一种适用于砒砂岩小流域的抗蚀促生二元立体配置模式.pdf

本发明公开了一种适用于砒砂岩区典型地貌结构的抗蚀促生二元立体配置模式，通过对坡顶、沟坡、沟底等不同的立体空间位置采用不同的治理模式，实施不同的植被搭配种植以及实施相应的工程措施，起到了很好的固化砒砂岩、促进植被生长、保持水土防治砒砂岩区水土流失的效果；本方法不仅固土固沙，也同时促进了砒砂岩区的植被恢复。

1.  一种适用于砒砂岩小流域的抗蚀促生二元立体配置模式，其特征在于包括步骤：
1)各区域植被的搭配
在沟道内采用乔木×灌木或乔木×根茎型草本植物的搭配种植；
在坡度<30°的平缓坡顶，选择乔木×灌木、乔木混交林与纯林或灌木混交林与纯林的搭配种植；在沟沿和截流沟之间撒播草种子，在截流沟远离沟沿一侧密植一行或多行灌木，形成柔性坝；在距离沟沿0.5m处栽种一行藤蔓状草本植物；
在坡度大于70°的坡面不进行植物的人工种植；在35°～70°的坡面采用灌木×草本植物的搭配种植；其中：45°～70°坡面采用灌木×藤蔓状草本植物搭配种植；35°～45°坡面采用灌木×半灌木、灌木×根茎型草本植物或灌木×藤蔓状草本植物搭配种植；35°以下坡面采用灌木×草本植物搭配种植；
2)在坡顶建立截流沟和地窖
在距离沟沿1～2m处挖截流沟，截流沟宽为0.3～1m，深为0.5～1m；
在距离沟沿5～10m处挖地窖，地窖为口小肚大，深为1～2m，每30～50m设置一个；
截流沟和地窖的表面均喷洒高浓度防渗透固化剂进行防渗处理；
3)植被的种植方式：
角度平缓的坡顶：采用机械挖坑，穴状整地，品字栽种，株行距1～3m×1～5m；沟沿和截流沟之间采用撒播种植；沟沿处的藤蔓状植被，采用株穴状栽种，间距0.5m；
45°～70°的坡面采用穴状品字方式栽种幼苗，灌木株行距0.5～1.5m×0.5～1.5m，藤蔓状植被间中在灌木间，株行距0.5～1m×0.5～1.5m；35°～45°的坡面采用穴状品字方式栽种幼苗，灌木株行距0.5～1.5m×0.5～1.5m，半灌木间中在灌木间，株行距0.5～1m×0.5～1m，搭配草本植物撒播，密度2～5g/m²；35°以下坡面采用条状密植灌木，行距1m～2m，搭配草本植物种子撒播；沟道两侧的沟岸上及与坡面接壤处采用栽种1～2行乔木，株行距2～5m×2～5m，在乔木株行距密植1～2行灌木，株行距0.1～0.5m×1～2m；在沟道内采用条状密植灌木，行距1～5m，行间撒播草种子；
4)喷施W-OH系列高分子固化材料
在沟沿和截流沟之间的坡顶喷施有机高分子固化剂；在<35°坡面喷洒促生抗蚀有机高分子固化剂；在35°～70°坡面上喷洒抗蚀促生有机高分子固化剂；在70°以上坡面上喷洒可完全固结固化剂；
5)铺设柔性网格材料
从距离沟沿1m处的坡顶到坡度<35°的坡面处，铺设高韧性的高分子纤维编制网格固 结砒砂岩；柔性网格大小为0.2～1m×0.2～1m，每个节点采用铆钉进行固定；
6)设置滚水坝
在沟道内垂直于沟道水流方向建设小型滚水坝，建设材料采用新型筑坝材料；坝体高度控制在1～3m；
所述新型筑坝材料是指将改性材料与砒砂岩混合搅拌均匀后的改性砒砂岩；改性材料可以是：无机胶凝材料或有机高分子粘接剂；无机胶凝材料为：水泥、石灰、石膏等胶凝材料中的一种或多种的混合物，用量为每1000g砒砂岩用50-200g改性材料拌和，拌和时加入水50-150g；有机高分子粘接剂为：浓度0.1-1.0％的聚乙烯醇水溶液或0.1-1.0％羧甲基纤维素钠水溶液，用量为每1000g砒砂岩用50-100g有机高分子水溶液拌和。

