專利名稱：：巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質的制作方法
技術領域：
：-本發(fā)明屬于環(huán)境保護的生態(tài)恢復
技術領域：
，特別涉及一種能夠應用于干旱、半干旱地區(qū)，季節(jié)性干旱、雨量集中且量大地區(qū)的高陡巖質邊坡的生態(tài)防護基質。技術背景-國外對巖質邊坡的生態(tài)防護研究起步較早，日本在1973年就開發(fā)出了纖維土綠化工法(Fiber-soilGreeningMethod),標志著巖體綠化工程的開始，這也是日本最早開發(fā)的厚層基材噴射工法，即通過在坡面噴附較厚一層結構類似于自然土壤且能夠貯存水分和養(yǎng)分的植物生長所需的基層材料。歐美國家在邊坡生態(tài)治理上所采用的一般方法是先將邊坡削緩，然后鋪上約10cm左右的土層，再采用液壓噴播(hydraulicmulching)、活枝捆垛(livefascine)、表面覆蓋(mulching)秸稈和干草、枝條扦插(livecutting)、植物樹柱(livestaking)插禾中、石堆禾中植(vegetatedriprap)，綠化士嗇(vegetatedwall)、框格綠化法、階梯墻綠化法、帶孔磚(或砌塊)等方法，其生態(tài)恢復效果好，但造價高，而且不適用于高陡巖質邊坡，不適合我國國情。國內外綠化基材的選擇及配比根據(jù)實際各不相同，而基材配比是生態(tài)護坡技術的核心，歐美、日本等發(fā)達國家根據(jù)各自所處地區(qū)的氣候、水文等條件研發(fā)了合適的基材配比，例如日本研發(fā)的技術只適合降水量在1200mm以上溫濕氣候，在我國大部分地區(qū)不適用。我國自引進國外技術以來已經(jīng)研發(fā)了幾種適合我國一些地域氣候、水文、土壤質地等條件的基材，如張俊云等開發(fā)的厚層基材(TBS)。但是實際運用中存在許多問題，表現(xiàn)在以下幾個方面(1)基材的成本偏高，影響生態(tài)護坡技術的運用和推廣生態(tài)護坡的基材是邊坡綠化成功的關鍵。目前基材的配方材料許多采用國外進口材料，價格居高不下，配方材料的配比也機械地采用國外的固定模式。除此之外，這些進口材料對中國氣候，植物種類的適宜情況也有待于進一步研究。實際上，基材中的一些材料完全可以用國產(chǎn)代替，而價格只有進口的1/4左右。(2)基材的配方千篇一律，影響了生態(tài)護坡的效果和工程驗收3目前實施的基材配方不能適應不同地帶，地質工程條件，土壤類型和植被適應性等生態(tài)環(huán)境的要求，特別是其中的植物種類選擇和配合優(yōu)勢群落的培育沒有能夠考慮氣候條件，土壤類型，地質條件，坡度，坡向(陰坡或陽坡)等生態(tài)要素，往往達不到預期的理想效果。(3)植生工程技術不能適應不同地質、巖石和土壤、坡度和坡形需要施工單位實施過程中，施工技術單一，不能因地制宜、適應不同地質、巖石和土壤、坡度和坡形要求，施工質量不穩(wěn)定，在一定程度上也影響邊坡綠化的效果。因此，為解決上述問題有必要研發(fā)一種新型基質，使其不但有良好的護坡效果，而且成本降低，資源豐富。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，該基質能夠在干旱，半干旱地區(qū)，季節(jié)性干旱、雨量集中且量大地區(qū)，高陡巖質邊坡條件下，提供植物長期生長所需的水分，養(yǎng)分，并且有很強的抗侵蝕性能。該基質與同類基質相比可節(jié)約成本10-20%。本發(fā)明充分利用林草資源，兼顧土壤類型，地質條件，坡度，坡向(陰坡或陽坡)等生態(tài)要素，因地制宜、適應不同地質、巖石和土壤、坡度和坡形要求，有利于公路沿線區(qū)域的環(huán)境質量和持續(xù)性發(fā)展，保護及恢復沿線區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。