利用生物结皮对陡峭道路边坡进行绿化和防护的方法

摘要

本发明公开了一种用于陡峭道路边坡绿化和防护的生物结皮组合物及其应用。本发明提供用于陡峭道路边坡绿化和防护的生物结皮组合物，含有下述重量份的组分：生物结皮种源200～500；细土500～1000；氮3～5；磷5～7；钾6～9；保水剂50～60；粘合剂5～10；粗纤维50～70。本发明还提供用所述的生物结皮组合物进行陡峭边坡绿化和防护的方法。通过人工接种、培养的方法可在短期内形成高覆盖度的生物结皮，从而对陡峭道路边坡形成覆盖绿化和有效防护，且该方法成本低廉、简便快捷、管理粗放、维护容易、易于推广，是陡峭边坡绿化和防护的一种有效方法。

说明书

技术领域

本发明属于边坡防护和生态环境治理领域，特别涉及利用生物结皮对陡峭道路边坡进行绿化和防护的方法。

背景技术

我国是一个多山的国家，山地、丘陵和地形复杂的高原占国土面积的50％以上。由于受地形限制，山区道路(公路和铁路)大多穿行于河谷山川之间。因此，道路修建过程中对沿线土石方的开挖形成了大量的道路边坡。这些道路边坡的开挖破坏了原有地表植被，形成了大量的裸露土地，导致了严重的水土流失，对当地自然景观和生态环境造成了极大破坏。同时，裸露的道路边坡不利于司乘人员保持愉悦心情，容易导致视觉疲劳，并降低驾驶舒适度和行车安全系数。另外，裸露的道路边坡容易遭受风力吹蚀和水力侵蚀，在长期作用下容易边坡失稳，导致滑坡、坍塌以及泥石流等自然灾害，从而对道路安全构成潜在威胁。基于上述原因，道路边坡防护一直是公路和铁路建设中重点关注的环节。

道路边坡防护包括生物防护、坡面防护、砌石防护、锚杆防护、抗滑桩防护、挡土墙防护等多种方法。其中，生物防护是指在道路边坡上种植藤、草、灌等植物，以降低雨滴溅蚀和风力吹蚀，同时利用植物根系的固结作用提高边坡土壤的抗侵蚀性，从而实现保护道路边坡的目的。生物防护具有施工工期短、造价低、景观效果好、持续时间长、维护方便等多种优点，是土质边坡防护的首选措施。

在黄土高原等地区，由于土壤具有较好的直立性，因此在保证道路边坡稳定性的前提下，道路设计方为降低施工量和修建成本，合理的保留了大量陡峭道路边坡。这些道路边坡的坡度大多在60°以上，甚至更高。尽管这些陡峭道路边坡的稳定性有所保证，但出于景观美化和防止风蚀水蚀的目的，对其进行绿化和防护仍是非常必要的。然而，与普通道路边坡相比，陡峭道路边坡的植物生长条件更为恶劣。受坡度陡峭的影响，陡峭道路边坡上承雨面积小、蒸发强烈、土壤水分匮乏，同时土壤紧实、养分贫瘠、光照不足，这些条件均不利于陡峭边坡上种子萌发生根和植物生长发育，不仅如此，陡峭边坡还会给灌草播种和植物栽种造成极大困难。因此，普通的生物防护措施大多不适用于陡峭道路边坡。

生物结皮是干旱、半干旱地区普遍发育的一种地被物，它是由细菌、真菌、苔藓、藻类和地衣等微生物与表层土壤相互作用形成的复合层次，厚度可达30mm以上。生物结皮对高温、低温、紫外线以及养分贫瘠、干旱胁迫等逆境有很强的适应性和抵抗能力，同时覆盖度高，具有重要的生态功能。一方面，生物结皮可通过固定碳氮、降低土壤pH、增加土壤微生物及酶活性等作用，提高土壤有机质和部分营养元素的含量与有效性，从而改善土壤养分水平；另一方面，生物结皮还可改善土壤结构、增加表层土壤的稳定性，降低土壤随风力和水力的侵蚀。生物结皮的高覆盖度、对逆境的适应性和抵抗能力、以及其重要的生态功能和对结皮层下土壤的有效防护，显示生物结皮可能在陡峭道路边坡防护方面具有重要功能和显著效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于陡峭道路边坡绿化和防护的生物结皮组合物及其应用。

