CN103643684B

CN103643684B - 一种以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法

Info

Publication number: CN103643684B
Application number: CN201310598427.1A
Authority: CN
Inventors: 王琼; 吴亮亮; 周连碧; 张华�
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103643684A

Abstract

本发明涉及一种以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法，包括：生态棒呈等高线铺设于边坡的坡面上，通过锚杆进行固定；待生态棒铺设后，进行双向土工格栅铺设，使双向土工格栅覆盖整个边坡的坡面，通过锚杆将双向土工格栅固定在边坡的坡面上；将底层基材喷射于铺设完生态棒和双向土工格栅的坡面上，使底层基材覆盖整个坡面、双向土工格栅和生态棒的外表面；待底层基层材基本凝固后，进行种子层的喷射，使种子层覆盖整个底层基材层。本发明所提供的方法，水土保持效果非常明显，对边坡的生态固定作用效果显著；施工工艺简单，易实施，效率高，效果好适用了大面积的应用，具有能优化生态环境的明显效果和长远意义。

Description

一种以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法

技术领域

本发明属于裸露边坡生态修复技术领域，涉及一种裸露边坡生态修复施工方法，具体地说，涉及一种以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法。

背景技术

随着西部开发的投入，公路、铁路、水利、采矿等工程建设如火如荼。一些基础工程建设的实施，伴随出现了大量的施工开挖、爆破、弃渣弃土等，从而破坏天然植被，造成大量的裸露边坡，使原本脆弱的生态结构和服务功能遭到破坏，引发严重的水土流失和环境生态失衡等问题，加剧了人类生存环境的恶化和生态系统退化。公路铁路在进入21世纪以来的快速发展和大规模建设，导致每年新增加的裸露边坡约3亿平方米，并且线性分布，影响面大，是我国新的水土流失源，因此，对裸露边坡进行生态治理已迫在眉睫。裸露边坡生态修复基本任务是边坡稳定性和边坡的植被恢复，最终的目标是恢复植被回归自然。

因此，营造适合植被生长的土壤基质条件是裸露边坡生态治理成功的关键，正基于此，为城市污泥用于生态修复土壤基质改良的应用创造了基础条件。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法。该方法利用发酵污泥作为基质，实施在无植生条件的裸露边坡，进行生态修复、营造生态景观，同时保证边坡结构和稳定性，从而达到绿化美化，保持水土的作用。

本发明提供的以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法，包括如下步骤：

（1）铺设生态棒：生态棒呈等高线铺设于边坡的坡面上，通过锚杆进行固定；

（2）铺设双向土工格栅：待生态棒铺设后，进行双向土工格栅铺设，使双向土工格栅覆盖整个边坡的坡面，通过锚杆将双向土工格栅固定在边坡的坡面上；

（3）底层基材层的喷播：将底层基材喷射于铺设完生态棒和双向土工格栅的坡面上，使底层基材覆盖整个坡面、双向土工格栅和生态棒的外表面；

（4）种子层的喷播：待底层基层材基本凝固后，进行种子层的喷射，使种子层覆盖整个底层基材层。

其中，步骤（1）中，生态棒铺设的纵向间距为1.2～2.0m，优选1.5～2.0。

其中，所述生态棒由高分子聚丙烯材料制成，耐腐蚀性强，能有效保证基材长期稳定和合理的厚度。

其中，所述双向土工格栅为塑料材质。

其中，步骤（3）中，通过干喷机将底层基材喷射于铺设完生态棒和塑料双向土工格栅的坡面上。

其中，步骤（3）中，底层基材喷射厚度为10～15cm。

其中，步骤（3）中，底层基材喷射强度为0.3～0.5MPa。

其中，步骤（4）中，种子层喷射厚度为3～4cm。

其中，步骤（4）中，种子层喷射强度为0.1～0.3MPa，优选0.1～0.2MPa。

本发明所使用的底层基材，包括以下成分：发酵污泥，有机物，壤土，土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂。

