一种缓释型生物碳生态护坡系统及构建方法与流程

1.本发明属于生态修复技术领域，尤其是涉及一种缓释型生物碳生态护坡系统及构建方法。


背景技术：

2.生态护坡是将工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的部分知识结合后对裸露边坡进行的修复措施，由工程和植物所组成的综合系统修复技术，通过植物根系与岩土的相互作用(根系锚固作用)对边坡表层进行防护与加固，既有传统护坡工程的护坡能力，还保证了边坡的景观性，效果显著，是目前边坡生态修复最常用的方式之一。但当前华南地区生态护坡建设过程中，受到重金属污染、干旱胁迫以及滨海沿岸水力侵蚀等多重复杂影响因素，致使边坡植物群落稳定性不足，成活率低，景观效果差，管养成本高等问题难以有效解决。
3.生物炭是一种富含碳的多孔材料，国际上将生物炭定义为“生物质在限氧气条件下通过热化学转化过程获得的固体材料”。相较于传统土壤调理剂，生物炭作为一种新型炭基调理剂不仅能降低土壤中重金属的生物有效性，还能在一定程度上促进植物生长，具有修复重金属污染土壤的潜力。但有研究表明生物炭的不合理施用会导致土壤总孔隙度增加，促进径流产生，显著增加土壤总流失量和细沟间侵蚀，且在强降雨、陡坡等条件下，生物炭的施用会引发土壤侵蚀，加剧水土流失风险。生物炭的施用易引入多环芳烃(pahs)等潜在污染物，相关研究表明生物炭施用会抑制植物初期生长，降雨初期径流污染物浓度高，在生物炭多环芳烃与径流污染多重胁迫作用下，先锋植物初期生长抑制难题未得到有效解决。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种缓释型生物碳生态护坡系统及构建方法，以克服现有技术中的不足。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种缓释型生物碳生态护坡系统，包括生物炭防护系统、植物群落防护系统；
7.所述生物炭防护系统包括固定保护槽、胶囊存储槽、蒙脱石存储槽；固定保护槽位于边坡土层之下，为中空结构；所述固定保护槽内部插入渗水过滤网，所述渗水过滤网内部包裹形成胶囊存储槽；所述胶囊存储槽内部承装生物炭肥料缓释胶囊；蒙脱石存储槽设置于胶囊存储槽内部侧壁；
8.所述植物群落防护系统包括植被侧向防护栏、固坡防护条；
9.植被侧向防护栏设置于固定保护槽侧面上部；固坡防护条设置于固定保护槽内部四周。固坡防护条呈流线形，后期覆盖的表层种植土层坡面形状与固坡防护条流线形一致。
10.所述生物炭肥料缓释胶囊吸湿后可逐渐溶解，所述生物炭肥料缓释胶囊中装载的生物炭为园林废弃物烧制而成，并经过营养成分改性。生物炭选用符合植物种植要求且市
面可采购的生物炭即可。
11.进一步的，所述胶囊存储槽由多个存储槽缓释隔膜分隔，形成若干独立的封闭空间，所述存储槽缓释隔膜吸湿后可逐渐溶解，释放上层生物炭肥料缓释胶囊；所述固定保护槽侧面底部设有若干固定保护槽进水孔，固定保护槽进水孔在同一水平线；且固定保护槽进水孔低于最底部的存储槽缓释隔膜；最底层胶囊存储槽不设置蒙脱石存储槽；所述蒙脱石存储槽内部承装其体积1/3的蒙脱石粉末，并设有蒙脱石存储槽透气孔。
12.进一步的，所述固定保护槽顶部通过盖板滑道可滑动连接有存储槽盖板，所述存储槽盖板沿盖板滑道滑动，实现胶囊存储槽的开启与闭合；所述存储槽盖板顶部设有存储槽提柄，打开存储槽盖板后，抽提整个渗水过滤网与胶囊存储槽。
