CN113973527A - 一种用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，包括保暖层制作、轻基质层制作、种植与养护管理以及移栽步骤。本发明利用高海拔地区充足的风能和太阳能进行互补，为冻结土壤层供热，为植物生长提供有利基础。本发明在室温环境下，能通过太阳能和风能为蓄电池供电，持续为冻结土壤发热升温，经解冻后的土壤加入轻基质材料混合并播种植物种子，待高海拔的室外温度转暖后将植物移栽至室外；本发明采用的轻基质材料源于废弃物能增加土壤肥力，改善解冻后土壤的物理结构，实现资源化利用；本发明可增加高海拔的植被覆盖率，利于植物成活。
Description
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法。
背景技术
高海拔地区具有寒冷干燥，土层薄，土壤冻结期长等特点，土壤冻结后会影响植被的水分和养分，因此为了防止因低温使土壤冻结的问题，需要对土壤进行保护并解冻。在目前的技术中，土壤的解冻一般采用塑料薄膜覆盖或温室大棚或者在土壤上喷洒热水等，但大面积的薄膜覆盖会增加生产成本，其次农用残膜会造成一定的环境污染。而温室大棚内的气温变化随季节气温的变化而改变，存在明显的季节差和日夜差，特别在冬季和晚间时候，大棚内温度下降，棚内土壤温度也随之变低，不能持续为土壤提供热源。喷洒热水只能短暂地让土壤维持一定温度，待热水散去后还会因低温而使土壤结冰，植物会被烫坏。同时，土壤处于寒冷环境下，空气压力低，植被发育不良，生长速度缓慢，植物矮小，因此高海拔的植被恢复也成为了一大难点。土壤团聚体破碎、植物根系和微生物死亡，导致土壤板结且养分降低，很大程度限制了高海拔地区的植被生长，因此如何改善土壤冻结并提高土壤养分供给植物生长成为了亟待解决的问题。
目前现有技术中，对于利用风光能制作成保暖生态毡，解决土壤冻结层的研究较少。CN 105969376 A中公开了一种适用于冬季土壤冻结的土壤改良剂，此改良剂通过加入马粪等材料施入土壤后可散发一定的热量，提早春季的土壤解冻，但只施入改良剂到土壤仍会因环境温度的改变而再次造成土壤冻结，且不能持续为土壤提供热源。因此，找到一种能依靠当地自然环境且能持续为冻结土壤提供热源、增加肥力的方法，以此解决高海拔地区的土壤冻结和养分贫瘠问题，并为植被提供有利的生长环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法。
本发明是这样实现的，生态毡包括保暖层、轻基质层以及植被层，制作方法包括以下步骤：
S1、先制作保暖层备用；
S2、在室内温室条件下，将保暖层铺设在冻结土壤下方20~30cm处，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层；
S3、在轻基质层1~2cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，形成植被层3；
S4、待室外环境温度在15~20℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明充分考虑到高海拔地区的日照时间长、光照充足，风能资源丰富等自然条件，因此利用风能和太阳能两种清洁能源相互补给作为能源，两种能源在白天时依靠风光能发电蓄电，夜间利用蓄电池持续给土壤冻结供热，能源均为清洁能源，安全环保，不会对环境造成污染；
2、本发明中冻结土壤经解冻后，存在养分贫瘠、土壤物理结构不稳定的问题，因此添加轻基质可有效调理土壤结构、增加土壤空气通透性，克服土壤板结、增强酶活性、有机质含量等，减少水分流失和蒸发；其次，轻质基层用的材料均属于固体废物，实现了废物资源化利用，具有节约成本等优点；
3、本发明的保暖层表面采用超疏水性膜，其作用是隔离因解冻而产生的土壤水分和在浇灌植物时水分对电阻丝的浸湿；
4、本发明中土壤解冻后，可通过智能控制系统调节土壤温度，使植物能快速生长，同时增强了水分在植物体内的运转和对养分的吸收；
5、本发明前期于室内环境条件下进行冻结土壤的解冻和种植植物，待室外温度转暖后，再进行移栽至室外，可加强植物的耐受性和环境适应性，提高植物在高海拔生态脆弱区的覆盖率，减少因低温环境造成植物死亡，为植物生长提供基础；
6、本发明槽体、支撑外管、内管、混合材料、支撑横杆以及覆盖网共同组成保温保水结构，使轻基质层纵向水分及热量分布均匀，覆盖网可减少热量向外界空气扩散，而土壤水分在挥发过程中，部分水分又会被覆盖网中的保水剂吸收，起到节水以及保温的作用，促进种子发芽，保障植物正常生长，提高成活率；内管在支撑外管中具有可上下移动的功能，可改变轻基质表面至内管顶部之间区域的轻基质层的温度以及水分环境，起到练苗的作用，可有效增强植物抗性，提高植物移栽成活率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为保暖层结构示意图；
