本發明屬于生態領域，具體涉及一種苔蘚結皮的工程創面生態恢復技術。

背景技術：

工程創面是指伴隨人類在生產、生活中所實施的各種工程措施而在地球表面所出現的破壞了原有自然環境的創傷面，其形態有可能是平面，也有可能是坡面。其對周圍環境的破壞相當嚴重，不僅會改變原有的地形地貌、地表覆蓋物，降低土壤穩定性、土壤肥力，同時也會改變地下水的水位，地表的熱量環境和濕度環境,引發局部地區小氣候變化，加大水土流失的危險性。一般防治水土流失的措施主要包括植物措施及工程措施。相比較而言，工程措施，如漿砌塊石護坡、三合土灰漿抹面護坡、噴射混凝土及噴錨支護等措施，費工費時，成本高，且使用年限有限，并且其本身就會對周圍的環境造成一定的破壞。因此，要想從根本上解決各種環境問題，恢復遭到破壞的生態環境，植物措施是首選。而對于具體的治理方法，也在隨著國家的發展逐漸發生變化。在20世紀30年代，黃河中上游地區開始嘗試使用階田、輪種、等高種植等方法控制水土流失；中華人民共和國成立以后，迎來了第一個基礎設施建設高峰，當時主要是從綠化的觀點出發，通過人工植樹種草的方式來恢復工程創面的植被覆蓋；1959年，中國科學院華南植物研究所余作岳等在廣東熱帶沿海侵蝕臺地上開展的退化生態系統的植被恢復技術與機理研究，可以認為是我國近代生態恢復技術理論研究的先驅。

綠化噴播技術是一種新型的植物種植技術，是指將草種、肥料、粘合劑、保水劑、木纖維、土壤改良劑、色素等通過攪拌機均勻混合，而后通過液壓噴播機將液態混合物噴射到所需綠化區域的一種綠化新技術，能夠遠距離進行操縱，安全、快速、省時省力，同時，噴播中所加的各種材料為植物的生長提供了環境條件，提高了成活率。這項技術在90年代引入我國，尤其是90年代中期以后，才開始在諸如深圳、北京等地使用，現已大量運用在河堤、礦山、山坡、公路、鐵路等邊坡綠化的植被恢復中，且取得了不錯的成效。綠化噴播技術噴播機械有干法噴播和濕法噴播兩種形式，在我國比較常見的則是濕法噴播，即液力噴播，主要由5部分組成，包括：混料罐、攪拌器、泵站、噴槍和機架。它是一種以水為載體的噴送種植方式。針對生長地土壤破壞狀況及土壤質地、種植的植物等來確定覆蓋物和添加劑的配方，缺什么補什么。一般液力噴播中所加的材料主要有水、種子、肥料、木纖維、保水劑、粘結劑、染色劑等。噴播技術被證明是解決大面積綠化恢復問題行之有效的方法，噴播機械是實施這項技術必不可少的條件。

生物結皮(Biocrusts)是由土壤微生物、藻類、地衣、苔蘚等植物類群與土壤形成的有機復合體，廣泛存在于干旱、半干旱地區，是干旱半干旱地區的先鋒拓殖植物，對于土壤水分運動與循環、土壤理化性狀和抗侵蝕性等均有重要影響。苔蘚結皮是生物結皮演替的最高階段，具有更強的蓄水保水、改善土壤性狀、抵抗人為干擾、防風固沙及固碳等生態功能，對于水土流失的防治具有積極的作用。目前已有大量研究表明，苔蘚結皮在野外變環境條件下快速培育是可行的，如中國專利(申請)號為200810035554.X的專利，提供了一種荒漠苔蘚及其生物結皮的快速培育方法，中國專利(申請)號為201410586406.2的專利，提供了一種黃土高原苔蘚結皮的快速培育方法等。但是這些技術都具有一定的局限性，如中國專利(申請)號為200810035554.X使用的苔蘚種源來自干旱荒漠地區，由于苔蘚結皮的生長發育具有很大的空間分異性，其研究結果不能在水分條件相對較好，且土壤、氣候、植被覆蓋條件完全不同于荒漠地區的黃土高原地區直接推廣應用；中國專利(申請)號為201410586406.2是在人工氣候室內進行的，設置的環境條件較野外優越，培育成功的苔蘚結皮可能抗逆性較弱，其對外界的適應性還需要探討；同時，其采用的種植方式為撒播法，效率較慢。同時這些技術都只是小規模的研究，沒有將苔蘚結皮真正的應用到環境保護的治理中，因此，實踐中迫切需要尋找一種效率高、適合野外坡面的治理新方法。