13.进一步的，固定保护槽内设有保护槽支撑杆，保护槽支撑杆与植被侧向防护栏上下设置；固定保护槽内与胶囊存储槽位置对应处设有存储槽支撑杆，支撑保护固定保护槽；所述固定保护槽上部两侧设有保护槽防护格挡，保护槽防护格挡沿固定保护槽的长边延伸，具有加固防冲刷功能；所述植被侧向防护栏上设有防护栏透气孔。
14.进一步的，与固定保护槽的槽体相连的两条固坡防护条上设有土壤纵向切割刀滑道，所述植被吸附区土壤纵向切割刀可穿过土壤纵向切割刀滑道，横向以及纵向移动；所述植被吸附区土壤纵向切割刀分别与土壤切割刀移动柄、植被吸附区土壤底面切割刀相连，移动土壤切割刀移动柄，实现吸附区植被层的切割与提取。
15.进一步的，固定保护槽上坡阶段和下坡阶段埋设有护坡固定锥，且护坡固定锥穿过固坡防护条，可加固灌木栽植区坡体土壤；所述护坡固定锥侧面设有固定锥透水孔，内部设有固体颗粒过滤网，所述固体颗粒过滤网内部装载生物炭颗粒，所述生物炭颗粒由园林废弃物烧制而成，市面可采购；所述固体颗粒过滤网顶部设有过滤网盖，所述过滤网盖与横向连接条、纵向连接条可拆卸连接。
16.进一步的，横向连接条与纵向连接条之间的边坡区域埋设有栽植穴保护筒，所述栽植穴保护筒侧面设有根系延伸孔；所述栽植穴保护筒装纳横向环刀、纵向环刀，所述横向环刀与纵向环刀相连，所述纵向环刀顶部设有环刀提柄。
17.进一步的，栽植穴保护筒的顶端设有灌木栽植保护环，灌木栽植保护环设有纵向环刀轨道，通过环刀提柄在纵向环刀轨道内移动纵向环刀，切割土壤，通过提起环刀提柄，提取切割后的土球；所述灌木栽植保护环顶部设有灌木栽植槽提柄，可通过灌木栽植槽提柄，提取整个携带保护装置的土球；灌木栽植纵向保护条分别与灌木栽植横向保护条、灌木栽植保护环相连。
18.本发明同时公开一种构建如上所述的缓释型生物碳生态护坡系统的方法，包括以下步骤，
19.先沿着边坡开凿一定深度的横向沟槽，确保沟槽深度与拟覆土厚度之和等于固定保护槽的深度；固定保护槽固定好后，对固定保护槽中间区域及上下游装填种植土至一定深度，并进行土壤压实；然后将生物炭防护系统、植物群落防护系统的除栽植穴保护筒以外的其他结构安装完成，覆土后，表层种植土层坡面形状与固坡防护条流线形一致；随后，在灌木种植区域埋入栽植穴保护筒，栽植灌木树种，完成生态护坡的构建。
20.进一步的，还包括以下步骤，待生物炭防护系统运行一段时间后，需更换生物炭时，横向移动存储槽盖板，开启胶囊存储槽，提拉存储槽提柄，提取渗水过滤网、胶囊存储
槽，更换渗水过滤网、生物炭肥料缓释胶囊与蒙脱石粉末；更换护坡固定锥中的生物炭时，开启过滤网盖，提取固体颗粒过滤网，即可完成固体颗粒过滤网的清洗及内部生物炭颗粒的更换。
21.相对于现有技术，本发明所述的缓释型生物碳生态护坡系统及构建方法，具有以下优势：
22.(1)本发明有效解决了污染边坡修复过程中边坡植物群落构建难题，多重深度锚固相结合，强化生态修复植物生长载体稳定性；
23.(2)本发明所述系统承载缓释型生物炭肥料胶囊，构建生物炭 肥料复合修复配方，逐级长效释放养分，有效解决生态修复植物幼苗初期生长受限问题，实现持续性养分供给，有效降低养分淋失与富营养化；
24.(3)本发明所述系统构建了流线型防护网格，有效缓冲降雨径流，增加污染径流的水力停留时间，降低水力对边坡的冲刷强度，增加生物炭、生态修复植物与污染物质的接触时间与接触面积，强化污染物吸附效果；
25.(4)本发明所述系统建立了浅根系修复植物与深根系修复植物群落，解决了深根系灌木建植稳定性不佳难题，景观效果得到显著提升，且修复植被可随时更换，扰动低，提取的原植被及植物可用于其他区域的生态景观构建，成活率高，适用性强。