图3为槽体内部结构示意图；
图4为图3的俯视结构示意图；
图中：1-保暖层，2-轻基质层，3-植被层，4-太阳能板，5-风力发电机，6-蓄电池，7-智能控制系统，8-绝缘布，9-电阻丝，10-温度感应器，11-槽体，12-支撑外管，13-内管，14-支撑横杆，15-覆盖网，16-混合材料，17-排水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明保护范围。
如附图1~附图4所示，本发明生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制作方法包括以下步骤：
S1、先制作保暖层备用；
S2、在室内温室条件下，将保暖层铺设在冻结土壤下方20~30cm处，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层2；
S3、在轻基质层1~2cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，形成植被层3；
S4、待室外环境温度在15~20℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境。
S1步骤中保暖层1包括太阳能板4、风力发电机5、蓄电池6、智能控制系统7、绝缘布8，电阻丝9设置在绝缘布8内并与蓄电池6连接，所述绝缘布8上还设置有温度感应器10，所述蓄电池6分别与太阳能板4、风力发电机5电连接，所述智能控制系统7分别与蓄电池6、温度感应器10电连接；保暖层的工作原理和工作过程：太阳能板4和风力发电机5发电并积蓄在蓄电池6中，当温度感应器10感应温度低于预设值，智能控制系统7控制蓄电池给电阻丝9供电，电阻丝9放热，当温度感应器10感应温度达到预设值时，智能控制系统7控制蓄电池停止给电阻丝9供电，保暖层实现保暖功能。
绝缘布表面为超疏水性膜，起到防水作用。
S2步骤中的室内温度为20~25℃，空气湿度为50~70%。
S2步骤中的植物所需温度为15~25℃。
S2步骤中的轻基质的原材料为菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤混合的质量比为5~10:3~5:1~3：10~50，动物粪便为羊粪、牛粪、鸡粪的一种或多种。
S3中所述植物为高海拔植物，高海拔植物为高羊茅、固沙草、格桑花、高山杜鹃的一种或多种，高羊茅拉丁名为Festuca elata Keng ex E. Alexeev，固沙草拉丁名为Orinus thoroldii，格桑花又称秋英，拉丁名为Cosmos bipinnata，高山杜鹃拉丁名为Rhododendron lapponicum。
S3步骤中养护管理时，浇水为一周一次，一月施肥两到三次。
S4步骤中的高海拔地区的海拔高度为3500~4500m。
还包括槽体11、支撑外管12、内管13、支撑横杆14、覆盖网15，所述的槽体11底部为架空结构，槽体11置于室内的地面上，轻基质层2、植被层3、绝缘布8位于槽体11内，所述的支撑外管12呈竖直状，自上而下依次穿过轻基质层2、保暖层1、槽体11底部，支撑外管12管体与槽体11底部之间固接，支撑外管12下端支撑在地面上，轻基质层2相对的支撑外管12的管体部分为网状结构，槽体11底部之下的支撑外管12的管体两面分别自上而下设有若干对通孔，且最高处的通孔插有支撑横杆14，通孔上下间距为5cm，所述的内管13底部设有封盖，内管13管体为网状结构，内管13内装有混合材料16，混合材料16是保水剂、石英砂按0.5~1:1混合得到，其中保水剂可使用30~60目，石英砂1~10目，所述的内管13设于支撑外管12内，内管13底部被支撑横杆14卡住，所述的覆盖网15是由稻草编制而成网状结构，稻草内填充有保水剂，保水剂可以在稻草编织过程中夹带进稻草绳内部，所述的覆盖网15覆盖在轻基质层2上；育苗开始时，内管13全部位于轻基质层2中，绝缘布8为轻基质层2保温提供热量，混合材料一方面起到保水作用，为分布在内管13附近的轻基质层纵向区域持续释放水分，使水分纵向分布均匀，保障植物正常生长，同时利于根系纵向生长，另一方面石英砂具有导热效果，利于底部热量沿内管上行并向周围的轻基质扩散，提升轻基质层热量纵向传递，促进植物生长，提高成活率；覆盖网15减少热量向外界空气扩散，而土壤水分在挥发过程中，部分水分又会被覆盖网15中的保水剂吸收，起到节水以及保温的作用，促进种子发芽；在植物向室外移栽前，可将支撑横杆14插入不同高度的通孔中，使内管13在重力作用下在支撑外管12中下降一定高度，内管13顶部到支撑外管12顶部之间形成空气层，而空气层导热率相对较低，即改变轻基质表面至内管顶部之间区域的轻基质层的温度以及水分环境，起到练苗的作用；然后继续下降内管13，加强练苗效果，直至内管13全部移至槽体11下方；练苗后可有效增强植物抗性，提高植物移栽成活率。
