专利名称：一种在地面集土的结构和方法
技术领域：
本发明涉及土壤再造技术领域，特别地，是通过特定的集土结构和方法实现土壤再造的技术领域。
背景技术：
荒漠砾石草场的植被恢复问题是各类退化草场植被恢复中最为困难的一种。由于沙尘暴的吹蚀作用，戈壁砾石草场表面的土壤被风吹走，地表布满砾石。残存的植物根系外漏。由于砾石的存在，在太阳光直射下砾石温度急剧升高，加速了土壤水分的蒸发。由于地表面没有土壤层，外来的植物种子无法发芽生根。因此，必须在这类草场表面建立一层土壤，为种子创造种床，有利于植物繁衍生息和植被层面的建立。我们的任务是将沙尘暴携带的混合物沉降在砾石草场表面，在地表建立一个土壤层。并将沙尘暴携带的植物种子一同随土壤沉降。沙尘暴是一种自然现象，当沙尘暴肆虐时，狂风卷着沙土四处飞扬。飞扬的沙土飘落之处掩盖农田、道路、房屋、污染环境。沙尘暴携带的沙土是一个混合体，其混合体内混有有机物、植物种子、粗砂、细土等物质。目前还没有在这类草场上建立土壤层的方法。沙尘暴是一种自然现象，具有自身的发生发展规律。同时它是众多自然因素中不可或缺的原动力。沙尘暴是一种气 固两项流，这种流体本身携带大量的沙物质、种子资源、营养成分(有机质、各种微量的矿物质元素等)。沙尘暴在发生的时候，强大的风力吹蚀了土壤，造成土壤流失，所携带的沙土混合物可掩埋农田、工厂、草原、道路和房屋。其破坏性极大，同时它也起到搬运分配营养物质，传播物种的作用。荒漠草原由于多种原因呈现极度退化的状态，主要表现是植物稀疏，地表多砾石，草根裸露。牧草呈堆状分布，地面与草根形成负位差(3-lOcm)。荒漠草原作为我国4亿公顷草原的重要组成部分，总面积0.19亿公顷。是我国最为脆弱的草原生态系统之一，也是对我国生态环境产生重大影响的地区之一。砾石状荒漠草原退化的重要标志是土壤退化，在强大的风力作用下草场的表土丧失，草场表面砾石遍布，植被稀疏。荒漠草原是我国北方农牧交错带与蒙古草原之间的唯一生态屏障，也是过去利用最过度、退化最严重，生态恢复最为困难的地区之一。这类地区时常受到西伯利亚冷空气的影响，是我国沙尘暴重要的发生地之一。发生在这类地区的沙尘暴不但对当地的草场产生极大危害，也对当地的人民生产生活产生极大影响，同时，沙尘暴携带大量的尘埃长驱直入我国内地，携带的沙尘在合适的条件下发生沉降掩埋道路、农田、草场，造成环境污染，影响人民生产生活。荒漠草原的植被恢复是草原、畜牧界和科学界关注的重点问题。对这类草原的改良利用曾经采取过松土补播、围封、施肥等方法，但收效甚微，且效果不能持久。分析其原因主要是作为植物生长基础的土壤条件并没有改善。在改良和恢复荒漠化草场的实践中，人们注意到只有对荒漠化草场的土壤状况进行改善才是抓住了这类草场治理和改良的关键。而表土已不存在，如何把它重新建起来呢？依靠人工的办法是做不到的，因为工程太浩大了。即使有可能，这大量的土从何而来。从其他地方取土只能是一种拆了东墙补西墙，是一种破坏。而这个地区是沙尘暴的频发区，每年均有强沙尘暴的发生，沙尘暴在爆发时携带大量的沙土混合物，这些沙土混合物中不但含有沙子、土壤，还富含有机质、氮磷钾和丰富的矿物质微量元素，同时还是丰富的种子库。结合工程措施将沙尘暴所携带的沙土混合物沉降淤滞在砾石状和斑秃状荒漠化草场表面，形成再造的表土层，这个问题就迎刃而解了。再造后的表土层可以提高荒漠草场土壤肥力，营造适宜的土壤微生物生活条件，实现固土保根、保水促进植被生长。增加植被种类，促进植被群落的良性演替。
发明内容
