CN111328641A - 一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置及方法，该装置包括装置本体，所述装置本体内部从下到上依次设有第一孔和第二孔，所述第一孔自下而上依次设有保水层和种植层，所述第二孔内部设有防蒸发层，所述防蒸发层的下面为草种。本发明还公开了一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的方法。本发明的坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置利用当地便利的资源，改良裸露砒砂岩区土壤，将改良后的土壤在坡面裸露砒砂岩区种植植被，从而更加有利于裸露砒砂岩区的植被恢复。经过实验证明，本发明的技术方案可以显著提高植物发芽率、株高和生物量，对植物生长影响显著。

Description

一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置及方法
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，涉及一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置及方法。
背景技术
砒砂岩是一种松散岩层，具体指古生代二叠纪(约2.5亿年)和中生代三叠纪、侏罗纪和白垩纪的厚层砂岩、砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层。集中分布黄土高原北部晋陕蒙接壤地区的鄂尔多斯高原。通常以粉红色、紫色、灰白色、灰绿色互层相间而存在。由于其成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低，遇水如泥、遇风成砂，水土流失非常严重，群众深受其害，视其毒如砒霜，故称其为“砒砂岩”。由于砒砂岩区养分含量低，水分难以入渗使得该区域治理难度极大，植被难以成活，覆盖率低，特别是坡面裸露砒砂岩区，目前多为自然状态，没有植被恢复。
因此，采用传统的育林育草的水土保持措施对坡面裸露砒砂岩区进行治理，对改善区域恶劣生态环境并没有起到根本的作用，种植的草木基本枯死，急需探究一种新的在坡面裸露砒砂岩区植草的技术。沙土结构松散，透水性强，保水性能差能够实现快速入渗，又能减少蒸发；砒砂岩因含有大量的蒙脱石，在遇水时迅速膨胀，有较好的持水和保水性能，可作为一种天然的保水剂，但是入渗系数小。本技术利用砒砂岩和沙土土壤物理性质上的互补性，将沙土、砒砂岩和有机肥按1:1:1的比例复配成土，混合后有利于土壤团粒结构的形成，以得到具有保水透气功能的改良土壤，既保证了土壤的透气保水性能，也提供了植被生长必须的营养元素供应。将改良土壤作为填装物置于裸露砒砂岩内部，在其上种植草木，促进植被快速建植，以推动砒砂岩地区的生态环境治理。弥补坡面裸露砒砂岩区植被恢复技术缺乏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置及方法，该技术方案提供坡度≤45°的新型坡面裸露砒砂岩区土壤改良种草装置，利用当地便利的资源，改良裸露砒砂岩区土壤，将改良后的土壤在坡面裸露砒砂岩区种植植被，从而更加有利于裸露砒砂岩区的植被恢复。
其技术方案如下：
一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置，包括装置本体1，所述装置本体内部从下到上依次设有第一孔2和第二孔3，所述第一孔2自下而上依次设有保水层4和种植层5，所述第二孔3内部设有防蒸发层6，所述防蒸发层6的下面为草种7。
进一步，所述装置本体1的总深度为25cm。
进一步，所述第一孔2的孔径为7cm，深度为20cm，所述保水层4的厚度为5cm，种植层5的厚度为15cm。
进一步，所述第二孔3的孔径为15cm，深度为5cm，所述防蒸发层6的厚度为2cm，所述防蒸发层6的上方为深度为3cm的集雨坑，所述防蒸发层6中沙土平均粒径大于0.5mm。
进一步，所述草种7为内蒙白羊草和紫花苜蓿。
本发明所述坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的方法，包括以下步骤：
步骤1、打孔：孔径要求，表层0-5cm，距离坡下边沿5cm深，为了起到收集雨水的作用，利用直径15cm的土钻进行打孔，在本孔径下，收集的雨水足够种植层和保水层储存。5-25cm深度，考虑到砒砂岩的坚硬程度和羊草、紫花苜蓿初期根系生长，利用直径7cm的土钻进行打孔。
