师法自然生态修复方法

摘要

本发明涉及生态恢复技术领域，具有为一种师法自然的生态修复方法。应用现代3S技术，在对扰动区或周边地形、地貌、水文、气象、气候等条件进行详细了解和调查的基础上，利用计算机模拟技术，设计出一种近似自然地理形态的人工修复模型，并按照设计模型施工的一种生态恢复方法。修复后的景观与周边相协调，坡面保持长期稳定，最大限度保蓄水土，为乡土微生物、植被和动物提供一个原生态环境。师法自然包括地形地貌重塑，人工土体构筑，植物种类、植被结构、动物区系、微生物区系等，主要表现为地形地貌与扰动前的相似性，新土体构建材料的就地取材，乡土植被的重建，土著动物、微生物区系构建。

说明书

技术领域

本发明涉及生态恢复技术领域，具体为一种师法自然的生态修复方法。

背景技术

传统的生态修复模式，一般是“水平梯形坡面，直渠排水”的地形设计，其人工痕迹明显，修复后的景观与周边环境不协调，地形多样性少，坡面不稳定，水土保持效果不好，需要长期人工养护，费用也较高。

发明内容

本发明为了解决传统的生态修复模式存在的上述问题，提供了一种师法自然生态修复方法。

本发明是采用如下技术方式实现的：

一种师法自然生态修复方法，包括如下步骤：

（1）、采用常规方法获得扰动后待修复区的如下主要参数：流域面积，流域长度，流域坡度，流域方向，流域平均高程，流域树枝状水系，沟谷长度、坡度、蜿蜒度、宽深比、纵断面、横断面，山脊线到沟谷源的距离，河床材料；

将上述主要参数输入Geofluv软件制定设计方案，对扰动后的修复区地形地貌进行师法自然地形地貌整体设计，设计目标是模拟修复区扰动前的地形地貌，或者模拟修复区周边未经扰动的原始地形地貌，对修复区构建一个长期稳定的坡面和水系，为修复区的动物、植物、微生物提供一个地形多样性的生长、生存空间。

（2）、按照设计方案施工

a、整理地形：由一辆在GPS控制下的推土机按照设计方案对修复区进行填垫、平整、土体搬运，达到设计方案的地形要求；

b、地形整理完成后修砌坡体径流路径，坡体径流路径由许多锯齿状的集水坑和蜿蜒曲折的排水渠道组成；

c、坡面雨水储集：沿坡体等高线开挖水平沟，填充石块；

d、地表重塑工作完成后，形成一个与上下游及周边地形相互衔接的完整流域，然后将表土铺覆在整理好的地面上；

e、在野生动物栖息的区域用石块堆砌洞穴、缝隙、巣窝；

f、疏松表土、蓄水增墒；  

g、选择在直径30km范围的乡土植物在修复区进行混播、混植，进行植被恢复；

h、播种后用当地的干草覆盖；或者，石质山地区采用石块覆盖坡面，厚度5-10cm；或者，煤矿区采用煤矸石作为覆盖材料，易风化的煤矸石覆盖厚度5-7cm，不易分化的煤矸石覆盖厚度10-12cm；

i、养护。

师法自然，即向自然学习，以自然为师。师法自然生态修复方法就是尊崇自然，模拟自然演替规律进行的人工生态修复技术。其中最重要的一个理念就是模拟自然，尤其是自然的地形、地貌、水文、生态等，构建人与自然和谐，依靠自然、人工促进的生态修复过程。应用现代3S技术，在对修复区（扰动区）或周边地形、地貌、水文、气象、气候等条件进行详细了解和调查的基础上，利用计算机模拟技术，设计出一种近似自然地理形态的人工修复模型，并按照设计模型施工的一种生态恢复方法。修复后的景观与周边环境相协调，坡面保持长期稳定，最大限度保蓄水土，为乡土微生物、植被和动物提供一个原生态环境。师法自然包括地形地貌重塑，人工土体构筑，植物种类、植被结构、动物区系、微生物区系等，主要表现为地形地貌与扰动前的相似性，新土体构建材料的就地取材，乡土植被的重建，土著动物、微生物区系构建。