其中，底层基材中，发酵污泥，有机物和壤土的体积份数为：0＜发酵污泥≤25份，有机物10份，65份≤壤土＜90份。

进一步地，底层基材中，发酵污泥和壤土的体积份数分别优选为15～25份和65～75份。

更进一步地，底层基材中，发酵污泥和壤土的体积份数分别最优选为25份和65份。

其中，底层基材中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的施用量以所述发酵污泥、壤土和有机物的混合物的体积计算，每单位体积的所述混合物中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的重量份数为：土壤保水剂150份，粘合剂100份和微生物菌剂45份。

本发明所使用的底层基材，最优选地，包括以下成分：体积份数的发酵污泥25份，有机物10份和壤土65份；每单位体积的发酵污泥、壤土和有机物的混合物中，重量份数的土壤保水剂150份，粘合剂100份和微生物菌剂45份。

其中，底层基材中，所述的有机物选自农作物秸秆、农作物果壳和木材加工的废弃物中的一种或几种。

进一步地，底层基材中，所述农作物果壳为花生或稻谷等。

进一步地，底层基材中，所述木材加工的废弃物为锯木屑或刨花等。

优选地，底层基材中，所述的有机物选自秸秆、花生、稻谷、锯木屑和刨花中的一种或几种。

本发明所使用的底层基材的制备方法，包括：将上述任意一项的发酵污泥、有机物和壤土在在常温（20～25℃）的条件下混合均匀，并加入上述任意一项的土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂后再次混合均匀。

本发明所使用的种子层，包括以下成分：生物有机肥、壤土、土壤保水剂、粘合剂和植物种子。

其中，种子层中，生物有机肥与壤土按照体积比为4:6的比例混合；每单位面积的施工面积（待喷播的坡面）中，将重量份数为8～12份的粘合剂、13～18份的土壤保水剂和15～20份的植物种子进行混合；土壤保水剂优选15～18份，植物种子优选16～20份。

其中，种子层中，所述生物有机肥为牛粪、发酵菌种剂和作物秸秆中的一种或多种发酵而成。

本发明提供的以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法，在步骤（1）铺设生态棒前，还包括整理坡面的步骤，包括：清除坡面浮石，消除坡面崩落物隐患；适度平整坡面，保证基材和坡面能紧密结合。

城市污泥含有较高的有机质和矿质营养（其中有机质平均值为384g/kg、氮磷平均值分别为27.0g/kg和14.3g/kg），甚至高于一般的农家肥（猪厩肥干物质中平均含氮20.9g/kg、磷8.96g/kg，牛厩肥中平均含氮16.7g/kg、磷4.30g/kg）污泥总体是一种富含有机质（C/N较低，一般低于10）、高氮、高磷而低钾的有机肥，pH为中性或偏酸性，其养分含量高于一般的禽畜粪便，矿化速度也比农家肥迅速。因发酵后的污泥肥力远远高于泥炭，且发酵后的污泥具有一定的粘性和塑性，适宜与壤土、有机物等按照一定比例混合制备喷播基材，提供一种适用于裸露边坡客土喷播的喷射基材，既能够改善土壤结构，提高土壤肥力，又能促进植物的生长。

本发明中，所述的发酵污泥是城市污水处理厂的脱水污泥采用高温好氧堆肥的方法，经过好氧微生物的发酵分解并转化为稳定性较高的类腐殖质。外观呈褐色，疏松、分散、细颗粒状，含水率≤30.0%，泥质达到《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T23486-2009）相关规定和控制标准。

本发明中，所述有机物中可以含有大量的碳、氮、磷、钾、钙、镁、硫和硅等多种营养元素，同时可以富含纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机物质，是一种可以资源化利用的固体废弃物资源。另外，有机物可以改善土壤物理性质，提高土壤的保蓄性和缓冲性，同时上述有机物的使用还可以保护农村生态环境、促进农业的生态化发展。只要有机物能够达到上述作用，都可以采用。

本发明中，所述壤土指土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒含量适中的土壤。质地介于黏土和砂土之间，兼有黏土和砂土的优点，通气透水、保水保温性能都较好，是较理想的种植土壤。普遍意义的壤土都可以采用。

