土壤保护纤维棉网防止土壤侵蚀的生物工程方法

摘要

本发明是一种由聚乙烯纯加强网、聚酯纤维棉网、含有种子和肥料以及土壤改良剂等的混合物、棉质或纸质无纺布构成的土壤保护棉网。其中聚酯纤维棉网按低密度随机方式纺弹而成,厚度为3—50mm,空隙度为98—85%,覆盖在土壤表面能固定土壤颗粒,遇到降水时能形成导水层排除土壤积水,保护土壤不被侵蚀。植物种子及肥料构成的混合物,是根据中国不同自然区域的环境条件组合而成。本发明作为防止土壤侵蚀的生物工程技术,可用于道路护坡、绿化植树、预防水上流失,水库面源污染控制、江河湖泊堤岸防护、防风固沙以及山地特殊植物栽培等工程。

说明书

本发明涉及一种多层结构的棉絮状苫布型物体，可用于各种道路的边坡防护、水库面源污染的控制，土木工程中各种裸露土体的临时性防护、绿化及特殊环境下的植物栽培。

目前国内对由各种工程，开发所造成的土壤裸露现象所采取的保护方法是：

1、覆盖混凝土构造物或片石：

2、铺设草皮：

3、播撤植物种子后再覆盖塑料薄膜：

4、铺设夹有种子的纸制植生带。

第1种方法成本高工期长、景观上单调无美感；第2种方法施工的管理工作复杂，在斜坡上铺设的草皮常因雨水冲刷和重力作用脱落；第3种方法塑料薄膜与土壤表面相分离，遇到风雨时易破裂，使植物种子流失；第4种方法仅适用平坦地段的绿化，缺少抗暴雨和大风的功能。国外除使用上述方法外，还有将植物种子和肥料液化后喷射在土壤表面上的吹付法。但这种方法在植被层形成之前，遇到暴雨和大风时仍解决不了土壤侵蚀和种子流失的问题。日本专利申请公开说明书“平4-102621”虽然揭示了一个用纤维纺织物、植物种子、无纺布等构成的苫布状物体来保护表土的生物工程方法，并对其物理性状进行详细论述，但与之相关连的生态技术并没有得到解决，除绿化、护坡之外的其它领域尚未被广泛利用。

本发明的目的是提供一种适合于在中国使用的土壤保护纤维棉网及与其配套的防止土壤侵蚀的生物工程方法。

本发明的土壤保护纤维棉网通常是具有四层结构的棉絮状苫布型物体。其核心部分是由不同断面形态及粗细的非吸水性(低吸水性)、非亲水性(低亲水性)纤维按低密度、随机方式纺弹而成的棉网，和由植物种子、各种有机无机肥料、土壤改良剂、菌根菌等构成的混合物。该棉网弹纺成苫布型，厚度为3-50mm，填充密度为2-15％(即空隙率为98-85％)，透气透水，不对种子发芽生根产生障碍，不因自然环境的干湿冷暖交替变化而变形，具有良好的柔软性，能与土壤的凹凸部分很好地吻合；该种子和肥料等的混合物依据区域自然条件(气候、土壤)的不同，按生态学原理和工程目的进行成分调节。为便于在施工中使用和增强纤维棉网的拉伸性能，一般在纤维棉网之上掭附一层由聚乙烯绳或麻、线绳编织的加强网，而将种子和肥料的混合物嵌套在纤维棉网的下面，再在最底层附上棉质或纸质的无纺布，以防止种子等脱落。当将这种四层结构的苫布型物体覆盖于裸露土壤表面时，土壤粒子将被固定，降雨产生的雨滴对土壤表面的打击和土壤积水将被纤维棉网吸收和排走，植物种子会透过纤维棉网向上发芽和穿透无纺布向下生根，最终在裸露的土壤表面形成绿色植被层，达到保护土壤的最终目的。

