CN115895668A - 一种具有固碳增汇功能的固沙新材料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于环境工程技术领域，提供了一种具有固碳增汇功能的固沙新材料，包括材料包，所述材料包包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂，所述灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂的重量比例为3:3:2:1:1。所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料的使用方法，包括以下步骤:步骤1、背景条件的识别和样品的采集；步骤2、结皮干物质的扩繁及加工;步骤3、结皮干物质生物活性的检测；步骤4、材料包的制作；步骤5、材料包的接种。通过该方法种植的新型固沙材料，具有低成本、高效率、易实现、多功能和可持续等优点，使用效果好。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种具有固碳增汇功能的固沙新材料及其使用方法。
背景技术
我国是世界上受沙漠化危害最为严重的国家之一。据2014年第五次全国荒漠化和沙化监测结果数据显示，我国荒漠化土地面积261.16万km2，占国土总面积的27.2％，其中沙化土地面积172.12万km2，占荒漠化总面积的65.9％，是国土总面积的17.92％(国家林业局，2015)。沙质荒漠化显然已成为当今人类社会共同面临的最为严重的环境问题之一。
为减轻风沙危害，国内外学者先后利用工程措施(草方格沙障、沙柳沙障、沙袋沙障、尼龙网沙障)、植物措施(主要以植树造林)、化学措施(主要利用化学固沙剂)等技术手段，在减轻风沙危害和改善人居环境等方面取得了显著成效。然而，传统的工程措施手段存在实施难度大、造价成本高、可持续性差等诸多不足；而植树造林为主的防风固沙技术体系则存在建设周期长、水分消耗高、土壤恢复慢等缺陷；而化学措施则存在污染风险大、材料要求高、防护周期短等不足，显然不能满足新时代区域经济社会高质量发展的新要求。相关理论研究和关键技术的研发不足，缺乏对实践进行有效指导是造成现有的防风固沙技术体系经过几十年的发展后仍未实现转型升级和提质增效的关键所在。
因此，在国家深入实施生态文明建设和我国北方沙区生态治理任务日趋严峻的背景下，研发出“低成本、高效率、多功能、易实现、可持续”的防沙治沙新材料，从而实现传统防风固沙技术体系的转型升级和提质增效是区域经济社会高质量发展的迫切需要。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种具有固碳增汇功能的固沙新材料及其使用方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种具有固碳增汇功能的固沙新材料，包括材料包，所述材料包包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂，所述灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂的重量比例为3:3:2:1:1。
进一步的技术方案，所述草本种子为种植地的优势灌草的种子。
进一步的技术方案，所述材料包还包括辅助料包，所述辅助料包包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂中的一种或多种，用于根据种植区域的种植条件调节材料包中各组分的重量比例。
进一步的技术方案，所述结皮干物质的规格为1g、2g和4g。
进一步的技术方案，所述草本种子包括沙米、狗尾草、披碱草、羊草和雾滨藜中的一种或多种。
进一步的技术方案，所述结皮干物质的形状为圆形、矩形和三角形。
本发明实施例的另一目的在于，一种具有固碳增汇功能的固沙新材料的使用方法，包括以下步骤：
步骤1、背景条件的识别和样品的采集：
步骤1.1：对不同沙区进行野外调查，记录不同风沙区中包括降水、质地、气候和生物在内的环境要素，踏查维管束植物与生物结皮发育之间的关系；
