CN116602196A - 一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，包括固定装置以及持水层，固定装置设置在持水层的两端，固定装置上设置有连接孔，通过麻绳或者弹簧固定在待修复区域的方式，并补充水以及分株移植植物，从而为植物生长提供水分。使用不同持水效果的分层持水基质材料，持水效果更好。本发明可以在峰丛山脊复杂地形条件下灵活配置使用，到达高效的持水效果，提高岩溶区的植被恢复的效率，降低修复成本，改善岩溶区峰丛山脊的水土流失现状。

Description

一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置

技术领域

本发明涉及困难地植被修复技术，具体涉及一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置。

背景技术

峰丛地貌是由岩溶作用和风化剥蚀作用共同形成的，具有坡度大、土层浅、水分和养分含量低等特点，不利于植被的生长和保持。这直接导致其生态环境脆弱，地表植被覆盖薄弱，土壤薄层或无土，容易形成严重的水土流失和土地荒漠化。特别是峰丛山脊，其环境条件更为严峻，石漠化现象导致土地退化，甚至形成裸露岩石表面的恶劣生态环境。岩溶区峰丛山脊的植被的修复成为当前亟待解决的问题。

在岩溶区峰丛山脊上进行植物修复并不容易，主要原因在于其独特的地质构造和地形地貌导致基岩裸露或土层浅薄，土地蓄水能力弱，通常遇雨即涝，雨后不久，大量地表水转入地下，又迅速发生干旱，形成了旱涝交替的恶劣气候条件。土壤薄质贫瘠的同时水分很难滋润到植物的根系中，植物很难生存和生长，这极大程度影响了植被恢复。

事实上，在岩溶区生态系统中，植被、土壤和水分是三个关键因素，只有在土壤和水分得到有效管理的情况下，植被才能快速、稳定地恢复，并进入良性循环。现有研究发现，岩溶地区土壤形成速度极慢，纯碳酸盐岩的酸不溶物含量低，平均仅为4％左右，风化残余物很少，平均每形成1cm厚的土层需要8000年左右。同时因为岩溶地貌地形复杂，有高地渗透性和快速水文循环的特点，导致植物生长条件进一步恶化，缺水、水源不稳定等问题成为了岩溶区峰丛山脊植被修复的难点。因此，如何有效管理土壤和保持水分的不流失，成为岩溶区峰丛山脊植被修复的关键点。

目前已有的一些植物修复技术，如营养土法、覆膜植树法等。这些方法虽然能够一定程度上解决植物生长过程中的水分和养分问题，但仍存在一些缺陷，如树种生长周期长，修复效果慢，水土流失速度大于修复速度，土地依然存在进一步退化现象，无法从根本上保住土壤水分和营养。而现有的保水和供水技术如盆栽、水草坪等技术无法满足山脊植被修复的需求，喷淋式灌溉容易造成土壤侵蚀和水流冲刷，且不利于长期维护。CN103651051A的中国发明专利申请提到节水微灌系统，微灌工程技术含量较高，设备较为复杂，工程投资相对较高，且其微灌只湿润了表面土壤，同时对水质的要求较严，一般均应经过过滤，必要时还要经过沉淀和化学处理，运行成本较高。在岩溶区峰丛山脊地形起伏大、山峰众多，微灌技术难以做到在岩溶区推广应用。

对现有的技术进行检索发现，CN213127425U的中国实用新型专利公开了一种边坡修复用植生基材结构，包括铺设于边坡底面的持水客土层，持水客土层上方设置在植生层，植生层由碎秸秆、有机肥、土等混合物制成的植生材料加入植物种子混合后经搅拌压制而成，植生层和持水客土层之间铺设土工毯制成导水层，植生层上方设置保水层，保水层由两层秸秆毯和夹在两层秸秆毯之间的角砾材料层构成，该植生基材的外侧用网式销钉进行贯穿，筋带网进行固定，筋带网上方形成用于堆放植生基材的空间，两侧固定在沿边坡竖向设置的锚索，采用高强钢索，锚索上端固定在边坡顶部的锚桩。但仍然存在以下缺陷：1、持水客土层吸水能力和持水能力弱、需要较高的厚度才能保持一定的持水能力；2、导水层由土工毯制成，过厚影响导水效果与植被根系的生长、过薄导水效果不佳；3、保水层由秸秆毯和角砾材料组成、秸秆毯在潮湿环境下易发霉腐烂、产生细菌、影响植被生长；4、所选用的固定装置为锚索、苗桩和筋带网组成的锚固系统造价成本高、边坡稳定性降低、容易造成次生灾害、对复杂地形的适应程度低。