附图说明
26.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1为本发明实施例中系统的结构示意图；
28.图2为本发明实施例中灌木栽植装置(栽植穴保护筒)的结构示意图；
29.图3为本发明实施例中护坡固定锥的结构示意图；
30.附图标记说明：
31.1固定保护槽、2固定保护槽进水孔、3渗水过滤网、4胶囊存储槽、5生物炭肥料缓释胶囊、6存储槽缓释隔膜、7存储槽支撑杆、8蒙脱石存储槽透气孔、9蒙脱石粉末、10蒙脱石存储槽、11保护槽支撑杆、12植被侧向防护栏、13防护栏透气孔、14固坡防护条、15盖板滑道、16存储槽盖板、17纵向连接条、18植被吸附区土壤底面切割刀、19植被吸附区土壤纵向切割刀、20土壤切割刀移动柄、21存储槽提柄、22护坡固定锥、23固定锥透水孔、24固体颗粒过滤网、25过滤网盖、26横向连接条、27栽植穴保护筒、28根系延伸孔、29横向环刀、30纵向环刀、31灌木栽植槽提柄、32环刀提柄、33纵向环刀轨道、34灌木栽植保护环、35灌木栽植纵向保护条、36灌木栽植横向保护条、37保护槽防护格挡、38土壤纵向切割刀滑道。
具体实施方式
32.除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
33.下面结合实施例来详细说明本发明。
34.一种缓释型生物碳生态护坡系统及构建方法，包括生物炭防护系统、植物群落防
护系统；
35.所述生物炭防护系统包括：固定保护槽1、固定保护槽进水孔2、渗水过滤网3、胶囊存储槽4、生物炭肥料缓释胶囊5、存储槽缓释隔膜6、存储槽支撑杆7、蒙脱石存储槽透气孔8、蒙脱石粉末9、蒙脱石存储槽10、保护槽支撑杆11、盖板滑道15、存储槽盖板16、存储槽提柄21、护坡固定锥22、固定锥透水孔23、固体颗粒过滤网24、过滤网盖25、保护槽防护格挡37；
36.所述植物群落防护系统包括：植被侧向防护栏12、防护栏透气孔13、固坡防护条14、纵向连接条17、植被吸附区土壤底面切割刀18、植被吸附区土壤纵向切割刀19、土壤切割刀移动柄20、横向连接条26、栽植穴保护筒27、根系延伸孔28、横向环刀29、纵向环刀30、灌木栽植槽提柄31、环刀提柄32、纵向环刀轨道33、灌木栽植保护环34、灌木栽植纵向保护条35、灌木栽植横向保护条36、土壤纵向切割刀滑道38。
37.固定保护槽1位于边坡土层之下，为中空结构，侧面底部设有固定保护槽进水孔2，所述固定保护槽2进水孔在同一水平线，低于最底部的存储槽缓释隔膜6；所述固定保护槽1之间设有保护槽支撑杆11；所述固定保护槽1顶部设有存储槽盖板16，所述存储槽盖板16可沿盖板滑道15滑动，开启胶囊存储槽4；所述存储槽盖板16顶部设有存储槽提柄21，开启胶囊存储槽4后，可抽提整个渗水过滤网3与胶囊存储槽4；
38.所述固定保护槽1内部可插入渗水过滤网3，所述渗水过滤网3内部包裹形成胶囊存储槽4，所述胶囊存储槽4内部承装生物炭肥料缓释胶囊5，所述生物炭肥料缓释胶囊5吸湿后可逐渐溶解；所述胶囊存储槽4分别由多个存储槽缓释隔膜6分隔，形成独自的封闭空间；所述存储槽缓释隔膜6吸湿后可逐渐溶解，释放上层生物炭肥料缓释胶囊5。
39.存储槽支撑杆7连接固定保护槽1内部，支撑保护固定保护槽1；蒙脱石存储槽10设置于胶囊存储槽4内部侧壁，最底层胶囊存储槽4侧壁不设置蒙脱石存储槽10；所述蒙脱石存储槽10内部承装其体积1/3的9蒙脱石粉末，并设有蒙脱石存储槽透气孔8.
