一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质及制备方法

摘要

本发明涉及生态环境边坡绿化领域，提供了一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质及其制备方法。本发明提供的喷播基质的原料按重量份数计包括：腐熟有机废弃物30‑40份，当地碴土35‑45份，高岭土5‑15份，黄腐酸钾0.5‑0.8份，土壤粘合剂3‑4份，及植物纤维5‑10份。此喷播基质可使植株在营养匮乏、土质松散的湿陷性黄土边坡快速形成密集的地上部分和发达的根系，有效进行边坡复绿，固结土壤，防治地表径流和土壤冲刷。本发明提供的喷播基质的制备方法包括将腐熟有机废弃物、当地碴土、高岭土、黄腐酸钾混合粉碎成颗粒，再与植物纤维混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂混合。该制备方法技术简单，可操作性强，利于工业化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及生态环境边坡绿化领域，具体而言，涉及一种适用于干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质及制备方法。

背景技术

干旱半干旱区湿陷性黄土边坡土壤具有腐殖质匮乏、土质松散易坍塌、抗侵蚀能力弱、植被稀疏、营养物质含量低、成土过程缓慢、土壤保肥保水能力极差的特点，并且由于干旱半干旱区土质特殊的物理力学性质和干旱半干旱区复杂多变的气候环境条件，这些边坡出现了冲沟、剥蚀等多种灾害，造成了严重的水土流失，破坏了生态景观，如何做到湿陷性黄土边坡原生态植被恢复一直是国内外攻关的课题。

目前，国内有关湿陷性黄土边坡植被修复的研究处于起步阶段，有关湿陷性黄土边坡复绿的专利技术较少，关于干旱半干旱区特殊环境条件的生态修复技术不够成熟，针对性不强，边坡复绿效果较差，且成本昂贵。

所以本发明避免了上述问题，提供的一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，其中添加的腐熟有机废弃物，含有植物需要的大量营养成分，对植物的养分供给平缓持久，而且该腐熟有机废弃物既避免了有机废弃物随意丢弃造成的资源浪费和环境污染，又能实现节本增效、土壤改良，实现经济效益和社会环境效益的共赢。添加的黄腐酸钾是一种从天然腐殖酸中提取的短碳链分子结构物质，含微量元素、稀土元素、植物生长调节剂、以及病毒抑制剂等多种营养成分，能及时的补充土壤中所流失的养分，使土壤活化，具有生命力，减少了土壤内养分被过度吸收引起的重茬病。该喷播基质成本低，操作简单，适宜工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质，此喷播基质可使植株在营养匮乏、土质松散的湿陷性黄土边坡快速形成密集的地上部分和发达的根系，有效进行边坡复绿，固结土壤，防治地表径流和土壤冲刷。

本发明的另一目的在于提供一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质的制备方法，该制备方法技术简单，可操作性强，利于工业化生产。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质，由原料组成，按重量份数计，原料包括：腐熟有机废弃物30-40份，当地碴土35-45份，高岭土5-15份，黄腐酸钾0.5-0.8份，土壤粘合剂3-4份，及植物纤维5-10份。

一种如上述干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质的制备方法，将腐熟有机废弃物、当地碴土、高岭土、黄腐酸钾混合粉碎成颗粒，再与植物纤维混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂混合。该制备方法技术简单，可操作性强，利于工业化生产。

本发明提供的一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质及其制备方法的有益效果是：

本发明提供的一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质包括以下原料：腐熟有机废弃物，当地碴土，高岭土，黄腐酸钾，土壤粘合剂及植物纤维。其中腐熟有机废弃物能够提供提高土壤肥力的营养成分，且废弃物的使用能够大大降低边坡复绿的成本；当地碴土采用过筛的当地碴土，就地取材，省时省力；高岭土具有化学性能稳定、粘结力大、及保水能力强等特点；黄腐酸钾含微量元素、稀土元素、植物生长调节剂、以及病毒抑制剂等多种营养成分；土壤粘合剂可以粘合土壤粒子，使土壤保持良好的团粒结构，有效减少水土流失；植物纤维具有减少基质干裂的作用。其中，按重量份数计，腐熟有机废弃物30-40份，当地碴土35-45份，高岭土5-15份，黄腐酸钾0.5-0.8份，土壤粘合剂3-4份，及植物纤维5-10份。该配方比例设计科学，各种原料之间相互配合能够发挥协同增效作用，采用这种配比，各种原料的营养成分和活性成分相互作用和补充，使制得的喷播基质更有利于提高土壤肥力，促进作物生长。

