一种用于边坡生态恢复的喷混植生基材及应用的制作方法

1.本发明属于混凝土植生基材技术领域，具体涉及一种用于边坡生态恢复的喷混植生基材及应用。


背景技术：

2.高速公路和铁路工程、能源开发利用工程和矿产资源开采工程等基础设施开发建设项目大多位于山地丘陵地区，形成了众多裸露的山体边坡。由于植被和表层土壤遭受破坏，在各种自然因素(水力侵蚀、风力侵蚀等)作用下，极易发生水土流失，甚至诱发崩塌、泥石流等地质灾害。
3.喷混植生技术是当前工程创伤的岩石边坡生态修复的最新模式，是岩石边坡工程防护与生态绿化并重的新技术；喷混植生技术是通过喷射植生基材在边坡表面形成一层覆盖层，从而改良坡面土壤或重新构建表层土壤，提供了植生生长发育所必须的生态环境，促进了边坡的近自然生态恢复，防治了水土流失等自然灾害的发育。植生基材是喷混植生技术的核心要点，但是在实际工程应用中，常常发现植生基材在一定时间后存在诸如易退化、剥落、板结、湿胀等问题，不仅影响到边坡表面结构的稳定，还影响了植被恢复的效果。现有技术中常常使用水泥、石灰等无机胶凝材料作为黏合剂加固土体去提高植生基材的力学强度，抵抗雨水的冲刷侵蚀，但是水泥的碱性较强会改变土壤环境严重影响植物生长发育，需要额外添加ph调节剂进行中和。为了更好地实现生态恢复、保持水土并减轻对环境的影响，寻找一种黏合剂替代物，就成为一个非常急迫的问题。
4.公开号为cn106718275a的中国专利公开了“一种多孔生态混凝土植生基材及其制备方法和应用”，其中具体公开了由土壤化淤泥、保水剂、保肥材料、有机肥、农业菌剂和ph调节剂制成的植生基材，主要通过利用土壤化淤泥替代天然土壤，利用了淤泥高有机质和高养分的优势，弥补现有技术中天然土壤制备植生基材的粘附性差以及多孔生态混凝土填充性差等问题，但是上述方案在使用复合土壤化淤泥相较于由固相、液相和气相构成的天然土壤，作为植生基材缺乏一定的肥力，会对其上的植物生长发育产生一定影响，进而影响岩石边坡生态修复质量；另一方面，上述方案中多孔生态混凝土植生基材主要由两部分组成，一部分为多孔结构起到支护作用，一部分为植生基材为植物生长发育提供必要条件，但是其实质上为混凝土多孔砖，若应用于边坡防护上，会较大的增加坡体自重影响边坡的整体稳定性。因此其使用范围有限，特别是对坡率1:1以上的边坡应慎重使用。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于边坡生态恢复的喷混植生基材及其制备方法，在维持现有天然土壤为主的体系下构建用于边坡生态恢复的植生基材，采用羧甲基纤维素钠充当植生基材的黏合剂，提高粘附性的同时降低对生态环境的影响。
6.本发明的技术方案如下：
7.本发明提供一种用于边坡生态恢复的喷混植生基材，包括主料和辅料，所述主料
包括种植土、有机质和植物纤维；种植土、有机质和植物纤维的质量比为(40～50)：(20～30)：(20～40)；所述辅料用量以主料总质量为基准，包括以下按照质量百分数计的辅料，羧甲基纤维素钠2～6％、黏土矿物5～15％、三元复合肥4～8％、羊粪肥2～4％和钾盐型农林保水剂0.1～0.2％。
8.进一步的，所述种植土为粉碎风干后，经8mm筛网过滤待用的红壤土。
9.进一步的，所述有机质为草炭、椰粉和锯木屑的混合物，所述草炭、椰粉和锯木屑的质量比为1:1:2。
10.进一步的，所述植物纤维为经过机械粉碎且过1.5cm筛分后得到呈纤维状物质的稻草秸秆。
11.进一步的，所述椰粉经1.5cm网筛过筛处理后进行多次洗盐处理直至电导率控制在1.0ms/cm以下；所述锯木屑为木材加工过程后剩余下的经过堆酵处理的脚料
12.进一步的，所述黏土矿物为高岭土、沸石、蛭石中的一种或多种。
13.进一步的，所述三元复合肥中的氮、磷、钾质量比为22:8:15。
14.进一步的，所述钾盐型农林保水剂为聚丙烯酸钾。
15.本发明还提供一种用于边坡生态恢复的喷混植生基材的应用，将所述喷混植生基材分为基质层和种子层，基质层厚10～15cm，不含种子；种子层厚2～3cm，每1m2内掺入混合植物种子30～40g。