技術實現要素：

工程創面主要是受物理破壞后使得原有的地物和生態環境都發生了重大變化，立地條件嚴重惡化，因此它在工程上和生態上都具有強烈的不穩定性，如不在短期內迅速完成生態恢復工程，就有可能引發各種問題，如水土流失、外來植物入侵、坍塌甚至滑坡事故，因此，我們需要一種快速恢復工程創面生態環境的技術。目前的治理措施主要包括工程措施及傳統的林草措施，雖然這兩種措施對于防治水土流失有一定的作用，并未從根本上解決問題。

工程措施，如漿砌塊石護坡、三合土灰漿抹面護坡、噴射混凝土及噴錨支護等措施，本身在修建的時候就會對周圍環境造成一定面積的破壞，且費工費時，使用年限有限，同時工程措施會改變地表的熱量環境和濕度環境，引發局部地區小氣候變化，引發別的環境問題。一般的林草措施其生長需要較好的立地條件，產生了較高的經濟成本，且自種植到見效之間的時間較長，最重要的是，在一些地形破碎、坡度較陡且土質疏松的坡面上，林草措施不僅不能防治水土流失，反而有可能因為其自身重力等原因造成山體滑坡，加劇水土流失。

有鑒于此，本發明通過制備漿液、噴播接種、后期養護可實現苔蘚結皮的快速恢復，該方法具有成本低、見效快、應用范圍廣的優勢，為侵蝕防治與生態還綠開辟了一條新途徑，產業化前景十分廣闊。

即本發明的第一目的在于提供一種苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法，包括以下步驟：1)漿液制備、2)噴播接種、3)后期養護。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述漿液的原料包括：基質土，苔蘚結皮莖葉碎片，Hoagland營養液，木纖維，粘結劑，水。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述漿液的原料用量比為：116Kg/m³土，24Kg/m³苔蘚結皮莖葉碎片，500L/m³Hoagland營養液，20Kg/m³木纖維，6Kg/m³粘結劑和500L/m³水。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述苔蘚結皮的優勢種為土生對齒蘚(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述苔蘚結皮的粉碎方法為使用植物粉碎機32000r/min粉碎所述苔蘚結皮。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述苔蘚結皮粉碎后的過篩的篩子目數為小于80目。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述噴播接種的方法為將漿液混合均勻后，再噴播接種到坡面上。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述噴播接種用漿液每立方米可噴播200m²的坡面，用時約為10分鐘。

優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法中，所述后期養護措施為：覆蓋70％的遮陽網，澆水使得土壤表層含水量保持在15％-25％之間，每隔10天施一次營養液。

更優選地，本發明所述的苔蘚結皮的工程創面生態恢復方法，包括以下步驟：

1)選取自然發育且長勢良好的苔蘚結皮，鏟取表層1cm厚的結皮，備用；

2)將采集的苔蘚結皮帶回實驗室陰干，挑出肉眼可見的雜物后用植物粉碎機粉碎，能過80目的篩子；

3)將制備的苔蘚結皮莖葉碎片與其他原料加入混料罐中混合均勻，再噴播接種到坡面上；

4)覆蓋70％的遮陽網，根據天氣變化情況不定期澆水，使土壤表層含水量保持在15％-25％之間，每隔10天施一次營養液；

5)連續培育60天后，苔蘚結皮蓋度達到60％以上，密度達到48株/cm²。

本發明至少有以下優點：

一、通過本發明申請人多年試驗證明，采取多種調控手段，在較短時期內實現生物結皮的恢復是完全可行的。相比傳統的喬、灌、草植物措施，生物結皮具有至少三方面的優勢：一是成本低，其種源采集、施工、運輸、養護等相對容易，通過后續實施例中不同措施的預算概算表，可見苔蘚結皮要比其他措施的施工成本更低廉。

二、本發明的方法見效快，初步試驗顯示，大約經過45-60天，人工培育的生物結皮覆蓋度即可達60％以上，即可發揮高效的水土保持效益，而灌草措施要發揮其生態功能最少得一年的時間，林草措施所需的時間更長，因此用快速培育的苔蘚結皮進行工程創面的生態恢復更適宜；