本发明提供的一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡的喷播基质的制备方法，包括将腐熟有机废弃物、当地碴土、高岭土、黄腐酸钾混合粉碎成颗粒，再与植物纤维混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂混合。该制备方法技术简单，可操作性强，利于工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实验例2中实验组1-5的土壤相对含水量的测定结果柱状图：

图2为实验例3中实验组1-5的出苗率柱状图；

图3为实验例3中实验组1-5的盖度折线图；

图4为实验例3中实验组1-5的基质裂缝数柱状图；

图5为实验例3中实验组1-5的基质裂缝面积柱状图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质及其制备方法进行具体说明。

一种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，由原料组成，按重量份数计，原料包括：腐熟有机废弃物30-40份，当地碴土35-45份，高岭土5-15份，黄腐酸钾0.5-0.8份，土壤粘合剂3-4份，及植物纤维5-10份。

各原料的选用及配比经过科学设计，以使各种原料之间相互配合能够发挥协同增效的作用，采用这种配比，各种原料的活性成分相互作用和补充，更有利于提高土壤肥力，促进作物生长。

其中，当地碴土采用过筛的当地碴土，就地取材，省时省力。

高岭土是自然界常见的、非常重要的一种粘土矿物，是在缺少碱金属和碱土金属的酸性介质中，由火成岩和变质岩中的长石或其他硅酸盐矿物经风化作用形成，是一种非金属矿产。高岭土中的矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脱石、石英、以及长石等。且高岭土不仅富含丰富的矿产资源，而且其价格低廉，且其为天然、安全的材料，在使用过程中不会产生有毒有害的物质。

在本实施例中，优选地，高岭土采用北方干旱或半干旱区的煤系高岭土。该种煤系高岭土原料易得，且其化学性能稳定、粘结力强。

为了使高岭土中的矿物成分更加有效地发挥作用，优选地，在本实施中，采用高岭土粉。考虑到节约生产成本，操作简单便利，将该高岭土经过干燥后磨粉等工艺加工成粉状产品。该制成的高岭土粉具有吸附能力强大等特点。高岭土粉的添加完全可以替代传统使用的粘结剂，在本实施例中，能够使制得的喷播基质的成本下降22-30％。

黄腐酸钾是一种从天然腐殖酸中提取的短碳链分子结构物质，含微量元素、稀土元素、植物生长调节剂、以及病毒抑制剂等多种营养成分，能及时的补充土壤中所流失的养分，使土壤活化，具有生命力，减少了土壤内养分被过度吸收引起的重茬病。

土壤粘合剂为聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚氧化乙烯的任意一种。在本实施例中，优选地，土壤粘合剂为聚丙烯酰胺。该土壤粘合剂可以粘合土壤粒子，使土壤保持良好的团粒结构，有效减少水土流失。

腐熟有机废弃物指的是经过混合、粉碎后利用促腐堆肥复合发酵菌剂进行好氧高温静态堆肥处理后形成的有机废弃物。该腐熟有机废弃物既避免了有机废弃物随意丢弃造成的资源浪费和环境污染，又能实现节本增效、土壤改良，实现经济效益和社会环境效益的共赢。而且有机废弃物是天然、安全的材料，在使用过程中不会产生有毒有害物质。需要说明的是，在本实施例中，优选地，按照质量百分比计，腐熟有机废弃物包括但不局限于畜禽粪便20％，以及厨余垃圾、污泥、秸秆和农牧产品废弃物中的至少一种80％，将这些原材料经混合，粉碎，按照发明专利“一种利用促腐堆肥复合发酵菌剂进行好氧高温静态堆肥的制备方法(授权专利号：ZL201210475450.7)”制成。

腐熟有机废弃物的选用的原料配比及用量经过科学设计，各种原料之间相互配合能够发挥协同增效的作用，采用这种配比，各种原料的活性成分相互作用和补充，更有利于节本增效、以及土壤改良。

在本实施例中，优选地，还因地制宜地添加了植物纤维，在本实施例中，植物纤维包括小麦秸秆、玉米秸秆、牧区的干草中的至少一种，优选地，植物纤维包括小麦秸秆、玉米秸秆和牧区的干草。这些秸秆可以提高本实施例提供的喷播基质的整体强度、以使其更加地耐剥蚀，类似于工程中常用的加筋土。实验结果表明：植物纤维能够通过提高本实施例提供的喷播基质的抗剪强度、延缓收缩产生裂缝的时间、减小裂缝宽度及降低侵蚀产沙等，使本实施例提供的喷播基质的整体稳定性得以良好的保持。在本实施例中，考虑到原料更容易添加和混合，小麦秸秆为4-6cm/段，玉米秸秆为2-3cm/段，牧区干草为4-6cm/段。