3S技术是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography informationsystems，GIS)和全球定位系统(Global positioning systems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。本方法中3S技术用于地理坐标定位；面积较大时，计算面积，海拔测算等；控制施工车辆。

本发明方法的优点如下：

1、使用该方法可比传统生态修复方法节约投资10%以上。地形整理过程中，80～90%的费用花在土体的运移上，最后的地形塑造只占修复费用的小部分。并且施工过程能充分利用斜坡，可以节省土方回填费用。

2、采用本法施工后一般不需要返工，也不需要长时间的人工养护，大大降低了养护成本。

3、虽然该方法会增加排水渠道修建的难度，渠道修建费用略有增加，但充分利用土体中的石砾，又可以降低开沟和渠道铺装的费用。

4、径流路径如果要与周边自然径流路径相衔接，往往需要详细的测量，精确的设计。

本发明设计合理，项目实施后，土壤水分含量有很大提高。表土覆盖能经受住了100年一遇的降雨，达到设计标准；蓄水塘经受住了200年一遇暴雨的径流考验。其侵蚀强度与周边未经扰动区域相近。

适用范围：适用于土地复垦，公路、铁路建设，煤炭和矿业开采，水土保持等涉及地形整理，地形重塑的领域。

具体实施方法

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种师法自然生态修复方法，包括如下步骤：

（1）、一个地区的地形地貌是长期内营力和外营力作用的结果，是长期适应这一区域的产物，是最稳定、最可靠的地形地貌。师法自然生态修复的重要内容是地形地貌的师法自然。

Geofluv^MT软件由美国进口，是一种对扰动土地地形地貌重构设计的一个技术软件，在CAD平台下运行。Geofluv^MT软件提供了一个地形图绘制功能，将野外测得的二维坐标数据导入软件，软件会生成一个具有可共性使用的普通地形图。该地形图具有常规地形图的编撰功能。Geofluv地形设计是基于一种对扰动土地地形地貌重构设计的一个技术软件进行的师法自然地形地貌设计，使用3DMAX对设计完成的设计方案输出。

采用本领域技术人员的常规方法获得扰动后待修复区的如下主要参数：流域面积，流域长度，流域坡度，流域方向，流域平均高程，流域树枝状水系，沟谷长度、坡度、蜿蜒度、宽深比、纵断面、横断面，山脊线到沟谷源的距离，河床材料。例如，获得流域面积方法：从地形图上用专业工具量测；获得流域长度方法：从地形图上用专业工具量测，面积不大时也可以直接用皮尺测量；获得流域方向方法：地形图上可以量测，也可用罗盘或经纬仪测定；获得沟谷蜿蜒度方法：由地形图上量测沟道入口和出口的直线距离，再量测沟道入口和出口之间的路径长度，两者根据相关公式计算；等等。

将上述主要参数输入Geofluv软件制定设计方案，对扰动后的修复区地形地貌进行师法自然地形地貌整体设计，设计目标是模拟修复区扰动前的地形地貌，或者模拟修复区周边未经扰动的原始地形地貌，对修复区构建一个长期稳定的坡面和水系，为修复区的动物、植物、微生物提供一个地形多样性的生长、生存空间。

（2）、按照设计方案施工

a、整理地形：由一辆在GPS控制下的推土机按照设计方案对修复区进行填垫、平整、土体搬运，达到设计方案的地形要求，基本达到填方和挖方平衡。

具体如下：

就地取材，物尽其用。基于当地的渣土、废弃物进行物理、化学、生物处理，满足植物生长需要后构建植被发生演替的土体。

压实：对土石比小于25%的石质渣土机械压实，40吨压路机分层碾压，50cm为一层；减少大空隙，提高小空隙和毛管空隙，达到提高田间持水量，增加土壤水分的目的。

质地改良：在粗骨质的砾石中加入黏性物质，准确的比例用剪切仪测算。如存量生活垃圾筛分土、污泥、黄土等，黏性添加物控制在30%为宜，加入太多会导致坡面不稳定，发生潜在滑坡。