步骤1.2：采集当地优势灌木种子、优势草本种子和天然生物结皮样品，在实验室进行分析；
步骤2、结皮干物质的扩繁及加工：
鉴定采集的生物结皮中的优势生物成分，并对其丝状体进行挑选，通过分离、纯化、接种、培养、扩繁和干燥处理等过程，制成不同形状(粉状，粒状，片状)和不同大小的结皮干物质；
步骤3、结皮干物质生物活性的检测：
分别在实验室和野外条件下对生物结皮干物质的生物活性进行检测(或者优化生物结皮干物质生物活性恢复条件)；
步骤4、材料包的制作：
材料包的基本组成包括灌木种子、草本种子(优先考虑当地优势灌草)、结皮干物质、粘固剂和保水剂(有现成的产品)，按照3:3:2:1:1(重量比例)的比例进行混合，形成“灌-草-结皮”材料包(这个比例还根据不同沙区自然环境条件，特别是降水条件的不同而有所调整)。
步骤5、材料包的接种：
施工过程采用机械作业，把当地优势的灌木种子和草本种子(或者典型固沙植物种子)按照步骤4所述的重量比例均匀搅拌后装入种子播种机内(具体的量根据当地自然环境条件，一般是50-100g/m2的量)，另配一套辅料播种机挂在种子播种机的后面，把结皮干物质、粘固剂和保水剂按照指定比例装入辅料播种机内，形成装有植物种子的种子播种机在前，装有结皮干物质和其他辅助材料的辅料播种机在后的接种方法，待种子播种机把植物种子埋入浅层(0-5cm)干沙中后(尽量保证植物种子被沙埋)，辅料播种机把结皮干物质和其他辅助材料撒播在地表(尽量避免结皮干物质和其他辅助材料被沙埋)，形成地面和地表同时接种的局面。
进一步的技术方案，在所述步骤3中，检测的指标包括：叶绿素含量和生物结皮的盖度；如果地表没有检测到生物结皮盖度或者叶绿素含量，或者其含量很低，就说明所提取的干物质生物活性差(或者诱导条件不合适)，需要重新提取或者进一步优化外界条件。如上述检测指标尚可(如一定时期内实现了从无到有)，可用于材料包的研制。
进一步的技术方案，在所述步骤3中，所采用的结皮干物质规格大小为1g、2g和4g，形状依次为圆形、矩形和三角形，所设计的降雨梯度为自然降雨、自然降雨的2倍和自然降雨的1/2。
进一步的技术方案，在所述步骤5中，常用的灌木植物有柠条、油蒿和苜蓿等，常用的草本植物有沙米、狗尾草、披碱草、羊草和雾滨藜等。
进一步的技术方案，在所述步骤5中，待材料包接种工作结束后，为了防止因大风起沙而对材料包各组分造成再分配(即防止植物种子被吹出地表，结皮等干物质被沙埋)，在接种区域铺设草方格沙障(沙障规格为1×1平米，地面自然高度约20cm)，以增加地表粗糙度，使地面保持较为稳定的状态。
本发明实施例提供的一种具有固碳增汇功能的固沙新材料及其使用方法，其有益效果如下：
(1)与传统的尼龙网沙障、沙袋沙障等工程措施相比，该方法的使用成本低；
(2)相较于生物结皮的自然形成和植物固沙，该方法的固沙效率高，接种当年基本实现固沙，1-2年内开始形成生物结皮；
(3)采用机械化施工，易于实现，对于施工困难地区，有望通过无人机作业；
(4)不仅是流沙固定，而且地表所形成的生物结皮还通过光合固碳和固氮等途径，增加沙土的碳和氮含量，助力碳达峰和碳中和目标的实现；
(5)通过该方法种植的产品一但形成后，即便是在特别干旱的条件，也能够维持自身的存活，即便是接种后铺设的草方格等工程措施腐烂失去原有的防护功能，地表生长出来的灌、草植物通过自组织，实现密度调节，能达到一个长期稳定的平衡状态，从而对流沙固定起到持续防护的目的。
附图说明
图1为湿润和干旱条件下地表叶绿素a+b含量的变化图；
图2为湿润和干旱条件下地表生物结皮盖度的变化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1-2所示，为本发明一个实施例提供的一种具有固碳增汇功能的固沙新材料，包括材料包，所述材料包包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂，所述灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂的重量比例为3:3:2:1:1。