现有的植被修复技术无法从根本上解决在岩溶区峰丛山脊植被修复持水困难的问题，且现有的水分管理技术对于岩溶区峰丛山脊这种高海拔、陡峭的地形，发挥效果不佳或无法实施。因此急需一种适用于岩溶区峰丛山脊的植被修复持水装置来灵活高效管理土壤水分，以达到植被修复的效果。

发明内容

针对现有问题，本发明旨在提供一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，以解决现有岩溶区峰丛山脊的植被修复技术中持水困难的问题，在降低植被修复成本的同时提供一种新的植被修复的技术途径，从而有效提高岩溶区峰丛的植被恢复效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

本发明所述的一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置包括固定装置以及持水层，所述固定装置设置在持水层的两端，固定装置上设置有连接孔；所述持水层是多层持水层，所述多层持水层各层之间相互分隔，然后按层次组成一体。

所述多层持水层各层使用内植生袋相互分隔，多层持水层使用外植生袋组合成一体。

所述多层持水层的最顶层持水层内植生袋与外植生袋上设有圆孔。

所述多层是5层，从底部至顶部依次为第一层、第二层、第三层、第四层以及第五层，各层之间使用不同材料的基质层填充，基质层的材料按体积比1:2:2:2:3由上而下进行填充；第五层的基质材料和第一层的基质材料为有机基质材料，其他层的基质材料为无机基质材料。

所述有机基质材料包括水苔、椰壳纤维、松树皮、蛇木屑、杉木屑、稻壳炭；所述无机基质材料包括浮水石、木炭粉、珍珠岩、蛭石、火山石、轻石。

所述第一层填充包括但不限于干水苔，椰壳纤维；所述第二层填充包括但不限于浮水石、轻石、稻壳炭、木炭粉；所述第三层填充包括但不限于火山石、蛭石；所述第四层填充包括但不限于蛭石、珍珠岩、蛇木屑；所述第五层填充包括但不限于松树皮、杉木屑、蛇木屑、椰壳纤维。

所述第一层填充干水苔，所述第二层填充浮水石，所述第三层填充火山石，所述第四层填充蛭石，所述第五层填充松树皮。

所述适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)制备第一层持水层：将有机基质平铺放入内植生袋，并记录填充有机基质的体积；

(2)制备第二层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的2/3；

(3)制备第三层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的2/3；

(4)制备第四层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的2/3；

(5)制备第五层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的1/3；

(6)将所述制备的五层持水层依次由下而上的顺序放入外植生袋中，在所制备的第五层持水层内植生袋外表面设置圆孔，在外植生袋的上表面沿所述第五层持水层内植生袋的开的圆孔处设置圆孔；将外植生袋两端空余部分设置固定装置；

(7)根据下列情形设置所述持水装置：在地势低，平而缓的山脊，通过将所述制备的持水装置直接通过倚靠在石块上、或用石缝夹住进行固定；在尖而陡的低地势山脊，通过弹簧使用一个或多个所述持水装置围绕裸岩依次进行钩锁连接，形成对裸岩的怀抱固定效果；在尖而陡的高地势山脊，用麻绳将所述持水装置悬吊在裸岩表面，在面向裸岩的一面涂上云石胶，麻绳的另一端固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本装置第一层采用了椰壳纤维、干水苔的基质材料，椰壳纤维的持水量为其自重的8-9倍，干水苔持水量为自重的10-22倍，蒸发量为自重的1/5、持水时间可长达半个月，干水苔能同时吸收从装置上层向下过滤的雨水和降落到装置地表附近的雨水，相比于现有的回填持水客土层，吸水性更强、持水效果更好、体积更小，拥有更多的吸水途径、更大程度得对修复区进行水资源管理，缓解了峰丛山脊土壤蓄水能力弱的现状；

2.本装置第二、三、四层采用了浮水石、轻石、蛭石、稻壳炭等无机基质，吸水性60％-80％、疏松多孔、富含矿物质，其中浮水石、轻石、蛭石等保持装置湿润、导水透气、有利于根系向下生长，稻壳炭过滤杂质、净化雨水，促进磷、钾、钙的有效性，相比于现有的土工毯等制成的导水层，透气性更强、导水过滤效果更佳，同时满足了植物根系的生长空间、水质要求和养分需求；

