一种应用于生态修复的基材改良剂及制备方法与流程

本发明涉及边坡生态护坡
技术领域：
，特别是一种应用于生态修复的基材改良剂及制备方法。
背景技术：
：近年来红壤土生态系统面临着严峻的问题：第一：工业化和城市化急速发展导致的酸沉降增加，从而加剧了红壤的酸化，不仅使得土壤的理化性质恶化、铝离子与重金属离子活度提高、对植物的毒性提高，也使得土壤微生物活性降低，土壤养分不断流失，造成作物减产，而由于农作物与植物生长对土壤的ph值有一定的要求，当ph值超出所能承受的范围时，就无法正常生长；第二：传统的耕种方式使得土壤中的有机质不断减少，土壤本身的肥力降低，矿物质养分不断流失，使植物的生长条件越来越恶化，越来越不适合植物的生长；第三：红壤地区贫瘠化严重，多种微量元素缺乏，n、p、k养分不足，不足以供应植物的生长需求，且红壤自身的酸性使得某些金属离子的缺乏，红壤的酸性环境，使得吸附在黏土和腐殖质上的碱性金属离子和氢离子的替换造成大多数红壤地区的农作物与植物产量低，品质差。红壤土作为一种在我国南方广泛分布的特殊土,是碳酸盐岩系出露区的岩石,经过更新世以来在湿热的环境中，由岩变土一系列的红土化作用形成并覆盖于基岩上，呈棕红、褐黄等色的高塑性粘土。由于红壤土强酸性是植物生长的强不利因素，不仅对农作物的生长具有十分严重的危害作用，对植物的生长也会起到一定的抑制作用。当今社会，随着工程建设的逐渐发展，需要开挖大量的边坡，对于红壤土边坡的开挖更是不可避免，大量边坡的开挖使得边坡稳定性降低、边坡植被覆盖层被破坏，从而引起边坡水土的大量流失、荒漠化、滑坡泥石流等生态环境问题，特别在高陡边坡地区尤为突出。目前在边坡生态保护方面缺少有效的改良手段，特别是在关于改良红壤土酸性及红壤土相关基材的配置问题缺少有效的方法，故亟需提出一种新的方法对红壤土地区高陡边坡进行修复。技术实现要素：本发明的目的在于，提供一种应用于生态修复的基材改良剂及制备方法，用于解决现有技术中在边坡生态保护方面缺少有效改良手段的问题。为解决上述技术问题，本发明提供了第一解决方案：提供一种应用于生态修复的基材改良剂，以质量份计，包括酸性改良组合物0.01～0.4份，红壤土10份，泥炭土0.5份，纤维0.5份和保水剂0.15份；其中，以质量份计，酸性改良组合物包括红壤土10份，水泥0.01～0.4份和水2份，且酸性改良组合物的ph值为6.98～9.60。优选的，水泥为32.5复合硅酸盐水泥。优选的，纤维为木屑，且木屑的直径为1～2cm。优选的，保水剂为羧甲基纤维素型的保水剂。为解决上述技术问题，本发明提供了第二解决方案：提供一种应用于生态修复的基材改良剂制备方法步骤包括：以质量份计，取红壤土10份，水泥0.01～0.4份和水2份混合均匀，得到初始改良组合物；控制初始改良组合物ph值至6.98～9.60，得到酸性改良组合物；以质量份计，取酸性改良组合物0.01～0.4份，红壤土10份，泥炭土0.5份，纤维0.5份和保水剂0.15份混合均匀，得到应用于生态修复的基材改良剂。其中，应用于生态修复的基材改良剂制备方法用于制备前述第一解决方案中任一应用于生态修复的基材改良剂。其中，控制初始改良组合物ph值至6.98～9.60，得到酸性改良组合物的步骤具体为：随水泥龄期变化，由初始改良组合物的ph值9.08～11.2减小至ph值6.98～9.60，得到酸性改良组合物。本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种应用于生态修复的基材改良剂及制备方法，通过引入酸性改良组合物，使红壤土地区边坡基材的抗冲刷能力得到提高，从而提高边坡防护能力；同时，酸性改良组合物的引入缓解了红壤土的强酸性，达到适宜植物生长的土壤条件，进而在植物根系锚固作用下使边坡防护能力进一步增强。附图说明图1是本发明中应用于生态修复的基材改良剂一实施方式的初始改良组合物ph值随时间变化图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。对于本发明中第一解决方案中应用于生态修复的基材改良剂，以质量份计，包括酸性改良组合物0.01～0.4份，红壤土10份，泥炭土0.5份，纤维0.5份和保水剂0.15份；其中，以质量份计，酸性改良组合物包括红壤土10份，水泥0.01～0.4份和水2份，且酸性改良组合物的ph值为6.98～9.60；本实施方式中优选水泥为32.5复合硅酸盐水泥，并且以下实施例在进行具体实验时，所采用的水泥均为32.5复合硅酸盐水泥。