一种生态复合型植生沙障及布设方法与流程

本发明属于高寒沙化草地恢复治理领域，具体涉及一种高寒沙化草地流沙快速有效治理的生态复合型植生沙障。

背景技术：

我国沙化地面积广大、类型复杂。目前，我国沙化防治技术措施大体有三类：一类是生物措施，但受水资源缺乏的限制，沙丘类型、区域环境条件也限制了治理效果的充分发挥，如造林治沙，由于干旱，往往是造林多成林少。二是机械措施，但一般以防风阻沙、沙面固定为主要目的，且受材料本身的性质所限，治理成本较高，而且治标不治本。三是封育恢复，即通过划定封育保护区，阻止或减少活动干扰，但这种方式主要针对沙化程度较轻的沙化土地。另外，在通常治理活动中常常会将多种措施进行组合搭配，以达到更好的治理效果。

本发明研发区域为川西北、甘南高寒湿润区，该区域地形以高山、草原、河谷相间分布，地形复杂多样，海拔在3000-4800m之间，属高原大陆性气候。区域全年无明显四季之分，无绝对无霜日，仅有冷暖之别，多风、多雨雪，年降雪日数100.5天年8级以上大风日数累计达77-121天(自1999年后气象数据)，年均沙尘暴日数3.4天，年均风速2.2m/s，最大风速20.0m/s，最多风向ne，雨季集中在6-8月，年降水量在550-900mm之间，年均相对湿度62％，冷季寒冷而漫长(约210天)，暖季温暖且短暂，日照充足，辐射强烈，牧草生长期短，平均日照5-7小时，快速生长期集中在6、7、8三个月，9月开始枯黄。

该区域曾经是山环水绕，草原辽阔，一度享有黄河的“高原水塔”和“亚洲第一牧场”美誉，是黄河上游重要水资源补给区和生态功能区。据调查，20世纪40-50年代，这里的草场没有沙化，是一片风吹草低见牛羊的优美景象；60-70年代，随着该区草地畜牧业的迅速发展和人口的增长，草地资源开始被过度的开发利用，使原有的草地生态系统遭受严重的破坏，造成草地退化沙化、沼泽湿地减少、生物多样性散失、草地生产力急剧下降、涵养水源和保持水土的功能减弱，各类生态问题十分突出；80-90年代，沙化面积开始剧增，沙丘由以斑块状，半固定、半沙化向集中连片、全沙化和流动沙丘演变，从1994年普查到2004年复查10年间，沙化面积平均增长速度3.87％，是甘肃省沙化平均增长速度的10倍。近年来，本区域沙化草地的迅速扩展对当地牧业发展的产生了重要影响，已严重威胁着当地牧民的生存环境，以及下游地区水资源的利用、生态环境的建设和经济建设等。

本区域大多表土层薄、表土下伏沙层深厚，地表破坏后，在风力作用下极易形成沙化地和沙丘；而沙丘的情况比较特殊，以高于5米的沙丘为例，根据土壤种子库测定结果，其顶部、迎风坡、两翼表层15cm内几乎无种子，背风坡基部表层15cm内虽有少量种子，但因沙丘每年平均以4-8米的速度前移，发芽种子幼苗很快被掩埋，这就是在境内看到的大小沙丘表面无任何植被的原因所在。境内草原植被属川西藏东高原灌丛草甸区，草场类型以亚高山草甸草场为主，禾本科和莎草科是建群种和优势种。由于境内气候特点，加之植物生长期短，自身调节能力弱小，自我恢复能力很差，草场一旦破坏极难恢复。且靠自然恢复周期长，靠人工恢复则要付出巨大代价。