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步详细的说明。

图1是纤维棉网示意图：其中1代表聚脂纤维棉网。

图2是纤维棉网与加强网相复合的示意图；其中2代表聚乙烯绳加强网。

图3具有四层结构的土壤保护网膜示意图；其中3代表种子、肥料、土壤改良剂层，4代表棉质、纸质无纺布。

图1所描述的是按低密度随机方式纺弹而成的，具有一定厚度的均一质的纤维棉网，根据需求的不同棉网厚度3-50mm，填充密度为2-15％，即棉网的空隙率为98-85％，纤维素材为聚脂纤维、PP、PE、PVC等化学纤维，或经防水处理的天然棉纤维、麻纤维、木质纤维、植物纤维(包括稻草、麦秸、芦苇、椰子皮等)，人造丝等等。棉网可单独用化学纤维纺弹而成，也可使用化学纤维与天然纤维的混纺物。最好使用两种以上不同断面形态和不同粗细的纤维，无论是哪种纤维都要求其成分不具有毒性和不对环境形成污染。这种纤维棉网用钉子、楔子等固定在斜坡上裸露的土壤表面时，其纤维丝之间相互缠绕的结构在降水或土壤水分蒸发的协助下，很容易与土壤颗粒吸附成一体，从而消除了纤维棉网与土壤之间的界面，固定土壤颗粒使之不易流失。当有降水发生时，雨水通过纤维棉网向坡脚处排放的同时，还可透过纤维棉网下渗至土壤之中。当降水长时期持续发生使土壤水份达到饱合时，由于纤维棉网的透水系数大于土壤的透水系数，在土壤毛管效应作用下，土壤之中的饱合水被纤维棉网吸附上来顺网膜排走，即在纤维棉网内部形成迅速排除土壤中积水的导水层，从而防止了土壤水蚀的发生。

图2所描述的是在纤维棉网之上再粘接一层由聚乙烯绳(或棉、麻质绳)编织的加强网，以避免在施工中因拉伸而使棉网破损，增强纤维棉网整体的强度。将棉网端点固定在土壤表面时，加强还可防止棉网中部脱离土壤向上浮起。这种二层结构的土壤保护棉网，可直接应用于建筑、土木工程中土坡、土墙、土堆的临时性水土流失防护，工程结束后可晾晒再次使用。

图3所描述的是具有四层结构的土壤保护棉网。第一层是由聚乙烯绳编织的加强网，第二层是由聚脂纤维(或其它化学纤维及天然纤维)按低密度随机方式纺弹而成的具有一定厚的棉网状苫布，第三层是由植物种子、有机肥、无机肥、土壤改良剂、菌根菌等构成的混合物，第四层是棉质或纸质的无纺布。第二层的纤维棉网具有98-85％的空隙率，不影响其下层的植物种子发芽、生根及生长。第三层的混合物，根据中国不同区域的自然环境特征，按如下方案进行调配组合。

图4是在朝南的坡度20度的沙土斜面上进行土壤水分测定的结果示意图。降雨停止后，土壤水分开始降低，有纤维棉网覆盖区的土壤水分的降低速度，远低于无覆盖的裸地土壤水分的降低速度，这说明纤维棉网有抑制土壤水分蒸发的作用。

其中x轴代表时间，y轴代表土壤水分。a、b、c三点分别是降水停业的开始时间，虚线代表裸地土壤水分，实线代表纤维棉网覆盖区土壤水分。

对于种子、肥料、土壤改良剂层中所含种物种子的的选择则是：

1、环境适应性原则。即选配的种子要与棉网使用地区的气候，土壤条件相适应，特别是要与土壤的pH值相对应。

2、物种多样性原则。即实行乔、灌、草相结合，避免单一品种的大范围使用，保持群落稳定性。选择草本时还要注意多年生与一年生、豆科与禾本科、深根性与浅根性、早生育期与晚生育期、高枝株与矮枝株、本地种与外来种的合理搭配。

3、绿化与美化相结合原则。选择生育期不同、开花期不同、叶片颜色不同的植物相互匹配，延长绿色覆盖时间，增加景观颜色层次。

按区域自然条件差异将中国分为南方地区(秦岭、准河以南)、北方地区(秦岭、淮河以北)和极端环境地区(干旱荒漠及青藏高原)，各地区适宜在土壤保护棉网中嵌套的主要植物种类有：