本發(fā)明的技術方案如下巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質是由復合基質和調節(jié)劑組成，所述的復合基質各成分質量配比為食用菌廢渣10%-60%、牛糞15%-57%、秸稈末15%-55%、污泥5%-40%，上述各成分均以干基計算；所述的調節(jié)劑各成分質量百分數(shù)是以所述的復合基質總重為基準土壤保水劑0.5%、聚乙烯醇0.1%-1.5%、凹凸棒粉1%_18%、控釋有機無機復合肥1%-5%、土壤消毒劑0.3%-1%、pH調節(jié)劑0.2%-2%、有機肥1%-8.5%。所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質是由復合基質和調節(jié)劑組成，所述的復合基質各成分質量配比為食用菌廢渣10%-60%、牛糞15%-57°/。、秸稈末15%-55%、污泥5%_40%，上述各成分均以干基計算；所述的調節(jié)劑各成分質量百分數(shù)是以所述的復合基質總重為基準土壤保水劑0.1%-1.5%、聚乙烯醇0.1%-1.5%、凹凸棒粉1°/。-18%、控釋有機無機復合肥1%-5%、土壤消毒劑0.3%-1%、pH調節(jié)劑0.2%-2%、有機肥1%-8.5%。所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的復合基質各成分混合發(fā)酵后應用，所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質其體積為綠化種植土的15%-55%。所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的土壤保水劑吸水倍數(shù)在300500倍，控釋有機無機復合肥控釋效果持續(xù)在3個月以上，pH調節(jié)劑為熟石灰或過磷酸鈣。所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的聚乙烯醇和凹凸棒粉組成粘接劑，其中凹凸棒粉為60目200目。不同基質配比材料不同，以及實際邊坡的地理、地質、氣象條件的不同，生態(tài)基材的性質和功能也就不同，所以對于實際工程，所采用的基材就要因地適宜。本發(fā)明的生態(tài)防護綠化基質兼顧了多種生態(tài)工程條件，總體來說，具有以下功能(1)提供植被生長所需的合理物理結構；(2)保證坡面的基材混合物與巖質邊坡有足夠的粘結力，以保證坡面的植被能在巖質邊坡上很好的生長扎根；(3)提供植物長期生長所需平衡養(yǎng)分與水分;(4)保證坡面基材混合物的穩(wěn)定，抵抗雨水的侵蝕；(5)能快速封閉坡面，與植物共同作用，防止坡面的風化剝落。(6)噴射后的基材在要求的時間內必須具有一定的強度，保持自身的穩(wěn)定，如有可能的話，還應盡量增加邊坡的穩(wěn)定性；(7)基材的pH值保持在植物最適宜的生長發(fā)育的范圍內；(8)盡量做到就地取材，以減少護坡費用。由于坡面環(huán)境惡劣，后期養(yǎng)護困難，因此護坡植物種類的選擇應遵循一下原則(1)適應當?shù)氐臍夂驐l件；(2)適應當?shù)氐耐寥罈l件(水分、pH值、土壤性質等)；(3)抗逆性強(包括抗早性、抗寒性、抗貧膺等)；(4)能迅速生長，短期內覆蓋坡面；(5)適應粗放管理，能產(chǎn)生適量種子，且種子成本低；(6)為使植物群落穩(wěn)定，多采用混播設計，一般應包括禾本科和豆科的植物種搭配。本發(fā)明以土壤學，生態(tài)學，環(huán)境學和植物營養(yǎng)學等為指導，通過實驗證明本發(fā)明上述綠化基質的功能，可以應用于以下條件的邊坡干旱半干旱地區(qū)的各類質地的邊坡，季節(jié)性干旱、雨量集中且量大地區(qū)的高陡巖質邊坡尤為適用。