分选：地形整理过程中对渣土进行机械分选，根据粒径大小分类使用，20cm大块石头用来砌梯田石埂，10-20cm石块装石笼修筑挡土墙；10cm以下的渣土适合植被构建。

b、地形整理完成后修砌坡体径流路径，坡体径流路径由许多锯齿状的集水坑和蜿蜒曲折的排水渠道组成。排水渠道可以采用砾石，渠道的砾石增加径流渠道的粗糙度，提高了暴雨的入渗率；渠道防护材料就地取材选用片石、砾石，柔性防护系统保证渠道的长效性和免养护。径流会因石块拦蓄或在蜿蜒曲折路径的流动过程中全部入渗，不再需要其它拦蓄设施。师法自然的蜿蜒曲折排水渠道，径流路径的延长增加了暴雨的入渗时间。

c、坡面雨水储集：沿坡体等高线开挖水平沟，填充石块，水平沟的宽度、深度及沟间距本领域技术人员可以根据当地年均降雨量和暴雨设计强度确定。水平沟用来积蓄雨水，石块防治坡面土体塌落填埋，避免泥沙淤积。

d、地表重塑工作完成后，形成一个与上下游及周边地形相互衔接的完整流域，然后将表土铺覆在整理好的地面上。将地形整理过程拣出的石块填充在排水渠道容易冲刷的地段。

e、在野生动物栖息的区域用石块堆砌洞穴、缝隙、巣窝。依据主要大型土著动物生活习性，利用地形及石块构造适宜的洞穴、缝隙、巣窝，为动物提供栖息场所。

f、疏松表土、蓄水增墒，改善植物根系分布区的土壤水分，满足植物生长需要。 

g、选择在直径30km范围的乡土植物在修复区进行混播、混植，进行植被恢复。

乡土植物是在修复区及周边环境中长期进化的结果，是久经考验、自然选择的结果，是最适宜当地的物种，不会因为极端干旱、极端严寒等恶劣自然条件死亡。也是植被构建的先锋植物。因此，植物种类的筛选师法自然，选用乡土植物，选择范围直径30KM，有利于构建区域的生物多样性，尽可能的选用多的乡土物种混播、混植。合理的结构是稳定演替的基础，促进合理的植被层次构建。特别是类似于自燃煤矸石山这样的环境，不宜进行大的坡体改变，师法自然因势利导种植。

h、播种后用当地的干草覆盖，例如，稻草、麦秸均匀铺撒在播种后的地面，用嵌草机将草嵌入土中，防止被风吹走，嵌草部分被“立起”，增加地面粗糙度，增加入渗。形成的嵌草沟起到了蓄水的作用，对于沟内种子的萌发特别有利。

或者，石质山地区，石料充足，采用石块覆盖坡面，厚度5-10cm；石块较小，覆盖稍薄；石块较大，覆盖稍厚。

或者，煤矿区采用煤矸石作为覆盖材料，易风化的煤矸石覆盖厚度5-7cm，不易分化的煤矸石覆盖厚度10-12cm。

i、养护，根据实际情况进行灌溉。在人工促进的前期辅以适当养护，后期则更多的是依靠自然的力量和功能维护植被的正向演替。养护过程中，乔木、灌木和草的调控模拟自然目标群落特征，人工调控三者的比例，以期形成稳定的群落结构。树体整理，为使植物对坡面形成最大限度的保护功能，植物分枝高度不宜超过50cm，否则降雨会在植物上汇集成大的水滴，对地面造成冲击，破坏土体表面结构。因此对植物进行适时、适度的平茬、摘心、定干等控制植株分叉、萌蘖。