本发明涉及生物治沙技术领域，具体涉及一种立体生物沙障及其应用。
背景技术：
沙障是防沙治沙工程中的有效技术措施，尤其在流动沙地制粒和植被恢复中具有重要作用。生物沙障是一种良好的防风固沙沙障，在流动沙丘上种植草木既可以恢复植被也可以实现高效的防风固沙作用，是现代防治沙漠的首选方案之一。
但是流动沙丘上种植草木往往不易成活或成活率低下，需要不断补种或人工管理，使得单独采用生物沙障难以实现良好的防风固沙效果。为了解决这种情况，本领域常常采取机械沙障与生物沙障结合的措施，先期采用机械沙障降低风速、减弱风蚀，而后再实行生物沙障固沙，此种方式不但能够在短时间内先取得部分防风固沙效果，也能够提高后期生物沙障的成活率，取得了良好的效果。比如包兰铁路沙坡头埋设的草方格沙障，结合灌木栽植和飞机播种灌草等措施，在防治流动沙地方面取得了成功经验。
然而机械沙障的防风固沙效果相对于生物沙障的效果较差，现有研究研究了多种防风固沙植物作为复合生物沙障的方式，但是这些复合生物沙障往往选择灌木和乔木作为主要沙障植物，这些植物生长速度较慢，往往第一年无法实现对流动沙丘的有效覆盖，见效慢(孙荣华,刘玉山,刘志和,等.沙质荒漠化土地生物沙障结构与配置技术研究[j].林业科学研究,2006,19(1):125-128.)。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明为了提高生物复合沙障中植物成活率以及防风固沙效率，提供了一种立体生物沙障。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种立体生物沙障，其特征在于，立体生物沙障的单位结构为：以灌木为中心依次环绕多年生草药带和草本植物带，任意相邻两个单位结构中的灌木之间间距为0.4～0.7m；
所述多年生草药带与灌木的间距为[10～25)cm，所述草本植物带与灌木的间距为20～35cm；
所述立体生物沙障至少包括5个所述单位结构。
优选的，所述草本植物带选自扁茎早熟禾、披碱草和梭罗草中的一种或多种。
优选的，所述多年生草药带选自红景天、菊芋、大黄和板蓝根中的一种或多种。
优选的，所述灌木选自沙棘、乌柳和红柳中的一种或多种。
优选的，所述草本植物带的带宽为5～8cm。
优选的，所述多年生草药带中，每两株多年生草药的间距为10～25cm。
优选的，构建3年以上的所述立体生物沙障的单位结构中灌木、多年生草药带和草本植物带的植物高度依次降低。
优选的，所述草本植物带的形状为方形，所述多年生草药带的形状为圆形或方形。
本发明还提供了上述技术方案所述的立体生物沙障在治理半固定沙丘中的应用。
优选的，所述立体生物沙障设置在半固定沙丘坡度＜30°的区域。
本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种立体生物沙障，立体生物沙障的单位结构为：以灌木为中心依次环绕多年生草药带和草本植物带，任意两个单位结构中的灌木之间间距为0.4～0.7m；所述多年生草药带与灌木的间距为[10～25)cm，所述草本植物带与灌木的间距为20～35cm；所述立体生物沙障至少包括5个所述单位结构。本发明通过依次种植草本植物、多年生草药和灌木形成阶梯状的立体生物沙障，从时间上，本发明采用长效植物(灌木)与短期迅速成长的先锋植物(草本植物)的搭配方式，使防风固沙效果尽快发挥，所述立体生物沙障栽植后第一年即可有效固定流动沙丘，阻沙率以及植被覆盖率高；从空间上，本发明采用上繁植物(灌木)与下繁植物(草本植物)的搭配方式，多层次立体的空间结构能够有效形成阻沙面，提高防风固沙效果。本发明通过时间和空间上合理配置沙障植物，多物种、多层次和多层片的垂直结构能够实现阻沙率79％以上，植被盖度达到67％以上。