具体地，对该应用于生态修复的基材改良剂的相关机理及优势进行详细阐述：(1)由于在上述应用于生态修复的基材改良剂中加入了少量的酸性改良组合物，且该酸性改良组合物中包含有少量的水泥，利用水泥的水硬性来提高边坡基材的力学性能，具体地，少量的水泥能够有效填充边坡土体颗粒间的空隙，改善土体颗粒级配，使渗水泥土的结构体系更加紧密，同时还增加了颗粒之间的分子引力，坡体抗剪强度增大的同时得到力学性能优异的生态护坡基材。(2)利用水泥强碱性来中和红壤土的酸性，使得红壤土转变为适合植物种植的土质条件，同时掺入的泥炭土、纤维等物质，可使得红壤土原本土质粘重、肥力底下的特点得到改善，从而更适合于植物的生长。(3)当红壤土转变为适合植物种植的土质条件，即可在该边坡基材上种植植物，利用植物生长过程中可自身调节ph值的特性，随时间推移使边坡基材ph值进一步接近中性，达到更适宜于植物生长的环境条件，并利用植物根系锚固作用使得边坡抗冲刷能力进一步增强。对于本发明中第二解决方案中应用于生态修复的基材改良剂制备方法，该方法具体步骤包括：s1：以质量份计，取红壤土10份，水泥0.01～0.4份和水2份混合均匀，得到初始改良组合物。本步骤中，具体地，取红壤土10份，水泥0.01～0.4份和水2份混合均匀，得到初始改良组合物，在混合后保证初始改良组合物的含水量约为20％，以使初始改良组合物处于半干燥状态，以便于进行后续ph值调控。s2：控制初始改良组合物ph值至6.98～9.60，得到酸性改良组合物。本步骤中，具体地，随水泥龄期变化，水泥的碱性会逐渐减弱，控制水泥的龄期使初始改良组合物的ph值9.08～11.2逐渐减小至ph值6.98～9.60，得到酸性改良组合物，此时的酸性改良组合物为弱碱性，以便于后续与红壤土再次中和，使边坡基材调节为接近中性的状态。本实施方式中，根据《森林土壤ph值的测定》的规范并采用雷磁phb-4型便携式ph计对试样ph值进行跟踪测量，该ph计的精度为0.01，可有效保证对酸性改良组合物在龄期推进过程中ph值的精确控制，在其他实施方式中，也可根据实际情况采用其他ph测试装置，在此不作限定。s3：以质量份计，取酸性改良组合物0.01～0.4份，红壤土10份，泥炭土0.5份，纤维0.5份和保水剂0.15份混合均匀，得到应用于生态修复的基材改良剂。本实施方式中，优选木屑作为纤维，且木屑直径为1～2cm，加入木屑的目的在于，木屑具有质轻疏松、孔隙度大的特点，可有效增加基材的通气性和孔隙率，利于植物根系在边坡基材上生长；优选羧甲基纤维素型保水剂，用于提高基材的保水性，利于植物抗旱；其中泥炭土用于提高土壤的团粒性和粘聚性，利于基材提高抗侵蚀性和获得合理三相比。下面结合具体实施例及附图，对本发明中应用于生态修复的基材改良剂及制备方法作进一步详述。s1：以质量份计，称取红壤土10份、水泥0.01-0.4份和水2份，混合均匀后得到初始改良组合物，在混合后保证初始改良组合物的含水量约为20％，以使初始改良组合物处于半干燥状态，为后续研究不同水泥掺量下水泥红壤土ph值变化情况，按照表1配比配制了五种不同水泥含量的初始改良组合物，五组试样依次命名为1～5号；将得到的每一组初始改良组合物取适量，分别填入一个10cm×10cm×10cm方格中，并使其深度正好处于方格的8cm处，以便后续ph值测试和调控。表1不同水泥掺量下初始改良组合物的原料组分质量份数12345水泥0.010.10.20.30.4红壤土1010101010水22222s2：将每一组初始改良组合物，均用刮土刀取不同深度，深度分别为2cm、4cm、6cm、8cm的四个梯度的试样，根据《森林土壤ph值的测定》规范，使用雷磁phb-4型便携式ph计跟踪持续测量土壤的ph值，每一时刻的ph记录值为该时刻四个梯度试样ph值的均值，通过持续监测，ph值随水泥龄期由添加后的9.08-11.2逐渐减小并稳定在6.98-9.60，得到五组酸性改良组合物试样，五组试样的ph值随时间的变化如图1所示。从图1可以看出，在0到7天里当水泥掺量为0.1％、1％时，ph值较其他三组掺水泥量下降的幅度更大，这是由于水泥含量较少时，水泥中的离子与红壤中的相关离子反应剧烈，加上空气中的碳酸根离子与水泥的水化反应，使得ph值减小较快；而随着水泥掺量的增加，在水泥龄期内，水泥红壤土的初期ph总体上都呈现增加的趋势且ph值的增长量变得越来越小；这是因为ph值是以10的指数形式来表达oh-浓度的，所以在相同的oh-增量下，初期的变化范围要大于后期的变化范围。