专利名称：一种在岩质边坡构建灌、草植物群落的方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及岩质边坡灌、草植物群落构建方法及其应用，特别涉及一种适用于在中国北方地区岩质坡构建灌、草植物群落的方法及其应用。
背景技术：
在水利、公路、铁路、矿山、住宅等基础设施建设工程中，经常会产生大量的裸露岩质边坡。这些岩质边坡的基本特点是坡度陡、表面坚硬、无土壤、无植被、不透水、不存水， 立地条件十分恶劣。岩质边坡的出现，不仅会加重水土流失，破坏自然景观，还会对区域生态环境造成不利影响。我国北方(东北、华北、西北)的大部分地区属于半干旱、半湿润气候，年降水量在250-700mm之间。降水量年内分布呈不均勻特征，春、冬季节降水量约占 20%左右，干旱缺雨，夏、秋季节降水量约占80%左右，暴雨多发。伴随着西部大开发、国家高速公路网建设等重点工程的实施，在这些地区产生了许多裸露岩质边坡。近几年对这些岩质边坡虽然也开展了植被恢复工程，但由于受气候条件制约，工程效果很不理想，主要表现为①坡面客土层(或人工土壤层)在冬、春季受干旱影响缺水严重，无法满足植物用水需求，致使植物大面积死亡；在夏、秋季受暴雨影响流失严重，容易产生大面积脱落；②坡面人工植物群落以草本为主，根系浅、耗水量高、植被覆盖度下降迅速，群落结构极不稳定， 2-3年左右就出现了退化现象。为了改善这种状况，施工单位也曾采用人工浇水的方法来缓解旱情，但厚度仅为 10-12cm左右的坡面人工土壤层保水能力有限，浇水量远远低于土壤蒸发和植物蒸腾量，杯水车薪无法解决实质性问题，而且浇水成本较高，难以长期维持，在干旱年份水源干枯甚至无水可浇，只能听任大自然的摆布，眼看着坡面人工植被大面积枯死。在自然界中，大部分的高等植物生存离不开土壤，对于裸露岩质边坡的植被恢复来说，不仅要在岩质边坡表面构建客土层并使其稳定，而且还要建植适宜在岩质边坡生存的植物群落。鉴于边坡坡度和施工成本等因素的限制，加上出于保持坡面土壤稳定的需要， 在岩质边坡表面构建的客土层(或人工土壤层)其厚度一般在10-12cm左右。目前国内外通常采用客土喷射或客土回填(与坡面混凝土框架或挡土墙并用)技术来实现这一点，但在我国北方地区，仅仅做到这一点还不够，还必须要在构建客土层的同时，一并考虑如何在旱季减少土壤水分蒸发，如何在雨季防止土壤侵蚀的技术问题，这是我国北方地区岩质边坡土壤恢复的技术难点。在岩质边坡生态恢复的初期，灌木与草本的结合并以灌木为主的群落是最理想的植物群落。这是因为此时的土壤层比较薄，土壤中含有的水分和养分都较少，而灌木生命周期长，耗水量少，耐旱耐贫瘠，根系发达(灌木根系可深入到岩石的缝隙之中)，可以在薄层土壤中生长，对保持岩质边坡表层(风化层、客土层)和植物群落的稳定起重要作用。草本植物虽然生命周期短，耗水量大，但能够防止土壤微粒的流失，防止土壤贫瘠，促进土壤肥沃，对土壤形成起着重要的作用。目前在边坡生态恢复工程中构建灌、草植物群落的主要方法是将灌木和草本植物的种子混合在一起进行播撒，如掺入客土之中与客土一起喷射，或直接播撒在回填客土的表层等。然而由于灌、草种子的发芽速度和生长速度存在很大差异， 草本植物迅速发芽生长快，灌木植物发芽生长均很缓慢，混播的结果往往是草本植物占据优势并压制灌木植物生长，最终形成了以草本植物为主的群落。由于草本植物容易退化甚至于消亡，难以在岩质边坡形成稳定的群落结构，如果没有一定数量的灌木与之伴生，几年之后边坡表面仍然会回到荒芜状态。如果只是播种灌木种子的话，由于灌木种子发芽慢、生长也慢，很难在短期内形成覆盖坡面的植被层，缺少植被覆盖的坡面不仅土壤容易遭受风雨的侵蚀，而且景观效果也差。因此，如何解决混播所带来的灌木弱势问题，是我国北方地区岩质边坡植物群落构建的技术难点。