本发明所述立体生物沙障的植物成活率高，在本发明所述立体生物沙障中，灌木的成活率可达到76％以上，而在半固定沙丘上单一种植灌木的成活率仅在50～55％左右；草本植物带的成活率可达到85％以上，而在半固定沙丘上单一种植草本植物带的成活率在40～45％之间；多年生草药带的成活率可达到91％，而在半固定沙丘上单一种植多年生草药则往往成活率低。即本发明在灌木与草本植物带之间设置经济作物(多年生草药)，兼顾生态治理与经济效益，可有效降低风沙治理成本提高经济效益。
本发明提供的立体生物沙障仅需要在栽植的当年进行施肥、种植、管护等措施，可以自行更新，无需每年进行施肥，仅需要简单防护(如防止牛羊采食、践踏等)即可，管理成本低，还可产生经济效益。
本发明还提供了上述技术方案所述立体生物沙障在治理半固定沙丘中的应用，利用所述立体生物沙障治理半固定沙丘能够有效地对沙丘进行固定，阻止沙丘移动，防止沙粒飞扬以减少上空沙尘。
附图说明
图1为实施例1构建的立体生物沙障的单位结构示意图；
图2为实施例3中构建的立体生物沙障种植后的单位结构图像；
图3为实施例3中构建的立体生物沙障种植当年3个月后的生长情况；
图4为实施例3中构建的立体生物沙障种植第二年的生长情况；
具体实施方式
本发明一种立体生物沙障，立体生物沙障的单位结构为：以灌木为中心依次环绕多年生草药带和草本植物带，任意两个单位结构中的灌木之间间距为0.4～0.7m；
所述多年生草药带与灌木的间距为[10～25)cm，所述草本植物带与灌木的间距为20～35cm；
所述立体生物沙障至少包括5个所述单位结构。
在本发明中，所述任意两个单位结构中的灌木之间间距优选为0.5m；本发明所述立体生物沙障优选的包括25个以上的单位结构，从而形成较为稳固的防风固沙效果。
在本发明中，所述多年生草药带与灌木的间距优选为15～20cm，更优选为17～18cm；所述草本植物带与灌木的间距优选为25cm。
本发明所述多年生草药带优选为圆形或方形，为圆形时灌木与多年生草药带的间距为圆形半径，为方形时灌木与多年生草药带的间距为灌木与方形短边的垂直距离。本发明对所述多年生草药带的宽度无特殊限定。
本发明所述草本植物带优选为方形，更优选为正方形；当草本植物带为方形时，灌木与草本植物带的间距为灌木与方形短边的垂直距离。在本发明中，所述草本植物带的带宽为5～8cm，更优选为6～7cm。
本发明所述间距均以草本植物带或多年生草药带中距灌木较近的一边距离计算。
在本发明中，所述草本植物带选自扁茎早熟禾、披碱草和梭罗草中的一种或多种；所述草本植物为下繁、短效植物，能够在建植当年形成一定规模的生物防护带，在多年生草药带和灌木带尚未长成时在单位结构中处于优势地位，发挥主要的防风固沙作用，保护多年生草药带的生长发育，与灌木一起组成的立体结构还可有效提高多年生草药带的成活率；从建植的第二年、第三年起，灌木、多年生草药生长到较高高度后，单位结构中的三种植物开始平衡发展，共同发挥防风固沙作用，实现较高的植被覆盖率和阻沙率。
在本发明中，所述多年生草药带选自红景天、菊芋、大黄和板蓝根中的一种或多种；所述多年生草药具有极高的经济效益，利用灌木和草本植物带形成的保护使得多年生草药在风沙干旱条件下成活，实现经济效益与生态治理的有机结合。当多年生草药带成熟后可以与灌木、草本植物带形成三层立体防护层次，增强防风固沙效果。本发明所述多年生草药带的栽植密度为每两株多年生药草的间距10～25cm，更优选为15～20cm。
在本发明中，所述灌木选自沙棘、乌柳或红柳；所述灌木为上繁植物、长效植物，能够固定草本植物带无法覆盖的上部风沙，与草本植物带共同形成多层次的防护网，防止上空沙尘飞扬。本发明所述单位结构中优选的种植一株灌木。
本发明优选的立体生物沙障组合为扁茎早熟禾+菊芋+沙棘。