所述的槽体11侧面下部设有排水管17，排水管17用于排出多余水分，避免水分累积，所述的内管13顶部设有提拉环，提拉环上捆绑有提拉绳索，通过提拉环、提拉绳索可将内管上移。
所述的槽体11可以是混凝土构筑物，在槽体11内设置有防水层以及保温层，在防水的同时，降低热量通过槽体11向外扩散。
下面结合实施例1~实施例11，对本发明作进一步说明。
实施例1
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制作方法包括以下步骤：
S1、先制作保暖层备用；
S2、在室内温室条件下，将保暖层铺设在冻结土壤下方20cm处，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层2，植物所需温度为15℃，轻基质的原材料为菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤混合的质量比为5:3:1：10，动物粪便为羊粪；
S3、在轻基质层21cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，具体是浇水为一周一次，一月施肥两次，形成植被层3；
S4、待室外环境温度在15℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境，海拔高度为3500m。
实施例2
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制作方法包括以下步骤：
S1、保暖层1包括太阳能板4、风力发电机5、蓄电池6、智能控制系统7、绝缘布8，电阻丝9设置在绝缘布8内并与蓄电池6连接，所述绝缘布8上还设置有温度感应器10，所述蓄电池6分别与太阳能板4、风力发电机5电连接，所述智能控制系统7分别与蓄电池6、温度感应器10电连接；
S2、在室内温室条件下，将绝缘布8铺设在冻结土壤下方30cm处，，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层2，植物所需温度为25℃，轻基质的原材料为菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤混合的质量比为10:5:3：50，动物粪便为牛粪；
S3、在轻基质层22cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，具体是浇水为一周一次，一月施肥三次，形成植被层3；
S4、待室外环境温度在20℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境，海拔高度为4500m。
实施例3
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制作方法包括以下步骤：
S1、保暖层1包括太阳能板4、风力发电机5、蓄电池6、智能控制系统7、绝缘布8，电阻丝9设置在绝缘布8内并与蓄电池6连接，所述绝缘布8上还设置有温度感应器10，所述蓄电池6分别与太阳能板4、风力发电机5电连接，所述智能控制系统7分别与蓄电池6、温度感应器10电连接；
S2、在室内温室条件下，将绝缘布8铺设在冻结土壤下方25cm处，，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层2，植物所需温度为20℃，轻基质的原材料为菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤混合的质量比为7.5:4:2：30，动物粪便为鸡粪；
S3、在轻基质层21.5cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，具体是浇水为一周一次，一月施肥两次，形成植被层3；
S4、待室外环境温度在17.5℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境，海拔高度为4000m。
实施例4
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制作方法包括以下步骤：
