基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系统及方法

本发明属于荒漠戈壁生态环境治理，具体涉及一种基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系统及方法。

背景技术：

1、砾质、沙砾质戈壁往往含有较多的砾石，且表面之下20-40cm的地层中，常有坚硬的芒硝层，使得植物很难在这种地表生存；而一般流沙质地表，因为存在湿沙层，非常适合一些沙生灌木的生长，例如梭梭、沙拐枣等植物，它们的根系可以到达沙面下2-3m深度，从而防止风沙侵蚀、固结流沙地表。因此，具有湿沙层的流沙地表，较沙砾质戈壁，更适宜沙生植物的生长，以及相关防风固沙和生态修复工作的开展。

2、戈壁地区风力强劲、下垫面坚实，目前在风沙防治方面主要以机械工程措施为主。例如其阻沙措施主要包括冲孔钢板、芦苇帘、水泥板、hdpe网、hdpe板阻沙障等；固沙措施包括石方格、镁水泥板方格等。上述这些措施均为固定设施，不可移动，且根据环境风况差异，其两侧均有可能积沙，这些弊端导致现有措施仅能实现条带状积沙，无法使戈壁面形成大面积的片状积沙，从而无法为建立植被创造较好的土壤条件。

3、目前的相关生态治理工程，也主要集中在一些低砾石含量的戈壁地区。一般使用车载钻孔法或挖掘机设置种植穴，然后利用水罐车或铺设滴灌带的方式进行灌溉造林；而高砾石含量戈壁，因地表砾石含量较高，常规植苗造林，成活率不高，且后期会因为根系发育差而导致大面积死亡。

4、另外，我们在敦煌二台子的高砾石含量戈壁，及新华乡、三道泉等盐碱荒漠地区的生态实践中发现，干旱区沙地、盐碱地和沙砾质戈壁进行植苗造林时，当树窝灌满水后，地下水份的干湿交界面呈碟形，水份大部分向四周渗漏，即使补充灌水后，向底部的渗透最深也只能达到三十厘米左右，因此，灌溉用水难以下渗到土壤深层，不能保障苗木的成活和生长；另外，相关文献表明干旱区植苗造林，苗木死亡的主要原因是，茎干与高温沙面相接触，导致与之接触的韧皮部受损。因此采取遮阴措施，对苗木接触地面部位进行防护，避免高温沙面的烫伤是保证苗木成活的关键。然而，目前尚没有有效手段解决这一问题。

5、综合以上分析，如果我们能够利用自然之力，并从大自然中取材，将高砾石含量的戈壁地表改造为流沙质地表，就能够为植被的建立提供较好的沙质土壤条件。基于这一点，我们发明了一种移动式单向阻沙障，目的是利用它的单侧积沙功能及可移动布设的特征，借助风沙传输的自然过程，在戈壁地表实现大面积积沙；然后，在此基础上开展喷播表土改良和喷淋灌溉作业；同时建立了一种促进水份下渗的戈壁植苗方法。以上措施通过合理配置，共同形成条带状间隔分布的戈壁生态治理体系，最终实现高砾石含量戈壁的风沙防治和生态治理目的。

6、我国西北部戈壁的分布面积广、类型多样，戈壁地区的铁路、公路、风光电等工程设施，大部分都遭遇着严重的风沙危害，因此必须考虑施工运维期的风沙防护及生态保护问题。目前很多相关工程都位于高砾石含量的戈壁地区，例如兰新高铁、格库铁路、酒额铁路、临哈铁路、柳格高速，以及很多大型的风、光电项目等。本发明将对这些工程区的风沙治理和生态恢复起到重要的借鉴和支撑作用，有利于巩固提升设施区的防风固沙效果、加快自然植被恢复、遏制荒漠化扩展。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系统及方法，以克服现有技术中存在的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

3、本发明提供了一种基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系统，包括移动式单向阻沙障、半圆型草方格、喷播灌溉系统和促进水份下渗的戈壁植苗系统；

4、所述移动式单向阻沙障用于使戈壁地表形成积沙面，并包括倾斜设置的沙障和可移动支撑机构，所述沙障连接于可移动支撑机构上，且所述沙障的迎风侧的高度低于背风侧的高度；

5、所述半圆型草方格用于固定所述积沙面，并包括草绳和多个植物秸秆束，多个植物秸秆束沿所述草绳的长度方向依次分布，其中所述植物秸秆束具有以所述草绳对多根植物秸秆于中部进行缠绕式捆扎形成的半圆形结构；

6、所述喷播灌溉系统，包括喷播单元和灌溉单元，所述喷播单元用于在所述积沙面上喷播基质，所述基质中至少混有沙生灌木、草本的种子或者油料作物的块根；所述灌溉单元包括气球悬挂式喷淋装置，所述气球悬挂式喷淋装置包括多个气球和喷淋机构，所述喷淋机构由所述多个气球悬挂于所述积沙面上方，并能在驱动装置的驱使下沿指定方向移动，同时所述喷淋机构还与供水装置连通，用于对所述积沙面进行灌溉；