在本发明中，所述灌木种植方式为移栽，移栽的灌木长度不小于40cm，其中20～25cm部分埋入沙下。本发明对所述多年生草药带、草本植物带的种植方法无特殊限定，按照本领域常规种植方式即可，比如播种、扦插等。本发明所述灌木、多年生草药带和草本植物带在同一时期种植，种植当年，借助灌木的保护草本植物带可迅速发育，与移栽后的灌木形成有层次的立体生物屏障，迅速建立其防风固沙带，有效地固定风沙，阻止沙丘移动。
本发明所述立体生物沙障中灌木、多年生草药带和草本植物带的植物高度依次降低。所述立体生物沙障建植三年后，所述灌木高度优选的不低于55cm，更优选为55～65cm；灌木2～3年即可达到所述高度。所述多年生草药带的高度优选的不低于25cm，更优选为25～35cm；多年生草药带生长3年左右即可达到所述高度，能够进一步提高立体生物沙障的防风固沙效果。所述草本植物带的高度优选的不低于20cm，更优选为20～25cm；草本植物带当年即可生长至该高度。
本发明还提供了上述技术方案所述的立体生物沙障在治理半固定沙丘中的应用。
具体的，采用所述立体生物沙障治理半固定沙丘的方法为：将立体生物沙障设置在半固定沙丘坡度＜30°的部分。所述立体生物沙障设置的位置坡度超过30°时，待固定沙丘上的沙子由于重力作用会加大风沙流动，影响立体生物沙障的结构稳定性，降低植物成活率；当半固定沙丘坡度＜30°时沙子重力可以忽略不计，仅有风力作用形成的流沙，不会对所述立体生物沙障造成影响。
在本发明中，所述单位结构的立体生物沙障的宽度不小于2.5m，长度不做限定。本发明所述立体生物沙障至少需要构建2.5m宽度才能够起到有效的防风固沙效果。在本发明中，所述宽度是指应风向的立体生物沙障长度。
本发明所述立体生物沙障第一年种植后只需要进行简单维护即可，例如防止践踏、防止牛羊啃食，无需再进行施肥浇灌。
下面结合实施例对本发明提供的立体生物沙障及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
构建立体生物沙障的单位结构：选择半固定沙丘坡度＜30°的位置进行建植，在建植区域内移栽灌木沙棘，所述沙棘长40～42cm，将其中20～25cm部分埋入沙中，施用酵素有机肥(青海省专用有机肥料厂生产)2000g/亩，移栽后每株沙棘浇水100l。
所述酵素有机肥的总养分(n+p2o5+k2o)≥4％，有机质≥35％，水分≤30％，有效活菌数大于等于3×107个/g。
以种植的沙棘为中心，在距沙棘15cm处种植半径为15cm的圆形菊芋带，将菊芋块根埋入深20cm的穴中，每个穴内使用磷酸二铵25g、羊板粪200g，每两个菊芋的间距为20cm，栽植好后每个穴浇水5l。
将扁茎早熟禾种子在清水中浸泡30min后取出，按照扁茎早熟禾种子15kg/公顷、磷酸二铵145kg/公顷的比例混合，得到混合扁茎早熟禾种子。以栽植的沙棘为中心，在距沙棘25cm处挖掘边长为0.5m的正方形带状沟，沟深5cm，将混合扁茎早熟禾种子按照2.5kg/亩的用量播入带状沟，填实。构建的单位结构如图1所示。种植第二年起无需特殊管理，只需要防止牛羊践踏和啃食即可。
所述立体生物沙障的单位结构共设置25组，每两株沙棘的间距为0.5m，形成2.5m×2.5m的立体生物沙障。
实施例2
按照实施例1的方法在青海省海北州环青海湖地区金沙湾(e100°57′、n36°52′，海拔高度3159m)构建立体生物沙障，观测立体生物沙障内的各个植物的成活率，并在该地区分别单独种植与实施例1所述各植物相同规格的扁茎早熟禾、菊芋、沙棘并统计当年成活率，结果如表1所示。
记录每年立体生物沙障的各植物高度、植被盖度，每年立体生物沙障的阻沙率，结果如表2所示。
表1立体生物沙障中的植物以及各植物单独种植的成活率
由表1可以看出，在本发明所述的立体生物沙障中，各植株的成活率相对于单独种植有显著提高，本发明通过有层次的立体生物结构对植物进行了保护，通过合理搭配实现了灌木、多年生草药和草本植物的成活率均有显著提高，从而解决了现有生物屏障成活率低，需要反复种植管理的问题。