2.  如权利要求1所述的一种适用于砒砂岩小流域的抗蚀促生二元立体配置模式，其特征在于步骤4)中所述喷施W-OH系列高分子固化材料是指在沟沿和截流沟之间的坡顶喷施浓度为4-8％的W-OH，喷施厚度为0.5-1mm；在<35°坡面喷洒浓度为2-4％的W-OH，喷施厚度为0.5-1mm；在35°～70°坡面上喷洒浓度为2-4％的W-OH，喷施厚度为0.5-2mm在70°以上坡面上喷洒浓度为8-10％的W-OH，喷施厚度为1-2mm。

3.  如权利要求1所述的一种适用于砒砂岩小流域的抗蚀促生二元立体配置模式，其特征在于采用以下施工顺序：
坡顶施工顺序为：a栽种乔木、灌木幼苗；b开挖截流沟和水窖；c挖坑栽种藤蔓状植被幼苗；d撒播草种子；e喷洒抗渗固化剂和抗蚀促生固化剂；
坡面施工顺序为：a栽种灌木、半灌木和藤蔓状植被的幼苗；b铺设柔性网格进行固结；c撒播草种；d喷施固化剂；
沟道施工顺序为：a栽种乔木、灌木幼苗；b建设滚水坝；c撒播草种子。

一种适用于砒砂岩小流域的抗蚀促生二元立体配置模式
技术领域：
本方法涉及一种适用于砒砂岩小流域的抗蚀促生二元立体配置模式，属于干旱及沙化地区生态修复技术领域。
背景技术：
砒砂岩属于黄土高原地区一种特殊的地貌结构，红白相间，主要分布在晋陕蒙接壤区为中心的区域。由于地表裸露，加上水蚀、风蚀及重力侵蚀相互作用，造成了当地极为严重的水土流失，成为黄河中游粗砂的主要来源。砒砂岩无水时坚硬如同岩石，遇水则极短时间内松软成泥，同时风蚀严重。因为该地区地形破碎，气候干燥，年降雨量小于400mm，地表土壤保水性差，植被稀少，生态系统极为脆弱。而且当地暴雨集中，砒砂岩不耐水蚀，往往在雨季造成砒砂岩水土的大面积流失。
目前，砒砂岩区的水土治理措施主要是封山自然修复和人工种植林地，多集中在梁卯坡和塬上，针对沟坡、沟道内的治理方法较少。然而，砒砂岩由梁卯顶—沟坡—沟道构成的整个系统中，地表径流、溯源侵蚀、泥沙输移造成的侵蚀密不可分。因此仅用上述养护治理方法不能很好地解决生态系统脆弱，大面积水土流失问题。且坡面上裸露严重，受风蚀、水蚀、重力侵蚀等，往往存在大面积的砒砂岩坍落，尚无很好的高效低价的治理办法；而沟道内为雨水汇集处，水流往往携带大量泥沙流走，而无法形成有效拦截，造成水土流失。针对砒砂岩区水土治理的工程措施，目前主要是淤地坝的建设，然而施工条件困难，且淤地坝建成后使用年限较短，效果不佳。
目前对于砒砂岩区的治理措施，单一且呈区域性分布，没有有效的发挥生物措施和工程措施的最大作用，治理效率较低。
发明内容
为了更有效地防治砒砂岩区水土流失，本发明人针对砒砂岩区典型地貌结构-坡面和沟道的地形地貌分异特征，把砒砂岩水土保持材料和砒砂岩抗蚀促生工程与现有的砒砂岩生物治理措施有机结合，实现了从坡顶-坡面-沟道系统的整体综合治理。
本发明的目的是提供一种适用于砒砂岩小流域的抗蚀促生二元立体配置模式。
本发明的目的通过以下技术方案实现，包括步骤：
1)各区域植被的搭配
在沟道内采用乔木×灌木或乔木×根茎型草本植物的搭配种植；
