專利名稱：一種在巖質邊坡構建灌、草植物群落的方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及巖質邊坡灌、草植物群落構建方法及其應用，特別涉及一種適用于在中國北方地區(qū)巖質坡構建灌、草植物群落的方法及其應用。
背景技術：
在水利、公路、鐵路、礦山、住宅等基礎設施建設工程中，經常會產生大量的裸露巖質邊坡。這些巖質邊坡的基本特點是坡度陡、表面堅硬、無土壤、無植被、不透水、不存水， 立地條件十分惡劣。巖質邊坡的出現(xiàn)，不僅會加重水土流失，破壞自然景觀，還會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成不利影響。我國北方(東北、華北、西北)的大部分地區(qū)屬于半干旱、半濕潤氣候，年降水量在250-700mm之間。降水量年內分布呈不均勻特征，春、冬季節(jié)降水量約占 20%左右，干旱缺雨，夏、秋季節(jié)降水量約占80%左右，暴雨多發(fā)。伴隨著西部大開發(fā)、國家高速公路網建設等重點工程的實施，在這些地區(qū)產生了許多裸露巖質邊坡。近幾年對這些巖質邊坡雖然也開展了植被恢復工程，但由于受氣候條件制約，工程效果很不理想，主要表現(xiàn)為①坡面客土層(或人工土壤層)在冬、春季受干旱影響缺水嚴重，無法滿足植物用水需求，致使植物大面積死亡；在夏、秋季受暴雨影響流失嚴重，容易產生大面積脫落；②坡面人工植物群落以草本為主，根系淺、耗水量高、植被覆蓋度下降迅速，群落結構極不穩(wěn)定， 2-3年左右就出現(xiàn)了退化現(xiàn)象。為了改善這種狀況，施工單位也曾采用人工澆水的方法來緩解旱情，但厚度僅為 10-12cm左右的坡面人工土壤層保水能力有限，澆水量遠遠低于土壤蒸發(fā)和植物蒸騰量，杯水車薪無法解決實質性問題，而且澆水成本較高，難以長期維持，在干旱年份水源干枯甚至無水可澆，只能聽任大自然的擺布，眼看著坡面人工植被大面積枯死。在自然界中，大部分的高等植物生存離不開土壤，對于裸露巖質邊坡的植被恢復來說，不僅要在巖質邊坡表面構建客土層并使其穩(wěn)定，而且還要建植適宜在巖質邊坡生存的植物群落。鑒于邊坡坡度和施工成本等因素的限制，加上出于保持坡面土壤穩(wěn)定的需要， 在巖質邊坡表面構建的客土層(或人工土壤層)其厚度一般在10-12cm左右。目前國內外通常采用客土噴射或客土回填(與坡面混凝土框架或擋土墻并用)技術來實現(xiàn)這一點，但在我國北方地區(qū)，僅僅做到這一點還不夠，還必須要在構建客土層的同時，一并考慮如何在旱季減少土壤水分蒸發(fā)，如何在雨季防止土壤侵蝕的技術問題，這是我國北方地區(qū)巖質邊坡土壤恢復的技術難點。在巖質邊坡生態(tài)恢復的初期，灌木與草本的結合并以灌木為主的群落是最理想的植物群落。這是因為此時的土壤層比較薄，土壤中含有的水分和養(yǎng)分都較少，而灌木生命周期長，耗水量少，耐旱耐貧瘠，根系發(fā)達(灌木根系可深入到巖石的縫隙之中)，可以在薄層土壤中生長，對保持巖質邊坡表層(風化層、客土層)和植物群落的穩(wěn)定起重要作用。草本植物雖然生命周期短，耗水量大，但能夠防止土壤微粒的流失，防止土壤貧瘠，促進土壤肥沃，對土壤形成起著重要的作用。