发明内容
本发明的目的在于公开一种岩质边坡灌、草植物群落构建方法；本发明的另一个目的在于公开一种适用于我国北方岩质边坡灌、草植物群落构建构建方法。本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种在岩质边坡构建灌、草植物群落的方法，该方法包括挂网喷射客土、铺设植生毯或植生带，与移植灌木幼苗的结合；客土是指由施工地点当地的自然土壤与植物纤维、土壤改良材料、土壤粘合材料的混合物；植物纤维为秸秆堆肥(秸秆长度为2-3cm)；自然土壤与植物纤维按体积比6 4,7 3,8 2(优选比例为7 3)进行混合；土壤改良材料包括保水剂、蛭石、炉灰渣、缓释肥，添加到自然土壤与植物纤维混合物中的优选比例(体积比)为保水剂1%、蛭石5%、炉灰渣15%、缓释肥0.5% ；土壤粘合材料为无机类土壤粘合剂或普通硅酸盐水泥两种，可分别选用其中的一种，离子型无机粘合剂添加到自然土壤与植物纤维混合物中的优选添加量为^gjkg/m3， 普通硅酸盐水泥添加到自然土壤与植物纤维混合物中的优选添加量为65kg-80kg/m3，同时还须添加PH值缓冲剂lkg-lg/m3 ；植生毯为三层结构，表层为麻绳网，中层为常规麻纤维(长度2-5cm)、草籽(禾本科植物，使用量800-1200粒/m2)、肥料(缓释肥20-30g/m2)组成的混合物，底层为麻布(或无纺布)，通过针刺法将三层结构复合成一体，厚度2-5mm，植生毯自然分解时间为2_3年；植生带为四层结构，表层为纤维编织网，次表层为聚乙烯纤维棉网，中层为常规草籽(禾本科+豆科植物，豆科和禾本科植物种子比例为3 7，使用量为800-1200粒/m2)、 肥料(缓释肥20-30g/m2)、保水剂(颗粒状、10-20g/m2)组成的混合物，底层为纸或无纺布， 通过冷粘合或针刺缝纫复合成一体，厚度3-5mm，植生带自然分解时间为10-12年；灌木幼苗为育苗时间在一年以内的阔叶树幼苗，幼苗高度为20-30cm，枝干已经木质化，幼苗种类包括营养钵苗、容器袋苗、土柱苗(亦称保育块苗)、土球苗等，优选土柱苗 (保育块苗)，移植密度为1株/1.5-2m2。本发明方法包括如下步骤(1)清理坡面，去掉碎石和浮石，将坡面下凹处用土填平并压实；(2)锚挂镀锌金属网并将其固定在坡面上；
(3)在垂直于地表方与垂直于坡面之间的方向上，用风镐或冲击钻在坡面上打孔， 形成直径为14-20cm、深度为20-50cm的孔穴；(4)将打孔处的金属网剪开，在打孔处竖立PVC管并固定之，PVC管直径为 12-15cm，管长为 17—25cm ；(5)在坡面喷射客土，客土厚度10-12cm，喷射时将金属网拉起，使其在客土层内呈起伏状，喷射时避免客土进入PVC管内；(6)在客土层表面铺设并固定植生毯或植生带，遇到PVC管时要将植生毯或植生带剪开，使PVC管穿透植生毯或植生带暴露在其外面；(7)将坡面上竖立的PVC管拔出，此时竖管处形成洞穴，往洞穴内灌入泥浆，再插入乔灌木幼苗，然后覆土踏实。本发明所使用的土柱苗(亦称保育块苗)是指在具有一定硬度的空心土柱块内、 采用特殊方法培育的苗木，该种苗木的主根粗壮直立，在移植时受土柱块的保护不易被损伤。