面对本区域草地沙化问题，国家、地方投入了大量的人力物力，先后引入了干旱沙区已成熟应用的麦草方格网沙障、尼龙网格沙障配套人工补植补播植被恢复技术进行了大量试验研究。经过近10年的实践证明：(1)麦草沙障在川西北、甘南等高寒沙化草地的平均寿命最多2年(因该区降雨量大，土壤含水量高加速其腐烂)，且只能在局部固沙而不能提高草场生产力，所以很难在该区推广。(2)尼龙网格沙障虽然使用寿命长，但因其不可降解，会造成环境污染，从而得不到当地牧民的支持。(3)甘南玛曲县沙化草地治理中最棘手的就是流动性高大沙丘的治理，多年来一直采用：稻草或树木枯枝方格沙障+方格中心栽植高山柳。治理后第二、三年的结果几乎都是：高大沙丘背风坡偶见被扬沙、流沙掩埋而仅漏出的高山柳梢部，该位置的沙障已无影无踪；迎风坡和顶部的沙障已残留无几，栽植的高山柳因风沙掏蚀根系外漏甚至连根拔起，存活无几；沙丘两翼仅有个别高山柳存活，沙障因腐烂只留下一些痕迹。(4)在低地、河漫滩及矮小沙丘等平缓的沙化草场区域，常采用的治理措施为：人工撒播种子、耙磨及围栏封育，但往往因沙化地表的风蚀风积，流沙不断，加之沙面保水能力不足，而撒播种子几乎都在沙地表层至2㎝以内，要么被风卷走，要么被压埋，很少有定居发芽的种子。

综上，如何能更好地对本区域沙化治理，是亟待解决的问题。

急需要一种能够且有良好防风固沙抗风蚀作用，同时兼顾促进区域草地恢复作用；环保、使用寿命较长、生产成本低且能够批量生产，实用操作简单、容易被当地牧民接受的一种沙化草地快速有效治理恢复的新型生态沙障。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提供一种生态复合型植生沙障，具有良好防风固沙抗风蚀作用，同时兼顾促进区域草地恢复作用；而且环保、使用寿命较长、生产成本低且能够批量生产，实用操作简单，也容易被当地牧民接受。

第一方面，本发明提供一种生态复合型植生沙障，自上而下依次包括：无纺布层、种子层和混合基质层；

所述混合基质层由泥炭土、有机肥和粘合剂混合组成；所述混合基质层上方铺设种子层，所述种子层设有植物种子；

所述种子层上方铺设所述无纺布层，所述无纺布层为由超吸水纤维、棉和粘胶构成的降解储水无纺布层；

所述混合基质层、种子层和无纺布层通过压制定型网定型成多边形结构体。

进一步地，所述混合基质层的土壤容重为0.80-0.90g/cm³。

进一步地，所述超吸水纤维为吸水量达到30-200g/g的纤维。

进一步地，所述多边形结构体为正三棱柱、正四棱柱或圆柱体。

进一步地，所述多边形结构体的厚度为0.15-0.25m，截面面积为0.09-0.12㎡，质量为15-20kg。

进一步地，所述混合基质层底面呈连续凸凹状。

进一步地，还包括插入沙地的木桩；所述多边形结构体上设有至少一个中心孔，所述中心孔依次连通混合基质层、种子层和无纺布层；

所述木桩穿过所述中心孔插入沙地，将所述多边形结构体固定在沙地上。

第二方面，本发明还提供一种生态复合型植生沙障的布设方法，包括：

步骤一：将如上述任一项实施例所提供的生态复合型植生沙障呈“行”或“品”字型摆放或部分镶嵌于沙面上；

步骤二：待所述生态复合型植生沙障设置后，在多个生态复合型植生沙障之间裸露的沙地上撒播草籽，耙磨镇压处理后等待降雨。

进一步地，所述步骤一还包括：

对于流动性强、高大的沙丘较陡斜坡沙化地面，选用设有中心孔的生态复合型植生沙障，使用木桩插入中心孔将所述生态复合型植生沙障固定在地面上。

本发明实施例提供的一种生态复合型植生沙障，结构分三层：下层为泥炭土、有机肥、粘合剂等的混合基质层，中层为高寒优质牧草种子层，上层为混纤制造的可降解储水无纺布层；三层复合结构通过压制定型网定型成多边形结构体；该生态复合型植生沙障具有良好防风固沙抗风蚀作用，同时兼顾促进区域草地恢复作用；而且环保、使用寿命较长、生产成本低且能够批量生产，实用操作简单，也容易被当地牧民接受。