本發(fā)明所述的巖質邊坡護坡基材以農(nóng)林廢棄物秸稈、牛糞、菌渣和城市污泥等廢棄物為原料的厚層噴播基材，使廢棄物資源化，既減少了污染又增加了生態(tài)經(jīng)濟效益，與現(xiàn)有基材相比可節(jié)約成本30%左右。采用本發(fā)明的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質對裸露巖質邊坡，廢棄礦山和山體缺口進行噴播綠化，能在較短時間最大限度地恢復植被生態(tài)，達到綠化護坡之目的。使用秸稈、牛糞、菌渣、污泥和有機質纖維等混合發(fā)酵的混合物替代草炭土，添加凹凸棒粉可以減少粘結劑的用量，能使噴播基材成本下降10-20%，而且使眾多的裸露邊坡、廢棄礦山和山體缺口重建植被、恢復生態(tài)，從而獲得巨大的生態(tài)效益和社會效益。將農(nóng)村秸稈、城市污泥、工廠企業(yè)的牛糞菌渣等用于邊坡綠化基材的加工原料，既促進了廢棄物的資源化開發(fā)利用，又避免了由于秸稈焚燒造成的大氣污染，牛糞菌渣的占地堆放污染，污泥直接填埋造成二次污染，污泥發(fā)酵堆肥農(nóng)用的面源污染，促進了生態(tài)環(huán)境的保護。具體實施例方式一、巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，是由復合基質和調節(jié)劑組成，所述的復合基質各成分質量配比為食用菌廢渣10%-60%、牛糞15%-57%、秸稈(稻草)末15%-55%、污泥5%-40%，上述各成分均以干基計算；所述的調節(jié)劑各成分質量百分數(shù)是以所述的復合基質總重為基準土壤保水劑O.1%-1.5%、聚乙烯醇O.1%-1.5%、凹凸棒粉1%_18%、控釋有機無機復合肥1%-5%、土壤消毒劑0.3%-1%、pH調節(jié)劑0.2°/。-2%、有機肥1%-8.5%。土壤保水劑吸水倍數(shù)在300500倍，控釋有機無機復合肥控釋效果持續(xù)在3個月以上，pH調節(jié)劑為熟石灰或過磷酸鈣。聚乙烯醇和凹凸棒粉組成粘接劑，其中凹凸棒粉為60目200目。6所述的復合基質制法如下(1)污泥含水率在40-50%最佳；牛糞含水率30-50%;稻草和食用菌渣粉碎0.5-3cm。(2)將原料污泥、牛糞、秸稈、食用菌渣按質量比例混合，充分混勻，調節(jié)水分，使含水量至60%。水分過高可加秸稈或食用菌渣調節(jié)。(3)根據(jù)溫度變化判定堆肥發(fā)酵腐熟程度。當氣溫15。C以上，堆積3天后表面以下溫度可達60-70°C，溫度達60°C以上保持5-8天，進行第一次翻混，第一次翻混后7-10天進行第二次翻混，再隔IO天左右進行第三次翻混，三次后底層溫度已經(jīng)在30-4(TC以下，含水量30%左右可以等待后熟，可以風干制成半成品——復合基質。二、對巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質的實際應用功效進行試驗研究1.基質養(yǎng)分的長期監(jiān)測上壤理化性質參照《土壤農(nóng)化分析》和森林土壤國標分析法進行測定②有機質一硫酸-重鉻酸鉀氧化外加熱法；全氮一半微量開氏法；堿解氮一擴散法；全磷一氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法；有效磷一碳酸氫鈉浸提一鉬銻抗比色法；有效鉀一乙酸銨浸提一火焰光度法。據(jù)《土壤學》對于農(nóng)田土壤，當全氮含量大于0.2%則土壤為富含氮素，當有效磷含量大于20呢/kg時，一般不需要施用磷肥，當速效鉀含量大于200mgZkg時，土壤為鉀素豐富元素，有機質含量大于50mg/g即認為富含有機質土。由于公路邊坡實行粗放管理，所以基材的養(yǎng)分一定要充足且有儲備能不斷補充。