步骤2、孔内土壤改良：利用现有砒砂岩和风沙土，添加有机肥，有机肥要求烘干后有机质含量≥45％，总养分质量分数N+P2O5+K2O≥5％，配置比例为砒砂岩：风沙土：有机肥＝1:1:1；
步骤3、改良土壤的分层填装：在直径7cm孔底层先铺设5cm水分处于饱和状态的PAMN保水剂，保水剂上面填充改良土壤15cm，最上端与孔径7cm的孔洞上端齐平，填装分三层填装，每5cm用木棒捣实，表面刮毛后铺设下一层；
步骤4、草种种植处理：购买的草种首先在种植前夜，将种子与溶液浓度10％的PAMN溶液充分混匀，然后瘫在塑料布上晾干，使种子表面形成一层保水剂薄膜，然后进行播种，播种前统一浇水，使土壤水分达到饱和，然后种子均匀撒在表面，上面覆盖防蒸发层，出苗期间，不再进行水分管理；
步骤5、防蒸发层的铺设：将粗砂均匀地铺设在孔径为15cm的孔洞内，防蒸发层粗砂铺设厚度为2cm。
进一步，步骤4中，所述草种为内蒙白羊草和紫花苜蓿。
进一步，步骤4中，播种种植的行距8为30cm，株距9为20cm。
本发明的有益效果：
本发明的坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置利用当地便利的资源，改良裸露砒砂岩区土壤，将改良后的土壤在坡面裸露砒砂岩区种植植被，从而更加有利于裸露砒砂岩区的植被恢复。经过实验证明，本发明的技术方案可以显著提高植物发芽率、株高和生物量，对植物生长影响显著。
附图说明
图1：本发明坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置的结构示意图；
图2：本发明坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置的成孔断面图；
图3：本发明坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置的纵断面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
参照图1-图3，一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置，包括装置本体1，所述装置本体内部从下到上依次设有第一孔2和第二孔3，所述第一孔2自下而上依次设有保水层4和种植层5，所述第二孔3内部设有防蒸发层6，所述防蒸发层6的下面为草种7。
所述装置本体1的总深度为25cm。
所述第一孔2的孔径为7cm，深度为20cm，所述保水层4的厚度为5cm，种植层5的厚度为15cm。
所述第二孔3的孔径为15cm，深度为5cm，所述防蒸发层6的厚度为2cm，所述防蒸发层6的上方为深度为3cm的集雨坑，所述防蒸发层6中沙土平均粒径大于0.5mm。
所述草种7为内蒙白羊草和紫花苜蓿。
本发明所述坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的方法，包括以下步骤：
步骤1、打孔：孔径要求，表层0-5cm，距离坡下边沿5cm深，为了起到收集雨水的作用，利用直径15cm的土钻进行打孔，在本孔径下，收集的雨水足够种植层和保水层储存。5-25cm深度，考虑到砒砂岩的坚硬程度和羊草、紫花苜蓿初期根系生长，利用直径7cm的土钻进行打孔。
步骤2、孔内土壤改良：利用现有砒砂岩和风沙土，添加有机肥，有机肥要求烘干后有机质含量≥45％，总养分质量分数(N+P2O5+K2O)≥5％，配置比例为砒砂岩：风沙土：有机肥＝1:1:1，风沙土颗粒较大，砒砂岩遇水成泥，两者性质互补，有机肥可以增加土壤有机质和养分含量，这种配比既保证了土壤具有较好的通气透水特性，也保证了植物生长的养分需求；
步骤3、改良土壤的分层填装：在直径7cm孔底层先铺设5cm水分处于饱和状态的PAMN保水剂(PAMN保水剂为水利部黄河水利委员会黄河水利科学研究院研制的新型保水剂，已经广泛应用，市场可以获得充足的保水剂材料)，保水剂上面填充改良土壤15cm，最上端与孔径7cm的孔洞上端齐平，填装分三层填装，每5cm用木棒捣实，表面刮毛后铺设下一层；
步骤4、草种种植处理：购买的草种首先在种植前夜，将种子与溶液浓度10％的PAMN溶液充分混匀，然后瘫在塑料布上晾干，使种子表面形成一层保水剂薄膜，然后进行播种，播种前统一浇水，使土壤水分达到饱和，然后种子均匀撒在表面，上面覆盖防蒸发层，出苗期间，不再进行水分管理；