本发明的其它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。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种生态复合型植生沙障的结构图；

图2为本发明实施例提供的多边形结构体的示意图；

图3为本发明实施例提供的沙丘背风坡木桩固定示意图；

1—无纺布层，2—种子层，3—混合基质层，4—混合基质层底面，5—中心孔，6—木桩，7—沙丘，m—无纺布层厚度，n—混合基质层厚度。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1：

参照图1所示，本发明提供的生态复合型植生沙障，结构分三层：下层为泥炭土、有机肥、粘合剂等的混合基质层3，其混合基质层厚度n为0.13-0.24m，中层为高寒优质牧草种子层2，上层为混纤制造的可降解储水无纺布层1，其中混纤材料可由超吸水纤维、棉和粘胶组成，其混纤储水无纺布厚度m为2mm。三层复合结构通过压制定型网定型成高(厚)度为15cm的正三棱柱、正四棱柱、圆柱，参照图2所示；横截面积为0.09㎡，土壤容重为0.80g/cm³，整体重量为15kg左右；其混合基质层底面4呈连续凸凹状，可以是规律性连续凸凹，也可以是非规律性连续凸凹；比如呈搓板面状以增加粗糙度，利于该沙障固定在沙地上。应用于流动性高大沙丘7背风坡的植生沙障中心预留一直径为3cm的中心孔5，选用长度40cm的木桩6穿过中心孔5插入沙地以固定。

具体的可根据生态复合型植生沙障的使用环境，沙地的沙化程度较差，比如可将上述生态复合型植生沙障的三层复合结构通过压制定型网定型成高(厚)度为20cm的正三棱柱、正四棱柱或圆柱体，参照图2所示；横截面积为0.10㎡，土壤容重为0.85g/cm³，重量为18kg。

当在重度沙化地或流沙危害较严重区域，比如可将上述生态复合型植生沙障的三层复合结构通过压制定型网定型成高(厚)度为25cm的正三棱柱、正四棱柱或圆柱体，参照图2所示；横截面积为0.12㎡，土壤容重为0.90g/cm³，重量为20kg。

超吸水纤维，市场已有大量销售，比如南通江潮纺织科技有限公司所生产销售的超吸水纤维，是一种能快速吸水、储存、释放水分与养分的“微型水库”，通过内外渗透压力差、水和高分子电解质之间的亲和力，以及高分子网络的弹力，使其具有高吸水和保水性能。环保、无毒、无污染、可降解。吸水后溶胀为水凝胶(果冻状)，受压后水不易挤出；纤维干燥后可重复多次吸水，吸收水分绝大部分缓慢释放。超吸水纤维可与其他纤维混纺，制成各种吸液制品。该纤维吸液速度是高吸水粉末(sap)的8-10倍，吸液量可在30-200g液体/g纤维范围内任意调控。

实施例2：

根据草地沙化类型程度，可灵活调整生态复合型植生沙障设置方式，实际设置时可直接摆放或部分镶嵌于沙面均可，一般呈“行”或“品”字摆放。对于流动性强、高大的沙丘7较陡斜坡沙化地面设置的生态复合型植生沙障，可根据需要选用中心带孔的生态复合型植生沙障，可将木桩6插入中心孔5固定，参照图3所示，以加强沙障的稳定性。生态复合型植生沙障设置后，一般还要在裸露沙地上撒播一定量的草籽，耙磨镇压处理后等待降雨。降雨后沙障上表层储水无纺布首先吸水膨胀，根据数据统计分析，储水无纺布可由原来的2mm厚度增加至0.5-2cm，沙障中吸收储存的水分可保障沙障中种子能够萌发出苗的需要；同时，也可以为沙障周边漏沙地的种子提供一部分萌发需水。在本发明研发的区域正常降雨可以保证的情况下，将会形成以生态复合型植生沙障为中心向四周蔓延，呈现由带状(或斑块状)慢慢扩展连成片状的植被恢复区域。