表2立体生物沙障的防风固沙功能
由表2可以看出，本发明提供的立体生物沙障第一年的阻沙率可达到81％，主要由扁茎早熟禾起到防风固沙作用，由于沙棘和菊芋尚未有效成长，使得扁茎早熟禾处于优势地位，实现了建植当年的快速有效防风固沙效果；从第二年起，沙棘和菊芋逐渐成长，至第三年所述立体生物沙障的防风固沙效果趋于稳定，扁茎早熟禾、沙棘和菊芋形成的立体防护结构具有很好的防风固沙和植被恢复效果，能够有效固定流动沙丘，阻止沙丘移动，减少上空沙尘。
实施例3
在青海省海北州环青海湖地区金沙湾(e100°57′、n36°52′，海拔高度3159m)构建立体生物沙障。构建立体生物沙障的单位结构：选择半固定沙丘坡度＜30°的位置进行建植，在建植区域内移栽灌木沙棘，所述沙棘长40～42cm，将其中20～22cm部分埋入沙中，施用酵素有机肥(青海省专用有机肥料厂生产)1500g/亩，移栽后每株沙棘浇水50l。
所述酵素有机肥的总养分(n+p2o5+k2o)≥4％，有机质≥35％，水分≤30％，有效活菌数大于等于3×107个/g。
以种植的沙棘为中心，在距沙棘10cm处种植半径为20cm的圆形菊芋带，将菊芋块根埋入深20cm的穴中，每个穴内使用磷酸二铵50g、羊板粪300g，每两个菊芋的间距为20cm，栽植好后每个穴浇水10l。
将扁茎早熟禾种子在清水中浸泡60min后取出，按照扁茎早熟禾种子18kg/公顷、磷酸二铵150kg/公顷的比例混合，得到混合扁茎早熟禾种子。以栽植的沙棘为中心，在距沙棘25cm处挖掘边长为0.5m的正方形带状沟，沟深8cm，将混合扁茎早熟禾种子按照3kg/亩的用量播入带状沟，填实。种植后的立体生物沙障的单位结构如图2所示。
如图3所示，为种植3个月后的立体生物沙障生长情况，草本植物带已经形成一定规模。如图4所示，为种植后第二年的立体生物沙障生长情况，此时草本植物带已经基本稳固，多年生草本植物也在草本植物带的保护下有效地生长发育，成活率较高，灌木恢复生长，立体生物沙障中的各植物均开始发挥一定的防风固沙作用。
种植第二年起无需特殊管理，只需要防止牛羊践踏和啃食即可。
所述立体生物沙障的单位结构共设置625组，每两株沙棘的间距为0.5m，形成12.5m×12.5m的立体生物沙障。
构建所述立体生物沙障的第一年，植被盖度为26％，阻沙率为51％；构建第三年时，植被盖度为67％，阻沙率为76％。取得了良好的防风固沙效果。
实施例4
构建立体生物沙障的单位结构：选择半固定沙丘坡度＜30°的位置进行建植，在建植区域内移栽灌木乌柳，所述乌柳长38～40cm，将其中22～25cm部分埋入沙中，施用酵素有机肥(青海省专用有机肥料厂生产)1000g/亩，移栽后每株沙棘浇水60l。
所述酵素有机肥的总养分(n+p2o5+k2o)≥4％，有机质≥35％，水分≤30％，有效活菌数大于等于3×107个/g。
以种植的乌柳为中心，在距乌柳18cm处种植半径为18cm的圆形带，将大黄种子埋入深20cm的穴中，每个穴内使用磷酸二铵30g、羊板粪250g，每两个大黄的间距为18cm，栽植好后每个穴浇水7l。
将梭罗草种子在清水中浸泡50min后取出，按照梭罗草种子16kg/公顷、磷酸二铵149kg/公顷的比例混合，得到混合梭罗草种子。以栽植的乌柳为中心，在距乌柳35cm处挖掘边长为0.7m的正方形带状沟，沟深4cm，将混合梭罗草种子按照3kg/亩的用量播入带状沟，填实。种植第二年起无需特殊管理，只需要防止牛羊践踏和啃食即可。
所述立体生物沙障的单位结构共设置160组，每两株沙棘的间距为0.7m，形成2.8m×28m的立体生物沙障。
构建所述立体生物沙障的第一年，植被盖度为25％，阻沙率为44％；构建第三年时，植被盖度为73％，阻沙率为76％。取得了良好的防风固沙效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。