16.进一步的，所述混合植物种子为草本植物种子和灌木植物种子的混合，其中，草本植物种子占70％，灌木植物种子占30％，所述草本植物种子为狗牙根、百喜草和百日菊的一种或多种，灌木植物种子为桃金娘、多花木蓝和决明的一种或多种。
17.进一步的，所述喷混植生基材在喷播前配置主料、辅料和植物种子总质量的20～25％的清水进行充分搅拌均匀。
18.本发明还提供一种用于边坡生态恢复的喷混植生基材的制备方法，具体包括如下步骤：
19.(1)喷混植生基材的基质层由主料和辅料按照配比，进行现场拌和；
20.(2)用铲车将拌和好的物料铲入喷播机的搅拌罐中，加入水后混合机械搅拌不少于5min；
21.(3)将喷播机中的物料高压喷送到坡面上，喷播平均厚度10～15cm，喷头喷射时距坡面距离宜为1.4～1.6m，完成基质层的制备；
22.(4)喷混植生基材的种子层与基质层配比相同，掺入植物种子配制成黏性浆体，通过高压直接喷送至坡面，种子层厚度2～3cm。
23.相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
24.1、本发明维持了以天然土壤体系为主的植生基材配方，通过合理调配植生基材间各组分比例，使喷播后形成的覆盖层具有较好的力学稳定性和水稳定性，同时又能为植物生长发育提供充足的养分，其中，在种植土、有机质和稻草秸秆纤维之间构成了土壤团聚体的骨架；有机质中的草炭、椰粉和锯木屑的添加提高了植生基材的透气性、保水性和保肥性；稻草秸秆纤维可以增加有机质含量、涵养水分、防止流失和保护种子，还可起到一定的加筋作用调整表层土壤结构；本发明中首次在植生基材中添加羧甲基纤维素钠作为黏合剂，羧甲基纤维素钠是一种环境友好型材料，具有较强的离子吸附功能，作为黏合剂使用可
以有效维持覆盖层的稳定性并且大幅提高土体强度，增强抵抗雨水冲刷侵蚀的能力，首先，在土体中掺入cmc-na可以有效提高其无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度，其掺量为1.0％时生土的抗压强度达3mpa以上，劈裂抗拉强度达0.26mpa；其次，添加羧甲基纤维素钠作为土壤改良剂能够有效的降低土壤入渗率，减少日蒸发率可达到25.24％，这对平均厚度为10cm～20cm的喷播层来说，可以起到很好的保水涵水效果；此外，掺入cmc-na的土体在形成粒径较小团聚体的同时，主要促使粒径较大团聚体的形成，对土壤显示明显的团聚作用，可以形成良好的土壤结构；黏土矿物的使用，一定程度上也增加了颗粒间的粘结，可改善土壤的结构，储水保墒，提高土壤的透气性和含水性，如蛭石等还可以起到缓冲作用，阻碍ph值的迅速变化，使肥料在作物生长介质中缓慢释放，且允许稍过量地使用肥料而对植物没有危害；本发明中添加的钾盐型农林保水剂可以提高植生基材的有效持水量；此外，三元复合肥和羊粪肥的使用能为植物提供更丰富的营养成分，加快植物的生长发育，使边坡坡面更快地形成植被覆盖，达到生态防护的目的。
25.2、本发明采用喷混植生基材，所用植生基材的容重远小于多孔生态混凝土，对坡体自重的影响较小，坡比1:0.5的陡坡也可应用。
具体实施方式
26.下面结合较佳实施例对本发明做进一步的说明，在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值；对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
27.下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；
28.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
29.实施例1
30.一种适用于边坡生态恢复的喷混植生基材，包括主料和辅料，所述主料包括种植土、有机质和植物纤维；种植土、有机质和植物纤维的质量比为50:30:20；所述辅料用量以主料总质量为基准，包括以下按照质量百分数计的辅料，羧甲基纤维素钠2％、黏土矿物5％、三元复合肥4％、羊粪肥2％和钾盐型农林保水剂0.1％，其中，采用羧甲基纤维素钠(cmc)作为基材黏合剂，cmc可由农业作物残渣与苛性碱及一氯醋酸反应后制得，生产使用过程能耗低，呈中性，不会影响环境ph值；在筛选土壤黏合剂中，需满足几点要求：
