

1.1.1.1、清除浮石和危岩体；

1.1.1.2、迹地平整；

1.1.1.3、边坡防护；

1.1.2、客土：

局部客土和/或全面客土；

1.2、接种微藻；

1.2.1、藻种选择：

选择具有固氮能力的蓝藻；

1.2.2、藻种培养；

1.2.3、制备藻粉：

藻种培养完成后，收集微藻，干燥，将干燥好的微藻片粉碎，得到藻粉；

1.2.4、微藻人工石漠化接种：

待草本植物播种覆土后，将藻粉撒播接种在石漠化基质土地上，藻粉接种量为3-5kg/亩；或者与草本植物种子一起撒播接种，草种播种量1-2kg/亩。

1.3、草本植物种植：

1.3.1、草种选择：

选择黑麦草、白三叶、紫花地丁、月见草和/或苜蓿；

1.3.2、地面处理：

在接种微藻前将整理后的石漠化基质土壤翻耕整细；

1.3.3、施肥：

每亩石漠化基质土壤施复混肥15-25公斤；

1.3.4、播种：

将黑麦草、白三叶、紫花地丁、月见草和/或苜蓿种子进行单播或混播，若采用撒播的方式播种，则与藻粉混合后一起撒播，播种量为1-2kg/亩；

1.3.5、覆土：

播种后覆土1-2cm，或疏松表层土壤，使种子落于土壤中；

1.4、养护管理：

1.4.1、微藻接种和草种播种后第二天开始养护，采用微喷设施对微藻、草本植物进行养护，每天浇水量为20mm，时间为早上9:00开始，浇水10-20分钟，下午16:00开始，浇水20-40分钟，15天后停水；

1.4.2、在石漠化土壤基质水体流失现象消除之前，禁止放牧；

1.5、灌、乔木植物种植：

1.5.1、树种配置：

配置常绿乔木和常绿灌木的组合；

1.5.2、播种：

待微藻与草木植物结合稳定之后种植灌木植物和乔木植物，灌木植物和乔木植物均采用地径≥3cm的全冠袋苗进行移栽，乔木植物和灌木植物交替种植，乔木种植密度为70-80株/亩，株距2.5-3.5m，行距2.5-3.5m，灌木植物种植密度为105-115穴/亩，株距1.5-2.5m，行距2.5-3.5m；

1.5.3、抚育管理：

与林业苗木管理技术相同，包括灌水保墒、苗木补种、修剪整枝、病虫害防治和防冻措施。

2.根据权利要求1所述的石漠化生态修复的方法，其特征在于：所述的蓝藻为鱼腥藻属、念珠藻属、筒孢藻属、席藻属和单歧藻属中的任意一种，或任意几种的组合。

3.根据权利要求2所述的石漠化生态修复的方法，其特征在于藻种培养包括如下步骤：

3.1、培养液的配制：

每升水中加入硫酸镁0.075g、氯化钙0.036g、柠檬酸0.006g、柠檬酸铁铵0.006g、乙二胺四乙酸二钠0.001g、碳酸钠0.04g、磷酸氢二钾0.075g；pH：7.5-8.0；

3.2、藻种培养：

5种蓝藻均采用所述的培养液进行培养；

3.2.1、一级培养：

将各蓝藻试管原种接入培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为70μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，静止培养7-10天后，转入到二级培养；

3.2.2、二级培养：

将一级培养所得的培养物接入到培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为70μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，培养7-10天后，转入到三级培养；

3.2.3、三级培养：

将二级培养所得的培养物接入培养器皿中进行静止培养，静止培养条件：光照强度为90μΕ·m^-2·s^-1，温度为30℃，培养7-10天后，转入开放式跑道循环培养池进行培养；

3.2.4、大规模培养：

若选取多种蓝藻，将三级培养所得的多种蓝藻藻种等体积混合，然后接入到开放式跑道循环培养池中进行搅拌培养，若选取一种蓝藻，将三级培养所得的该蓝藻藻种接入开放式跑道循环培养池中进行搅拌培养，培养池面积为10-30m²，水深为15-20cm，每升培养液接入0.2-0.5g藻种，光照强度为120-180μΕ·m^-2·s^-1，温度为25-35℃，培养5-10天。

4.根据权利要求1所述的石漠化生态修复的方法，其特征在于：草本植物在播种前将种子用水浸泡3-5h。