7、所述促进水份下渗的戈壁植苗系统用于在积沙带之间植苗造林，并包括围护桶、具有环形结构的集水膜和膜边沿密封固定楔片，所述围护桶包括由草帘卷曲形成的桶装结构，至少所述桶装结构的下部设于地下，其余部分位于地表上方，所述桶装结构内分布有种植穴和苗木；所述集水膜套设在围护桶上，且内圈与围护桶外壁紧贴，外圈四个边的边缘分别粘贴在所述膜边沿密封固定楔片上，所述膜边沿密封固定楔片垂直插入地表，使所述集水膜平铺在地表，并保持集水膜的四周密封和固定。

8、进一步地，所述移动支撑机构包括至少一组第一支撑柱、至少一组第二支撑柱、多个滚轮和多个限位桩，该至少一组第一支撑柱和至少一组第二支撑柱沿风向依次设置，所述第二支撑柱的高度高于第一支撑柱的高度，所述第一支撑柱及第二支撑柱的顶部均与沙障固定连接，底端均连接有滚轮，所述滚轮设置在地面上，所述限位桩用于将所述滚轮固定在地面上的选定位置处。

9、进一步地，所述植物秸秆束经带有树叶的树枝固定在所述积沙面上，且所述植物秸秆束的半圆形面垂直于地面设置。

10、进一步地，所述的基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系统，还包括灌草植被，所述灌草植被包括生长在所述积沙面上的灌木和草本。

11、进一步地，所述草帘是经亲水性胶粘剂浸泡处理过的，所述亲水性胶粘剂包括亲水性高分子有机物和水，所述亲水性高分子有机物包括环氧树脂、聚氨酯或丙烯酸树脂。

12、本发明实施例还提供了一种基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理方法，所述方法是基于前述的高砾石含量戈壁生态治理系统实施的，并且所述方法包括：

13、在高砾石含量戈壁上设置移动式单向阻沙障，以逐渐使戈壁地表形成积沙面；

14、在所述积沙面上设置半圆型草方格，用于固定所述积沙面；

15、利用喷播灌溉系统在形成的所述积沙面上喷播种植植物，并对所述植物进行喷淋灌溉，以形成灌草植被；

16、利用促进水份下渗的戈壁植苗系统，在积沙带之间的戈壁进行植苗造林，形成种植带；

17、最终形成积沙带与种植带多条带、间隔分布的高砾石含量戈壁生态治理体系。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、(1)本发明基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系中移动式单向阻沙障仅在背风侧积沙，可向迎风侧进行移动布设，使积沙带不断加宽，从而使沙砾质戈壁表面形成积沙面，为植物生长创造出较好的沙质土壤条件；由于固沙方格的积沙厚度小和积沙的不均匀性，这种戈壁表面的沙质化过程也是一般方格类固沙措施所不能实现的；另外，移动式单向阻沙障倾斜设置所形成的阴影，可有效减小沙障下的太阳辐射和土壤水份蒸发，促进植物的生长。

20、(2)本发明基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系中的半圆型草方格，模拟了传统草方格地上部分秸秆的辐射状分枝结构，可随风摇摆消减风能，地下不用埋设秸秆，具有阻风面大、固沙效率高、节约秸秆、施工方便、天然可降解、促进结皮和原生植被生长等优点，加入了带树叶的树枝，提升了草方格的阻风固沙效率，也使结构更加稳定，本技术还克服了传统草方格的秸秆倒伏使固沙效率降低的问题。

21、(3)本发明基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系中喷播单元，将流沙表面直接改造为保水保肥、抵抗侵蚀的基质层，该基质层营养丰富、土壤结构合理，适宜植被层的快速形成，有强大的抗风蚀性能；施工不破坏原始地面和原生植被，还可促进原生植被的生长；采用机戒化施工，使土壤改良、草灌植被建植、灌溉作业一次性完成，大大提升了生态恢复重建效率，具有高效、成本低等优点；基质材料选用以沙治沙方式，成分多为废弃物，经济环保，可促进中草药、油料等经济作物生长及禽、畜类养殖，产生较高的经济价值。

22、(4)本发明基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系中气球悬挂式喷淋装置，利用平行、条带状的工程施工道路，对喷播种植区进行高效的灌溉作业；2-3人便可操作此装置，1天可灌溉400-700亩的喷播植被区，结构简单，成本低，两车并排行驶，行驶速度可以存在较小差异，不影响灌溉作业的效果，探索出了一种省工、省力、省水，集约化、规模化灌溉的新方式。

23、(5)本发明基于自然力的高砾石含量戈壁生态治理系中促进水份下渗的戈壁植苗系统，围护桶可促进雨水或人工灌水快速渗入土层深处；遮阴保湿，使苗木免受高温，降低苗木接地部位的沙面温度，防止苗木韧皮部被烫伤、烫死；较pvc管的防护遮阴方法相比，该围护桶具有更大的过水接触面积和垂直空隙，并加入了亲水性胶粘剂，其水份下渗效果更佳，而pvc管仅有外壁和内壁可以向下导水，且亲水性胶粘剂可提高秸秆材料的韧性，降低脆性；此外，方便埋设的集水膜可防止土壤水份的蒸发，并将降雨和人工灌水直接导入围护桶边缘，使其快速下渗到土壤深层，促进根系发展和植株生长。