在坡度<30°的平缓坡顶，选择乔木×灌木、乔木混交林与纯林或灌木混交林与纯林 的搭配种植；在沟沿和截流沟之间撒播草种子，在截流沟远离沟沿一侧密植一行或多行灌木，形成柔性坝；在距离沟沿0.5m处栽种一行藤蔓状草本植物；
在坡度大于70°的坡面不进行植物的人工种植；在35°～70°的坡面采用灌木×草本植物的搭配种植；其中：45°～70°坡面采用灌木×藤蔓状草本植物搭配种植；35°～45°坡面采用灌木×半灌木、灌木×根茎型草本植物或灌木×藤蔓状草本植物搭配种植；35°以下坡面采用灌木×草本植物搭配种植。
2)在坡顶建立截流沟和地窖
在距离沟沿1～2m处挖截流沟(A3)，截流沟宽为0.3～1m，深为0.5～1m；
在距离沟沿5～10m处挖地窖(A4)，地窖为口小肚大，深为1～2m，每30～50m设置一个。
在截流沟和地窖的表面均喷洒高浓度防渗透固化剂进行防渗处理。
3)植被种植的方式
角度平缓的坡顶：采用机械挖坑，穴状整地，品字栽种，株行距1～3m×1～5m；
沟沿和截流沟之间采用撒播种植；沟沿处的藤蔓状植被，采用株穴状栽种，间距0.5m；
45°～70°的坡面采用穴状品字方式栽种幼苗，灌木株行距0.5～1.5m×0.5～1.5m，藤蔓状植被间中在灌木间，株行距0.5～1m×0.5～1.5m；
35°～45°的坡面采用穴状品字方式栽种幼苗，灌木株行距0.5～1.5m×0.5～1.5m，半灌木间中在灌木间，株行距0.5～1m×0.5～1m，搭配草本植物撒播，密度2～5g/m²；
35°以下坡面采用条状密植灌木，行距1m～2m，搭配草本植物种子撒播；沟道两侧的沟岸上及与坡面接壤处采用栽种1～2行乔木，株行距2～5m×2～5m，在乔木株行距密植1～2行灌木，株行距0.1～0.5m×1～2m；在沟道内采用条状密植灌木，行距1～5m，行间撒播草种子。
4)喷施W-OH系列高分子固化材料
在沟沿和截流沟之间的坡顶喷施有机高分子固化剂，如可以是浓度为4-8％的W-OH，喷施厚度为0.5-1mm；能够达到防渗透、促进植被发芽和生长的作用。在<35°坡面喷洒促生抗蚀有机高分子固化剂，如可以是浓度为2-4％的W-OH，喷施厚度为0.5-1mm；能够达到促生同时固结土壤的作用；在35°～70°坡面上喷洒抗蚀促生有机高分子固化剂，如可以是浓度为2-4％的W-OH，喷施厚度为0.5-2mm能够达到防止砒砂岩剥落兼顾保墒促生效果；在70°以上坡面上喷洒可完全固结固化剂，如可以是浓度为8-10％的W-OH，喷施厚度为1-2mm能够达到防渗透、防风化的作用，且使用时间长。
5)铺设柔性网格材料
从距离沟沿1m处的坡顶到坡度<35°的坡面处，铺设高韧性的高分子纤维编制网格固结砒砂岩；柔性网格大小为0.2～1m×0.2～1m，每个节点采用铆钉进行固定。
6)设置滚水坝
在沟道内垂直于沟道水流方向建设小型滚水坝，建设材料采用新型筑坝材料；坝体高度控制在1～3m。
所述新型筑坝材料是指将改性材料与砒砂岩混合搅拌均匀后的改性砒砂岩。改性材料可以是：无机胶凝材料或有机高分子粘接剂。无机胶凝材料为：水泥、石灰、石膏等胶凝材料中的一种或多种的混合物，用量为每1000g砒砂岩用50-200g改性材料拌和，拌和时加入水50-150g；有机高分子粘接剂为浓度0.1-1.0％的聚乙烯醇水溶液或0.1-1.0％羧甲基纤维素钠水溶液，用量为每1000g砒砂岩用50-100g有机高分子水溶液拌和。