①
具有一定的粘结能力；
②
对环境无害，不影响植物生长，尽可能采用天然材料；
③
便于使用，应采用水溶性黏合剂，羧甲基纤维素钠是天然纤维素的羧甲基化衍生物，属于阴离子型纤维素醚类，首次运用在喷混植生基材中克服了现有技术中采用无机胶凝材料作为黏合剂存在的影响生态环境问题，还具有良好的加固、改善土壤的结构的有益效果。
31.其中，所述种植土为当地红壤(黄壤)，粉碎风干后经8mm筛网过滤可得；所述有机质为草炭、椰粉和锯木屑，其质量比为1:1:2；椰粉为椰子外壳纤维加工过程中脱落下的一种可以天然降解、纯天然的有机质媒介，含杂质较多需经过1.5cm筛进行过筛处理，同时椰粉中含较高盐分，需进行多次洗盐处理直至电导率控制在1.0ms/cm；所述锯木屑为木材加工过程中的下脚料，应经过堆酵处理。
32.其中，所述纤维为稻草秸秆，农作物水稻的秆和叶经过机械粉碎且过1.5cm筛分后得到的纤维状物质。
33.其中，所述黏土矿物为蛭石，粒径2～4mm。
34.其中，所述三元复合肥中的氮、磷、钾质量比为22:8:15。
35.其中，所述钾盐型农林保水剂的主要成分为聚丙烯酸钾，吸水倍率为150～200，使用寿命在3年以上。
36.实施例1中的喷混植生基材在具体工程应用中，可以材分为基质层和种子层，基质层厚10cm，不含种子；种子层厚2cm，每1m2内掺入混合植物种子30g；所述混合植物种子为草本植物种子和灌木植物种子的混合，其中，草本植物种子占70％，灌木植物种子占30％，所述草本植物种子为狗牙根9g、百喜草6g和百日菊6g，灌木植物种子为桃金娘3g、多花木蓝6g；所述喷混植生基材在喷播前配置主料、辅料和植物种子总质量的20％的清水进行充分搅拌均匀，使基材“握之成团、落地即散”。
37.实施例2
38.一种适用于边坡生态恢复的喷混植生基材，包括主料和辅料，所述主料包括种植土、有机质和植物纤维；种植土、有机质和植物纤维的质量比为50:20:30；所述辅料用量以主料总质量为基准，包括以下按照质量百分数计的辅料，羧甲基纤维素钠4％、黏土矿物10％、三元复合肥5％、羊粪肥3％和钾盐型农林保水剂0.15％，其中，采用羧甲基纤维素钠(cmc)作为基材黏合剂，cmc可由农业作物残渣与苛性碱及一氯醋酸反应后制得，生产使用过程能耗低，呈中性，不会影响环境ph值。
39.其中，所述种植土为当地红壤(黄壤)，粉碎风干后经8mm筛网过滤可得；所述有机质为草炭、椰粉和锯木屑，其质量比为1:1:2；椰粉为椰子外壳纤维加工过程中脱落下的一种可以天然降解、纯天然的有机质媒介，含杂质较多需经过1.5cm筛进行过筛处理，同时椰粉中含较高盐分，需进行多次洗盐处理直至电导率控制在1.0ms/cm；所述锯木屑为木材加工过程中的下脚料，应经过堆酵处理。
40.其中，所述纤维为稻草秸秆，农作物水稻的秆和叶经过机械粉碎且过1.5cm筛分后得到的纤维状物质。
41.其中，所述黏土矿物为沸石，粒径2～4mm。
42.其中，所述三元复合肥中的氮、磷、钾质量比为22:8:15。
43.其中，所述钾盐型农林保水剂的主要成分为聚丙烯酸钾，吸水倍率为150～200，使用寿命在3年以上。
44.实施例2中的喷混植生基材在具体工程应用中，可以材分为基质层和种子层，基质层厚15cm，不含种子；种子层厚2cm，每1m2内掺入混合植物种子35g；所述混合植物种子为草本植物种子和灌木植物种子的混合，其中，草本植物种子占70％，灌木植物种子占30％，所述草本植物种子为狗牙根10.5g、百喜草7g和百日菊7g，灌木植物种子为桃金娘3.5g、决明7g；所述喷混植生基材在喷播前配置主料、辅料和植物种子总质量的23％的清水进行充分搅拌均匀，使基材“握之成团、落地即散”。
45.实施例3
46.一种适用于边坡生态恢复的喷混植生基材，包括主料和辅料，所述主料包括种植土、有机质和植物纤维；种植土、有机质和植物纤维的质量比为40:20:40；所述辅料用量以
主料总质量为基准，包括以下按照质量百分数计的辅料，羧甲基纤维素钠6％、黏土矿物15％、三元复合肥6％、羊粪肥4％、钾盐型农林保水剂0.2％，其中，采用羧甲基纤维素钠(cmc)作为基材黏合剂，cmc可由农业作物残渣与苛性碱及一氯醋酸反应后制得，生产使用过程能耗低，呈中性，不会影响环境ph值。