步骤5、防蒸发层的铺设：将粗砂均匀地铺设在孔径为15cm的孔洞内，因为播种深度会显著影响出苗时间和出苗率，出苗率最高，而且出苗时间最短的播种深度为0-2cm。根据种子萌发要求和防蒸发的效果，确定防蒸发层粗砂铺设厚度为2cm。
步骤4中，所述草种为内蒙白羊草和紫花苜蓿。
步骤4中，播种种植的行距8为30cm，株距9为20cm。
实施例1
2018年6月在内蒙古暖水乡圪秋沟试验站，利用小型蒸发测量装置(内直径15cm的PVC管，长度30cm)取原状砒砂岩土壤20cm，上方预留10cm空间。按照本发明的操作顺序，先在土柱中间打直径7cm，深度20cm的孔，将保水层和种植层按照发明要求完成填装。最后在上方预留的10cmPVC管中铺设2cm厚的粗砂，粗砂为过0.55mm筛的沙。
上端多余的PVC管剪掉后，从表面分多次加入少量水，直到水从底部流出为止。当水流停止后，每个土柱用PVC板封底。为了方便每次取出称重，将蒸发装置外侧紧密包裹内径20cm的PVC管做的包裹套中，然后，整体放入原状土壤中，并且保证上表面与原状土壤表面持平。
对比例1
对比例1的小型蒸发测量装置表层处理有两个，一个表层不覆盖沙土，一个表层覆盖2cm细沙土，粒径＜0.55mm，其他步骤与实施例1相同。
2018年6月11日-7月10日，每天下午5点对实施例1及对比例1的蒸发装置进行称重，对土壤水分蒸发进行动态监测，对防蒸发层的防蒸发效果进行分析。该期间实施例1中粗砂防蒸发处理累积蒸发量3cm，比无防蒸发处理的6.5cm减少了54％。表面覆盖2cm细砂粒蒸发量为4.2cm，减少了35％，但是防蒸发效果不如覆盖2cm粗砂粒。由此可知粗砂防蒸发层处理后土壤水分蒸发显著减少，土壤水分保持效应显著，尤其是粗砂粒覆盖效果更优，草种发芽率在0-2cm种植深度时最高，同时发芽时间也最短，因此本发明优选覆盖2cm粗砂防蒸发层。
实施例2
2018年5月13日，在杨凌水土保持研究所试验场，利用1m×1m，高为25cm的实验土槽进行模拟实验。先利用粉碎机将砒砂岩进行粉碎，粉碎后的砒砂岩的粒径小于2mm，然后将粉碎后的砒砂岩装入土槽，深度20cm，分4层填装，每层用铁锤将砒砂岩压实，碾压后的砒砂岩层容重与实际接近，为1.80g/cm3，在砒砂岩层按照本发明要求打直径6cm孔，先填装5cm保水剂PAMN后，填装砒砂岩:风沙土:有机肥为1:1:1的改良土壤，分层压实填装，上端与砒砂岩表面持平。缓慢多次加水直到底部排水孔有水流出为止，水流停止后在改良土壤表面撒播20粒草种，白羊草和紫花苜蓿各10粒。最后覆盖2cm的粗砂，得到本发明模拟改良土壤，恢复植被模式，10天后记录发芽数量，20天后定苗，每个土槽选取生长状况相近的两株白羊草和两株紫花苜蓿。每个处理重复5次。生长过程不进行浇水和施肥管理。监测草种发芽率和生长状况。
对比例2
对比例2的土槽不进行打孔和土壤改良，保持砒砂岩填装完成现状。其他步骤与实施例2相同。
2018年5月23日，对实施例2及对比例2的草种发芽率进行统计分析，发现实施例2紫花苜蓿发芽率90％，白羊草发芽率88％，与对比例2紫花苜蓿发芽率88％，白羊草发芽率82％差异不显著。但是，后期的生长状况差异显著，到8月13日，生物量和株高达到最大时，进行监测后收割。株高表现为实施例2紫花苜蓿株高为43.2cm，白羊草株高38.3cm，与对比例2紫花苜蓿株高28.1cm，白羊草株高24.5cm相比，分别高出了53.7％和56.3％。生物量表现为实施例2紫花苜蓿12.3g，白羊草8g，与对比例2紫花苜蓿7.8g，白羊草5.4g相比，分别高出了61.5％和48.1％。通过对土层分层分析根系分布状况发现，实施例2根系已经生长到土槽底部，并向四周延伸，对比例2根系主要分布在表层10cm内，横向延伸也比实施例小。通过对实施例2和对比例2发芽率、株高、生物量和根系生长状况的对比分析，可知砒砂岩土壤处理可以显著提高植物株高和生物量，对植物生长影响显著。
实施例3
2019年6月18，在内蒙古准格尔旗暖水乡什巴尔大沟沟头，坡度为45°的裸露砒砂岩坡面，利用本发明的技术方法进行植草示范，利用直径15cm的土钻进行打孔，距离下坡面深度5cm，在15cm孔径的孔洞中央利用直径7cm的土钻进行打孔，深度20cm，两种处理后总深度25cm。7cm孔内首先填充5cm水分饱和的PAMN保水剂，然后按照本发明填充改良土壤，直到与15cm孔径底部持平，缓慢多次加水直到表层有积水保持10分钟，待表层水分完全入渗后，在改良土壤表面撒播10粒草种，白羊草和紫花苜蓿各5粒。种子在种植前夜，与溶液浓度10％的PAMN溶液充分混匀，然后瘫在塑料布上晾干，使种子表面形成一层保水剂薄膜。种子撒播完成后，覆盖2cm厚的粗砂。生长过程不进行浇水和施肥管理。监测草种发芽率和生长状况。
