本發(fā)明屬于生態(tài)領(lǐng)域，具體涉及一種苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。

背景技術(shù)：

工程創(chuàng)面是指伴隨人類在生產(chǎn)、生活中所實(shí)施的各種工程措施而在地球表面所出現(xiàn)的破壞了原有自然環(huán)境的創(chuàng)傷面，其形態(tài)有可能是平面，也有可能是坡面。其對周圍環(huán)境的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，不僅會(huì)改變原有的地形地貌、地表覆蓋物，降低土壤穩(wěn)定性、土壤肥力，同時(shí)也會(huì)改變地下水的水位，地表的熱量環(huán)境和濕度環(huán)境,引發(fā)局部地區(qū)小氣候變化，加大水土流失的危險(xiǎn)性。一般防治水土流失的措施主要包括植物措施及工程措施。相比較而言，工程措施，如漿砌塊石護(hù)坡、三合土灰漿抹面護(hù)坡、噴射混凝土及噴錨支護(hù)等措施，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，成本高，且使用年限有限，并且其本身就會(huì)對周圍的環(huán)境造成一定的破壞。因此，要想從根本上解決各種環(huán)境問題，恢復(fù)遭到破壞的生態(tài)環(huán)境，植物措施是首選。而對于具體的治理方法，也在隨著國家的發(fā)展逐漸發(fā)生變化。在20世紀(jì)30年代，黃河中上游地區(qū)開始嘗試使用階田、輪種、等高種植等方法控制水土流失；中華人民共和國成立以后，迎來了第一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高峰，當(dāng)時(shí)主要是從綠化的觀點(diǎn)出發(fā)，通過人工植樹種草的方式來恢復(fù)工程創(chuàng)面的植被覆蓋；1959年，中國科學(xué)院華南植物研究所余作岳等在廣東熱帶沿海侵蝕臺(tái)地上開展的退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)技術(shù)與機(jī)理研究，可以認(rèn)為是我國近代生態(tài)恢復(fù)技術(shù)理論研究的先驅(qū)。

綠化噴播技術(shù)是一種新型的植物種植技術(shù)，是指將草種、肥料、粘合劑、保水劑、木纖維、土壤改良劑、色素等通過攪拌機(jī)均勻混合，而后通過液壓噴播機(jī)將液態(tài)混合物噴射到所需綠化區(qū)域的一種綠化新技術(shù)，能夠遠(yuǎn)距離進(jìn)行操縱，安全、快速、省時(shí)省力，同時(shí)，噴播中所加的各種材料為植物的生長提供了環(huán)境條件，提高了成活率。這項(xiàng)技術(shù)在90年代引入我國，尤其是90年代中期以后，才開始在諸如深圳、北京等地使用，現(xiàn)已大量運(yùn)用在河堤、礦山、山坡、公路、鐵路等邊坡綠化的植被恢復(fù)中，且取得了不錯(cuò)的成效。綠化噴播技術(shù)噴播機(jī)械有干法噴播和濕法噴播兩種形式，在我國比較常見的則是濕法噴播，即液力噴播，主要由5部分組成，包括：混料罐、攪拌器、泵站、噴槍和機(jī)架。它是一種以水為載體的噴送種植方式。針對生長地土壤破壞狀況及土壤質(zhì)地、種植的植物等來確定覆蓋物和添加劑的配方，缺什么補(bǔ)什么。一般液力噴播中所加的材料主要有水、種子、肥料、木纖維、保水劑、粘結(jié)劑、染色劑等。噴播技術(shù)被證明是解決大面積綠化恢復(fù)問題行之有效的方法，噴播機(jī)械是實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)必不可少的條件。