南方地区

乔木：青冈栎、麻栎、栓皮栎、冬青、马尾松、云南松、杉树、栲树、桉树、榕树、樟树等。

灌木：桃金娘、岗松、芒萁、银柴。

草木：白三叶、红三叶、苇状羊茅、岸杂一号狗牙根、大翼豆、银合欢、黑麦革、雀稗、山蚂蝗、格拉姆柱花草、象草等。

北方地区

乔木：雪松、白皮松、油松、侧柏、龙柏、水杉、云杉、银杏、毛白杨、旱柳、蒙古栎、箭杆杨、悬铃木、刺槐、桑树、梧桐等。

灌木：千头柏、铺地柏、冬青卫矛、桂花、小叶女贞、夹竹桃、凤尾兰、紫穗槐、胡枝子、枸妃、海桐、牡丹、白玉兰、海棠、月季、玫瑰、丁香、蜡梅等。

草本：结缕草、野牛革、黑麦草、早熟禾、紫羊茅、小糠草、异穗苔草、卯穗苔草、紫苜蓿、沙打旺、草木樨、羊草、无芒雀麦、野豌豆、芨芨草、冰草等。

干旱荒漠绿洲区

乔木：胡杨、灰杨、银白杨、白榆、油松、云杉、落叶松

灌木：泡泡刺、沙拐枣、琐琐、怪柳、白刺、山杏、锦鸡儿、园柏、绣绒菊、琵琶柴、沙蒿、木地肤、章叶藜、驼绒藜、岩黄芪、膜果麻黄等

草本：披碱草、老芒麦、燕麦草、沙打旺、冰草、苜蓿、小冠花、红豆草、柠条、籽蒿、猪毛菜、假木贼、骆驼刺、罗布麻、甘草、苦豆子、拂子茅等。

青藏高原区

乔木：云杉、冷杉、落叶松、白桦、由杨等

灌木：理塘杜鹃、密枝杜鹃、香柏、高山柳、变色锦鸡儿、金露梅、西藏忍冬、绣绒菊等。

草木：苜蓿、无芒雀麦、垂穗披碱草、老芒麦、紫花针茅、羽柱针茅、昆仑针茅、青藏苔草、高山蒿草、风毛菊、红景天等。

选择土壤肥料所依据的原则是：

1、以使用多元复合型、缓效性肥料为主。

2、对草木以施氮肥为主、对本木以施钾、磷肥为主。

3、干旱、荒漠地区要添加TC土壤改良剂之类的特殊肥料。

4、对土质贫瘠地区要多使用有机肥料。

本发明的土壤保护纤维棉网由于该四层结构的苫布型物体采用了生物技术与工程技术的有机结合，从而使其能够抗御降水量100mm/小时的特大暴雨对土壤的侵蚀，还可防止风蚀，冻融侵蚀对土壤结构的破坏，而且成本低，易于施工，除各种绿化、道路护坡工程外，还可在控制水库而源污染，与区域资源开发相关连的特殊植物栽培中应用。

下表是使用厚度为5mm，由聚脂纤维和人造丝纺弹的棉网铺在坡度为10度的沙土质斜面上，用70ml/s的下流水量进行土壤流失试验的结果。

时间(分)土壤流失量(g/10分)    裸地棉网覆盖    10    20    30    514.0    1097.0    1399.0    0.0    0.0    0.0    40    50    60    70    80    90   110   120   1165.0    131.4    202.6    651.0    256.0    224.0     86.0    117.4    102.2    0.0    0.0    0.0    0.0    0.0    0.0    0.0    0.0    0.0

试验结果表明，本发明的土壤保护纤维棉网在70m/秒的下流水量下仍能良好的防止土壤流失。

实施方案1(用于北方地区道路边坡保护)

(1)采用四层结构土壤保护棉网，其中聚脂纤维棉网厚度为15mm。

(2)草种选配方案为苜蓿30％、沙打旺20％、草木樨20％、羊草20％、冰草10％。

(3)肥料为多元复合肥。

实施方案2(用于南方地区水库周边面源污染控制)

(1)采用四层结构土壤保护棉网，其中聚脂纤维棉网厚度为10mm。

(2)草种选配方案为：苇状羊茅30％；狗牙根40％，黑麦草30％。

(3)不使用肥料。

实施方案3(用于青藏高原厚栽培特殊药用植物)

(1)采用四层结构上土壤保护棉网，其中聚脂纤维棉网厚度为30mm

(2)植物选配方案：花锚草30％、藏菌陈30％、青藏苔草20％、苜蓿10％、垂穗披碱草10％。

(3)肥料为有机肥。

实施方案4(用于蒙宁沙漠地区固沙工程)

(1)采用四层结构土壤保护棉网，其中聚脂纤维棉网厚度为20mm。

(2)草木选配方案：膜果麻黄50％、苦豆子20％、红沙草10％、柠条10％、沙打旺10％。

(3)肥料为有机肥和TC土壤改良剂。