该种干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法包括：先将腐熟有机废弃物、当地碴土、高岭土及黄腐酸钾混合，粉碎成颗粒。需要说明的是，在本实施例中，优选地，考虑到各原料能够最大程度地接触和混合均匀，颗粒的粒径为80-200目；粉碎后的颗粒再与铡成段的植物纤维混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂混合。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：腐熟有机废弃物35份，当地碴土40份，高岭土15份，黄腐酸钾0.5份，土壤粘合剂3.5份，及植物纤维6份。

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物35份，当地碴土40份，高岭土15份，黄腐酸钾0.5份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，再与植物纤维6份混合接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.5份混合。

实施例2

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：腐熟有机废弃物40份，当地碴土35份，高岭土15份，黄腐酸钾0.5份，土壤粘合剂3.5份，及植物纤维6份。

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物40份，当地碴土35份，高岭土15份，及黄腐酸钾0.5份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，再与植物纤维6份混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.5份混合。

实施例3

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：腐熟有机废弃物35份，当地碴土45份，高岭土10份，黄腐酸钾0.5份，土壤粘合剂3.5份，及植物纤维6份。

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物35份，当地碴土45份，高岭土10份，及黄腐酸钾0.5份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，再与植物纤维6份混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.5份混合。

实施例4

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：腐熟有机废弃物31份，当地碴土42份，高岭土15份，黄腐酸钾0.6份，土壤粘合剂3.4份，及植物纤维8份。

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物31份，当地碴土42份，高岭土15份，及黄腐酸钾0.6份混合后，粉碎至80-200的颗粒，再与植物纤维8份混合后，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.4份混合。

实施例5

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：腐熟有机废弃物30份，当地碴土40份，高岭土16份，黄腐酸钾0.6份，土壤粘合剂4份，及植物纤维9.4份。

本实施例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物30份，当地碴土40份，高岭土16份，及黄腐酸钾0.6份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，再与植物纤维9.4份混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂4份混合。

对照例1

本对照例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：将当地碴土75份，高岭土15份，黄腐酸钾0.5份，土壤粘合剂3.5份，及植物纤维6份。

本对照例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将当地碴土75份，高岭土15份，黄腐酸钾0.5份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，再与植物纤维6份混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.5份混合。

对照例2

本对照例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：腐熟有机废弃物35份，当地碴土55份，黄腐酸钾0.5份，土壤粘合剂3.5份，及植物纤维6份。

本对照例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物35份，当地碴土55份，黄腐酸钾0.5份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，再与植物纤维6份混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.5份混合。

对照例3

本对照例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料按重量份数计为：腐熟有机废弃物35份，当地碴土40.5份，高岭土15份，土壤粘合剂3.5份，及植物纤维6份。

本对照例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物35份，当地碴土40.5份，及高岭土15份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，再与植物纤维6份混合，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.5份混合。

对照例4

本对照按例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的原料重量份数计为：腐熟有机废弃物35份，当地碴土46份，高岭土15份，黄腐酸钾0.5份，以及土壤粘合剂3.5份。

本对照例提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质的制备方法，包括：将腐熟有机废弃物35份，当地碴土46份，高岭土15份，黄腐酸钾0.5份混合后，粉碎至80-200目的颗粒，接着加水搅拌成粘稠状，然后与土壤粘合剂3.5份混合。

对照例5

本对照例提供的喷播基质的原料按重量份数计为：泥炭100份。

本对照例提供的喷播基质的制备方法，包括：将泥炭100份粉碎至80-200目的颗粒。

对照例6

本对照例提供的喷播基质的原料按重量份数计为：当地碴土100份。

本对照例提供的喷播基质的制备方法，包括：将当地碴土100份粉碎至80-200目的颗粒。

实验例1

(1)实验材料：实施例1-5和对照例1-4提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，以及对照例5和6提供的喷播基质。

(2)实验分组：实施例1-5和对照例1-4提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，以及对照例5和6提供的喷播基质编号为实验组1-11。

(3)实验处理方法：试验选取直径10cm，高30cm的PVC管，底部用纱网封住，将实验组1-11提供的基质装入管内，所装基质的高度为25cm，每个处理重复3次，PVC管摆放在兰州大学草坪实验基地。