本发明提供的用于陡峭道路边坡绿化和防护的生物结皮组合物，含有下述重量份的组分：

其中，细土优选为过1mm筛的细土。

在本发明的一个优选的实施方案中，所述的生物结皮种源选自干旱、半干旱地区自然发育的生物结皮。

所述的生物结皮种源采集在雨季且地表较为干燥时进行，采集时应针对不同地形、土壤、植被设多个采集点，分别采集，以保证所采集种源的代表性和适应性。

本发明中，所述生物结皮种源在制备组合物前控制其含水量为4～6％，优选为5％。

本发明中，将采集的生物结皮种源进行粉碎，粉碎后的当量直径为1.0～1.5mm，优选为1.2mm。

其中，所述的保水剂可选用本领域公知的用于边坡绿化的保水剂，可为淀粉类、纤维素类和合成树脂类保水剂，优选为树脂类保水剂，如聚丙烯酸盐类、聚丙烯酰胺类、聚乙烯醇类、聚氧化乙烯类，最优选为聚丙烯酸钠和/或聚丙烯酰胺。

所述的粘合剂可选用本领公知的用于边坡绿化的粘合剂，可为硅酸盐类、乳化沥青类、植物或动物胶类以及高分子树脂类粘合剂，优选为高分子树脂类粘合剂，如聚乙烯醇和脲醛树脂，最优选为脲醛树脂。

所述的粗纤维可选用本领公知的用于边坡绿化的粗纤维，优选为豆科草本植物的粗纤维，最优选为紫花苜蓿的粗纤维。

本发明还提供所述的生物结皮组合物的制备方法，将生物结皮种源，按比例与细土、氮肥、磷肥、钾肥、保水剂、粘合剂、粗纤维和水混匀，即可制备。其中，优选的细土为经过1mm筛。