生物結(jié)皮(Biocrusts)是由土壤微生物、藻類、地衣、苔蘚等植物類群與土壤形成的有機(jī)復(fù)合體，廣泛存在于干旱、半干旱地區(qū)，是干旱半干旱地區(qū)的先鋒拓殖植物，對于土壤水分運(yùn)動(dòng)與循環(huán)、土壤理化性狀和抗侵蝕性等均有重要影響。苔蘚結(jié)皮是生物結(jié)皮演替的最高階段，具有更強(qiáng)的蓄水保水、改善土壤性狀、抵抗人為干擾、防風(fēng)固沙及固碳等生態(tài)功能，對于水土流失的防治具有積極的作用。目前已有大量研究表明，苔蘚結(jié)皮在野外變環(huán)境條件下快速培育是可行的，如中國專利(申請)號為200810035554.X的專利，提供了一種荒漠苔蘚及其生物結(jié)皮的快速培育方法，中國專利(申請)號為201410586406.2的專利，提供了一種黃土高原苔蘚結(jié)皮的快速培育方法等。但是這些技術(shù)都具有一定的局限性，如中國專利(申請)號為200810035554.X使用的苔蘚種源來自干旱荒漠地區(qū)，由于苔蘚結(jié)皮的生長發(fā)育具有很大的空間分異性，其研究結(jié)果不能在水分條件相對較好，且土壤、氣候、植被覆蓋條件完全不同于荒漠地區(qū)的黃土高原地區(qū)直接推廣應(yīng)用；中國專利(申請)號為201410586406.2是在人工氣候室內(nèi)進(jìn)行的，設(shè)置的環(huán)境條件較野外優(yōu)越，培育成功的苔蘚結(jié)皮可能抗逆性較弱，其對外界的適應(yīng)性還需要探討；同時(shí)，其采用的種植方式為撒播法，效率較慢。同時(shí)這些技術(shù)都只是小規(guī)模的研究，沒有將苔蘚結(jié)皮真正的應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)的治理中，因此，實(shí)踐中迫切需要尋找一種效率高、適合野外坡面的治理新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

工程創(chuàng)面主要是受物理破壞后使得原有的地物和生態(tài)環(huán)境都發(fā)生了重大變化，立地條件嚴(yán)重惡化，因此它在工程上和生態(tài)上都具有強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性，如不在短期內(nèi)迅速完成生態(tài)恢復(fù)工程，就有可能引發(fā)各種問題，如水土流失、外來植物入侵、坍塌甚至滑坡事故，因此，我們需要一種快速恢復(fù)工程創(chuàng)面生態(tài)環(huán)境的技術(shù)。目前的治理措施主要包括工程措施及傳統(tǒng)的林草措施，雖然這兩種措施對于防治水土流失有一定的作用，并未從根本上解決問題。

工程措施，如漿砌塊石護(hù)坡、三合土灰漿抹面護(hù)坡、噴射混凝土及噴錨支護(hù)等措施，本身在修建的時(shí)候就會(huì)對周圍環(huán)境造成一定面積的破壞，且費(fèi)工費(fèi)時(shí)，使用年限有限，同時(shí)工程措施會(huì)改變地表的熱量環(huán)境和濕度環(huán)境，引發(fā)局部地區(qū)小氣候變化，引發(fā)別的環(huán)境問題。一般的林草措施其生長需要較好的立地條件，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)成本，且自種植到見效之間的時(shí)間較長，最重要的是，在一些地形破碎、坡度較陡且土質(zhì)疏松的坡面上，林草措施不僅不能防治水土流失，反而有可能因?yàn)槠渥陨碇亓Φ仍蛟斐缮襟w滑坡，加劇水土流失。

有鑒于此，本發(fā)明通過制備漿液、噴播接種、后期養(yǎng)護(hù)可實(shí)現(xiàn)苔蘚結(jié)皮的快速恢復(fù)，該方法具有成本低、見效快、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢，為侵蝕防治與生態(tài)還綠開辟了一條新途徑，產(chǎn)業(yè)化前景十分廣闊。

即本發(fā)明的第一目的在于提供一種苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法，包括以下步驟：1)漿液制備、2)噴播接種、3)后期養(yǎng)護(hù)。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述漿液的原料包括：基質(zhì)土，苔蘚結(jié)皮莖葉碎片，Hoagland營養(yǎng)液，木纖維，粘結(jié)劑，水。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述漿液的原料用量比為：116Kg/m³土，24Kg/m³苔蘚結(jié)皮莖葉碎片，500L/m³Hoagland營養(yǎng)液，20Kg/m³木纖維，6Kg/m³粘結(jié)劑和500L/m³水。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述苔蘚結(jié)皮的優(yōu)勢種為土生對齒蘚(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述苔蘚結(jié)皮的粉碎方法為使用植物粉碎機(jī)32000r/min粉碎所述苔蘚結(jié)皮。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述苔蘚結(jié)皮粉碎后的過篩的篩子目數(shù)為小于80目。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述噴播接種的方法為將漿液混合均勻后，再噴播接種到坡面上。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述噴播接種用漿液每立方米可噴播200m²的坡面，用時(shí)約為10分鐘。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法中，所述后期養(yǎng)護(hù)措施為：覆蓋70％的遮陽網(wǎng)，澆水使得土壤表層含水量保持在15％-25％之間，每隔10天施一次營養(yǎng)液。

