一種干旱沙化地區(qū)種植結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種種植結(jié)構(gòu)，解決了干旱地區(qū)植物生長的缺水難題，確保了干旱地區(qū)的植物良好生長和植被恢復。其中，種植結(jié)構(gòu)包括種植坑及位于種植坑內(nèi)的植土層，在所述的種植坑內(nèi)表面設置有一防滲膜，在所述的植土層的上端設置有一防蒸發(fā)的覆蓋膜，在覆蓋膜的上端為覆土層。本實用新型顯著降低了水分的滲透和蒸發(fā)流失，同時有利于收集雨水、匯流并存儲于種植坑內(nèi)，使植物坑內(nèi)有充分的水分供植物吸收，從而保證種植植物的成活率。此結(jié)構(gòu)技術簡單，成本低廉，在干旱地區(qū)效果顯著，對于提高干旱地區(qū)植物種植成活率和恢復植被具有重要意義。
【專利說明】一種干旱沙化地區(qū)種植結(jié)構(gòu)【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種在干旱沙化地區(qū)的植物種植結(jié)構(gòu)，屬于干旱及沙化地區(qū)生態(tài)修復【技術領域】。
技術背景[0002]土地荒漠化、水土流失及環(huán)境惡化已成為影響人類社會可持續(xù)發(fā)展的關鍵性問題，世界陸地荒漠化面積約占陸地總面積的30%左右，而且伴隨著環(huán)境的不斷被破壞和人類的頻繁活動而不斷加劇。我國是世界上荒漠化和水土流失嚴重的國家之一，目前沙漠、戈壁和沙化土地合計165.3萬平方公里，涉及18個省(區(qū))和471個縣，約占國土面積的17%。土地荒漠化不僅極大侵蝕了土地資源，使寶貴的耕地、草場進一步萎縮，而且?guī)砹藝乐氐沫h(huán)境問題，如近年來不斷肆虐我國北方的沙塵暴問題。土地荒漠化問題使人類的生存空間受到嚴重威脅，隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷推進和荒漠化地區(qū)基礎設施建設的增加，對改善生態(tài)環(huán)境的迫切需求以及對新型種植及植被恢復的技術需求也愈來愈強。
[0003]我國西部和“三北”(西北、東北和華北)大部分地區(qū)處于干旱和半干旱地區(qū)，降水量少、蒸發(fā)量大，植物種植的成活率低、植被恢復難度大。特別是黃河上游的內(nèi)蒙古自治區(qū)等地區(qū)，由于干旱少雨，植被蓋度及種植成活率低，不僅引起大量風沙，形成沙塵暴天氣，還造成了嚴重的水土流失。
[0004]其中，砒砂巖是黃土高原特有的一種地形地貌，被稱為“世界水土流失之最”和“環(huán)境癌癥”，對自然、生態(tài)、環(huán)境的危害極大。廣泛分布于黃河流域，其中以晉陜蒙接壤區(qū)為中心的區(qū)域，是黃土高原集中的碎屑基巖產(chǎn)沙區(qū)的核心，系黃河流域多沙粗沙區(qū)的一個重要組成部分。其特點是無水堅硬如頑石，遇水則松軟如泥，遇風則風化剝蝕。由于該區(qū)地形破碎，氣候干旱，降雨量少，保水性能差，植物成活率低，植被稀少；而且，暴雨集中，且多大風沙，水土流失極為嚴重，生態(tài)環(huán)境尤為脆弱。砒砂巖區(qū)面積只占黃河流域面積2%有余，但每年向黃河輸入的粗泥沙約2億噸，其中，造成下游淤積的粗泥沙達I億噸左右，占黃河下游河道每年平均淤積量的25%。
[0005]目前，荒漠化和水土流失的主要治理方法是生物方法。然而，這些地區(qū)通常土地沙化嚴重，保水性能差，而且屬于干旱和半干旱地區(qū)，用水量大但植物種植成活率低、植被恢復難度大。因而，迫切需要開發(fā)一種針對荒漠化及水土流失嚴重地區(qū)的新型種植方法。中國專利(102308688A)公開了一種沙漠種植結(jié)構(gòu)和改良沙漠土壤的方法及種植技術，其種植結(jié)構(gòu)包括沙漠土壤層、位于沙漠土壤層上的透氣性防滲層和位于透氣性防滲層上的種植土層。其中，防滲層是由一層疏水性顆粒(中國專利，申請?zhí)?00910203463.7)組成，具有較好的防滲、透氣性。由于種植坑上面沒有設置覆蓋膜，所以蒸發(fā)量大、水土保持性差且雨水收集和存儲性能較差，另外施工難度大。