本发明还提供利用所述的生物结皮组合物对陡峭道路边坡进行绿化和防护的方法，其为将所述的生物结皮组合物人工接种于裸露的陡峭道路边坡，培育生物结皮，使其覆盖裸露土表。

在本发明提供的利用所述的生物结皮组合物对陡峭道路边坡进行绿化和防护的方法，具体包括如下步骤：

1)选择发育良好的自然生物结皮，铲取表层10～30mm厚的结皮层备用；

2)将采集的生物结皮阴干，去除杂物后粉碎，充分搅拌混匀制成生物结皮种源；

3)去除陡峭道路边坡的杂物后进行平整，压实，对地表进行增加粗糙度处理；

4)将所述的生物结皮组合物与1.5～6.0倍重量的水混匀，均匀喷洒于道路边坡，并用遮阳网覆盖；

5)控制适宜条件促进生物结皮生长，包括浇水、追肥、杀虫以及清除杂草。

其中，所述的增加粗糙度处理包括对光滑坡面进行拉毛处理和/或铺设一至多层的尼龙网。

其中，使用液压喷播机进行喷洒生物结皮组合物。

本发明中，所述的生物结皮组合物和水混合后的组合物的喷洒的量为3.5-7.0kg/m²边坡。

在本发明的一个实施方案中，接种生物结皮种源后保持接种地的湿润，接种后前15天每天1次，16～30天每2天1次，30天后停止浇水。

在本发明的另一个实施方案中，所述的追肥于接种后30～40天后进行，施肥量为氮2～3g/m²、磷3～5g/m²、钾4～6g/m²。

在本发明的另一个实施方案中，还包括用农药，如敌敌畏对土壤昆虫进行防治。

本发明在于采集自然发育的生物结皮，以其为种源对陡峭道路边坡进行人工接种，并创造各种适宜条件促进其生长，从而实现对陡峭道路边坡进行绿化和防护的目的。这种多点采集的生物结皮种源完全来自于当地自然条件，其中微生物种群结构合理，因此能够完全适应当地的气候和土壤条件。在人工喷水、施肥、遮荫等管理措施的配合下，人工接种生物结皮的边坡在20天左右即可长出肉眼可见的藻类和苔藓植株，高度可达1～5mm，2个月后边坡上即可形成斑块状的生物结皮，6～10个月后可形成约0.5cm厚的生物结皮层。此时，生物结皮的覆盖度可达40％左右，新发育的生物结皮使道路边坡呈明显的深绿色。本项专利技术广泛适用于黄土高原及其它土壤直立性较好的地区，对该地区裸露道路边坡的绿化和防护具有重要价值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

(1)以当地自然发育的生物结皮为种源，该种源中微生物种群结构合理，因此适应性强、过渡时间短、能迅速增殖，将种源均匀接种入裸露道路边坡后能迅速形成高覆盖度的生物结皮，从而对陡峭道路边坡形成覆盖绿化和有效防护；

(2)与其它道路边坡防护工程措施(三维植被网、植被混凝土、砌石骨架植草、土工格室植草、植生带等)相比，该方法成本低廉、简便快捷、管理粗放、维护容易、易于推广；

(3)该方法在陡峭道路边坡上形成的生物结皮覆盖度高、绿化效果好，景观美化作用显著，可显著提升司乘人员的驾乘舒适度和行车安全系数，同时生态效果好、环境和谐度高，对当地生态环境恢复具有积极作用；

(4)该方法形成的生物结皮对陡峭道路边坡覆盖度高、固土能力强，同时可有效增加雨水入渗，从而降低径流量和坡面冲刷作用，因此能对道路边坡形成有效防护，对提高道路边坡的稳定性具有重要作用；

(5)该方法形成的生物结皮护坡能持续改善陡峭道路边坡上的土壤水分和养分条件，同时持续提高道路边坡土壤的稳定性，因此其对陡峭道路边坡的绿化和防护作用具有长期可持续性，能从根本上解决陡峭道路边坡的防护问题。

该项技术对于减少陡峭道路边坡裸露、增强道路边坡稳定性、提高道路边坡的景观效果和环境和谐度、最终提升司乘人员驾驶舒适度和行车安全系数、以及降低道路修建成本等具有较为重要的价值。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别说明，用于完成本发明的物品均可以市售获得。

实施例1陕北黄土高原区陡峭道路边坡的绿化和防护

试验点位于陕西省榆林市神木县西沟乡蛇疙瘩村(110°22′E、38°48′N)，多年平均降水量为409mm，属于黄土高原水蚀风蚀交错区。所选边坡是2003年该村修建村级道路时形成的道路边坡，边坡高约8m，宽约12m，坡度75°。这一人工和机器开挖后形成的边坡较为平整光滑，虽已形成数年，但由于植物生长条件恶劣，因此长期处于完全裸露状态，并已存有径流冲刷形成的浅沟，属黄土区典型的陡峭道路边坡。

针对上述选定的陡峭道路边坡，本实施例首先在当地采集生物结皮种源。该地区的生物结皮以苔藓为主，主要种为土生扭口藓(Barbula vinealis)、极地真藓(Bryum arcticum(R.Brown)B.S.G.)和真藓(Bryum argenteum Hedw.)，其它苔藓种较为少见。本实施例共选择了不同坡向、植被、土壤条件下的14个样点，铲取地表约2cm厚的生物结皮层，将所采集种源带回室内阴干，去除枯枝、落叶、砾石等杂物后使用普通粉碎机(筛孔直径1.2mm)将其粉碎，充分搅拌混匀后置于阴凉处备用。

对已选定、待处理的陡峭道路边坡行清理和平整，去除边坡上植物残根、枯枝、落叶、砾石等杂物，填平大坑和沟壑，并对浮土进行压实，同时对过于光滑的坡面进行拉毛处理以增加地表粗糙度。