更優(yōu)選地，本發(fā)明所述的苔蘚結(jié)皮的工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)方法，包括以下步驟：

1)選取自然發(fā)育且長勢良好的苔蘚結(jié)皮，鏟取表層1cm厚的結(jié)皮，備用；

2)將采集的苔蘚結(jié)皮帶回實(shí)驗(yàn)室陰干，挑出肉眼可見的雜物后用植物粉碎機(jī)粉碎，能過80目的篩子；

3)將制備的苔蘚結(jié)皮莖葉碎片與其他原料加入混料罐中混合均勻，再噴播接種到坡面上；

4)覆蓋70％的遮陽網(wǎng)，根據(jù)天氣變化情況不定期澆水，使土壤表層含水量保持在15％-25％之間，每隔10天施一次營養(yǎng)液；

5)連續(xù)培育60天后，苔蘚結(jié)皮蓋度達(dá)到60％以上，密度達(dá)到48株/cm²。

本發(fā)明至少有以下優(yōu)點(diǎn)：

一、通過本發(fā)明申請人多年試驗(yàn)證明，采取多種調(diào)控手段，在較短時(shí)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物結(jié)皮的恢復(fù)是完全可行的。相比傳統(tǒng)的喬、灌、草植物措施，生物結(jié)皮具有至少三方面的優(yōu)勢：一是成本低，其種源采集、施工、運(yùn)輸、養(yǎng)護(hù)等相對容易，通過后續(xù)實(shí)施例中不同措施的預(yù)算概算表，可見苔蘚結(jié)皮要比其他措施的施工成本更低廉。

二、本發(fā)明的方法見效快，初步試驗(yàn)顯示，大約經(jīng)過45-60天，人工培育的生物結(jié)皮覆蓋度即可達(dá)60％以上，即可發(fā)揮高效的水土保持效益，而灌草措施要發(fā)揮其生態(tài)功能最少得一年的時(shí)間，林草措施所需的時(shí)間更長，因此用快速培育的苔蘚結(jié)皮進(jìn)行工程創(chuàng)面的生態(tài)恢復(fù)更適宜；

三、本發(fā)明的方法應(yīng)用范圍廣，在許多立地條件差、環(huán)境嚴(yán)酷的地塊、生物結(jié)皮仍可以很好的生長發(fā)育。在許多石質(zhì)邊坡或立地條件惡劣的土質(zhì)高陡邊坡，傳統(tǒng)的喬灌草維管植物措施往往存在不適宜或者成效低的困境，生物結(jié)皮作為干旱半干旱地區(qū)的先鋒拓植植物，不僅具有多種生態(tài)功能，且抗逆性強(qiáng)，可以作為邊坡治理的一種新途徑。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量、規(guī)模激增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅“十五”期間，各類線性工程(公路、鐵路、管線、輸電)和點(diǎn)狀工程(農(nóng)林開發(fā)、采礦、城鎮(zhèn)建設(shè))的數(shù)量為7.68萬個(gè)，占地面積達(dá)到552.8萬hm2。如此大規(guī)模的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，造成巨量的工程擾動(dòng)坡面急需進(jìn)行治理恢復(fù)，以實(shí)現(xiàn)侵蝕防治和工程創(chuàng)面的綠化。顯然，將苔蘚結(jié)皮的野外快速培育技術(shù)與噴播綠化技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行工程創(chuàng)面的治理，不僅價(jià)格低廉，見效快，且適用范圍廣，因此本發(fā)明具有廣闊的市場空間。

附圖說明

圖1本發(fā)明工藝流程示意圖；

圖2本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中各步驟苔蘚結(jié)皮圖；

圖3本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中苔蘚結(jié)皮蓋度隨時(shí)間的變化圖；

圖4本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中苔蘚結(jié)皮密度隨時(shí)間的變化圖；

圖5本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中苔蘚結(jié)皮生物量隨時(shí)間的變化圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程示意圖。