本发明中，所述生物有机肥为牛粪、发酵菌种剂和作物秸秆中的一种或多种发酵而成，其中发酵菌种剂购自中国农业大学。

本发明中，所述土壤保水剂是一种人工合成的具有超强吸水保水和释放能力的高分子聚合物，称SAP，主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体，型号为法国爱森MP3500KM。它具有电离性基团羧基结构的高吸水性有机分子，分子间为交联聚合而成的网络状结构，含有强亲水性基团，通过其分子内外侧电解质离子浓度所产生的渗透压，对水有强烈的缔合作用；环境水多时吸收、水少时释放，如此吸水、释水反复循环，能够长时间保持三维立体结构，从而长期向植物供水；同时可使土壤形成团粒多孔结构、松软透气，既保证植物需求，又可增加粘土的通透性和沙土的持水力。其他具有上述功能的土壤保水剂也可以采用，效果以本申请采用的为优。

本发明中，所述粘合剂是一种由高分子聚丙烯酰胺（PAM）聚合而成的一种水溶性有机类土壤调理剂（又名胶粉、保土剂、土壤保墒剂、水土保持剂、土壤团粒剂等），属于人工合成的高分子长链聚合物，型号为法国爱森的A30。它具有较强的沉降和絮凝土壤粒子的特性，可促使土壤形成良好的团粒结构，构成抗冲刷、防渗漏的载体；主要用于绿化喷播、植树造林工程，具有减少因地表径流造成的土壤流失、提高土壤渗透力、保土保肥、缓解和调节土壤水分蒸发等作用。其他具有上述功能的土壤保水剂也可以采用，效果以本申请采用的为优。

本发明中，所述微生物菌剂是北京惠民达科技发展中心研究和开发的高科技新产品，是一种具有多元作用的生物制剂，它能改善土壤微生物菌群、抑制土壤病原菌繁殖，可有效预防作物的根腐、立枯等病害；活化土壤有机与无机养份，提高肥效率，促进作物循环、长效吸收利用；同时改善土壤团粒结构，消除板结，提高保水保肥能力，抗旱、抗逆、抗寒、抗倒伏。只要微生物菌剂能够达到上述作用，都可以采用。

本发明中，所使用的植物种子选择适应当地气候的种类外，还要特别注意选择抗寒性、抗逆性的品种。

本发明提供的利用发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法，具有如下优点：

1）选用的污泥和有机物来源较广，实现了固废的资源化利用，提高了污泥和有机物的利用率，避免了单独堆存或焚烧处理污泥和有机物对周围环境具有污染的问题，使其可变废为宝；

2）通过合理搭配，尤其是起到协同作用的合理配比将所选定发酵污泥、有机物、壤土等混合制成喷播基材，有效地调节土壤有机氮、磷、钾、有机质含量，改善了土壤结构，营造了良好的植物生长环境；

3）利用发酵污泥作为基质，实施在无植生条件的裸露边坡，进行生态修复、营造生态景观，同时保证边坡结构和稳定性，从而达到绿化美化，保持水土的作用；

4）采用分层喷播的方法，其中底层基材由发酵污泥、有机物、壤土、土壤保水剂、粘合剂、微生物菌剂按照一定比例混合制备而成，改善了土壤结构，具有良好的透气性及持水性，并且富含大量有机质，为植物后期快速生长提供了良好的环境和养分；同时使污泥变废为宝，提高了污泥的资源化开发利用，降低了生态修复工程成本，创造巨大的环境效益和社会效益，也为企业创造了客观的经济效益，促进了循环经济的发展。

本发明所提供的利用发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法，以边坡和植物恢复生态的存在形式以及相应的生态环境和景观效果为依据，以现代的客土配制和喷播技术为手段，优先恢复裸露边坡的土壤生态环境，进而补充物种资源，辅助裸露边坡加速恢复植被生态环境和景观；水土保持效果非常明显，对边坡的生态固定作用效果显著；施工工艺简单，易实施，效率高，效果好适用了大面积的应用，具有能优化生态环境的明显效果和长远意义。