在本发明实施例中，所述材料包还包括辅助料包，所述辅助料包包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂中的一种或多种，用于根据种植区域的种植条件调节材料包中各组分的重量比例。
所述草本种子为种植地的优势灌草的种子，具体的，所述草本种子包括沙米、狗尾草、披碱草、羊草和雾滨藜中的一种或多种。所述结皮干物质的规格为1g、2g和4g。所述结皮干物质的形状为圆形、矩形和三角形。
本发明一个实施例提供的一种具有固碳增汇功能的固沙新材料的使用方法，包括以下步骤：
步骤1、背景条件的识别和样品的采集：
步步骤1.1：对不同沙区进行野外调查，记录不同风沙区中包括降水、质地、气候和生物在内的环境要素，踏查维管束植物与生物结皮发育之间的关系；
步骤1.2：采集当地优势灌木种子、优势草本种子和天然生物结皮样品，在实验室进行分析。
步骤2、结皮干物质的扩繁及加工：
鉴定采集的生物结皮中的优势生物成分，并对其丝状体进行挑选，通过分离、纯化、接种、培养、扩繁和干燥处理等过程，制成不同形状(粉状，粒状，片状)和不同大小的结皮干物质。
步骤3、结皮干物质生物活性的检测：
分别在实验室和野外条件下对生物结皮干物质的生物活性进行检测(或者优化生物结皮干物质生物活性恢复条件)；检测的指标包括：叶绿素含量和生物结皮的盖度；如果地表没有检测到生物结皮盖度或者叶绿素含量，或者其含量很低，就说明所提取的干物质生物活性差(或者诱导条件不合适)，需要重新提取或者进一步优化外界条件。如上述检测指标尚可(如一定时期内实现了从无到有)，可用于材料包的研制。
步骤4、材料包的制作：
材料包的基本组成包括灌木种子、草本种子(一般是当地优势灌草)、结皮干物质、粘固剂和保水剂(有现成的产品)，按照3:3:2:1:1(重量比例)的比例进行混合，形成“灌-草-结皮”材料包(这个比例还根据不同沙区自然环境条件，特别是降水条件的不同而有所调整)。
步骤5、材料包的接种：
施工过程采用机械作业，把当地优势的灌木种子和草本种子(或者典型固沙植物种子)按照步骤4所述的重量比例均匀搅拌后装入种子播种机内(具体的量根据当地自然环境条件，一般是50-100g/m2的量)，另配一套辅料播种机挂在种子播种机的后面，把结皮干物质、粘固剂和保水剂按照指定比例装入辅料播种机内，形成装有植物种子的种子播种机在前，装有结皮干物质和其他辅助材料的辅料播种机在后的接种方法，待种子播种机把植物种子埋入浅层(0-5cm)干沙中后(尽量保证植物种子被沙埋)，辅料播种机把结皮干物质和其他辅助材料撒播在地表(尽量避免干物质被沙埋)，形成地面和地表同时接种的局面。
作为本发明的一种优选实施例，在所述步骤3中，所采用的结皮干物质规格大小为1、2和4g，形状依次为圆形、矩形和三角形，所设计的降雨梯度为自然降雨、自然降雨的2倍和自然降雨的1/2。
作为本发明的一种优选实施例，在所述步骤5中，常用的灌木植物有柠条、油蒿和苜蓿等，常用的草本植物有沙米、狗尾草、披碱草、羊草和雾滨藜等。
作为本发明的一种优选实施例，在所述步骤5中，待材料包接种工作结束后，为了防止因大风起沙而对材料包各组分造成再分配(即防止植物种子被吹出地表，结皮等干物质被沙埋)，在接种区域铺设草方格沙障(沙障规格为1×1平米，地面自然高度约20cm)，以增加地表粗糙度，使地面保持较为稳定的状态。
作为本发明的一种优选实施例，在所述步骤5中，作为最优选择，材料包的接种过程在降雨前进行，遇到降雨事件时，粘固剂能够把结皮干物质固定在沙丘表面，使其不易发生位移或者尽量避免被沙埋，增强地表的稳定性；而保水剂能够有效缓解水分蒸发过程，对灌草植物种子的萌发过程创造有利的条件。
在地处毛乌素沙地南缘的陕京四线天然气管线施工扰动区的示范应用中，把流沙固定事件缩短至1年内，把生物结皮的促成事件缩短至1-2年内，取得了显著的流沙快速固定和生物结皮快速形成等成效。同时，接种当年(5月份接种，9月份观测)地表植被盖度达到了30-40％，所形成的生物结皮年固碳和固氮量达到了12.5g/m2和2.8g/m2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有固碳增汇功能的固沙新材料，其特征在于，包括材料包，所述材料包包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂，所述灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂的重量比例为3:3:2:1:1。