为了获得更好的效果，采用以下施工顺序：
坡顶施工顺序为：a栽种乔木、灌木幼苗；b开挖截流沟和水窖；c挖坑栽种藤蔓状植被幼苗；d撒播草种子；e喷洒抗渗固化剂和抗蚀促生固化剂。
坡面施工顺序为：a栽种灌木、半灌木和藤蔓状植被的幼苗；b铺设柔性网格进行固结；c撒播草种；d喷施固化剂。
沟道施工顺序为：a栽种乔木、灌木幼苗；b建设滚水坝；c撒播草种子。
本专利中的用语表示如下含义：
坡顶(A)指塬的部分，一般覆盖黄土、风沙土或者是裸露砒砂岩。地势平缓，角度一般<30°且相对稳定。
坡面(B、C和D)：指裸露的或覆盖少量黄土、风沙土的不稳定坡面。
根据坡面的稳定性和植被的适生条件，角度具体可划分为：>70°以上坡面(B)、35°～70°坡面(C)、<35°坡面(D)；实际中的坡面为以上一种或多种的组合。
沟道(E)是指季节性降雨冲刷形成的河床以及河床两岸的淤积沙地，地势平缓，土质疏松，角度<30°，相对稳定。
二“元”中的一“元”指的是坡顶-坡面-沟道这一空间立体结构；另一“元”指的是措施类型。
本发明与现有技术相比具有如下的优点：
(1)本发明首次对所有治理措施进行综合分析比较，根据不同立地条件选择了最适 宜的治理措施，把砒砂岩水土保持材料和砒砂岩抗蚀促生工程与现有的砒砂岩生物治理措施有机结合起来，进行坡面-沟道系统的综合治理。
(2)本发明方法首次从治理措施和空间分布两个角度出发，构建了一种针对砒砂岩典型区的集抗蚀促生的水土保持材料、植物搭配、工程措施于一体的养护治理方法，形成了措施类型、空间分布二元架构的立体配置集成技术；本方法构建的从坡顶、坡面、沟道到沟底这一空间立体结构的整个体系，可作为砒砂岩小流域的最基本单元，涵盖了砒砂岩小流域的典型地理环境。
(3)本发明方法将水土保持材料固化措施、不同植被搭配措施、相应的工程措施三种措施相互搭配、结合，相比于目前的治理措施更为系统、优化，且适应范围广，在水土保持和生态效益方面效果明显。
附图说明
图1：本方法示意图，其中：A:坡顶，B:>70°以上坡面，C:35°～70°坡面，D:<35°坡面；E：沟道区域；A1:乔木，A2:灌木，A3:截流沟，A4:地窖；B1:藤蔓状草本植物；C1:灌木，C2:根茎型草本植物，C3:藤蔓状草本植物；D1:草本植物，D2:灌木；E1:乔木，E2:灌木，E3:根茎型草本植物。
图2穴状栽种油松
图370°以上坡面的治理效果
图4：35°～70°坡面的治理：沙棘×鹅绒藤搭配种植
图5：35°以下坡面的治理：沙棘×野牛草搭配种植
图6：：35°以下坡面的治理效果：为干旱情况下野牛草长势
图7：35°～70坡面的治理效果：为雨后2天野牛草长势，显示鹅绒藤形成大面积覆盖，野牛草成活度高。
图8：沟道内治理效果：草本植物已发芽
图9：沟道内治理效果：沟道内的沙柳发芽
具体实施方式
为了理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步详细的描述，但不限制本发明。
实施例1
在鄂尔多斯准格尔旗暖水乡圪秋沟小流域二老虎沟，采用发明进行了试验。
为了便于观察试验现象、观测实验数据和分析实验结果，对整个空间立体配置模式进行分段式试验。
(1)坡面的植被搭配及建立截流沟和地窖