目前在邊坡生態(tài)恢復工程中構建灌、草植物群落的主要方法是將灌木和草本植物的種子混合在一起進行播撒，如摻入客土之中與客土一起噴射，或直接播撒在回填客土的表層等。然而由于灌、草種子的發(fā)芽速度和生長速度存在很大差異， 草本植物迅速發(fā)芽生長快，灌木植物發(fā)芽生長均很緩慢，混播的結果往往是草本植物占據優(yōu)勢并壓制灌木植物生長，最終形成了以草本植物為主的群落。由于草本植物容易退化甚至于消亡，難以在巖質邊坡形成穩(wěn)定的群落結構，如果沒有一定數(shù)量的灌木與之伴生，幾年之后邊坡表面仍然會回到荒蕪狀態(tài)。如果只是播種灌木種子的話，由于灌木種子發(fā)芽慢、生長也慢，很難在短期內形成覆蓋坡面的植被層，缺少植被覆蓋的坡面不僅土壤容易遭受風雨的侵蝕，而且景觀效果也差。因此，如何解決混播所帶來的灌木弱勢問題，是我國北方地區(qū)巖質邊坡植物群落構建的技術難點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于公開一種巖質邊坡灌、草植物群落構建方法；本發(fā)明的另一個目的在于公開一種適用于我國北方巖質邊坡灌、草植物群落構建構建方法。本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的一種在巖質邊坡構建灌、草植物群落的方法，該方法包括掛網噴射客土、鋪設植生毯或植生帶，與移植灌木幼苗的結合；客土是指由施工地點當?shù)氐淖匀煌寥琅c植物纖維、土壤改良材料、土壤粘合材料的混合物；植物纖維為秸稈堆肥(秸稈長度為2-3cm)；自然土壤與植物纖維按體積比6 4,7 3,8 2(優(yōu)選比例為7 3)進行混合；土壤改良材料包括保水劑、蛭石、爐灰渣、緩釋肥，添加到自然土壤與植物纖維混合物中的優(yōu)選比例(體積比)為保水劑1%、蛭石5%、爐灰渣15%、緩釋肥0.5% ；土壤粘合材料為無機類土壤粘合劑或普通硅酸鹽水泥兩種，可分別選用其中的一種，離子型無機粘合劑添加到自然土壤與植物纖維混合物中的優(yōu)選添加量為^gjkg/m3， 普通硅酸鹽水泥添加到自然土壤與植物纖維混合物中的優(yōu)選添加量為65kg-80kg/m3，同時還須添加PH值緩沖劑lkg-lg/m3 ；植生毯為三層結構，表層為麻繩網，中層為常規(guī)麻纖維(長度2-5cm)、草籽(禾本科植物，使用量800-1200粒/m2)、肥料(緩釋肥20-30g/m2)組成的混合物，底層為麻布(或無紡布)，通過針刺法將三層結構復合成一體，厚度2-5mm，植生毯自然分解時間為2_3年；植生帶為四層結構，表層為纖維編織網，次表層為聚乙烯纖維棉網，中層為常規(guī)草籽(禾本科+豆科植物，豆科和禾本科植物種子比例為3 7，使用量為800-1200粒/m2)、 肥料(緩釋肥20-30g/m2)、保水劑(顆粒狀、10-20g/m2)組成的混合物，底層為紙或無紡布， 通過冷粘合或針刺縫紉復合成一體，厚度3-5mm，植生帶自然分解時間為10-12年；灌木幼苗為育苗時間在一年以內的闊葉樹幼苗，幼苗高度為20-30cm，枝干已經木質化，幼苗種類包括營養(yǎng)缽苗、容器袋苗、土柱苗(亦稱保育塊苗)、土球苗等，優(yōu)選土柱苗 (保育塊苗)，移植密度為1株/1.5-2m2。本發(fā)明方法包括如下步驟(1)清理坡面，去掉碎石和浮石，將坡面下凹處用土填平并壓實；(2)錨掛鍍鋅金屬網并將其固定在坡面上；