3.本装置第五层采用了松树皮、杉木屑、蛇木屑等有机基质作为覆盖物，比表面大、堆积密度小、富含氮磷钾，表层截留降水、下渗水分、补充植物生长所需的养分、覆盖在表层降低装置的水分丧失速度、保温保湿，相比于现有的秸秆毯保水层，防止水分丧失效果更好、提供更多的植物所需养分、不易沤烂发霉，提高了植物在装置种植的生长条件，改善了峰丛山脊植被生长困难的现状；

4.本装置的固定装置依据峰丛山脊的地势因地制宜进行安置，在地势低平而缓的山脊直接倚靠石块或石缝、在尖而陡的低地势山脊用弹簧进行固定、尖而陡的高地势山脊用麻绳悬吊并涂云石胶固定，有效契合了岩溶区峰丛山脊坡度起伏大、山峰众多的地形特点，相比于现有的锚固系统，造价成本更低、制作更简易、安装更便捷，在峰丛山脊复杂地形的通用性更强、更易于推广应用；

5、本装置的五层持水层的体积比由下而上为3:2:2:2:1，体积占比为1的第五层持水数天到一周，下渗的水分经过占比为2的第四、三、二层持水1-7天不等，过滤下来的水分在体积比为3的第一层持水达半个月，上面四层体积总占比大于第一层，层层持水、防止水分散失、充分利用每一层材料、保证装置内持水更加均匀；相比于现有的单层持水配置保水层的装置，本装置的每一层选用的基质材料都有持水能力、具有更高的装置水分利用效率、持水效果更加显著稳定可控。五层持水层体积比为3:2:2:2:1，不仅是考虑到持水效果，同时也考虑植物生长需要，尤其是根系生长需要，此外最上层薄一些也考虑到透气的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

图1是本发明一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置示意图。

图2是本发明一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置俯视示意图。

图3是本发明一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置正视示意图。

图4是岩溶区不同地势的峰丛山脊的原有植被退化过程的示意图。

图5是一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置应用在岩溶区不同地势的峰丛山脊的植被修复效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明进行详细的描述，附图构成本申请一部分，并与实施案例一起阐释本发明。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本发明所述适用于岩溶区尖而陡的低地势峰丛山脊的植物修复持水装置，包括固定装置以及持水层，固定装置设置在持水层的两端，固定装置上设置有连接孔。

如图3所示，持水层是一个多层持水层，具体层数为5层，各持水层使用内植生袋装基质材料，并使用外植生袋将各持水层组装在一起。从底部至顶部依次为第一层、第二层、第三层、第四层以及第五层，各层之间使用不同材料的基质层填充，基质层的材料按体积比1:2:2:2:3由上而下进行填充；第五层的基质材料和第一层的基质材料为有机基质材料，其他层的基质材料为无机基质材料。有机基质材料包括水苔、椰壳纤维、松树皮、蛇木屑、杉木屑、稻壳炭；无机基质材料包括浮水石、木炭粉、珍珠岩、蛭石、火山石、轻石。其中第一层填充干水苔，第二层填充浮水石，第三层填充火山石，第四层填充蛭石，第五层填充松树皮。

第五层持水层内植生袋外表面用小刀开2排各3个圆孔，装入所制备的持水层后的外植生袋用细绳缠绕五圈勒紧并系双层单结，在所述外植生袋的上表面沿所述第五层持水层内植生袋的开的圆孔处开2排各3个圆孔R，具体如图2所示。

水苔，吸水量是自身的10-22倍，pH值为5-6，持水时间可长达半个月。浮水石吸水性80％，持水时间为1-3天。火山石，吸水性60％，持水时间为1-3天。蛭石，吸水性为每立方米蛭石能吸收500-650升的水，pH值为7-9，持水时间为3-7天。松树皮，pH值为7，松树皮能吸收自身重量的4-5倍的水，持水时间为3-5天。椰壳纤维持水量为其重量的8-9倍，pH值为5.5-6.2，持水时间为2-7天。珍珠岩，粒径规格2-6mm，吸水性80％，持水时间数天到数周不等。轻石，吸水性80％，持水时间为1天或数天。木炭粉，粒径规格2-6mm，持水时间为1-3天。杉木屑，吸水性80％，持水时间为3-7天。蛇木屑，吸水性为50％，持水时间为3-7天。稻壳炭吸水性50％，pH值为7.5，持水时间为2-3天。