图1为本技术施工断面结构示意图，其中岩质边坡1，回填土 2，移植穴3，客土层 4，植生毯(植生带)5，机编镀锌网6，U型锚钉7，乔灌木幼苗8，草本植物发芽9。图2为打洞、竖立PVC管材示意图，其中岩质边坡1，回填土 2，移植穴3，机编镀锌网6，U型锚钉7，风镐或冲击钻10，PVC管材11。图3施工后灌木成活率(a)、株高和地径(b)变化。本发明首先采用挂网与喷射客土的方法在岩质边坡表面构建客土层，为植物生长提供土壤基础，同时在客土层中预留移植穴，为移植灌木幼苗做准备；其次在客土层表面铺设植生毯(或植生带)，植生毯(或植生带)内镶嵌有草本植物的种子和肥料等，植生毯(或植生带)起到的作用有三方面，一是保证草本植物发芽生长并控制其覆盖度(客土内部的杂草生长受抑制，植生毯内镶嵌的种子数量有限、可控)，二是可以防止降水引发的土壤流失，三是可以减少土壤水分蒸发损失；最后将培育好的灌木幼苗栽种到移植穴中，由于幼苗已经具有健壮的根系和一定的高度，可以与草本植物共享光、热、水、肥资源，使得灌木植物能够稳定、顺利地生长发育，最终成为坡面植物群落中的优势物种。客土与植生毯(植生带)的结合，即使是在遇到大暴雨的情况下，客土层的土壤侵蚀量也将被控制在最小程度，即使是在春季气象干旱的条件下，客土层也可以保持一定数量的土壤水分，维持边坡植物生存对土壤水分最低的要求，从而解决了岩质边坡客土层因降水引发的土壤流失和因蒸发所造成的土壤水分损失的问题；植生毯(植生带)与灌木移植的结合，可以在保证一定的草本植被覆盖率的前提下，抑制初期草本植物快速生长对土壤水肥的消耗，使灌木植物在初期就具有一定的竞争优势，顺利生长，并最终成为坡面植物群落中的优势物种，保证了岩质边坡植物群落的稳定性，从而解决了种子直播所带来的灌木生长受阻的问题。本发明提供的这种岩质边坡植被恢复技术，能够比较容易地在岩质边坡构建以灌木为主、草本为辅的植物群落，有利于快速恢复坡面植被覆盖，减少坡面水土流失，减少坡面土壤水分蒸发，提高岩质边坡人工植物群落的存活率和稳定性，为我国生态建设和环境保护提供新方法，将会产生明显的社会效益、经济效益和生态效益。
具体实施例方式下述实施例用于进一步说明但不限于本发明。实施例1 客土 +植生毯+灌木苗移植工程地点为我国北方某高速公路岩质边坡(温带半干旱大陆性季风气候区，年平均气温为6. 6°C，年降水量370mm)，边坡为爆破+机械开挖而成，除了坡顶尚存有少量的土壤母质之外，原有的自然土壤和自然植被已被破坏殆尽，坡面岩石裸露，岩性为火山岩，风化程度较高。坡面朝向为南偏东20°，坡度约60°。采用喷射客土 +铺设植生毯+移植灌木幼苗的技术方式进行岩质边坡植被恢复与重建。客土配制方案为将当地自然土壤、秸秆堆肥按7 3的比例进行混合，再向土壤与秸秆堆肥的混合物中按体积比掺入5%珍珠岩、有机肥料、0.5%高效复合肥(氮磷钾含量20-20-20)、0. 保水剂，最后按^^/!1130. 5%用量掺入无机粘合剂。用搅拌机将上述各种物料搅拌均勻，搅拌时间为1分30秒左右。客土喷射厚度为12cm。植生毯为麻纤维结构，厚度3mm，植生毯内嵌入的草种为禾本科的老芒麦和高羊茅，种子比例为4 6，种子使用量为1000粒/m2。移植的灌木幼苗采用土柱块育苗法培育而成，灌木种类包括山杏、榆树、荆条等， 移栽密度1株/1 1.5m2。实施过程如下清理坡面，去掉碎石和浮石，向坡面下凹处回填客土并压实；用 (pl0mmxL400mm、(pl2mm><L600mm的锚杆固定网眼大小为50mmX 50mm、线径为2. 2mm的镀
锌金属机编网，锚杆密度2. 5根/m2 ；用风镐或冲击钻在坡面上沿垂直于地平面的方向向下打孔，形成直径为17cm左右、深度为40cm左右的孔穴，打孔密度为1个/1. 5_2m2 ；在打孔处竖立直径为15cm，长为22cm的PVC管；在坡面上喷射厚度为12cm的客土，喷射时必须避免客土进入PVC管内；用小水头成雾状将客土表面浸湿，然后铺设植生毯并用锚杆和U型锚钉 (或竹签子)将其固定，锚杆用量为2-3根/m2，U型锚钉(或竹签子)用量为6-8根/m2 ；植生毯的上下接头和左右接缝处要相互重叠5-lOcm，并用铁丝连接在一起，遇到PVC管时要将植生毯剪开，把PVC管露出来；将坡面上竖立的PVC管拔出，往洞穴内灌入泥浆，再插入灌木幼苗，然后覆土踏实。