六種基質和種植土的養(yǎng)分含量如表1:表1基質養(yǎng)分含量基質有機質含量(g/kg)全氮(g/kg)全磷(g/kg)全鉀(g/kg)堿解氮(mg/kg)有效磷(mg/kg)速效鉀(mg/kg)泥炭371.5512.620.9613.89779.3238.35298.71牛糞605.8924.938.3120.131412.181269.85455.33污泥299.3830.5716.4716.242097.853902.48236.04秸稈519.7218.322.0114.62504.35248.28315.78生物68311.81.119.15605.22154.35214.117<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>2.抗侵蝕實驗抗侵蝕性強，有足夠的營養(yǎng)成分能滿足植物生長的需要，植被就能迅速生長覆蓋坡面以達到護坡目的，所以基材的抗侵蝕性是護坡成敗的關鍵因素之一。2.1試驗材料與方法2.1.1人工降雨實驗裝置設計人工降雨實驗裝置采用自行設計的簡易降雨裝，簡易降雨裝置由水箱、水管、噴頭、流量計及閥門等組成。水管中設有流量計然后節(jié)水龍頭，調節(jié)流量計流速可模擬自然降雨的下落速度。噴頭為專用噴頭，可模擬直徑為24mm的雨滴，噴頭距地面高度2.5m,并可根據(jù)實際情況調整。降雨的雨強則通過水的流速與模擬降雨的面積來確定。本實驗裝置可模擬雨強為80320mm/h的降雨。降雨試驗槽用鋼板制作，規(guī)格為90cmX30cmX15cm,實驗時內鋪一層石板模擬巖質邊坡。實驗在安徽農(nóng)業(yè)大學盆栽實驗廠網(wǎng)室內進行。2.1.2實驗基材混合物配比實驗所用基材混合物配比按照表2.表2人工模擬降雨實驗基材混合物配比(體積比)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>2.1.3實驗控制參數(shù)實驗控制參數(shù)如下(1)降雨雨強120mm/h。(2)持續(xù)降雨時間lh。(3)供試體坡度1:1。(4)實驗時間為基材混合物噴播后24h，7天、30天和60天。2.1.4實驗步驟(1)噴播基材，制作試件。將需測試的基材混合物按現(xiàn)場噴射的工序噴射到實驗槽中，噴射厚度10cm，放置24h待測；(2)降雨雨強的調節(jié)。調節(jié)流量控制閥門和降雨噴頭的高度，調整雨強到實驗設計的雨強；(3)固定試件。把基材混合物供試體按要求坡度斜放在降雨裝置的支撐架內并固定；(4)降雨模擬。打開水箱閥門，開始降雨實驗，徑流水及流失的基材混合物盛入徑流槽，并按每10min換徑流桶；(5)取樣分析。將徑流桶中水土混勻取樣以備分析，當徑流桶中水澄清后，然后倒去上部的清水,把剩余的基材混合物放入烘箱中烘干、稱量并粉碎備分析計算。2.1.5測試項目與分析方法記錄從開始到產(chǎn)生徑流的所用時間，當產(chǎn)生徑流計時，并用塑料桶按照每10min時間間隔分別收集徑流水樣，測定徑流量和泥沙流失量及其中養(yǎng)分流失量。同時采集降雨前后試驗基材混合物的樣品，風干以備分析。計算侵蝕模數(shù)；測定徑流(水土混勻取樣)中全氮、全磷、全鉀和流失泥沙中氮、磷、鉀的全量和有機質。分析方法土壤分析采用以下方法有機質一硫酸-重鉻酸鉀氧化外加熱法；全氮_半微量開氏法；全磷一氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法；全鉀一氫氧化鈉熔融-火焰光度法；有效磷一碳酸氫鈉浸提一鉬銻抗比色法；速效鉀一乙酸銨浸提一火焰光度法。水樣養(yǎng)分含量測定全氮為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，全磷為堿性過硫酸鉀消解-鉬銻抗比色法，全鉀為火焰光度法。