将所制备的生物结皮种源以0.5kg/m²的接种量与1kg/m²过1mm筛的细土混合，同时混入含氮5g/m²的尿素和含磷5g/m²的磷酸二氢钾(同时含钾6.3g/m²)，并加入50g/m²的聚丙烯酰胺和5g/m²的脲醛树脂以及50g/m²的紫花苜蓿粗纤维。在将上述混合物与5L/m²的水混匀后，制备成生物结皮组合物。使用液压喷播机将生物结皮组合物均匀喷洒至经过前处理的道路边坡，完成后在边坡上覆盖普通遮阳网。以上接种的时间为6月下旬，是当地即将进入雨季的时期。

接种完成后第2天起使用水滴充分雾化的喷头浇水，浇水以少量多次为原则，并小心避免水流直接冲击土表和形成地表径流。浇水在接种后的前15天每天1次，15～30天每2天1次，30天后可停止浇水，每次浇水均在傍晚进行。在生物结皮接种第37天后，喷施含氮2g/m²的尿素和含磷3g/m²、含钾3.8g/m²的磷酸二氢钾，同时定期喷施敌敌畏防止蝼蛄等土壤动物破坏坡面土表。

接种后生物结皮迅速增殖，尤其是进入雨季后生物结皮生长迅速，接种后30天左右坡面已呈现嫩绿色，至90天时已形成较为连续的生物结皮层，其覆盖度达到约40％。至第二年雨季结束时，生物结皮已基本完全覆盖地表，覆盖度接近100％，此时生物结皮层厚度达到2～8mm，呈明显的深绿色。将人工培育的生物结皮与自然发育的生物结皮进行比较，发现二者在组成成分、形态特征等方面基本相同，表明人工培育所形成的生物结皮与自然发育的生物结皮为同类生物结皮，但二者在结皮厚度、苔藓密度等方面差别较大。

与未进行处理的陡峭道路边坡相比，生物结皮处理后的道路边坡景观效果较好。同时，未处理的道路边坡上存有多条径流冲刷形成的浅沟，但生物结皮处理后的道路边坡上未发现冲刷沟的存在。这表明生物结皮对陡峭道路边坡提供了较好的保护作用，有效的避免了边坡坡面遭受径流冲刷，具有较好的道路边坡防护功能。

本实施例表明，在黄土高原陡峭道路边坡上，通过人工接种的方法培育生物结皮，从而对陡峭道路边坡进行绿化和防护是可行的。以当地自然发育生物结皮为种源，进行人工接种并经过1个雨季的培育后，生物结皮的覆盖度可达到40％，经过2个雨季后生物结皮的覆盖度接近100％，基本上完全覆盖边坡坡面。同时，陡峭道路边坡上培育形成的生物结皮能够有效降低径流对坡面土壤的冲刷，对边坡水土流失具有明显的防治功能，是陡峭道路边坡防护的一种有效方法。

实施例2

基本同实施例1，其中，生物结皮组合物的配比如下：

将0.3kg/m²的生物结皮与0.5kg/m²过1mm筛的细土混合，同时混入含氮3g/m²的尿素和含磷7g/m²的磷酸二氢钾(同时含钾8.8g/m²)，并加入60g/m²的聚丙烯酰胺和7g/m²的脲醛树脂以及70g/m²的紫花苜蓿粗纤维。在将上述混合物与3L/m²的水混匀后，制备成生物结皮组合物。

用上述组分的生物结皮组合物对实施例1中的陡峭边坡进行绿化，也达到了同实施例1相同的效果。

实施例3

基本同实施例1，其中，生物结皮组合物的配比如下：

将0.4kg/m²的生物结皮与1kg/m²过1mm筛的细土混合，同时混入含氮4g/m²的尿素和含磷6g/m²的过磷酸钙以及含钾8g/m²的氯化钾，并加入55g/m²的聚丙烯酸钠和6g/m²的聚乙烯醇以及70g/m²的紫花苜蓿粗纤维。在将上述混合物与4L/m²的水混匀后，制备成生物结皮组合物。

用上述组分的生物结皮组合物对实施例1中的陡峭边坡进行绿化，也达到了同实施例1相同的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。