三、本發明的方法應用范圍廣，在許多立地條件差、環境嚴酷的地塊、生物結皮仍可以很好的生長發育。在許多石質邊坡或立地條件惡劣的土質高陡邊坡，傳統的喬灌草維管植物措施往往存在不適宜或者成效低的困境，生物結皮作為干旱半干旱地區的先鋒拓植植物，不僅具有多種生態功能，且抗逆性強，可以作為邊坡治理的一種新途徑。

隨著我國經濟的快速發展，生產建設項目數量、規模激增。據統計，僅“十五”期間，各類線性工程(公路、鐵路、管線、輸電)和點狀工程(農林開發、采礦、城鎮建設)的數量為7.68萬個，占地面積達到552.8萬hm2。如此大規模的生產建設項目，造成巨量的工程擾動坡面急需進行治理恢復，以實現侵蝕防治和工程創面的綠化。顯然，將苔蘚結皮的野外快速培育技術與噴播綠化技術相結合進行工程創面的治理，不僅價格低廉，見效快，且適用范圍廣，因此本發明具有廣闊的市場空間。

附圖說明

圖1本發明工藝流程示意圖；

圖2本發明的一個實施例中各步驟苔蘚結皮圖；

圖3本發明的一個實施例中苔蘚結皮蓋度隨時間的變化圖；

圖4本發明的一個實施例中苔蘚結皮密度隨時間的變化圖；

圖5本發明的一個實施例中苔蘚結皮生物量隨時間的變化圖。

具體實施方式

如圖1所示，為本發明的一個實施例的工藝流程示意圖。

以下通過具體實施例進一步對本發明的技術方案進行說明，應理解以下僅為本發明的示例性說明，并不用于限制本發明權利要求的保護范圍。

實施例1

1材料與方法

1.1接種所需樣品采集、制備方法

苔蘚結皮樣品采自陜西省安塞縣紙坊溝的自然坡面(36°46′99″-36°52′44″N，109°17′2″-109°18′50″E)，采樣地主要植被為小葉楊(Populus simonii Moench.)、檸條(Caragana korshinskii Kom.)和長芒草(Stipa bungeana Trin.)，苔蘚結皮蓋度為80％以上，平均厚度為11.45±0.51mm(n＝9)。

利用小鏟鏟取厚度為1cm的苔蘚結皮層，裝入潔凈的塑料袋，帶回試驗室自然陰干，人工挑出肉眼可辨的植物殘渣、土塊、石子等，使用微型植物試樣粉碎機(FLB-100)粉碎備用。經鑒定，供試苔蘚結皮的優勢種為土生對齒蘚(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)。

1.2種植方法

本試驗共考慮兩個實驗因素：營養液與遮光率。營養液選擇Hoagland營養液，實驗因素及其水平表如下表所示：

表1實驗因素及其水平設計表

注：表中“—”表示空白

對2因素進行完全實驗，設計表如下：

表2營養液和遮光率2因素完全實驗設計表

根據上述漿液制備方法，將噴播種植時所需的各種原料依次加入混料罐內攪拌均勻，再用簡易噴播集成裝備均勻接種到各試驗小區，各小區面積均為1m×1m，為了消除空間差異性對試驗結果的影響，每個處理區組內的小區隨機分布。之后將制備的不同遮光率遮陽網的架子根據試驗設計覆蓋在小區上方，架子大小為1m×1m×0.2m。

1.3苔蘚結皮培育過程

將苔蘚結皮莖葉體及輔料按配方為：水(500L/m³)+Hoagland營養液(500L/m³)+木纖維(20Kg/m³)+粘結劑(6Kg/m³)+苔蘚結皮莖葉碎片(24Kg/m³)+土(116Kg/m³)的比例混合均勻，噴播到各小區。

噴播接種完成后，每10天施用一次營養液，每次施用量為2.1L/m²。定期使用TDR(TRIME-PICO32)監測0-5cm土壤表層含水量，根據測定的土壤含水量，適當的調整澆水時間，保證其在15-25％之間。