本发明提供的生态复合型植生沙障的优势：

1、优于麦草、纤维及尼龙网格等机械沙障：麦草等生物秸秆沙障在干旱沙区的平均寿命约5年(以自然风化消失而丧失沙障功能计)，在川西北、甘南等高寒沙化草地的平均寿命2年(因该区域降雨量大，土壤水分高加速其腐烂)；而本发明的沙障以混纤无纺布为主要材料，因此其使用寿命一般在3年以上，可满足沙化草地达到自然修复所需时间，其复合性功能远远优势于可降解的纤维网格沙障及不可降解的尼龙网格沙障。

2、优于人工造林措施：传统上人工造林防风固沙周期长、成本高，而且适宜于高寒区的树种非常少，即使选用本地树种(如高山柳)造林固沙，多年实践证明几乎都是失败，尤以流动性高大沙丘上的造林无一例外，由于沙丘表层被大风一次次的剥蚀，栽植高山柳两年后根系外漏或直接被卷走，第三年仅剩部分高山柳枯株，这种仅造林的措施很难还原自然高寒草地景观。

而生态复合型植生沙障5月下旬(即雨季前)布设后，7-12天萌发出土，20天后出苗结束，60天沙障表层新生的高寒草丛层生长高度平均在20cm以上，最高的可达35cm，盖度平均在95％以上；同时，当生态复合型植生沙障形成新的草层后，会发挥更大的沙障功能，削减风速、阻滞风沙流，不仅可使随风沙流运移的植物种子在沙障周边定居萌发，而且沙障外围裸露沙地种子的萌发明显受到该生态复合型植生沙障的边际效应影响，首先在其周边以斑块状、带状等形式形成新的草层沙障，进而向四周扩展，此时整个沙丘表层的流沙基本得到固定。一般采用生态复合型植生沙障治理并辅以封育管理措施，在3年后新生草层可完全覆盖沙面，沙化草地彻底得到治理恢复。

3、优于当地牧民种子撒播、耙磨、封育管护的沙化草地恢复技术。本发明之所以能够快速有效治理恢复沙化草地，就在于其：(1)吸水保水的性能，保证沙障中预埋的种子快速萌发出苗；(2)基质中充足的养分保证了幼苗的快速生长；(3)稳固的块状结构在沙面的合理布局改变了沙面原有的环境，不仅防风和稳定流沙，还有助于改善沙障周边土壤种子的萌发环境条件；(4)沙障表面新生牧草快速的生长，在短短一个月平均生长高度可达10cm以上，两个月平均生长高度可达25cm以上，正是因为有了生态复合型植生沙障及其表层新生牧草更稳定可靠且防治能力更强的活沙障保护，不仅遮挡接纳随风飘移的外来种子和成熟后自身掉落的种子，而且保护这些种子在新的环境下萌芽生长，经过一个或两个生长季后，该治理区域不断新生的牧草根系相互粘结渗透，形成的结块草皮将完全郁闭，从根本上治理修复了沙化草地。

因此，生态复合型植生沙障本身不仅具有沙障防风固沙功能，而且沙障中预置有植物种子和充足养分，并能吸收储存足量水分，从而兼有沙障改善局部微环境和快速促进植物恢复的作用，能够解决流沙立地条件水分缺乏、植物定居难等关键问题，同时还兼有设置方便、操作简单，批量生产成本低等优点，可以满足高寒沙化草地治理与修复要求。

本发明还提供了植生沙障的实践检验实验：

本发明提供的生态复合型植生沙障和“蒙草抗旱集团公司”研发的、已成熟应用于城市园林绿化的、技术上国内先进的一种产品——“环保植生毯”，作了多方面的对比研究，其中试验研究布设于流动性高大沙丘，选用的草种及播量均相同，对比研究结果如下：

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。