本實用新型將針對干旱和半干旱地區(qū)的特征，結(jié)合材料技術，開發(fā)一種新型種植技術，大幅提升植物種植的成活率和植被恢復速度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]技術問題:本實用新型的目的在于提供一種適合我國廣大干旱及半干旱地區(qū)的新型植物種植技術。重點解決:I)砂質(zhì)土壤的保水問題，通常情況下砂質(zhì)土壤滲流大，難以儲存水分；2)降低蒸發(fā)量，干旱及半干旱地區(qū)的降水少，但蒸發(fā)量大，導致植物的種植成活率低，植被恢復難度大。本實用新型將采用設置防滲膜及覆蓋膜等技術手段，解決干旱及半干旱地區(qū)砂質(zhì)土壤的嚴重滲漏及蒸發(fā)問題，提高這些地區(qū)的種植成活率和植被恢復速度。
[0007]技術方案:
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:
[0009]一種種植結(jié)構(gòu)，包括種植坑及位于種植坑內(nèi)的植土層，其特征在于:在所述的種植坑內(nèi)表面設置有一防滲膜，在所述的植土層上端設置有一防蒸發(fā)的覆蓋膜，在覆蓋膜的上端為覆土層。
[0010]所述的防滲膜為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂中的一種或多種組合；所述覆蓋膜為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂中的一種或多種組合。
[0011]所述覆蓋膜的形狀為弧形，而上覆蓋膜周邊的高度要高于中間的高度。
[0012]所述覆蓋膜的厚度為0.1mm?IOmm,覆土層的厚度為1.0?IOcm,滲透膜的厚度為 0.1mm ?10mnin
[0013]在所述的覆土層與植土層之間設置有穿過所述覆蓋膜的導水管；在所述植土層內(nèi)，沿種植坑側(cè)面的上端和底部設置有穿過所述防滲膜的溢流管，其中底部溢流管的數(shù)量與管徑要少于和小于種植坑側(cè)面設置的溢流管的數(shù)量與管徑。
[0014]一種基于上述種植結(jié)構(gòu)的種植方法，其特征在于，步驟如下:
[0015]步驟一、開挖種植坑；
[0016]步驟二、在種植坑的側(cè)面和底部預埋溢流管，其中底部溢流管的數(shù)量與管徑要少于和小于種植坑側(cè)面設置的溢流管的數(shù)量與管徑；然后，在種植坑內(nèi)表面噴涂濃度為3?15%的樹脂溶液，在自然養(yǎng)護條件下2?10分鐘形成一層厚度為0.1mm?IOmm的防滲膜；
[0017]步驟三、在種植坑的上表面預埋導水管，植土層的上表面低于周邊地面；然后，在植土層的表面噴涂濃度為3?15%的樹脂溶液，在自然養(yǎng)護條件下2?10分鐘形成一層厚度為0.1mm?IOmm的覆蓋膜；
[0018]步驟五、在覆蓋膜的上端覆蓋厚度為1.0?IOcm的覆土層。
[0019]所述的樹脂溶液為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂中的一種或多種組合。
[0020]有益效果:
[0021]I)通過在種植坑的底部和側(cè)面設置防滲膜，可以極大降低干旱及半干旱地區(qū)沙化土地的水分滲漏，起到良好的保水保肥作用，另外防滲層具有一定的空隙率和柔性，不容易出現(xiàn)破損，植物根系生長半年并穩(wěn)定后可以穿透防滲層繼續(xù)生長，對植物的生長具有良好的促進作用；
[0022]2)種植坑的上面制備一層覆蓋膜和覆蓋一層沙土，大幅降低了干旱及半干旱地區(qū)的水分蒸發(fā)，可為植物生長提供長期濕潤的根部環(huán)境，另外上覆蓋膜具有收集雨水的作用，收集的雨水通過導水管導流到種植坑并存儲；
[0023]3)由于防滲膜和覆蓋膜的存在，利于種植坑內(nèi)的保溫，可為我國西部和北部寒冷地區(qū)的植物生長提供良好的環(huán)境；
[0024]4)施工便捷、效率高，通?？梢圆捎脟娡康姆椒ㄖ苽浞罎B膜和上覆蓋膜，如噴涂濃度為3?15%的親水性聚氨酯樹脂可以2?15分鐘內(nèi)可快速形成防滲膜和覆蓋膜，且膜層的空隙率可以通過樹脂的濃度和噴灑量進行調(diào)整；