本发明的一个目的提供了在风沙发生时在地表集土的结构主要包括上层部分和下层部分，其中上层部分由网格部件和固定部件组成，下层部分由均匀撒堆的杂草或秸杆组成，撒堆厚度控制在2-6cm之间，更具体地，网格部件的网孔尺寸小于杂草或秸杆的长度。特别地，所述的网格部件是尼龙网。特别地，固定部件的数量可以根据网格部件的尺寸来确定。特别地，所述固定部件是铁钉。本发明的另一个目的是提供一种在地面集土的方法，特别的，这种方法适合于在砾石草地表面集土，更特别 的，该方法适合在沙尘暴多发地区的砾石草地表面集土。本发明所述在地面集土的方法通过使用本发明所述的集土结构来实现，具体包括:将(蓬松的)杂草或秸杆均匀地撒在地表，厚度控制在2_6cm之间，然后用网孔尺寸小于杂草或秸杆长度的网格部件罩住撒在地表面的杂草和/或秸杆堆下层部件，之后将网格部件通过固定部件固定在地表面。特别地，所述的地表是砾石草地表面。特别地，所述的地表是沙尘暴多发地区的砾石草地表面。特别地，可根据需要集土的厚度来增加杂草厚度。特别地，所述的网格部件是尼龙网。特别地，所述网格部件的固定是通过铁钉(固定部件)来固定的。撒在地表面的杂草或秸杆的枝条在地面上因其自身不同的自然形态(角度、弯曲、方向等)，相互支撑和叠压，形成一个多层次、多缝隙的与鸟巢结构相似的垫层。在风沙发生时，由于风沙流的可分离特性，风沙流在经过鸟巢状地面结构时在由杂草或秸杆形成的层和缝隙枝条上产生碰撞(具有直射、反射、沉降等)作用，而产生强烈的不规则的涡流，风速降低。同时，风沙流内的沙土混合物做跃移运动时会跌落在由杂草枝条形成的层和缝隙内，直至将缝隙填满。沙土混合物与杂草结合，形成稳定的混合土层，完成了土壤再造过程。
本发明通过操作简单的技术方案完成了地表集土的技术效果，该技术方案尤其适用于沙尘暴多发地区的砾石草地表面集土。通过该方法可以将沙尘暴发生时携带的沙土混合物沉降在砾石草场上，用来掩埋植物裸露的根系，同时快速地建立一个土壤层。与现有围封的方法(通过使用网围栏隔离家畜放牧干扰进行多年的自然恢复)本技术主要有如下优点:I)、充分利用大自然的力量既利用沙尘暴的力量和沙尘暴发生时自身携带的沙土混合物，不需要耗费人力物力去建立土层。2)、不需要人工播种，利用沙尘暴自身携带的植物种子来恢复植被，沙尘暴自身携带的种子绝大部分是天然野生的植物种子，抗性强，更适应各种恶劣环境生长。3)、由于沙尘暴所携带的沙土混合物一部分被沉降在砾石草场上，减少了沙尘暴向下风侧携带沙土混合物的总量，因而减少了沙尘暴的危害。
图1为本发明在地表集土的结构的上层部分的结构示意图。图2为本发明在地表集土的结构的下层部分的结构示意图。
具体实施例方式实施例1本发明所述的在风沙发生时在地表集土的结构主要包括上层部分I和下层部分2，其中上层部分I由网格部件1-1和固定部件1-2组成，下层部分2由均匀撒堆的杂草或秸杆2-1组成，撒堆厚度控制在2-6cm之间，更具体地，网格部件1-1的网孔1_1_1尺寸小于杂草或秸杆2-1的长 度。所述的网格部件1-1是尼龙网。所述固定部件1-2是铁钉。实施例2研究区设于内蒙古苏尼特右旗新宝力格嘎查，地理坐标为42° 59' N，112° 45' E。属于干旱大陆性气候，年平均气温为5.(TC，年平均降水量为181.9mm，气温变化剧烈，温差较大，冬季漫长而寒冷，夏季较炎热，降水偏少，且分布不均。日照时间长，光能充足。年大风日数59.6天，年沙尘暴爆发日数平均为12.1天，是国内最佳的风能区，也是沙尘暴频发地区之一。植被类型为温性荒漠草原，草场重度退化，地表砾质化，植物稀疏，盖度< 5%。所选样地较为平坦，占地面积9200m2 (样地I)，采取网围栏防护。为了改变地表下垫面特征，采取了覆杂草结合尼龙网(简称覆草网)的工程措施。所谓覆草网指将蓬松的杂草均匀地撒在退化的草地表面，厚度控制在4-6cm之间，然后用网格状的尼龙网罩住撒在地表面的草，目的是使其固定，防止被风吹走。撒在地表面的杂草其枝条在地面上的形态各不相同(角度、弯曲、方向等)，相互支撑和叠压，形成一个多层次、多缝隙的与鸟巢结构相似的垫层。样地内设置12个30X20m2小区；小区间设2m缓冲带，小区与样地围栏距离3m。每小区内沿对角线方向等距离设置5个由钢尺制作且长度为IOcm的测量尺，垂直地面放置，用于测定蓄土厚度。