2.2實驗結果與分析根據(jù)記錄的產(chǎn)流時間和每次歷時60min模擬降雨流失土壤總重計算侵蝕模數(shù)見表3。表3降雨強度120mm時各處理的產(chǎn)流時間與侵蝕模數(shù)項目土壤對照20%泥炭+土壤20%復合基質+土壤9產(chǎn)流時間l'59"2'20"2'30"侵蝕模數(shù)(g/hm2)1075.57818.04789.48在模擬降雨開始時，在相同條件下，降雨被試驗樣品吸收，從產(chǎn)流時間可以看出，土壤對照的產(chǎn)流時間最快，其他兩處理產(chǎn)流時間相當，說明其他兩個處理的吸水速率較大，侵蝕模數(shù)土壤對照為最高，說明純粹的土壤處理比用基質處理的抗侵蝕效果要差很多。將每10min各處理的土壤侵蝕量進行比較可以得出噴播初期土壤的侵蝕量隨降雨時間是逐漸減少的，處理l的侵蝕量最小，其次是處理2和處理3;對于噴播的客土其土壤流失量即為隨時間的延伸流失量逐漸減少，最后趨于相對穩(wěn)定的狀態(tài)?；牡目骨治g能力復合基質處理強于泥炭處理，抗侵蝕實驗降雨120ram/h得到的侵蝕模數(shù)多功能復合基質處理為789.48g/hm2，泥炭處理為818.04g/hm2，土壤對照為1075.57g/hm2。隨著時間的延伸，坡面植被的生長，基材混合物的侵蝕模數(shù)迅速減小，經(jīng)過2個月當坡面植被完全覆蓋后,在雨強為120mm/h的降雨條件下，基材混合物土壤對照的侵蝕模數(shù)僅為76.48g/(h'm2)，基材混合物復合基質處理和泥炭處理的侵蝕模數(shù)近乎為0，基材基本無流失。3.收縮性實驗基材的收縮性是影響基材抗侵蝕性的重要因素之一，收縮性大，基材噴播后產(chǎn)生的裂縫大，抗侵蝕能力就弱。將基材和土壤對照按配比混合裝盆，澆水浸透放置一周后取樣，取樣前在環(huán)刀上均勻涂上一層凡士林，取樣烘干，測量基質的直徑，數(shù)據(jù)見表4。表4收縮性實驗數(shù)據(jù)表編號水平收縮率％土壤對照9.17復合基質處理5.93泥炭對照9.654.盆栽試驗生物量及生物量測定10將基質和土壤按比例配好裝盆澆水后，5天后草發(fā)芽，IO天后在土壤對照、泥炭和混合基質中，草高約3cm。草生長過程中要防止病蟲害。約15天左右草生蟲，經(jīng)及時噴藥，草正常生長。30天后不同基質草的長勢己有明顯差別，60天后差別顯著?；旌匣|平均株高大于8cm，覆蓋率95%以上，泥炭處理基本相同，覆蓋率90%以上，純粹土壤對照覆蓋率低于30%。六個月后將地上的草刈割烘干稱重見表5。表5各處理六個月后的生物量<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>5.生態(tài)防護綠化基質應用及效果評價在農(nóng)業(yè)廢棄物資源等調査、室內分析測定、盆栽試驗、抗侵蝕模擬等基材配方改進試驗和植物群落選配和優(yōu)化等研究基礎上，結合穿越山區(qū)高速公路工程建設期和各工程對生態(tài)護坡的要求，進行野外試驗和示范。2007年甬臺溫高速公路臺州段進行了綠化基材的替代和生態(tài)護坡技術試驗.2007-2008年在合銅黃高速的銅陵到湯口段進行綠化基材的替代和植生工程的試驗和示范。2008年在六潛高速潛山段進行綠化基材的替代和植生工程的試驗和示范。三次示范應用于噴播的復合基質達到表6的質量標準，使用前經(jīng)分析測試均達標o表6噴播基材質量檢測標準項目名稱有機物質(鮮基)含量,％有機物質(風干基)含量，％總氮(風干基)含量,％總磷(風干基)含量,％總鉀(風干基)含量，％總養(yǎng)分(N+P205+K20)含量，％指標項目名稱指標》30游離水(鮮基)含量,％40-65》75基材(鮮基)重，kg/m3450-600禮6容重，g/m3《0.3525酸堿度(pH值)6.0-7.0》1.70粘結劑用量4.0-8.05殺蟲劑用量適量甬臺溫高速公路臺州段、合銅黃高速的銅陵到湯口段、六潛高速潛山段示范段分別在噴播后、六個月后進行驗收，驗收標準見表7。