本实施例采用第一层填充干水苔，第二层填充浮水石，第三层填充火山石，第四层填充蛭石，第五层填充松树皮，经过测试，有以下效果：在岩溶区峰丛山脊初步充分降水后，第五层的松树皮能吸收自身重量的4-5倍的水，持水时间为3-5天，雨水经过进一步下渗，在第四层、第三层、第二层的持续湿润时间分别为3-7天、1-3天、1-3天，雨水进一步下渗到第一层干水苔，同时干水苔贴近地面部分吸收装置附近的地表雨水，其吸水量为自身重量的10-22倍，持水时间为15天左右。整个持水装置在岩溶区峰丛山脊的环境下，最大能维持近30天的湿润效果。

使用时，根据地形类别，分别采用不同的固定方式固定本发明的持水装置。在地势低，平而缓的山脊，通过将所述制备的持水装置直接通过倚靠在石块上、或用石缝夹住进行固定；在尖而陡的低地势山脊，通过弹簧使用一个或多个所述持水装置围绕裸岩依次进行钩锁连接，形成对裸岩的怀抱固定效果；在尖而陡的高地势山脊，用麻绳将所述持水装置悬吊在裸岩表面，在面向裸岩的一面涂上云石胶，麻绳的另一端固定。

实施例2

本实施例是将本发明的持水装置使用方法的实施例，具体步骤如下：

(1)制备第一层持水层：将有机基质平铺放入内植生袋，并记录填充有机基质的体积；将500g干水苔平铺放入规格为15×40cm的内植生袋，使其体积规格为15×40×3cm，开口处用细绳缠绕五圈勒紧并系双层单结；

(2)制备第二层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积未第一层持水层的2/3：将740g粒径为2-6mm木炭粉平铺放入规格为15×40cm的内植生袋，使其体积规格为15×40×2cm，开口处用细绳缠绕五圈勒紧并系双层单结；

(3)制备第三层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积未第一层持水层的2/3：将240g粒径为1-2mm的蛭石平铺放入规格为15×40cm的内植生袋，使其体积规格为15×40×2cm，开口处用细绳缠绕五圈勒紧并系双层单结；

(4)制备第四层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积未第一层持水层的2/3：将100g粒径为2-6mm的珍珠岩平铺放入规格为15×40cm的内植生袋，使其体积规格为15×40×2cm，开口处用细绳缠绕五圈勒紧并系双层单结；

(5)制备第五层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积未第一层持水层的1/3：将600g粒径为5-10cm的蛇木屑平铺放入规格为15×40cm的内植生袋，使其体积规格为15×40×1cm，开口处用细绳缠绕五圈勒紧并系双层单结；

(6)将所述制备的五层持水层依次由下而上的顺序放入外植生袋中，在所制备的第五层持水层内植生袋外表面设置圆孔，在外植生袋的上表面沿所述第五层持水层内植生袋的开的圆孔处设置圆孔，将外植生袋两端空余部分设置固定装置：将制备的五层持水层依次由下而上的顺序放入规格为15×80cm的外植生袋W中，在所制备的第五层持水层内植生袋外表面用小刀开2排各3个直径为4cm的圆孔，装入所制备的持水层后的外植生袋用细绳缠绕五圈勒紧并系双层单结，在所述外植生袋的上表面沿所述第五层持水层内植生袋的开的圆孔处开2排各3个直径为5cm的圆孔R。将外植生袋两端用两条大小规格为长条木板G1、G2夹住，植生袋的两端无纺布各延展出2cm，用气钉枪在夹板的上下各钉钉子进行固定，用手电钻对夹板打出三个均匀排布的圆孔。在夹板的圆孔上用弹簧S挂钩进行钩锁住。

持水装置制备好后，首先件持水装置设置在需要进行修复的区域，然后分株移植相应的植物，然后进行栽培与管护。

装置固定：依据上述步骤重复制作三个所述的植物修复持水装置分别为(装置1、装置2、装置3)，选定的地形类别为尖而陡的低地势山脊裸岩，选用钩锁环绕法：装置1的G2夹板用弹簧S1勾住，所述弹簧S1的另一端勾住装置2的G1夹板，装置2的G2夹板用弹簧S2勾住，将所述弹簧S2的另一端勾住装置3的G1夹板，装置3的G2夹板用弹簧S3勾住，将所述弹簧S3的另一端勾住装置1的G1夹板，形成闭环持水装置，将所述闭环持水装置套在裸岩基部固定。