S1、保暖层1包括太阳能板4、风力发电机5、蓄电池6、智能控制系统7、绝缘布8，电阻丝9设置在绝缘布8内并与蓄电池6连接，所述绝缘布8上还设置有温度感应器10，所述蓄电池6分别与太阳能板4、风力发电机5电连接，所述智能控制系统7分别与蓄电池6、温度感应器10电连接；还包括槽体11、支撑外管12、内管13、支撑横杆14、覆盖网15，所述的槽体11底部为架空结构，槽体11置于室内的地面上，轻基质层2、植被层3、绝缘布8位于槽体11内，所述的支撑外管12呈竖直状，自上而下依次穿过轻基质层2、保暖层1、槽体11底部，支撑外管12管体与槽体11底部之间固接，支撑外管12下端支撑在地面上，轻基质层2相对的支撑外管12的管体部分为网状结构，槽体11底部之下的支撑外管12的管体两面分别自上而下设有若干对通孔，且最高处的通孔插有支撑横杆14，所述的内管13底部设有封盖，内管13管体为网状结构，内管13内装有混合材料16，混合材料16是保水剂、石英砂按0.5~1:1混合得到，所述的内管13设于支撑外管12内，内管13底部被支撑横杆14卡住，所述的覆盖网15是由稻草编制而成网状结构，稻草内填充有保水剂，所述的覆盖网15覆盖在轻基质层2上；所述的槽体11侧面下部设有排水管17，所述的内管13顶部设有提拉环，提拉环上捆绑有提拉绳索；
S2、在室内温室条件下，将绝缘布铺设在冻结土壤下方30cm处，，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层2，植物所需温度为15℃，轻基质的原材料为菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤混合的质量比为6:3:1：10，动物粪便为羊粪、牛粪、鸡粪；
S3、在轻基质层22cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，具体是浇水为一周一次，一月施肥两次，形成植被层3；
S4、待室外环境温度在20℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境，海拔高度为3500m。
实施例5
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制作方法包括以下步骤：
S1、保暖层1包括太阳能板4、风力发电机5、蓄电池6、智能控制系统7、绝缘布8，电阻丝9设置在绝缘布8内并与蓄电池6连接，所述绝缘布8上还设置有温度感应器10，所述蓄电池6分别与太阳能板4、风力发电机5电连接，所述智能控制系统7分别与蓄电池6、温度感应器10电连接；
S2、在室内温室条件下，将绝缘布铺设在冻结土壤下方30cm处，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层2，轻基质的原材料为菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤混合的质量比为5:3:1：10；
S3、在轻基质层22cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，具体是浇水为一周一次，一月施肥两次，形成植被层3；
S4、待室外环境温度在20℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境。
实施例6
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制备方法除菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤的质量比为6：4：1：20外，其余步骤与实施例5相同。
实施例7
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制备方法除菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤的质量比为6：3：2：30外，其余步骤与实施例5相同。
实施例8
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制备方法除菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤的质量比为8：3：3：40外，其余步骤与实施例5相同。
实施例9
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制备方法除菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤的质量比为8：5：1：40外，其余步骤与实施例5相同。
实施例10
用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，生态毡包括保暖层1、轻基质层2以及植被层3，制备方法除菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤的质量比为10：5：3：50外，其余步骤与实施例5相同。