附图说明

图1是以发酵污泥为基质的裸露边坡的示意图；其中：1-裸露边坡坡体；2-锚杆；3-生态棒；4-塑料双向土工格栅；5-底层基材层；6-种子层。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，本发明中未提及的操作均为本领域的常规操作，如搅拌的转速等。

本发明中所使用的物料均为可以从市场上购买得到的常规物料。

本发明中，体积的单位可以是立方米、立方千米等，重量的单位可以是克、千克等，视具体的生产情况而定。每单位体积的发酵污泥、壤土和有机物的混合物中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的施用量根据合理的比例确定。

本发明的发酵污泥来自北京城市排水集团庞各庄污泥处置厂，生态棒购自北京绿之源生态科技有限公司。

实施例1

对北京昌平区一个1500m²的公路岩石边坡进行生态修复，依次进行以下步骤（结合图1所示的边坡结构示意图）：

1）制备底层基材：底层基材由发酵污泥、有机物、壤土、土壤保水剂、粘合剂（PAM）、微生物菌剂按照如下比例混合制备而成：体积份数的发酵污泥25份，有机物（秸秆、花生、稻谷、锯木屑和刨花）10份，壤土65份（三者在常温下混合均匀），土壤保水剂（SAP）、粘合剂和微生物菌剂的施用量以发酵污泥、壤土和有机物的混合物的体积计算，并按土壤保水剂150g/m³、粘合剂100g/m³以及微生物菌剂45g/m³将土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂加入后再次搅拌混合均匀。

2）制备种子层：将生物有机肥（牛粪、发酵菌种剂和作物秸秆发酵而成）、壤土、土壤保水剂（SAP）、粘合剂（PAM）和植物种子进行均匀混合，其中，生物有机肥和壤土的用量按照体积比为4:6的比例进行混合，其他组分均以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂8g/m²、土壤保水剂15g/m²、植物种子20g/m²。

3）植物种子选择：沙打旺、波斯菊、荆条、紫穗槐、刺槐、酸枣。

再进行如下操作：

1）坡面整理：将坡体1表面上的浮石清除，适度平整坡面；

2）生态棒的铺设：将生态棒3呈等高线铺设在坡体1的坡面上，生态棒铺设的纵向间距为1.5m，通过锚杆2进行固定；

3）塑料双向土工格栅的铺设：待生态棒铺设后，将塑料双向土工格栅4进行铺设，使塑料双向土工格栅4覆盖整个坡面，通过锚杆2将塑料双向土工格栅4固定在坡面上；

4）底层基材层的喷播：利用干喷机将底层基材层5喷射到整个坡体1、生态棒3和塑料双向土工格栅4的外表面，并最终覆盖塑料双向土工格栅4和生态棒3，底层基材层5的喷射厚度为10cm，强度为0.3MPa；

5）种子层的喷播：待底层基层材基本凝固后，利用干喷机将种子层6喷射到整个底层基材层5进行覆盖，种子层6的喷射厚度为4cm，强度为0.2MPa。

喷播结束后，可采用草帘或无纺布覆盖在喷播完的种子层6的外表面，既可以保墒，也能防止暴风雨的冲刷，同时也便于植物出苗。

施工2d后草种开始发芽，1个月后绿色已覆盖整个坡面，3个月后，植被覆盖度达到90%以上，中间间生大量小灌木；经过近2年的跟踪调查，坡面呈现以灌木为主，乔灌草的立体防护结构，水土保持效果非常明显，对边坡的生态固定作用效果显著，坡面呈现出良好的自然景观。

实施例2

对北京密云一个1000m²的公路岩石边坡进行生态修复，依次进行以下步骤（结合图1所示的边坡结构示意图）：

1）制备底层基材：底层基材由发酵污泥、有机物、壤土、土壤保水剂（SAP）、粘合剂（PAM）、微生物菌剂按照一定比例混合制备而成：体积份数的发酵污泥15份，有机物（秸秆、稻谷、锯木屑和刨花）10份，壤土75份（三者在常温下混合均匀），土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂的施用量以发酵污泥、壤土和有机物的混合物的体积计算，并按土壤保水剂150g/m³、粘合剂100g/m³以及微生物菌剂45g/m³将土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂加入后再次搅拌混合均匀。