a.选择地势平缓的坡沿地带进行油松人工林的种植，采用机械挖坑，穴状整地，品字栽种，株行距2m×2m。
b.在距离沟沿1.5m处平行于沟沿线开挖截流沟，深40～50cm，宽30～40cm。沟内喷施浓度为4-6％的W-OH阻止水分下渗。
c.在截流沟远离沟沿一侧4～8米处挖地窖，地窖深1～2m，然后选择口小肚大的水桶埋入其中，每30～50m设置一个。雨季储存雨水后封盖处理，缺水季节使用。
因右侧为道路，只能穴状栽种油松一行，如图2所示。距离沟沿1.5m处挖截流沟并固化，同时设置地窖。
结果：油松成活率100％，表明穴状坑、截流沟以及地窖的综合作用，最大限度的减少了坡面雨水对坡面的冲刷侵蚀。对当地观测结果表明，坡面雨水主要被截留在穴状坑和地窖内，截流沟在降雨强度最大的9月份也没有完全被水流汇集满，完全能够拦截住流向坡面的雨水。
结果表明：在砒砂岩区现有环境下，采用穴状坑、截流沟和地窖相结合的工程措施足以拦截坡顶水分，在达到充分利用雨水的同时也避免了坡面的进一步侵蚀。
(2)坡面的配置模式和治理措施
①70°以上的坡面
在坡面喷施浓度达到10％的W-OH固化剂，单位溶液喷施厚度为0.2cm～0.3cm。
结果：经过6个月的观测和测试，土壤表层依然有防水层，能够避免水分下渗，防止了雨水对坡面的侵蚀，也完全避免了风力侵蚀。效果见图3。
②35°～70°的坡面
a、穴状品字方式栽种沙棘幼苗，株行距0.8m×0.8m。1)在沙棘行间撒野牛草种子，密度5～10g/m²。2)在沙棘行间栽种鹅绒藤幼苗，株行距0.5×0.5m。
b、喷洒浓度为4％～6％的固化剂W-OH，单位溶液喷施厚度0.2cm。
结果：经过6个月的观察和检测，结果表明，喷洒固化剂后砒砂岩表面固结层一直存在，能够有效的防止地表径流对土壤的冲刷和侵蚀，起到了固化促生效果。同时，沙棘长势良好，成活率达到91.6％；野牛草成活率在80％以上，长势良好。鹅绒藤形成大面积覆盖，几乎覆盖未种植沙棘的土壤表面，覆盖率达到78.4％。同时，鹅绒藤匍匐生长，在地表形成生物覆盖层，与化学固化层相互作用，共同固化了坡面的砒砂岩区。证明了本发明方法 配置模式的可行性和优良的保土效果。
③35°以下的坡面
a、条状栽种沙棘幼苗，株距控制在0.5m以内，行距1～2m。在坡面上撒播野牛草种子，密度3～5g/m²。
b、喷洒浓度为2％～4％的固化剂W-OH，单位溶液喷施厚度0.2cm。
结果：经过6个月的观察和检测，结果表明，喷施固化剂后能够有效促进植物种子的萌发，且土壤中的含水率相比于未固化区域提高了0.8～2.2％。通过对试验区和对照区域土壤流失情况的检测表明，试验区的土壤流失减少了97.2％。表明本方法能够有效的防止土壤的流失，同时利于恢复植被的生长。
(3)沟道内的治理措施
在沟道两侧的沟岸上及与坡面接壤处栽种1行河北杨，株距3m；在河北杨株行距间密植2行柠条，株行距0.5m×1m。在沟道内条状密植沙柳，株行距1m×1m，行间混播野牛草种子和蒙古冰草种子。
效果：经过6个月的观察和检测，结果是：土壤中的含水率比未试验区域提高了2％～5％，拦截的泥沙厚度提高了2～5cm。表明本方法有效提高了土壤的含水率，拦截了大量泥沙。按照本方法喷施固化剂后可以有效促进植物种子的萌发。
通过采集数据和观察植物长势，充分证明了本抗蚀促生二元立体配置模式对于砒砂岩小流域的的治理具有抗蚀促生的优良效果。