综合图1中各组试样的ph值变化，在水泥掺量为红壤土的0.1-4％时，红壤土的ph值提高到了9.08-11.2，随着水泥的不断水化，基材的ph值降至6.98-9.60，逐渐稳定不变，从而得到适合于植物生长的水泥掺量界值。s3：以质量份计，取酸性改良组合物0.01～0.4份，红壤土10份，泥炭土0.5份，纤维0.5份和保水剂0.15份混合均匀，得到应用于生态修复的基材改良剂。为后续研究不同配方下植物生长情况，按照表2配比配制了得到应用于生态修复的基材改良剂。表2不同酸性改良组合物下基材改良剂的原料组分质量份数abcdef酸性改良组合物00.010.10.20.30.4红壤土101010101010保水剂0.150.150.150.150.150.15泥炭土0.50.50.50.50.50.5纤维0.50.50.50.50.50.5当s3步骤完成后制得a～f五组应用于生态修复的基材改良剂的实验样品，分别对这五组试验样品进行植物种植测试，本实施方式中具体植物种植步骤如下：(1)将植物种子浸泡于清水中20-24h，得到待播种种子，此处植物种子优选为狗牙根种子。其中，对于种植的植物种子优选为草本植物或灌木植物种子，或者为两者植物种子的混合；草本植物包括狗牙根、黑麦草或高羊茅，南方优选狗牙根，北方优选黑麦草或高羊茅；而灌木植物包括多花木兰、白三叶或刺槐，这两类植物种子均具有发芽率高、抗逆性强、根系发达，生长迅速的特点，种植于经前述基材改良剂处理过的边坡时，能够很快覆盖与坡面上，起到控制早期水土流失的作用，能建立稳定的坡面生态系统。(2)按表2配比制得a～f五组基材改良剂后，按6-8g/l施加底肥，得到混合料。(3)将上述混合料铺设于坡面，将待播种种子均匀播撒于混合料表面，其中，待播种种子播种量为干重量20g/m2，混合料的铺设厚度为8-10cm；然后在撒有待播种种子的混合料表面铺上厚度为0.6-0.8cm的红壤土，用水浇透，在播播下种子后的第一个月，浇水频率为早晚各一次，得到实验组a～f。以定期观察的方式，对上述实验组a～f中狗牙根种子的发芽时间、发芽颗数及平均茎长进行详细观测，同时设置相应的对照组g，该对照组g为在红壤土上直接播种狗牙根的情况，将实验组a～f和对照组g置于相同的环境条件下进行为期两个月的同步观测，结果如表3和表4所示。表3狗牙根种子出芽情况对比表编号abcdefg最大发芽数4570504730185表4狗牙根平均茎长对比表(单位：cm)此外，经过为期两个月的观察，各组中狗牙根发芽时间快慢不一，发芽时间从早到晚排序为b(6天)，a和c(8天)，d(10天)，e和f(12天)，g(15天)；数据表明，掺入水泥的基材狗牙根的发芽时间均相比未掺入水泥的基材狗牙根的发芽时间早，由此表明掺入水泥基材能让狗牙根稍早些发芽。狗牙根在播种的第28天后出芽率持续增长，直到第32天，各基材发芽率基本保持不变。从表4及表5可看出狗牙根最大发芽数及平均茎长均随水泥掺量的增加而增大，但是超过一定的范围随着水泥掺量增加会抑制狗牙根的发芽以及生长，说明掺入一定量的水泥，能在改善土壤ph值的同时提高狗牙根种子的发芽率，且有利于狗牙根后期的生长，这本实施例中实验组b的配比方案具有最佳的植物生长效果。由表5可知，虽然不同基材中植物生长快慢不一样，不同阶段生长的高度不一样，但是，每种基材中植物生长规律基本类似，播种二周后，植物平均高度便达到0.9cm，具有了初步的固土能力；三周后，植物平均高度达到2cm，茎具有了一定强度，具有基本的抗雨水冲刷能力；30天后，植物高度已经超过3.55cm，此时的土壤和植物复合体已经具有较强的抗侵蚀能力；两个月后，植物高度接近10cm，已经具有很强的抗水流侵蚀能力。即说明实验组方案在为植物提供适宜的生产环境，同时也利用长成后的植物的根系锚固作用，使边坡防护能力进一步增强，构成了一种相辅相成的良性生态修复模式。区别于现有技术的情况，本发明提供一种应用于生态修复的基材改良剂及制备方法，通过引入酸性改良组合物，使红壤土地区边坡基材的抗冲刷能力得到提高，从而提高边坡防护能力；同时，酸性改良组合物的引入缓解了红壤土的强酸性，达到适宜植物生长的土壤条件，进而在植物根系锚固作用下使边坡防护能力进一步增强。以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12