2.根据权利要求1所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料，其特征在于，所述草本种子为种植地的优势灌草的种子。
3.根据权利要求2所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料，其特征在于，所述草本种子包括沙米、狗尾草、披碱草、羊草和雾滨藜中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料，其特征在于，所述灌木种子包括沙蒿、柠条和苜蓿。
5.根据权利要求1所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料，其特征在于，所述材料包还包括辅助料包，所述辅助料包包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂中的一种或多种，用于根据种植区域的种植条件调节材料包中各组分的重量比例。
6.根据权利要求1所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料及其使用方法，其特征在于，所述结皮干物质的形状为圆形、矩形和三角形。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、背景条件的识别和样品的采集：
步骤1.1：对不同沙区进行野外调查，记录不同风沙区中包括降水、质地、气候和生物在内的环境要素，踏查维管束植物与生物结皮发育之间的关系；
步骤1.2：采集当地优势灌木种子、优势草本种子和天然生物结皮样品，在实验室进行分析；
步骤2、结皮干物质的扩繁及加工：
鉴定采集的生物结皮中的优势生物成分，并对其丝状体进行挑选，通过分离、纯化、接种、培养、扩繁和干燥处理过程，制成不同形状和不同大小的结皮干物质；
步骤3、结皮干物质生物活性的检测：
分别在实验室和野外条件下对生物结皮干物质的生物活性进行检测；
步骤4、材料包的制作：
材料包的组成包括灌木种子、草本种子、结皮干物质、粘固剂和保水剂，按照重量比例3:3:2:1:1的比例进行混合，形成材料包；
步骤5、材料包的接种，待材料包接种工作结束后，在接种区域铺设草方格沙障：
把筛选出的灌木种子和草本种子按照步骤4所述的重量比例均匀搅拌后装入种子播种机内，另配一套辅料播种机挂在种子播种机的后面，把结皮干物质、粘固剂和保水剂按照指定比例装入辅料播种机内，形成装有植物种子的种子播种机在前，装有结皮干物质、粘固剂和保水剂的辅料播种机在后的接种方法，待种子播种机把植物种子埋入深度为0-5cm干沙中后，辅料播种机把结皮干物质、粘固剂和保水剂撒播在地表，形成地面和地表同时接种的形式。
8.根据权利要求7所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料的其使用方法，其特征在于，在所述步骤3中，检测的指标包括叶绿素含量和生物结皮的盖度：
若地表没有检测到生物结皮盖度或者叶绿素含量，则说明所提取的干物质生物活性差或者诱导条件不合适，需要重新提取或者优化外界条件；
若上述检测指标符合标准，则提取的干物质可用于材料包的研制。
9.根据权利要求7所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料的使用方法，其特征在于，在所述步骤3中，结皮干物质规格大小为1g、2g和4g，形状依次为圆形、矩形和三角形，实验设计的降雨梯度为自然降雨、自然降雨的2倍和自然降雨的1/2。
10.根据权利要求7所述的具有固碳增汇功能的固沙新材料的使用方法，其特征在于，在所述步骤5中，所述草方格沙障的规格为1×1平米，地面平均自然高度为20cm。
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