[0025]5)植物成活率高、成本低，通過防滲和防蒸發(fā)處理后大幅降低了水分的流失，同時提高了雨水的收集和存儲功能，使植物具有極高的成活率和良好的成長性能，此外采用親水性聚氨酯樹脂溶液噴涂施工的技術可以大幅降低成本，具有廣闊的推廣應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型種植結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是本實用新型防滲層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本實用新型導水管及溢流管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中:1 土或沙；2防滲層；3導水管；4覆蓋膜；5植物；6溢流管；7 土沙顆粒；8固結(jié)體及空隙；9管子；10濾網(wǎng)。
【具體實施方式】:
[0030]參照下述實施例，可以更好的理解本實用新型，所描述的實施例及其結(jié)果僅用于說明本實用新型，而不應當也不會限制權(quán)利要求書中所詳細描述的本實用新型。
[0031]本實用新型種植結(jié)構(gòu)的技術核心是防滲漏及防蒸發(fā)，同時又能快速收集和存儲雨水。
[0032]I)防滲
[0033]干旱和半干旱地區(qū)的共同特征是，土地沙化嚴重，水分的滲漏量大，很難對水分進行儲存。為了防止雨水和澆灌水的滲漏，在所挖的種植坑底部及側(cè)面噴涂一層柔性防滲膜，防滲膜的厚度可控制在0.1mm?IOmm之間，具體根據(jù)現(xiàn)場的情況而定。通常,可以在種植坑的底部及側(cè)面用樹脂溶液噴涂快速形成一層柔性防滲膜，其中樹脂可以選用環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂等中的一種或多種組合。如，可以用濃度為3?15%的聚氨酯樹脂溶液噴涂一層防滲膜，可有效阻止水分的滲漏流失。防滲膜由土砂顆粒和聚氨酯樹脂固結(jié)體及空隙組成，參見圖2，防滲膜需要具有一定的孔隙率，當植物生長到一定程度后其根系可穿過下防滲膜向地下和四周生長。防滲膜具有較好的柔性，以防止在種植和植物生長過程中由于各種外界因素而破壞防滲膜，從而降低防滲膜的防滲漏特性。
[0034]2)防蒸發(fā)及雨水收集
[0035]干旱及半干旱地區(qū)的另一特征是蒸發(fā)量大，是影響植物成活率和生長性能的關鍵性因素。本實用新型采用在種植坑上表面噴涂一層柔性覆蓋膜，覆蓋膜的厚度可根據(jù)現(xiàn)場情況控制在0.1?IOmm之間。覆蓋膜上面通常需要覆蓋一層沙土以對上覆蓋膜進行保護，厚度一般在1.0cm以上，覆蓋沙土的目的是保護覆蓋膜以免造成破壞和在惡劣環(huán)境下的老化分解，還可以進一步提高防蒸發(fā)效果。由于上覆蓋膜的存在，極大降低了水分的蒸發(fā)，確保了在干旱及半干旱地區(qū)的植物種植成活率。通常，可以用樹脂溶液在種植坑的頂部噴涂后快速形成一層柔性上覆蓋膜，其中樹脂可以用環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂等中的一種或多種組合，上覆蓋膜做成弧形，以利于收集更多雨水和把雨水導流到種植坑。如，可以在種植坑上部噴灑一層濃度為3?15%的聚氨酯樹脂溶液，快速固化后形成上覆蓋膜。
[0036]上覆蓋膜最好做成弧形，下雨時可收集和臨時儲存更多的雨水，以便雨水通過導水管存儲于種植坑內(nèi)。當雨水收集量大時，可通過在種植坑側(cè)面和底部設置的溢流管，允許超量的雨水通過溢流管而排出種植坑。
[0037]雨水收集導水管和溢流管的結(jié)構(gòu)相同，導水管的結(jié)構(gòu)參見圖3，在兩管子9端設置有濾網(wǎng)10，導水管和溢流管同時起到通氣作用。濾網(wǎng)起兩方面的作用，一是防止管子被大顆粒的土砂堵塞，二是進一步降低上覆蓋膜的蒸發(fā)量。
[0038]雨水收集導水管通常設置在覆蓋膜的中部附近，主要功能有兩個方面，一方面是收集雨水并導流的種植坑，另一方面是當種植坑內(nèi)缺乏水分時便于補水并提供補水效率及水的利用率，為種植坑的植物提供適宜的生長環(huán)境。
[0039]溢流管通常設置在側(cè)面防滲膜上部和底部位置，其主要功能是當雨水過量時將過量的水分排出種植體外；其中，底部溢流管的數(shù)量與管徑要少于和小于種植坑側(cè)面設置的溢流管的數(shù)量與管徑。底部溢流管的設置高度要略低于植物的根部，但要高于種植坑的底面高度，其作用是避免植物根部長時間浸泡在水里而引起植物的生長不良，并盡可能少的把水導出種植坑。