根據(jù)表7的驗收標準進行測試分析，示范段均達到優(yōu)良水平，僅有一個對照區(qū)是合格水平。表7巖質邊坡護坡工程質量驗收標準<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權利要求1、巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質是由復合基質和調節(jié)劑組成，所述的復合基質各成分質量配比為食用菌廢渣10％-60％、牛糞15％-57％、秸稈末15％-55％、污泥5％-40％，上述各成分均以干基計算；所述的調節(jié)劑各成分質量百分數(shù)是以所述的復合基質總重為基準土壤保水劑0.1％-1.5％、聚乙烯醇0.1％-1.5％、凹凸棒粉1％-18％、控釋有機無機復合肥1％-5％、土壤消毒劑0.3％-1％、pH調節(jié)劑0.2％-2％、有機肥1％-8.5％。2、根據(jù)權利要求1所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質是由復合基質和調節(jié)劑組成，所述的復合基質各成分質量配比為食用菌廢渣10%-60%、牛糞15%-57%、秸稈末15%-55%、污泥5%-40%，上述各成分均以干基計算；所述的調節(jié)劑各成分質量百分數(shù)是以所述的復合基質總重為基準土壤保水劑0.1%-1.5%、聚乙烯醇0.1.5%、凹凸棒粉1%-18%、控釋有機無機復合肥1%-5%、土壤消毒劑0.3%-1%、pH調節(jié)劑0.2%-2%、有機肥1%-8.50/0。3、根據(jù)權利要求1所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的復合基質各成分混合發(fā)酵后應用，所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質其體積為綠化種植土的15%-55%。4、根據(jù)權利要求1所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的土壤保水劑吸水倍數(shù)在300500倍，控釋有機無機復合肥控釋效果持續(xù)在3個月以上，pH調節(jié)劑為熟石灰或過磷酸鈣。5、根據(jù)權利要求1所述的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，其特征在于所述的聚乙烯醇和凹凸棒粉組成粘接劑，其中凹凸棒粉為60目200目。全文摘要本發(fā)明公開了一種巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質，由秸稈、牛糞、食用菌渣(食用菌生產(chǎn)后的廢料)、污泥和有機質纖維等混合發(fā)酵的混合物及復合肥、土壤保水劑、粘結劑、凹凸棒粉、土壤消毒劑、pH調節(jié)劑均勻混合制備而成。采用本發(fā)明的巖質邊坡生態(tài)防護綠化基質對裸露巖質邊坡，廢棄礦山和山體缺口進行噴播綠化，能在較短時間最大限度地恢復植被生態(tài)，達到綠化護坡之目的。本發(fā)明能提供植被生長所需的合理物理結構與營養(yǎng)成分，保證坡面的基材混合物與巖質邊坡有足夠的粘結力，以保證坡面的植被能在巖質邊坡上很好的生長扎根；保證坡面基材混合物的穩(wěn)定，抵抗雨水的侵蝕；能快速封閉坡面，與植物共同作用，防止坡面的風化剝落。文檔編號A01G31/00GK101485282SQ200910116210公開日2009年7月22日申請日期2009年2月18日優(yōu)先權日2009年2月18日發(fā)明者于紅梅,何金鈴,宋法龍,張承祥,胡宏祥,馬友華,黃界潁申請人:安徽農(nóng)業(yè)大學