(3)在垂直于地表方與垂直于坡面之間的方向上，用風鎬或沖擊鉆在坡面上打孔， 形成直徑為14-20cm、深度為20-50cm的孔穴；(4)將打孔處的金屬網剪開，在打孔處豎立PVC管并固定之，PVC管直徑為 12-15cm，管長為 17—25cm ；(5)在坡面噴射客土，客土厚度10-12cm，噴射時將金屬網拉起，使其在客土層內呈起伏狀，噴射時避免客土進入PVC管內；(6)在客土層表面鋪設并固定植生毯或植生帶，遇到PVC管時要將植生毯或植生帶剪開，使PVC管穿透植生毯或植生帶暴露在其外面；(7)將坡面上豎立的PVC管拔出，此時豎管處形成洞穴，往洞穴內灌入泥漿，再插入喬灌木幼苗，然后覆土踏實。本發(fā)明所使用的土柱苗(亦稱保育塊苗)是指在具有一定硬度的空心土柱塊內、 采用特殊方法培育的苗木，該種苗木的主根粗壯直立，在移植時受土柱塊的保護不易被損傷。


圖1為本技術施工斷面結構示意圖，其中巖質邊坡1，回填土 2，移植穴3，客土層 4，植生毯(植生帶)5，機編鍍鋅網6，U型錨釘7，喬灌木幼苗8，草本植物發(fā)芽9。圖2為打洞、豎立PVC管材示意圖，其中巖質邊坡1，回填土 2，移植穴3，機編鍍鋅網6，U型錨釘7，風鎬或沖擊鉆10，PVC管材11。圖3施工后灌木成活率(a)、株高和地徑(b)變化。本發(fā)明首先采用掛網與噴射客土的方法在巖質邊坡表面構建客土層，為植物生長提供土壤基礎，同時在客土層中預留移植穴，為移植灌木幼苗做準備；其次在客土層表面鋪設植生毯(或植生帶)，植生毯(或植生帶)內鑲嵌有草本植物的種子和肥料等，植生毯(或植生帶)起到的作用有三方面，一是保證草本植物發(fā)芽生長并控制其覆蓋度(客土內部的雜草生長受抑制，植生毯內鑲嵌的種子數(shù)量有限、可控)，二是可以防止降水引發(fā)的土壤流失，三是可以減少土壤水分蒸發(fā)損失；最后將培育好的灌木幼苗栽種到移植穴中，由于幼苗已經具有健壯的根系和一定的高度，可以與草本植物共享光、熱、水、肥資源，使得灌木植物能夠穩(wěn)定、順利地生長發(fā)育，最終成為坡面植物群落中的優(yōu)勢物種?？屯僚c植生毯(植生帶)的結合，即使是在遇到大暴雨的情況下，客土層的土壤侵蝕量也將被控制在最小程度，即使是在春季氣象干旱的條件下，客土層也可以保持一定數(shù)量的土壤水分，維持邊坡植物生存對土壤水分最低的要求，從而解決了巖質邊坡客土層因降水引發(fā)的土壤流失和因蒸發(fā)所造成的土壤水分損失的問題；植生毯(植生帶)與灌木移植的結合，可以在保證一定的草本植被覆蓋率的前提下，抑制初期草本植物快速生長對土壤水肥的消耗，使灌木植物在初期就具有一定的競爭優(yōu)勢，順利生長，并最終成為坡面植物群落中的優(yōu)勢物種，保證了巖質邊坡植物群落的穩(wěn)定性，從而解決了種子直播所帶來的灌木生長受阻的問題。本發(fā)明提供的這種巖質邊坡植被恢復技術，能夠比較容易地在巖質邊坡構建以灌木為主、草本為輔的植物群落，有利于快速恢復坡面植被覆蓋，減少坡面水土流失，減少坡面土壤水分蒸發(fā)，提高巖質邊坡人工植物群落的存活率和穩(wěn)定性，為我國生態(tài)建設和環(huán)境保護提供新方法，將會產生明顯的社會效益、經濟效益和生態(tài)效益。