1.4測定指標及方法

自培育30天起，每15天測定一次苔蘚結皮的生長指標，直到苔蘚結皮蓋度無明顯變化，培養結束。

蓋度：李新榮的點針樣框法，網格規格為2.5cm×2.5cm；

株密度：分別在各小區的對角線上等距離選面積2.5×2.5cm²的正方形，共5個，測量正方形內苔蘚株數，每個小區求一個平均值；

葉綠素a:用葉綠素a代表生物量。具體測定方法：利用直徑為1.6cm的圓形內空管采樣器采集苔蘚結皮，每個小區采3個面積為2.01cm2、厚度為5mm的樣品。將樣品放入0.1mm篩，用自來水沖洗，使苔蘚結皮植株與土壤分離，再用蒸餾水清洗，之后將苔蘚植株晾干后放入研缽，加入少量石英砂、碳酸鈣及3ml 95％乙醇，研磨成勻漿，再加95％乙醇5mL，繼續研磨至組織變白。靜置5min，過濾到25mL棕色容量瓶中，并用少量95％乙醇沖洗數次，直至濾紙和殘渣中無綠色為止，最后用95％乙醇定容，比色測定色素，以95％乙醇為空白。在665nm和649nm下測定吸光度。用如下公式計算其濃度:

ρ＝13.95×A665nm-6.88×A649nm；

W＝ρ×V×N/S

式中:ρ—葉綠素a濃度(mg﹒L^-1)；W—葉綠素a含量(μg﹒cm^-2)；

V—提取液體積(mL)；N—稀釋倍數；S—樣品的取樣面積(cm²)。

2結果分析

(1)苔蘚結皮外觀

如圖2所示，其中，A為噴播漿液、B為噴播過程，C為布設全景圖，D為培育7個月后的苔蘚結皮(D)從混合漿液配制、噴播接種、培育養護到培育7個月之后苔蘚結皮變化可以看出，苔蘚結皮發育良好，實現野外快速培育是可行的。

(2)苔蘚結皮蓋度的動態變化

通過在不同時間段測定苔蘚結皮蓋度得出(如圖3所示)：

表2處理7(營養液+遮陰70％)是培育的最佳實施方式，在夏天高溫條件下，其蓋度在培育60天后可以達到60％以上。

(3)苔蘚結皮密度的動態變化

培育期間苔蘚結皮的密度隨時間變化如圖3所示，隨著培育時間得延長，密度也明顯增加，但處理7(營養液+遮陰70％)在同一時期內苔蘚結皮的密度顯著高于其他處理。

(4)苔蘚結皮生物量的變化

分析不同處理實驗末期(圖4)葉綠素a含量可知處理7(營養液+遮陰70％)的苔蘚結皮生物量顯著高于其他處理(p＜0.05)，因此是培育苔蘚結皮的最佳因子組合。

因此，通過噴播種植苔蘚結皮進行工程創面的生態恢復是可行的。噴播種植時所需的漿液的最佳配方為：水(500L/m³)+Hoagland營養液(500L/m³)+木纖維(20Kg/m³)+粘結劑(6Kg/m³)+苔蘚結皮莖葉碎片(24Kg/m³)+土(116Kg/m³)。后期養護措施是：遮陽網(70％)+灑水(含水量15％-25％)+營養液(10天/次)。

實施例2

不同措施的預算概算表，可見苔蘚結皮要比其他措施的施工成本更低廉；

生物結皮法參見實施例1的方法，

草本措施以狗牙根作為典型示范進行說明。具體栽植方法如下：春末夏初，對栽植坡面進行整地，將坡面上石塊、建筑垃圾等清除；將成片狗牙根草坪成片鏟起，沖洗根部泥土，將狗牙根分成若干單株；先把幼苗在清水中浸泡，然后按照株行距8cm×8cm開穴種植，每穴栽苗4株，栽深約3cm，栽植穴內用摻雜基肥填充，最后覆土。栽植后澆透水，保持坡面濕潤(參見表2)。

灌木措施以紫穗槐為例子進行說明。具體栽植方法如下：秋末對栽植坡面進行整地，將坡面上石塊、建筑垃圾等清除；紫穗槐落葉后，選用一年生以上的枝的條，剪成20cm左右的小段，下端斜切，上端削平；按株行距18cm×18cm開穴種植，每穴兩株；栽植穴內用摻雜基肥填充，先澆水，最后培土踩緊，扦插后保持土壤濕潤(參見表3)。

表1 100m²草灌措施與100m²生物結皮的費用對比表

表2為使用本發明實施例1方法處理100m²狗牙根的概算表

表2狗牙根概算表

表3為使用本發明實施例1方法處理100m²紫穗槐的概算表

表3紫穗槐概算表

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。