(4)观察指标：

土壤容重使用环刀法取土烘干后测量；

土壤有机质含量采用重铬酸钾(K

土壤碱解氮采用碱解扩散硼酸吸收法测定；

土壤有效磷采用碳酸氢钠(NaHCO

土壤速效钾采用乙酸铵(NH

pH值采用电位法；

EC采用电导率仪测定；

实验组1-11的各项指标的测定结果如表1所示：

表1.实验组1-11的各项指标的测定结果

由表1可知，实验组1-5和实验组7-10的有机质含量、碱解氮、有效磷和速效钾含量远远高于实验组6和实验组11，这得益于实验组1-5及实验组7-9中的腐熟有机质废弃物提供的大量营养物质，实验组10中泥炭本身也含有大量的营养物质；实验组1-5和7-10的土壤容重均低于实验组6和11，表明提供的适用于寒旱区边坡复绿的喷播基质能够有效降低土壤容重，实验7未添加高岭土而土壤容重稍高于实验组1-5和8-10，表明高岭土在该喷播基质降低土壤容重方面起到重要作用。

实验例2

(1)实验材料：实施例1-3提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，以及对照例5和6提供的喷播基质。

(2)实验分组：实施例1-3提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，以及对照例5和6提供的喷播基质编号为实验组1-5。

(3)实验处理方法：试验选取直径10cm，高30cm的PVC管，底部用纱网封住，将实验组1-5提供的基质装入管内，所装基质的高度为25cm，每个处理重复3次，PVC管摆放在兰州大学草坪实验基地。

(4)观察指标：基质含水量利用Diviner土壤水分仪测定，试验处理前所有小区15cm以上土层平均基质相对含水量均保持在田间持水量(FWC)的70％；实验组1-5的基质相对含水量的测定结果如图1所示：

由图1可知，实验组2的含水量最高，且实验组3的含水量低于实验组1和实验组2，说明随着基质中高岭土含量的增加土壤含水量的变化幅度降低，由此可见高岭土具有很强的保水性；泥炭的保水性好于当地碴土，但远远达不到本发明实施例提供的喷播基质。

实验例3

(1)实验材料：实施例1-3提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，以及对照例5、6提供的喷播基质。

(2)实验分组：实施例1-3提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质，以及对照例5、6提供的喷播基质编号为实验组1-5。

(3)实验处理方法：采用随机区组试验设计，在兰州白塔山老虎梁边坡(平均坡度为50度)，选取5块2.5m×1m的格沟梁，将实验组1-5提供的基质随机铺设于格沟梁。

(4)观察指标：30天出苗率、盖度、基质裂缝数、基质裂缝面积。

出苗率是衡量种子质量好坏和影响最终种植效果的重要指标，它不仅与种子的完好、种子胚的活性等内因有关系，还与光照、土壤、水分、湿度等外部因素有着密切联系。从图2可以看出，实验组1、2、3的出苗率均高于实验组4和5，这得益于本发明提供的干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质配方更加科学，共作物吸收的营养更加全面，其中实验组2的出苗率最高，由此可以得出原料的不同配比对种子出苗率的影响不同。

从图3可知，在对湿陷性黄土边坡进行普通喷播的条件下，植被播种当年盖度与次年盖度均有不同程度的变化。与实验组4和5相比，实验组1、2、3的盖度都随播种时间的增加而增加，整体来看，得益于腐熟有机废弃物量的增加，盖度增加。

从图4和图5可知，植物纤维的添加可以极大的降低边坡喷播基质产生的裂缝数及裂缝面积，这大大维持了施工坡面的稳定性，保障了植被后期的成活率，保证了边坡生态恢复治理的工程质量。

综上所述，我们经过多年的研究和探索，针对黄土高原铁路、公路、矿山、水利、山区住宅等基础项目及农田地埂边坡长期裸露的水土流失与生态环境问题，总结出了一种适合干旱半干旱区湿陷性黄土边坡复绿的喷播基质低成本制备方法，可使植株在营养匮乏、土质松散的湿陷性黄土边坡能快速形成密集的地上部分和发达的根系，有效进行边坡复绿，固结土壤，防治地表径流和土壤冲刷，保护了铁路、公路、矿山、水利、山区住宅等基础项目及农田地埂边坡的生态安全，此外使用腐熟有机废弃物等材料，极大的降低了边坡复绿的成本，显著提高土壤肥力，保证边坡植物的生长。为我国西部同类型区的边坡治理，提供了一种处于国内外先进水平的低成本喷播基质。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。