[0040]同時，雨水收集導水管和和溢流管還兼起通氣的作用，使種植坑內(nèi)能進行氣體的流動與交換；其中，當種植坑內(nèi)缺水和養(yǎng)分時，還可以通過導水管對種植坑內(nèi)進行高效人工補水和補養(yǎng)分，提高植物的生長性能。
[0041]本實用新型種植結(jié)構(gòu)施工及種植方法包括以下幾個步驟:
[0042]( I)根據(jù)所種植的植物特性挖種植坑，種植坑的大小根據(jù)植物特性而定，確保植物的根系生長具有足夠的空間，能夠吸收充分的水分和養(yǎng)分，通常情況下種植坑的體積可以供植物根系生長半年以上的空間；
[0043](2)在種植坑的底部和周邊制備防滲層，通?？梢杂脴渲芤涸诜N植坑的底部和側(cè)面進行噴涂后快速形成一層柔性防滲膜，其中樹脂可以用環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂等中的一種或多種組合，并在自然條件下進行養(yǎng)護而生成一層柔性防滲膜；如，可以用濃度為3?15%的親水性聚氨酯樹脂噴涂在種植坑的底部和側(cè)面，在自然養(yǎng)護條件下2?15分鐘可形成一層透氣防滲膜；
[0044](3)在種植坑內(nèi)配置適量的土或沙，種植坑內(nèi)的沙土上表面要略低于周邊地面，以便制備上覆蓋層后在其上面再覆一層土，然后將植物種植于種植坑并澆適量的水，根據(jù)需要可以添加適量的肥料、纖維質(zhì)材料或/和保水劑；
[0045](4)分別在種植坑的側(cè)面和頂部設置溢流管與雨水收集導水管，然后在頂部噴灑一層聚氨酯樹脂溶液，上覆蓋膜的形狀做成弧形而且上覆蓋膜周邊的高度要高于中間的高度，以利于收集更多雨水并把雨水導流到種植坑內(nèi)；
[0046](5)在上覆蓋膜的表面覆蓋一層沙土，沙土的厚度根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱卣鞫ǎ粚τ陲L沙大和干旱的地區(qū)覆蓋膜的厚度要大些，通常厚度要大于3cm，對于風沙小和較濕潤或半干旱地區(qū)覆蓋層的厚度可以適當小些，通常厚度大于Icm即可。
[0047]具體實施例1:
[0048](I)砒砂巖風化土層的種植
[0049]為模擬砒砂巖區(qū)的環(huán)境，用木箱自制1.2mX 1.2mX 1.0m種植箱，并填充風化砒砂巖砂土。在沙箱中開挖深70cm,上表面直徑為85cm的種植坑。在種植坑一半深度處均勻安裝4只直徑為1.0cm的溢流管，在底部(高出種植坑底面IOcm)安裝I只直徑為0.6cm的溢流管，溢流管的長度均為10cm，溢流管的兩端口填充濾網(wǎng)。
[0050]砒砂巖來自內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾旗，砒砂巖土樣為紅色砂巖風化物，最大粒徑為IOmm,碌粒帶棱角，比重為2.65個g/cm3, 70%的舭砂巖土樣粒徑分布在0.05?2.0mm之間。
[0051]種植坑底面與側(cè)面防滲膜和上覆蓋膜采用親水性聚氨酯樹脂(W-OH)溶液現(xiàn)場噴涂快速固化而成，所用的親水性聚氨酯樹脂呈淡黃色透明液體、粘度為350mPa.s(20°C )、比重為 1.08(20 / 4°C ) o
[0052]采用親水性聚氨酯樹脂(W-OH)溶液進行底部和側(cè)面防滲層的噴涂，W-OH溶液的濃度為4.5%，用雙液泵在種植坑的底部和側(cè)面進行噴灑，每個種植坑的噴灑時間一般在
0.5分鐘左右即可噴灑施工完畢。然后，在自然條件下進行養(yǎng)護，從噴灑到養(yǎng)護固結(jié)在5.0分鐘內(nèi)即可完成。
[0053]在種植坑的底部培一層厚度為20cm厚的砒砂巖風化土層，然后在上面均勻種植3棵株高為IOcm的沙棘并填埋砒砂巖風化土 ；在種植坑內(nèi)澆灌適量的水,保持種植坑內(nèi)砒砂巖土的含水率為30%。種植坑內(nèi)土層比周圍地面的高度低3.0cm，在種植坑的上表面靠近中間處安裝4只雨水收集導水管，導流管的直徑為1.0cm，長度為10cm。最后，將種植坑的上表面做成弧形后噴灑濃度為5.0%的W-OH溶液，養(yǎng)護5.0分鐘后用砒砂巖風化土將種植坑上表面填平。
[0054]對比例1:
[0055]種植箱及所用的砒砂巖砂土與實施例1完全相同，種植的植物也幾乎相同，不同的是對比例I沒有對種植坑的底面與側(cè)面噴涂親水性聚氨酯樹脂防滲層和上覆蓋層。