具體實施例方式下述實施例用于進一步說明但不限于本發(fā)明。實施例1 客土 +植生毯+灌木苗移植工程地點為我國北方某高速公路巖質邊坡(溫帶半干旱大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫為6. 6°C，年降水量370mm)，邊坡為爆破+機械開挖而成，除了坡頂尚存有少量的土壤母質之外，原有的自然土壤和自然植被已被破壞殆盡，坡面巖石裸露，巖性為火山巖，風化程度較高。坡面朝向為南偏東20°，坡度約60°。采用噴射客土 +鋪設植生毯+移植灌木幼苗的技術方式進行巖質邊坡植被恢復與重建。客土配制方案為將當?shù)刈匀煌寥?、秸稈堆肥? 3的比例進行混合，再向土壤與秸稈堆肥的混合物中按體積比摻入5%珍珠巖、有機肥料、0.5%高效復合肥(氮磷鉀含量20-20-20)、0. 保水劑，最后按^^/!1130. 5%用量摻入無機粘合劑。用攪拌機將上述各種物料攪拌均勻，攪拌時間為1分30秒左右。客土噴射厚度為12cm。植生毯為麻纖維結構，厚度3mm，植生毯內嵌入的草種為禾本科的老芒麥和高羊茅，種子比例為4 6，種子使用量為1000粒/m2。移植的灌木幼苗采用土柱塊育苗法培育而成，灌木種類包括山杏、榆樹、荊條等， 移栽密度1株/1 1.5m2。實施過程如下清理坡面，去掉碎石和浮石，向坡面下凹處回填客土并壓實；用 (pl0mmxL400mm、(pl2mm><L600mm的錨桿固定網眼大小為50mmX 50mm、線徑為2. 2mm的鍍
鋅金屬機編網，錨桿密度2. 5根/m2 ；用風鎬或沖擊鉆在坡面上沿垂直于地平面的方向向下打孔，形成直徑為17cm左右、深度為40cm左右的孔穴，打孔密度為1個/1. 5_2m2 ；在打孔處豎立直徑為15cm，長為22cm的PVC管；在坡面上噴射厚度為12cm的客土，噴射時必須避免客土進入PVC管內；用小水頭成霧狀將客土表面浸濕，然后鋪設植生毯并用錨桿和U型錨釘 (或竹簽子)將其固定，錨桿用量為2-3根/m2，U型錨釘(或竹簽子)用量為6-8根/m2 ；植生毯的上下接頭和左右接縫處要相互重疊5-lOcm，并用鐵絲連接在一起，遇到PVC管時要將植生毯剪開，把PVC管露出來；將坡面上豎立的PVC管拔出，往洞穴內灌入泥漿，再插入灌木幼苗，然后覆土踏實。上述過程完成后，對作業(yè)面進行人工澆水，要使水頭散開成淋浴狀， 必須避免大水頭對坡面進行直接沖刷，水要澆足澆透。施工后兩個月，植生毯中的草本植物高羊茅、老芒麥生長順利，其植株高度可達到 15cm左右，草本群落的平均覆蓋度達到50%。移植的灌木苗(山杏、榆樹、荊條)生長狀況良好，平均株高從移栽時的15cm左右增長到40cm，最大株高為70cm，冠幅為20 X 40cm,灌木植物的平均覆蓋度為3%。施工后一年坡面上草本植物(高羊茅和老芒麥)平均植株高度50 60cm，平均覆蓋度60%。灌木(榆樹、山杏、荊條等)的存活率達90%以上，平均株高為45 55cm，平均密度為1株Λ. 4m2，平均覆蓋度為20%。施工后二年(圖幻，坡面上灌木的成活率達到60%以上，平均株高達50cm以上， 平均地徑達4mm以上；草本植物生長茂盛，地上部生物量達到了自然邊坡陰坡的生物量水平；物種構成以灌木為主、草本為輔，兩者之間的競爭基本上處于相互平衡的狀態(tài)，群落穩(wěn)定，坡面植被總覆蓋度高于70%。