以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明，應(yīng)理解以下僅為本發(fā)明的示例性說明，并不用于限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

1材料與方法

1.1接種所需樣品采集、制備方法

苔蘚結(jié)皮樣品采自陜西省安塞縣紙坊溝的自然坡面(36°46′99″-36°52′44″N，109°17′2″-109°18′50″E)，采樣地主要植被為小葉楊(Populus simonii Moench.)、檸條(Caragana korshinskii Kom.)和長芒草(Stipa bungeana Trin.)，苔蘚結(jié)皮蓋度為80％以上，平均厚度為11.45±0.51mm(n＝9)。

利用小鏟鏟取厚度為1cm的苔蘚結(jié)皮層，裝入潔凈的塑料袋，帶回試驗(yàn)室自然陰干，人工挑出肉眼可辨的植物殘?jiān)?、土塊、石子等，使用微型植物試樣粉碎機(jī)(FLB-100)粉碎備用。經(jīng)鑒定，供試苔蘚結(jié)皮的優(yōu)勢種為土生對齒蘚(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)。

1.2種植方法

本試驗(yàn)共考慮兩個(gè)實(shí)驗(yàn)因素：營養(yǎng)液與遮光率。營養(yǎng)液選擇Hoagland營養(yǎng)液，實(shí)驗(yàn)因素及其水平表如下表所示：

表1實(shí)驗(yàn)因素及其水平設(shè)計(jì)表

注：表中“—”表示空白

對2因素進(jìn)行完全實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)表如下：

表2營養(yǎng)液和遮光率2因素完全實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

根據(jù)上述漿液制備方法，將噴播種植時(shí)所需的各種原料依次加入混料罐內(nèi)攪拌均勻，再用簡易噴播集成裝備均勻接種到各試驗(yàn)小區(qū)，各小區(qū)面積均為1m×1m，為了消除空間差異性對試驗(yàn)結(jié)果的影響，每個(gè)處理區(qū)組內(nèi)的小區(qū)隨機(jī)分布。之后將制備的不同遮光率遮陽網(wǎng)的架子根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)覆蓋在小區(qū)上方，架子大小為1m×1m×0.2m。

1.3苔蘚結(jié)皮培育過程

將苔蘚結(jié)皮莖葉體及輔料按配方為：水(500L/m³)+Hoagland營養(yǎng)液(500L/m³)+木纖維(20Kg/m³)+粘結(jié)劑(6Kg/m³)+苔蘚結(jié)皮莖葉碎片(24Kg/m³)+土(116Kg/m³)的比例混合均勻，噴播到各小區(qū)。

噴播接種完成后，每10天施用一次營養(yǎng)液，每次施用量為2.1L/m²。定期使用TDR(TRIME-PICO32)監(jiān)測0-5cm土壤表層含水量，根據(jù)測定的土壤含水量，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整澆水時(shí)間，保證其在15-25％之間。

1.4測定指標(biāo)及方法

自培育30天起，每15天測定一次苔蘚結(jié)皮的生長指標(biāo)，直到苔蘚結(jié)皮蓋度無明顯變化，培養(yǎng)結(jié)束。

蓋度：李新榮的點(diǎn)針樣框法，網(wǎng)格規(guī)格為2.5cm×2.5cm；

株密度：分別在各小區(qū)的對角線上等距離選面積2.5×2.5cm²的正方形，共5個(gè)，測量正方形內(nèi)苔蘚株數(shù)，每個(gè)小區(qū)求一個(gè)平均值；

葉綠素a:用葉綠素a代表生物量。具體測定方法：利用直徑為1.6cm的圓形內(nèi)空管采樣器采集苔蘚結(jié)皮，每個(gè)小區(qū)采3個(gè)面積為2.01cm2、厚度為5mm的樣品。將樣品放入0.1mm篩，用自來水沖洗，使苔蘚結(jié)皮植株與土壤分離，再用蒸餾水清洗，之后將苔蘚植株晾干后放入研缽，加入少量石英砂、碳酸鈣及3ml 95％乙醇，研磨成勻漿，再加95％乙醇5mL，繼續(xù)研磨至組織變白。靜置5min，過濾到25mL棕色容量瓶中，并用少量95％乙醇沖洗數(shù)次，直至濾紙和殘?jiān)袩o綠色為止，最后用95％乙醇定容，比色測定色素，以95％乙醇為空白。在665nm和649nm下測定吸光度。用如下公式計(jì)算其濃度:

ρ＝13.95×A665nm-6.88×A649nm；

W＝ρ×V×N/S

式中:ρ—葉綠素a濃度(mg﹒L^-1)；W—葉綠素a含量(μg﹒cm^-2)；

V—提取液體積(mL)；N—稀釋倍數(shù)；S—樣品的取樣面積(cm²)。

2結(jié)果分析

(1)苔蘚結(jié)皮外觀

如圖2所示，其中，A為噴播漿液、B為噴播過程，C為布設(shè)全景圖，D為培育7個(gè)月后的苔蘚結(jié)皮(D)從混合漿液配制、噴播接種、培育養(yǎng)護(hù)到培育7個(gè)月之后苔蘚結(jié)皮變化可以看出，苔蘚結(jié)皮發(fā)育良好，實(shí)現(xiàn)野外快速培育是可行的。

(2)苔蘚結(jié)皮蓋度的動(dòng)態(tài)變化

通過在不同時(shí)間段測定苔蘚結(jié)皮蓋度得出(如圖3所示)：

表2處理7(營養(yǎng)液+遮陰70％)是培育的最佳實(shí)施方式，在夏天高溫條件下，其蓋度在培育60天后可以達(dá)到60％以上。

(3)苔蘚結(jié)皮密度的動(dòng)態(tài)變化

培育期間苔蘚結(jié)皮的密度隨時(shí)間變化如圖3所示，隨著培育時(shí)間得延長，密度也明顯增加，但處理7(營養(yǎng)液+遮陰70％)在同一時(shí)期內(nèi)苔蘚結(jié)皮的密度顯著高于其他處理。

(4)苔蘚結(jié)皮生物量的變化

分析不同處理實(shí)驗(yàn)?zāi)┢?圖4)葉綠素a含量可知處理7(營養(yǎng)液+遮陰70％)的苔蘚結(jié)皮生物量顯著高于其他處理(p＜0.05)，因此是培育苔蘚結(jié)皮的最佳因子組合。

因此，通過噴播種植苔蘚結(jié)皮進(jìn)行工程創(chuàng)面的生態(tài)恢復(fù)是可行的。噴播種植時(shí)所需的漿液的最佳配方為：水(500L/m³)+Hoagland營養(yǎng)液(500L/m³)+木纖維(20Kg/m³)+粘結(jié)劑(6Kg/m³)+苔蘚結(jié)皮莖葉碎片(24Kg/m³)+土(116Kg/m³)。后期養(yǎng)護(hù)措施是：遮陽網(wǎng)(70％)+灑水(含水量15％-25％)+營養(yǎng)液(10天/次)。

實(shí)施例2

不同措施的預(yù)算概算表，可見苔蘚結(jié)皮要比其他措施的施工成本更低廉；

生物結(jié)皮法參見實(shí)施例1的方法，

草本措施以狗牙根作為典型示范進(jìn)行說明。具體栽植方法如下：春末夏初，對栽植坡面進(jìn)行整地，將坡面上石塊、建筑垃圾等清除；將成片狗牙根草坪成片鏟起，沖洗根部泥土，將狗牙根分成若干單株；先把幼苗在清水中浸泡，然后按照株行距8cm×8cm開穴種植，每穴栽苗4株，栽深約3cm，栽植穴內(nèi)用摻雜基肥填充，最后覆土。栽植后澆透水，保持坡面濕潤(參見表2)。

灌木措施以紫穗槐為例子進(jìn)行說明。具體栽植方法如下：秋末對栽植坡面進(jìn)行整地，將坡面上石塊、建筑垃圾等清除；紫穗槐落葉后，選用一年生以上的枝的條，剪成20cm左右的小段，下端斜切，上端削平；按株行距18cm×18cm開穴種植，每穴兩株；栽植穴內(nèi)用摻雜基肥填充，先澆水，最后培土踩緊，扦插后保持土壤濕潤(參見表3)。

表1 100m²草灌措施與100m²生物結(jié)皮的費(fèi)用對比表

表2為使用本發(fā)明實(shí)施例1方法處理100m²狗牙根的概算表

表2狗牙根概算表

表3為使用本發(fā)明實(shí)施例1方法處理100m²紫穗槐的概算表

表3紫穗槐概算表

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。