40.固定保护槽1侧面上部设有植被侧向防护栏12，所述植被侧向防护栏12设有防护栏透气孔13；所述固定保护槽1正面上部两侧设有保护槽防护格挡37，具有加固防冲刷功能；固定保护槽1内部四周设有固坡防护条14，所述与固定保护槽1侧壁相连的2条固坡防护条14设有土壤纵向切割刀滑道38，所述植被吸附区土壤纵向切割刀19可穿过土壤纵向切割刀滑道38，横向纵向移动；所述植被吸附区土壤纵向切割刀19分别与土壤切割刀移动柄20、植被吸附区土壤底面切割刀18相连，移动土壤切割刀移动柄20，实现吸附区植被层的切割与提取。
41.护坡固定锥22穿过固坡防护条14，可埋设于固定保护槽1上坡阶段和下坡阶段，可加固灌木栽植区坡体土壤；所述护坡固定锥22侧面设有固定锥透水孔23，内部设有固体颗粒过滤网24，所述固体颗粒过滤网24内部装载生物炭粉，所述固体颗粒过滤网24顶部设有过滤网盖25，所述过滤网盖25可拆卸，与横向连接条26、纵向连接条17相连接。
42.栽植穴保护筒27埋设于横向连接条26与纵向连接条17之间的边坡区域，所述栽植穴保护筒27侧面设有根系延伸孔28；所述栽植穴保护筒27可装纳横向环刀29、纵向环刀30，所述横向环刀29与纵向环刀30相连，所述纵向环刀30顶部设有环刀提柄32；灌木栽植保护环34设有纵向环刀轨道33，可通过环刀提柄32在纵向环刀轨道33内移动纵向环刀30，切割土壤，可通过提起环刀提柄32，提取切割后的土球；所述灌木栽植保护环34顶部设有灌木栽
植槽提柄31，可通过灌木栽植槽提柄31，提取整个携带保护装置的土球；灌木栽植纵向保护条35分别与灌木栽植横向保护条36、灌木栽植保护环34相连。
43.本发明的实施过程为：
44.本发明实施地点为我公司承接的一处生态环境综合整治工程，项目区存在土壤氮磷污染、重金属污染等复合污染，边坡裸露且稳定性差，需要构建景观效果良好的稳定的边坡生态系统。
45.首先，在边坡底部采取工程加固措施，由于该项目需要在边坡铺设一定厚度的种植土层，因此，先沿着边坡由上至下每隔一定间距内开凿一定深度的横向沟槽，确保沟槽深度与拟覆土厚度之和等于固定保护槽1的深度。然后，在沟槽内布设固定保护槽1与保护槽防护格挡37，固定保护槽1内已配置渗水过滤网3、生物炭肥料缓释胶囊5等结构，所述生物炭肥料缓释胶囊5中装载的生物炭为园林废弃物烧制而成，并经过营养成分改性。
46.固定保护槽1固定好后，对固定保护槽1中间区域及上下游装填种植土至一定深度，并进行土壤压实，确保压实后土壤表层处于植被吸附区土壤底面切割刀18位置，随后铺设固坡防护条14、植被吸附区土壤底面切割刀18、植被吸附区土壤纵向切割刀19、植被侧向防护栏12等，继续填土覆盖至固定保护槽1顶部，该区域种植草本及小型浅根系灌木。在固定保护槽1上游继续铺设固坡防护条14、护坡固定锥22、纵向连接条17、横向连接条26，确保护坡固定锥22牢固嵌入土壤，护坡固定锥22内部已配置固体颗粒过滤网24。固坡防护条14呈流线形布置，覆土后，表层种植土层坡面形状与固坡防护条14流线形一致。随后，在固坡防护条14、纵向连接条17、横向连接条26中间灌木种植区域埋入栽植穴保护筒27，及其内部的横向环刀29、纵向环刀30、灌木栽植保护环34、灌木栽植纵向保护条35、灌木栽植横向保护条36等，栽植水土保持灌木树种，完成生态护坡的构建。
47.待植物生长至一定阶段，由于受到污染物的影响导致部分植物长势不佳或者死亡，或需调整植物种类，调整景观效果时，移动土壤切割刀移动柄20，完成植被土壤切割，提拉土壤切割刀移动柄20，完成固定保护槽1中间区域植被的整体提取，随后可覆土栽植新的植物。在灌木栽植区，可转动环刀提柄32，完成灌木的土球切割，提拉灌木栽植槽提柄31，可实现整个栽植槽的提取，提拉环刀提柄32，可实现灌木土球的提取，随后可覆土，重新栽植新的植物，所提取的植被可用于其他项目的生态景观系统构建。
48.待生物炭防护系统运行一段时间后，需更换生物炭时，横向移动16存储槽盖板，开启4胶囊存储槽，提取渗水过滤网3、胶囊存储槽4，更换内部渗水过滤网3、生物炭肥料缓释胶囊5与蒙脱石粉末9等。更换护坡固定锥22中的生物炭时，开启过滤网盖25，提取固体颗粒过滤网24，即可完成固体颗粒过滤网24的清洗及内部生物炭颗粒的更换。
49.通过该发明中的生态护坡系统的构建大幅度提升了项目区生态环境质量，植物群落实现了快速恢复，径流污染物的扩散得到有效控制，边坡稳定性更强，成活率达到93％以上，经过提取的原植被及植物用于该项目区其他地点的栽植，成活率达到95％以上，社会效益、生态效益和经济效益显著。
50.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。