上述过程完成后，对作业面进行人工浇水，要使水头散开成淋浴状， 必须避免大水头对坡面进行直接冲刷，水要浇足浇透。施工后两个月，植生毯中的草本植物高羊茅、老芒麦生长顺利，其植株高度可达到 15cm左右，草本群落的平均覆盖度达到50%。移植的灌木苗(山杏、榆树、荆条)生长状况良好，平均株高从移栽时的15cm左右增长到40cm，最大株高为70cm，冠幅为20 X 40cm,灌木植物的平均覆盖度为3%。施工后一年坡面上草本植物(高羊茅和老芒麦)平均植株高度50 60cm，平均覆盖度60%。灌木(榆树、山杏、荆条等)的存活率达90%以上，平均株高为45 55cm，平均密度为1株Λ. 4m2，平均覆盖度为20%。施工后二年(图幻，坡面上灌木的成活率达到60%以上，平均株高达50cm以上， 平均地径达4mm以上；草本植物生长茂盛，地上部生物量达到了自然边坡阴坡的生物量水平；物种构成以灌木为主、草本为辅，两者之间的竞争基本上处于相互平衡的状态，群落稳定，坡面植被总覆盖度高于70%。实施例2 客土 +植生带+灌木苗移植工程地点为我国北方某矿山废弃采矿面(温带半湿润大陆性季风气候区，平均气温11. 8°C，平均降水量550. 3mm)，坡面朝向为南偏西10°，坡度50°左右，坡面无土壤，岩石裸露、凹凸不平，岩石风化程度中等。采用喷射客土 +铺设植生带+移植灌木幼苗的技术方式进行岩质边坡植被恢复与重建。客土配制方案为将当地自然土壤、秸秆堆肥按7 3的比例进行混合，再向土壤与秸秆堆肥的混合物中按体积比掺入5%珍珠岩、有机肥料、0.5%高效复合肥(氮磷钾含量20-20-20)、0. 保水剂，最后按^^/1113用量掺入无机粘合剂。用搅拌机将上述各种物料搅拌均勻，搅拌时间为1分30秒左右。客土喷射厚度为12cm。植生带为纤维棉网结构(亦称棉网状植生带)，厚度3mm，植生带内嵌入的草种为豆科的紫花苜蓿与禾本科的早熟禾、高羊茅，豆科与禾本科种子比例为3 7，种子使用量为1000粒/m2。植生带内还加入了缓释肥20g/m2，颗粒状保水剂(粒径2_4mm，吸水倍率 100-200倍左右、使用寿命4-5年)10g/m2。移植的灌木幼苗采用土柱块育苗法培育而成(亦称保育块苗)，包括山杏、山桃、 榆树、荆条、臭椿等，移栽密度ι株Λ. 5-2m2。实施过程如下清理坡面，去掉碎石和浮石，向坡面下凹处回填土壤并压实；用 (pl0x400mm、(pl2><600mm的锚杆固定网眼大小为50mmX 50mm、线径为2. 2mm的镀锌金属机编网，锚杆密度2. 5根/m2 ；用风镐或冲击钻在坡面上沿垂直于地平面的方向向下打孔，，形成直径为17cm左右、深度为40cm左右的孔穴，打孔密度为1个/1. 5_2m2 ；在打孔处竖立直径为15cm，长为22cm的PVC管；在坡面上喷射厚度为12cm的客土，喷射时必须避免客土进入PVC管内；用小水头成雾状将客土表面浸湿，然后铺设植生带并用锚杆和U型锚钉(或竹签子)将其固定，锚杆用量为2-3根/m2，U型锚钉(或竹签子)用量为6-8根/m2，植生带的上下接头和左右接缝处要相互重叠5-lOcm，并用铁丝连接在一起，遇到PVC管时要将植生带剪开，把PVC管露出来；将坡面上竖立的PVC管拔出，往洞穴内灌入泥浆，再插入灌木幼苗，然后覆土踏实。上述过程完成后，对作业面进行人工浇水，要使水头散开成淋浴状，必须避免大水头对坡面进行直接冲刷，水要浇足浇透。现场观测结果表明(施工一年后)，铺设植生带可以减少客土中水分的蒸发，在春季G-6)月降雨量很少的情况下(50. 3mm)，植生带覆盖下的土壤水分平均值为0.6133，最大值为0. 803(表1)，完全可以满足植物生长对水分的需要。表1植生带覆盖下土壤水分差异
权利要求