47.其中，所述种植土为当地红壤(黄壤)，粉碎风干后经8mm筛网过滤可得；所述有机质为草炭、椰粉和锯木屑，其质量比为1:1:2；椰粉为椰子外壳纤维加工过程中脱落下的一种可以天然降解、纯天然的有机质媒介，含杂质较多需经过1.5cm筛进行过筛处理，同时椰粉中含较高盐分，需进行多次洗盐处理直至电导率控制在1.0ms/cm；所述锯木屑为木材加工过程中的下脚料，应经过堆酵处理。
48.其中，所述纤维为稻草秸秆，农作物水稻的秆和叶经过机械粉碎且过1.5cm筛分后得到的纤维状物质。
49.其中，所述黏土矿物为经煅烧处理后的高岭土，粒度1250目。
50.其中，所述三元复合肥中的氮、磷、钾质量比为22:8:15。
51.其中，所述钾盐型农林保水剂的主要成分为聚丙烯酸钾，吸水倍率为150～200，使用寿命在3年以上。
52.实施例3中的喷混植生基材在具体工程应用中，可以材分为基质层和种子层，基质层厚20cm，不含种子；种子层厚3cm，每1m2内掺入混合植物种子40g；所述混合植物种子为草本植物种子和灌木植物种子的混合，其中，草本植物种子占70％，灌木植物种子占30％，所述草本植物种子为狗牙根12g、百喜草8g和百日菊8g，灌木植物种子为多花木蓝4g、决明8g；所述喷混植生基材在喷播前配置主料、辅料和植物种子总质量的25％的清水进行充分搅拌均匀，使基材“握之成团、落地即散”。
53.实施例4
54.一种适用于边坡生态恢复的喷混植生基材，包括主料和辅料，所述主料包括种植土、有机质和植物纤维；种植土、有机质和植物纤维的质量比为50:30:20；所述辅料用量以主料总质量为基准，包括以下按照质量百分数计的辅料，羧甲基纤维素钠5％、黏土矿物8％、三元复合肥8％、羊粪肥3％、钾盐型农林保水剂0.2％，其中，采用羧甲基纤维素钠(cmc)作为基材黏合剂，cmc可由农业作物残渣与苛性碱及一氯醋酸反应后制得，生产使用过程能耗低，呈中性，不会影响环境ph值。
55.其中，所述种植土为当地红壤(黄壤)，粉碎风干后经8mm筛网过滤可得；所述有机质为草炭、椰粉和锯木屑，其质量比为1:1:2；椰粉为椰子外壳纤维加工过程中脱落下的一种可以天然降解、纯天然的有机质媒介，含杂质较多需经过1.5cm筛进行过筛处理，同时椰粉中含较高盐分，需进行多次洗盐处理直至电导率控制在1.0ms/cm；所述锯木屑为木材加工过程中的下脚料，应经过堆酵处理。
56.其中，所述纤维为稻草秸秆，农作物水稻的秆和叶经过机械粉碎且过1.5cm筛分后得到的纤维状物质。
57.其中，所述黏土矿物为沸石和蛭石的混合物，粒径为2～4mm。
58.其中，所述三元复合肥中的氮、磷、钾质量比为22:8:15。
59.其中，所述钾盐型农林保水剂的主要成分为聚丙烯酸钾，吸水倍率为150～200，使用寿命在3年以上。
60.实施例4中的喷混植生基材在具体工程应用中，可以材分为基质层和种子层，基质层厚20cm，不含种子；种子层厚2cm，每1m2内掺入混合植物种子40g；所述混合植物种子为草本植物种子和灌木植物种子的混合，其中，草本植物种子占70％，灌木植物种子占30％，所述草本植物种子为狗牙根12g、百喜草8g和百日菊8g，灌木植物种子为桃金娘8g、多花木蓝4g；所述喷混植生基材在喷播前配置主料、辅料和植物种子总质量的22％的清水进行充分搅拌均匀，使基材“握之成团、落地即散”。
61.实施例5
62.一种用于边坡生态恢复的喷混植生基材的制备方法，具体包括如下步骤：
63.(1)喷混植生基材的基质层由主料和辅料按照配比，进行现场拌和；
64.(2)用铲车将拌和好的物料铲入喷播机的搅拌罐中，加入水后混合机械搅拌不少于5min，拌和好的基材混合物以“手抓成团，松开掉地能散开”为宜；
65.(3)将喷播机中的物料高压喷送到坡面上，喷播平均厚度10～15cm，喷头喷射时距坡面距离宜为1.4～1.6m，完成基质层的制备；
66.(4)喷混植生基材的种子层与基质层配比相同，掺入植物种子配制成黏性浆体，通过高压直接喷送至坡面，种子层厚度2～3cm。
67.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。