对比例3
对比例3的土壤不进行改良，打孔后全部填充砒砂岩，表层不进行防蒸发处理，直接铺设2cm深砒砂岩。其他步骤与实施例3相同。
2019年6月28日，对实施例3及对比例3的草种发芽率进行统计分析，发现实施例3紫花苜蓿发芽率86％，白羊草发芽率85％，与对比例3紫花苜蓿发芽率58％，白羊草发芽率50％相比，显著提高了48.3％和70％，说明土壤改良显著提高了白羊草和紫花苜蓿的发芽率，而且由于覆盖砒砂岩的影响，对比例3已经发芽的质量也不是太高，多为弯曲幼苗。到8月18日，生物量和株高达到最大时，进行监测后收割。株高表现为实施例3紫花苜蓿株高为39.3cm，白羊草株高36.2cm，与对比例3紫花苜蓿株高26.5cm，白羊草株高21.8cm相比，分别高出了48.3％和66.1％。生物量表现为实施例3紫花苜蓿16.5g，白羊草12.2g，与对比例3紫花苜蓿9.2g，白羊草7.5g相比，分别高出了79.3％和62.7％。通过对实施例3和对比例3发芽率、株高和生物量等生长状况的对比分析，可知本发明提出的土壤改良和保水防蒸发处理可以显著提高植物发芽率、株高和生物量，对植物生长影响显著。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置，其特征在于：包括装置本体(1)，所述装置本体内部从下到上依次设有第一孔(2)和第二孔(3)，所述第一孔(2)自下而上依次设有保水层(4)和种植层(5)，所述第二孔(3)内部设有防蒸发层(6)，所述防蒸发层(6)的下面为草种(7)。
2.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置，其特征在于：所述装置本体(1)的总深度为25cm。
3.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置，其特征在于：所述第一孔(2)的孔径为7cm，深度为20cm，所述保水层(4)的厚度为5cm，种植层(5)的厚度为15cm。
4.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置，其特征在于：所述第二孔(3)的孔径为15cm，深度为5cm，所述防蒸发层(6)的厚度为2cm，所述防蒸发层(6)的上方为深度为3cm的集雨坑，所述防蒸发层(6)中沙土平均粒径大于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的装置，其特征在于：所述草种(7)为内蒙白羊草和紫花苜蓿。
6.一种权利要求1所述坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、打孔：孔径要求，表层0-5cm，距离坡下边沿5cm深，利用直径15cm的土钻进行打孔，在本孔径下，收集的雨水足够种植层和保水层储存，利用直径7cm的土钻进行打孔；
步骤2、孔内土壤改良：利用现有砒砂岩和风沙土，添加有机肥，有机肥要求烘干后有机质含量≥45％，总养分质量分数N+P2O5+K2O≥5％，配置比例为砒砂岩：风沙土：有机肥＝1:1:1；
步骤3、改良土壤的分层填装：在直径7cm孔底层先铺设5cm水分处于饱和状态的PAMN保水剂，保水剂上面填充改良土壤15cm，最上端与孔径7cm的孔洞上端齐平，填装分三层填装，每5cm用木棒捣实，表面刮毛后铺设下一层；
步骤4、草种种植处理：购买的草种首先在种植前夜，将种子与溶液浓度10％的PAMN溶液充分混匀，然后瘫在塑料布上晾干，使种子表面形成一层保水剂薄膜，然后进行播种，播种前统一浇水，使土壤水分达到饱和，然后种子均匀撒在表面，上面覆盖防蒸发层，出苗期间，不再进行水分管理；
步骤5、防蒸发层的铺设：将粗砂均匀地铺设在孔径为15cm的孔洞内，防蒸发层粗砂铺设厚度为2cm。
7.根据权利要求6所述坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的方法，其特征在于：步骤4中，所述草种为内蒙白羊草和紫花苜蓿。
8.根据权利要求6所述坡面裸露砒砂岩区土壤改良植草的方法，其特征在于：步骤4中，播种种植的行距(8)为30cm，株距(9)为20cm。
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