分株移植：固定好装置后，在所述装置1的六个孔位R的每个孔位分株移植3-5株寒兰(Cymbidiumkanran)幼苗，种植深度为3cm；在所述装置2的六个孔位R的每个孔位分株移植3-5株莲瓣(Cymbidiumtortisepalum)幼苗，种植深度为3cm；在所述装置3的六个孔位R的每个孔位分株移植3-5株春剑(Cymbidiumtortisepalumvar.longibracteatum)幼苗，种植深度为3cm。

栽培与管护：在分株移植后的第一个月内，每隔一周浇一遍水，浇水的程度为分层持水层的L1层稍微浸湿即可，一个月后，便不再进行额外浇水。

将本发明应用在桂西南岩溶区峰丛山脊的低地势地形，修复12个月后效果如图5所示。可以看到采用本发明进行修复后，由于持水装置的作用，植物长势良好，适应岩溶区峰丛山脊地区，修复效果显著。

Claims (9)

1.一种适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，包括固定装置以及持水层，所述固定装置设置在持水层的两端，固定装置上设置有连接孔。

2.根据权利要求1所述的适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，所述持水层是多层持水层，所述多层持水层各层之间相互分隔，然后按层次组成一体。

3.根据权利要求2所述的适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，所述多层持水层各层使用内植生袋相互分隔，多层持水层使用外植生袋组合成一体。

4.根据权利要求3所述的适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，所述多层持水层的最顶层持水层内植生袋与外植生袋上设有圆孔。

5.根据权利要求4所述的适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，所述多层是5层，从底部至顶部依次为第一层、第二层、第三层、第四层以及第五层，各层之间使用不同材料的基质层填充，基质层的材料按体积比1:2:2:2:3由上而下进行填充；第五层的基质材料和第一层的基质材料为有机基质材料，其他层的基质材料为无机基质材料。

6.根据权利要求5所述的适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，所述有机基质材料包括水苔、椰壳纤维、松树皮、蛇木屑、杉木屑、稻壳炭；所述无机基质材料包括浮水石、木炭粉、珍珠岩、蛭石、火山石、轻石。

7.根据权利要求5所述的适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，所述第一层填充包括但不限于干水苔，椰壳纤维；所述第二层填充包括但不限于浮水石、轻石、稻壳炭、的木炭粉；所述第三层填充包括但不限于火山石、蛭石；所述第四层填充包括但不限于蛭石、珍珠岩、蛇木屑；所述第五层填充包括但不限于松树皮、杉木屑、蛇木屑、椰壳纤维。

8.根据权利要求5所述的适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置，其特征在于，所述第一层填充干水苔，所述第二层填充浮水石，所述第三层填充火山石，所述第四层填充蛭石，所述第五层填充松树皮。

9.权利要求1～8任一项权利要求所述适用于岩溶区峰丛山脊的植物修复的持水装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备第一层持水层：将有机基质平铺放入内植生袋，并记录填充有机基质的体积；

(2)制备第二层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的2/3；

(3)制备第三层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的2/3；

(4)制备第四层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的2/3；

(5)制备第五层持水层：将无机基质材料放入内植生袋，填充的无机基质材料体积为第一层持水层的1/3；

(6)将所述制备的五层持水层依次由下而上的顺序放入外植生袋中，在所制备的第五层持水层内植生袋外表面设置圆孔，在外植生袋的上表面沿所述第五层持水层内植生袋的开的圆孔处设置圆孔；将外植生袋两端空余部分设置固定装置；

(7)根据下列情形设置所述持水装置：在地势低，平而缓的山脊，通过将所述制备的持水装置直接通过倚靠在石块上、或用石缝夹住进行固定；在尖而陡的低地势山脊，通过弹簧使用一个或多个所述持水装置围绕裸岩依次进行钩锁连接，形成对裸岩的怀抱固定效果；在尖而陡的高地势山脊，用麻绳将所述持水装置悬吊在裸岩表面，在面向裸岩的一面涂上云石胶，麻绳的另一端固定。