2）制备种子层：将生物有机肥（发酵菌种剂和作物秸秆发酵而成）、壤土、土壤保水剂（SAP）、粘合剂（PAM）和植物种子进行均匀混合，其中，生物有机肥和壤土的用量按照体积比为4:6的比例进行混合，其他组分均以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂12g/m²、土壤保水剂18g/m²、植物种子16g/m²。

3）植物种子选择：紫花苜蓿、波斯菊、荆条、胡枝子、臭椿、刺槐。

再进行如下操作：

1）坡面整理：将坡体1表面上的浮石清除，适度平整坡面；

2）生态棒的铺设：将生态棒3呈等高线铺设在坡体1的坡面上，生态棒铺设的纵向间距为2.0m，通过锚杆2进行固定；

4）底层基材层的喷播：利用干喷机将底层基材层5喷射到整个坡体1、生态棒3和塑料双向土工格栅4的外表面，并最终覆盖塑料双向土工格栅4和生态棒3，底层基材层5的喷射厚度为15cm，强度为0.5MPa；

5）种子层的喷播：待底层基层材基本凝固后，利用干喷机将种子层6喷射到整个底层基材层5进行覆盖，种子层6的喷射厚度为3cm，强度为0.1MPa。

施工5d后草种开始发芽，1个月后绿色已覆盖整个坡面，覆盖度80%以上；6个月后，乔木和灌木的平均成苗率为3～5株/m²；水土保持效果非常明显，对边坡的生态固定作用效果显著，坡面呈现出良好的自然景观。

Claims

1.一种以发酵污泥为基质的裸露边坡生态修复施工方法，包括如下步骤：

(1)铺设生态棒：生态棒呈等高线铺设于边坡的坡面上，通过锚杆进行固定；

(2)铺设双向土工格栅：待生态棒铺设后，进行双向土工格栅铺设，使双向土工格栅覆盖整个边坡的坡面，通过锚杆将双向土工格栅固定在边坡的坡面上；

(3)底层基材层的喷播：将底层基材喷射于铺设完生态棒和双向土工格栅的坡面上，使底层基材覆盖整个坡面、双向土工格栅和生态棒的外表面；所述底层基材包括以下成分：发酵污泥，有机物，壤土，土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂；其中发酵污泥，有机物和壤土的体积份数为：0＜发酵污泥≤25份，有机物10份，65份≤壤土＜90份；土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的施用量以所述发酵污泥、壤土和有机物的混合物的体积计算，每单位体积的所述混合物中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的重量份数为：土壤保水剂150份，粘合剂100份和微生物菌剂45份；所述土壤保水剂的主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体，所述粘合剂由高分子聚丙烯酰胺聚合而成；

(4)种子层的喷播：待底层基层材基本凝固后，进行种子层的喷射，使种子层覆盖整个底层基材层，所述种子层包括以下成分：生物有机肥、壤土、土壤保水剂、粘合剂和植物种子；其中，生物有机肥与壤土按照体积比为4:6的比例混合；每单位面积的施工面积中，将重量份数为8～12份的粘合剂、13～18份的土壤保水剂和15～20份的植物种子进行混合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，生态棒铺设的纵向间距为1.2～2.0m。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，底层基材喷射厚度为10～15cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，底层基材喷射强度为0.3～0.5MPa。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，底层基材喷射强度为0.3～0.5MPa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，种子层喷射厚度为3～4cm。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，种子层喷射强度为0.1～0.3MPa。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物有机肥为牛粪、发酵菌种剂和作物秸秆中的一种或多种发酵而成；所述土壤保水剂的主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体，所述粘合剂由高分子聚丙烯酰胺聚合而成。

9.根据权利要求1、2、4、5、6、8中任意一项所述的方法，其特征在于，该方法在步骤(1)铺设生态棒前，还包括整理坡面：清除坡面浮石以及平整坡面。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法在步骤(1)铺设生态棒前，还包括整理坡面：清除坡面浮石以及平整坡面。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法在步骤(1)铺设生态棒前，还包括整理坡面：清除坡面浮石以及平整坡面。