[0056]具體實施例2:
[0057]為模擬干旱的沙漠環(huán)境，用木箱自制1.5mX 1.5mX 1.0m沙箱，并充滿河沙。在沙箱中開挖深70cm，上表面直徑為85cm的種植坑。在種植坑一半深度的地方均勻安裝4只直徑為1.0cm的溢流管，在種植坑底部(高出種植坑底面IOcm)安裝I只直徑為0.6cm的溢流管，溢流管的長度均為10cm，溢流管的兩端口填充濾網(wǎng)。
[0058]采用與具體實施例1相同的親水性聚氨酯樹脂進行種植坑底部和側(cè)面噴涂并快速固化形成防滲膜，W-OH溶液的濃度為4.0%，用雙液泵在種植坑的底部和側(cè)面進行噴灑，每個種植坑的噴灑時間一般在0.5分鐘以內(nèi)即可噴灑施工完畢。然后，在自然條件下進行養(yǎng)護，從噴灑到養(yǎng)護固結(jié)在5.0分鐘內(nèi)即可完成。
[0059]在種植坑的底部培一層厚度為20cm厚的沙土，沙與土的重量比為8:2，然后在上面均勻種植3棵株高為IOcm的沙棘并填埋沙土，在種植坑內(nèi)澆灌與具體實施例1相同的水。種植坑內(nèi)土層比周圍地面的高度低3.0cm，在種植坑的上表面靠近中間處安裝3只雨水收集導水管，導水管的直徑為1.0cm，長度為8.0cm0最后，將種植坑的上表面做成弧形后噴灑濃度為4.5%的W-OH溶液，養(yǎng)護5.0分鐘后用沙土將種植坑上表面填平。
[0060]對比例2:
[0061]種植箱及所用的沙土與實施例2完全相同，種植的植物也幾乎相同，不同的是對比例2沒有對種植坑的底面與側(cè)面噴涂親水性聚氨酯樹脂防滲層和上覆蓋層。
[0062]表I為按上述實施例和對比例制作的植生體在沒有種植植物時的含水率隨時問的變化情況，經(jīng)過防滲和防蒸發(fā)處理后大幅降低了水分的流失。
[0063]表I實施例與對比例方水分流失對比[0064]
【權(quán)利要求】
1.一種種植結(jié)構(gòu)，包括種植坑及位于種植坑內(nèi)的植土層，其特征在于:在所述的種植坑內(nèi)表面設置有一防滲膜，在所述的植土層的上端設置有一層防蒸發(fā)的覆蓋膜，在覆蓋膜的上端為覆土層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種植結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的防滲膜為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂中的一種或多種組合；所述覆蓋膜為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂中的一種或多種組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種植結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述覆蓋膜的形狀為弧形，而上覆蓋膜周邊的高度要高于中間的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種植結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述覆蓋膜的厚度為0.1mm?10mm，覆土層的厚度為1.0?IOcm,滲透膜的厚度為0.1mm?10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種植結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述的覆土層與植土層之間設置有穿過所述覆蓋膜的導水管；在所述植土層內(nèi)，沿種植坑側(cè)面的上端和底部設置有穿過所述防滲膜的溢流管，其中底部溢流管的數(shù)量與管徑要少于和小于種植坑側(cè)面設置的溢流管的數(shù)量與管徑。
【文檔編號】A01G9/02GK203492484SQ201320622283
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】楊才千, 吳智仁, 楊小聰, 朱吉鵬, 姚文藝, 冷元寶, 高衛(wèi)民 申請人:江蘇杰成凱新材料科技有限公司, 楊才千