2009年11月，随机选择9个小区进行覆草网工程实施，利用冬春季(2009年12月-2010年5月)沙尘暴完成表层土和种子资源蓄积，另外3个小区设为对照区。2010年8月中旬进行植被特征调查，每小区按对角线方向设置5个IX Im2样方，测定植被高度、盖度、密度、频度、地上生物量。同时，测定蓄土厚度，并应用多点采样法分别采集再造后的土壤和对照区内O-1Ocm深的土壤,测定土壤营养成分。结果表明:经过再造土壤的草场植被盖度增加20-40%，植物种类增加，多年生牧草减少，再造的土壤厚度达到3.5-6.2cm。再造后的土壤锌增加114.8%、有机质增加33.3 %、全氮增加77.1 %、有效磷增加150.0 %、速效钾增加7.8%。充分说明再造后的土壤营养情况大大改善，有利于植物生长。经初步测定，再造后的土壤每20g重量的土壤内含有2粒植物种子，其含种量巨大。实施例3研究区地点同例2 —致，在其西北侧设置样地2，面积9000m2，采取网围栏防护。随机设置10个20 X 20m2小区，5个设为对照，另外5个进行覆草网处理；厚度控制在2_2.5cm之间，然后用网格状的尼龙网罩住。同样，在每小区内沿对角线方向等距离垂直设置5个由钢尺制作且长度为IOcm的测量尺，用于测定蓄土厚度。2011年12月，选择5个小区进行覆草网工程实施，利用冬春季沙尘暴完成表层土和种子资源蓄积。2012年8月中旬进行植被特征调查，每小区按对角线方向设置5个I X Im2样方，测定植 被密度和地上生物量。同时，测定蓄土厚度。结果表明:蓄土厚度可控制为2.2-2.Scm0植物种类增加，多年生牧草小针茅数量增多，草地生物量可达到102g/m2(烘干重)，是对照区的1.56倍。
权利要求
1.一种在地面集土的结构，其特征在于包括上层部分(I)和下层部分(2)，其中上层部分(I)由网格部件(1-1)和固定部件(1-2)组成，下层部分(2)由均匀撒堆的杂草或秸杆(2-1)组成，撒堆厚度控制在2-6cm之间，更具体地，网格部件(1-1)的网孔尺寸小于杂草或稻杆(2-1)的长度。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述的网格部件(1-1)是尼龙网。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述固定部件(1-2)是铁钉。
4.根据权利要求1-3任一的结构在风沙发生时在地表集土的方法，具体包括:将杂草或秸杆(2-1)均匀地撒在地表，厚度控制在2-6cm之间，然后用网孔(1-1-1)尺寸小于杂草或秸杆(2-1)长度的网格部件(1-1)罩住撒在地表面的杂草和/或秸杆堆下层部件(2)，之后将网格部件(1-1)通过固定部件(1-2)固定在地表面，从而在风沙发生时实现地表集土。
5.根据权利要求4的方法，其中所述的地表是砾石草地表面。
6.根据权利要求4的方法，其中所述的地表是沙尘暴多发地区的砾石草地表面。
7.根据权利要求4的方法，其中可根据需要集土的厚度来增加杂草厚度。
8.根据权利要求4的方法，其中所述的网格部件(1-1)是尼龙网。
9.根据权利要求4的 方法，其中所述固定部件是铁钉。
全文摘要
本发明涉及一种在风沙发生时在地表集土的结构主要包括上层部分(1)和下层部分(2)，其中上层部分(1)由网格部件(1-1)和固定部件(1-2)组成，下层部分(2)由均匀撒堆的杂草或秸秆(2-1)组成，撒堆厚度控制在2-6cm之间，更具体地，网格部件(1-1)的网孔(1-1-1)尺寸小于杂草或秸秆(2-1)的长度。本发明还涉及利用这种结构在地表集土的方法。
文档编号E02D3/00GK103215939SQ20131012194
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者那日苏, 王海, 塔娜, 赵山志, 春亮, 韩文军, 成立新 申请人:中国农业科学院草原研究所