實施例2 客土 +植生帶+灌木苗移植工程地點為我國北方某礦山廢棄采礦面(溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，平均氣溫11. 8°C，平均降水量550. 3mm)，坡面朝向為南偏西10°，坡度50°左右，坡面無土壤，巖石裸露、凹凸不平，巖石風化程度中等。采用噴射客土 +鋪設植生帶+移植灌木幼苗的技術方式進行巖質邊坡植被恢復與重建?？屯僚渲品桨笧閷?shù)刈匀煌寥?、秸稈堆肥? 3的比例進行混合，再向土壤與秸稈堆肥的混合物中按體積比摻入5%珍珠巖、有機肥料、0.5%高效復合肥(氮磷鉀含量20-20-20)、0. 保水劑，最后按^^/1113用量摻入無機粘合劑。用攪拌機將上述各種物料攪拌均勻，攪拌時間為1分30秒左右?？屯羾娚浜穸葹?2cm。植生帶為纖維棉網結構(亦稱棉網狀植生帶)，厚度3mm，植生帶內嵌入的草種為豆科的紫花苜蓿與禾本科的早熟禾、高羊茅，豆科與禾本科種子比例為3 7，種子使用量為1000粒/m2。植生帶內還加入了緩釋肥20g/m2，顆粒狀保水劑(粒徑2_4mm，吸水倍率 100-200倍左右、使用壽命4-5年)10g/m2。移植的灌木幼苗采用土柱塊育苗法培育而成(亦稱保育塊苗)，包括山杏、山桃、 榆樹、荊條、臭椿等，移栽密度ι株Λ. 5-2m2。實施過程如下清理坡面，去掉碎石和浮石，向坡面下凹處回填土壤并壓實；用 (pl0x400mm、(pl2><600mm的錨桿固定網眼大小為50mmX 50mm、線徑為2. 2mm的鍍鋅金屬機編網，錨桿密度2. 5根/m2 ；用風鎬或沖擊鉆在坡面上沿垂直于地平面的方向向下打孔，，形成直徑為17cm左右、深度為40cm左右的孔穴，打孔密度為1個/1. 5_2m2 ；在打孔處豎立直徑為15cm，長為22cm的PVC管；在坡面上噴射厚度為12cm的客土，噴射時必須避免客土進入PVC管內；用小水頭成霧狀將客土表面浸濕，然后鋪設植生帶并用錨桿和U型錨釘(或竹簽子)將其固定，錨桿用量為2-3根/m2，U型錨釘(或竹簽子)用量為6-8根/m2，植生帶的上下接頭和左右接縫處要相互重疊5-lOcm，并用鐵絲連接在一起，遇到PVC管時要將植生帶剪開，把PVC管露出來；將坡面上豎立的PVC管拔出，往洞穴內灌入泥漿，再插入灌木幼苗，然后覆土踏實。上述過程完成后，對作業(yè)面進行人工澆水，要使水頭散開成淋浴狀，必須避免大水頭對坡面進行直接沖刷，水要澆足澆透?，F(xiàn)場觀測結果表明(施工一年后)，鋪設植生帶可以減少客土中水分的蒸發(fā)，在春季G-6)月降雨量很少的情況下(50. 3mm)，植生帶覆蓋下的土壤水分平均值為0.6133，最大值為0. 803(表1)，完全可以滿足植物生長對水分的需要。表1植生帶覆蓋下土壤水分差異
權利要求
1.一種在巖質邊坡構建灌、草植物群落的方法，其特征在于該方法包括掛網噴射客土、 鋪設植生毯或植生帶，與移植灌木幼苗的結合；客土是指由施工地點當?shù)氐淖匀煌寥琅c植物纖維、土壤改良材料、土壤粘合材料的混合物；植物纖維為秸稈堆肥；自然土壤與植物纖維按體積比6 4，7 3或8 2進行混合；土壤改良材料包括保水劑、蛭石、爐灰渣、緩釋肥，添加到自然土壤與植物纖維混合物中的體積比為保水劑1%、蛭石5%、爐灰渣15%、緩釋肥0.5% ；土壤粘合材料為無機類土壤粘合劑或普通硅酸鹽水泥兩種，可分別選用其中的一種， 