1.一种在岩质边坡构建灌、草植物群落的方法，其特征在于该方法包括挂网喷射客土、 铺设植生毯或植生带，与移植灌木幼苗的结合；客土是指由施工地点当地的自然土壤与植物纤维、土壤改良材料、土壤粘合材料的混合物；植物纤维为秸秆堆肥；自然土壤与植物纤维按体积比6 4，7 3或8 2进行混合；土壤改良材料包括保水剂、蛭石、炉灰渣、缓释肥，添加到自然土壤与植物纤维混合物中的体积比为保水剂1%、蛭石5%、炉灰渣15%、缓释肥0.5% ；土壤粘合材料为无机类土壤粘合剂或普通硅酸盐水泥两种，可分别选用其中的一种， 离子型无机粘合剂添加到自然土壤与植物纤维混合物中的添加量为^glkg/m3，普通硅酸盐水泥添加到自然土壤与植物纤维混合物中的添加量为65kg-80kg/m3，同时还须添加pH值缓冲剂 lkg-lg/m3 ；植生毯为三层结构，表层为麻绳网，中层为常规麻纤维、草籽、20-30g/m2的缓释肥组成的混合物，底层为麻布或无纺布，通过针刺法将三层结构复合成一体，厚度2-5mm，植生毯自然分解时间为2-3年；植生带为四层结构，表层为纤维编织网，次表层为聚乙烯纤维棉网，中层为草籽、 20-30g/m2的缓释肥、10-20g/m2的颗粒状保水剂组成的混合物，底层为纸或无纺布，通过冷粘合或针刺缝纫复合成一体，厚度3-5mm，植生带自然分解时间为10-12年；灌木幼苗为育苗时间在一年以内的阔叶树幼苗，幼苗高度为20-30cm，枝干已经木质化，幼苗种类包括营养钵苗、容器袋苗、土柱苗、土球苗，土柱苗移植密度为1株/1. 5-2m2。
2.如权利要求1所述的一种在岩质边坡构建灌、草植物群落的方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)清理坡面，去掉碎石和浮石，将坡面下凹处用土填平并压实；(2)锚挂镀锌金属网并将其固定在坡面上；(3)在垂直于地表方与垂直于坡面之间的方向上，用风镐或冲击钻在坡面上打孔，形成直径为14-20cm、深度为20—50cm的孔穴；(4)将打孔处的金属网剪开，在打孔处竖立PVC管并固定之，PVC管直径为12-15cm，管长为 17—25cm ；(5)在坡面喷射客土，客土厚度10-12cm，喷射时将金属网拉起，使其在客土层内呈起伏状，喷射时避免客土进入PVC管内；(6)在客土层表面铺设并固定植生毯或植生带，遇到PVC管时要将植生毯或植生带剪开，使PVC管穿透植生毯或植生带暴露在其外面；(7)将坡面上竖立的PVC管拔出，此时竖管处形成洞穴，往洞穴内灌入泥浆，再插入乔灌木幼苗，然后覆土踏实。
3.如权利要求1或2所述的在岩质边坡构建灌、草植物群落的方法，其特征在于该方法植生毯中的草籽为禾本科植物，使用量为800-1200粒/m2 ；植生带中的草籽为豆科+禾本科植物，豆科和禾本科植物种子比例为3 7，使用量为800-1200粒/m2。
全文摘要
本发明公开一种岩质边坡灌、草植物群落构建方法，该方法将客土技术、表层覆盖技术、播种技术和移植技术等有机地结合在一起，其特征在于首先采用挂网与喷射客土的方法在岩质边坡表面构建客土层，为植物生长提供土壤基础，同时在客土层中预留移植穴，为移植灌木幼苗做准备；其次在客土层表面铺设植生毯(或植生带)，植生毯(或植生带)内镶嵌有草本植物的种子和肥料等，在保证草本植物发芽生长并控制其覆盖度的同时，还可减少土壤水分蒸发和防止坡面土壤流失；最后将培育好的灌木幼苗栽种到移植穴中，移植灌木幼苗可提高其的竞争力和存活率，确保灌木成为坡面植物群落中的优势物种。本发明有利于快速恢复坡面植被覆盖，提高岩质边坡人工植物群落的存活率和稳定性。
文档编号A01G1/00GK102498875SQ20111034018
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者刘杨, 戴泉玉, 邵琪, 顾卫 申请人:北京师范大学