实施例11：植物发芽率
按实施例5~实施例10的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，并分别统计每一组实施例的室内植物发芽率和移栽室外植物的存活率结果见表1。
表1 植物的室内发芽率和移植室外植物的存活率
| 实施例 | 发芽率（%） | 存活率（%） |
| 实施例5 | 86.1 | 75.4 |
| 实施例6 | 87 | 78 |
| 实施例7 | 87.5 | 80.6 |
| 实施例8 | 90 | 83.3 |
| 实施例9 | 93.4 | 85 |
| 实施例10 | 96 | 90 |
Claims (10)
1.一种用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于生态毡包括保暖层、轻基质层以及植被层，制作方法包括以下步骤：
S1、先制作保暖层备用；
S2、在室内温室条件下，将保暖层铺设在冻结土壤下方20~30cm处，待土壤温度达到植物所需温度时，将轻基质与解冻后的土壤混合均匀，形成轻基质层；
S3、在轻基质层1~2cm深处播种植物种子，并对植物种子进行养护管理，形成植被层；
S4、待室外环境温度在15~20℃时，将植物直接移载到室外，锻炼植物的耐受性并使其适应高海拔地区的环境。
2.根据权利要求1所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于S1步骤中所述保暖层（1）包括太阳能板（4）、风力发电机（5）、蓄电池（6）、智能控制系统（7）、绝缘布（8），电阻丝（9）设置在绝缘布（8）内并与蓄电池（6）连接，所述绝缘布（8）上还设置有温度感应器（10），所述蓄电池（6）分别与太阳能板（4）、风力发电机（5）电连接，所述智能控制系统（7）分别与蓄电池（6）、温度感应器（10）电连接。
3.根据权利要求2所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于绝缘布表面为超疏水性膜。
4.根据权利要求1所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于S2步骤中的室内温度为20~25℃，空气湿度为50~70%。
5.根据权利要求1所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于S2步骤中的轻基质的原材料为菌菇渣、动物粪便、生物炭，与解冻后土壤混合的质量比为5~10:3~5:1~3：10~50，动物粪便为羊粪、牛粪、鸡粪的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于S3中所述植物为高海拔植物，高海拔植物为高羊茅、固沙草、格桑花、高山杜鹃的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于S3步骤中养护管理时，浇水为一周一次，一月施肥两到三次。
8.根据权利要求1所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于S4步骤中的高海拔地区的海拔高度为3500~4500m。
9.根据权利要求1所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于还包括槽体（11）、支撑外管（12）、内管（13）、支撑横杆（14）、覆盖网（15），所述的槽体（11）底部为架空结构，槽体（11）置于室内的地面上，轻基质层（2）、植被层（3）、绝缘布（8）位于槽体（11）内，所述的支撑外管（12）呈竖直状，自上而下依次穿过轻基质层（2）、保暖层（1）、槽体（11）底部，支撑外管（12）管体与槽体（11）底部之间固接，支撑外管（12）下端支撑在地面上，轻基质层（2）相对的支撑外管（12）的管体部分为网状结构，槽体（11）底部之下的支撑外管（12）的管体两面分别自上而下设有若干对通孔，且最高处的通孔插有支撑横杆（14），所述的内管（13）底部设有封盖，内管（13）管体为网状结构，内管（13）内装有混合材料（16），混合材料（16）是保水剂、石英砂按0.5~1:1混合得到，所述的内管（13）设于支撑外管（12）内，内管（13）底部被支撑横杆（14）卡住，所述的覆盖网（15）是由稻草编制而成网状结构，稻草内填充有保水剂，所述的覆盖网（15）覆盖在轻基质层（2）上。
10.根据权利要求9所述的用于高海拔地区风光能供热保暖生态毡的制作方法，其特征在于所述的槽体（11）侧面下部设有排水管（17），所述的内管（13）顶部设有提拉环，提拉环上捆绑有提拉绳索。
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