離子型無機粘合劑添加到自然土壤與植物纖維混合物中的添加量為^glkg/m3，普通硅酸鹽水泥添加到自然土壤與植物纖維混合物中的添加量為65kg-80kg/m3，同時還須添加pH值緩沖劑 lkg-lg/m3 ；植生毯為三層結構，表層為麻繩網，中層為常規(guī)麻纖維、草籽、20-30g/m2的緩釋肥組成的混合物，底層為麻布或無紡布，通過針刺法將三層結構復合成一體，厚度2-5mm，植生毯自然分解時間為2-3年；植生帶為四層結構，表層為纖維編織網，次表層為聚乙烯纖維棉網，中層為草籽、 20-30g/m2的緩釋肥、10-20g/m2的顆粒狀保水劑組成的混合物，底層為紙或無紡布，通過冷粘合或針刺縫紉復合成一體，厚度3-5mm，植生帶自然分解時間為10-12年；灌木幼苗為育苗時間在一年以內的闊葉樹幼苗，幼苗高度為20-30cm，枝干已經木質化，幼苗種類包括營養(yǎng)缽苗、容器袋苗、土柱苗、土球苗，土柱苗移植密度為1株/1. 5-2m2。
2.如權利要求1所述的一種在巖質邊坡構建灌、草植物群落的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)清理坡面，去掉碎石和浮石，將坡面下凹處用土填平并壓實；(2)錨掛鍍鋅金屬網并將其固定在坡面上；(3)在垂直于地表方與垂直于坡面之間的方向上，用風鎬或沖擊鉆在坡面上打孔，形成直徑為14-20cm、深度為20—50cm的孔穴；(4)將打孔處的金屬網剪開，在打孔處豎立PVC管并固定之，PVC管直徑為12-15cm，管長為 17—25cm ；(5)在坡面噴射客土，客土厚度10-12cm，噴射時將金屬網拉起，使其在客土層內呈起伏狀，噴射時避免客土進入PVC管內；(6)在客土層表面鋪設并固定植生毯或植生帶，遇到PVC管時要將植生毯或植生帶剪開，使PVC管穿透植生毯或植生帶暴露在其外面；(7)將坡面上豎立的PVC管拔出，此時豎管處形成洞穴，往洞穴內灌入泥漿，再插入喬灌木幼苗，然后覆土踏實。
3.如權利要求1或2所述的在巖質邊坡構建灌、草植物群落的方法，其特征在于該方法植生毯中的草籽為禾本科植物，使用量為800-1200粒/m2 ；植生帶中的草籽為豆科+禾本科植物，豆科和禾本科植物種子比例為3 7，使用量為800-1200粒/m2。
全文摘要
本發(fā)明公開一種巖質邊坡灌、草植物群落構建方法，該方法將客土技術、表層覆蓋技術、播種技術和移植技術等有機地結合在一起，其特征在于首先采用掛網與噴射客土的方法在巖質邊坡表面構建客土層，為植物生長提供土壤基礎，同時在客土層中預留移植穴，為移植灌木幼苗做準備；其次在客土層表面鋪設植生毯(或植生帶)，植生毯(或植生帶)內鑲嵌有草本植物的種子和肥料等，在保證草本植物發(fā)芽生長并控制其覆蓋度的同時，還可減少土壤水分蒸發(fā)和防止坡面土壤流失；最后將培育好的灌木幼苗栽種到移植穴中，移植灌木幼苗可提高其的競爭力和存活率，確保灌木成為坡面植物群落中的優(yōu)勢物種。本發(fā)明有利于快速恢復坡面植被覆蓋，提高巖質邊坡人工植物群落的存活率和穩(wěn)定性。
文檔編號A01G1/00GK102498875SQ20111034018
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權日2011年11月1日
發(fā)明者劉楊, 戴泉玉, 邵琪, 顧衛(wèi) 申請人:北京師范大學