一种高原地区冻土的生态修复方法

本发明涉及土壤冻土修复，具体而言，涉及一种高原地区冻土的生态修复方法。

背景技术：

1、冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月)/季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。

2、高原冻土具有多种特性，包括冻胀性、热融性和流变性。冻胀性是由于在细粒土层中水分含量较多时，水分结冰产生冻胀，将土层中的矿物小颗粒挤出，从而增加了土体体积，出现地表隆起等不良现象。热融性是指土体中的小冰晶随着温度的升高而融化，导致土层松软塌陷，失去固有能力。流变性则是由于冻土中存在粘塑性的冰和粘滞性的液态水，在外部载荷的作用下，冻土中的应力和应变会随时间发生规律性变化。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。

3、产生冻胀的三要素是水分、土质和负温度。水分由下部土体向冻结锋面聚集的重分布现象，称为水分迁移。迁移的结果在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀，地表隆起。细粒土中发生水分子迁移最为强烈，其冻胀力最大，被称为冻胀土。细粒土具有冻胀的特性，是因为它颗粒小，表面积相当巨大，在土颗粒矿物亲水特性以及静电引力相互作用下形成了相当发育的毛细管水，毛细管水的存在为土体冻结和水分子迁移提供了便利，以致造成冻害。粗颗粒土、石子、砂等，虽然有很大的孔隙，但形成不了毛细管水，且表面能小，一般不产生水分迁移，不发生冻胀现象，被称为非冻胀土。

4、由于冻胀和融沉作用，冻土在季节性冻土地区可能造成建筑物基础破坏、房屋开裂、地面下沉，以及道路路基变形等问题。这些现象不仅威胁到行车安全，影响交通运输，还会增加基础设施的维护成本，缩短其使用寿命，从而造成现实的经济损害。特别是在青藏高原，由于升温的海拔依赖性，气温变暖速率是全球平均水平的2倍，冻土退化的问题更为严重。其次，冻土还会对环境造成不良影响。青藏高原的冻土起到了重要的水源蓄水和排水功能，冻土融化会导致水质污染，对生态系统和人类健康带来严重威胁。此外，冻土融化还可能加剧洪涝灾害的风险，影响当地的生态环境。再者，冻土还会对农业产生负面影响。由于冻土的存在，土壤养分含量减少，植株生长受限，导致农作物的产量下降。冻土还会影响作物的耐霜性，增加腐烂的几率，进一步影响产量。最后，冻土还会对生物多样性产生威胁。冻土是许多特有物种的栖息地，冻土的退化和融化会导致这些物种的生存环境恶化，甚至可能导致物种灭绝。

5、综上所述，高原冻土的危害是多方面的，不仅影响基础设施的稳定性，还会对环境和农业产生不良影响，同时威胁到生物多样性。因此，我们需要采取有效的措施来应对高原冻土的危害，保护生态环境和人类的生存环境。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出一种高原地区冻土的生态修复方法，通过综合运用物理、化学和生物手段，实现对冻土的高效修复，提高土壤肥力和生态环境质量，解决冻土对于环境带来的危害。

2、本发明提出了一种高原地区冻土的生态修复方法，包含下列步骤：

3、步骤(1)对冻土土壤基质层表面进行人工或机械爬犁，形成波浪形表面微地形，以消减降雨的地表径流流失量，增加壤中流，提升冻土的保水能力；

4、步骤(2)微生物菌群：选用具有耐低温、能够分解有机物质以及促进土壤肥力提升的微生物菌群，通过培养繁殖后，引入冻土区域；

5、步骤(3)采用具有高导热性能的材料，将其与微生物菌群混合后，均匀施用于冻土区域；

6、步骤(4)施加土壤改良剂，均匀摊铺在冻土表面，然后翻耕拌合，能够有效改善冻土的土壤结构；

7、步骤(5)向上述冻土区域中播种抗冻植被，并围栏封育；

8、步骤(6)对上述播种的抗冻植被种子进行晒种，杀死霉菌，提高发芽率；

9、步骤(7)向种植抗冻植被的土壤中施加有机肥，促进植被生长。

10、作为优选，步骤(2)中所述微生物菌群包含：枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、生根细菌、黑曲霉、绿色木霉菌和哈茨木霉菌中的一种或多种。

11、作为优选，步骤(1)中所述波浪形表面微地形的厚度为4-5cm

12、作为优选，步骤(3)中所述高导热性能的材料包含石英、石墨烯、膨润土、铁尾矿砂和碳纳米管中的一种或多种。

13、作为优选，步骤(4)中所述土壤改良剂的组分包含氯化钾、氯化镁和草木灰。

14、作为优选，所述氯化钾的质量份数为10-18份，所述氯化镁的质量份数为8-15份，所述草木灰的质量份数为6-12份。

15、作为优选，步骤(5)中所述抗冻植被为同德短芒披碱草、青海冷地早熟禾、青海中华羊茅和青海草地早熟禾中的一种或多种。

16、作为优选，步骤(7)中所述有机肥包含马粪和菜籽饼。

17、作为优选，所述马粪和菜籽饼的质量比为0.5-4:0.5-4。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、本发明提供了一种高原地区冻土的生态修复方法，包含下列步骤：对冻土土壤基质层表面进行人工或机械爬犁，形成波浪形表面微地形，以有效消减降雨的地表径流流失量，增加壤中流，提升冻土的保水能力；步骤(2)微生物菌群：选用具有耐低温、能够分解有机物质以及促进土壤肥力提升的微生物菌群，通过培养繁殖后，引入冻土区域；步骤(3)采用具有高导热性能的材料，将其与微生物菌群混合后，均匀施用于冻土区域；步骤(4)施加土壤改良剂，均匀摊铺在冻土表面，然后翻耕拌合，能够有效改善冻土的土壤结构；步骤(5)向上述冻土区域中播种抗冻植被，并围栏封育；步骤(6)对上述播种的抗冻植被种子进行晒种，杀死霉菌，提高发芽率；步骤(7)向种植抗冻植被的土壤中施加有机肥，促进植被生长。

20、(1)本发明对冻土土壤基质层表面进行人工或机械爬犁，形成4-5cm厚的波浪形表面微地形，从而有效消减降雨的地表径流流失量，增加壤中流，提升保护层的保水能力。

21、(2)本发明选用的微生物菌群包含：枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、生根细菌、黑曲霉、绿色木霉菌和哈茨木霉菌中的一种或多种。这些微生物能够分解土壤中的有机物质，产生热量，提高土壤温度，同时促进土壤肥力的提升。这些菌群通过各自的功能，协同作用，不仅能耐低温，还能有效促进土壤肥力的提升，为作物的生长提供良好的土壤环境。

22、枯草芽孢杆菌：能增加作物抗逆性并固氮，对土壤肥力的提升有积极作用。

23、苏云金芽孢杆菌：具有杀虫功能，对鳞翅目等节肢动物有特异性的毒杀活性，从而保护作物免受害虫侵害。

24、侧孢芽孢杆菌：具有促根、杀菌及降解重金属的能力，有助于改善土壤环境。

25、胶质芽孢杆菌：具有溶磷、释钾和固氮功能，能分泌多种酶，增强作物对一些病害的抵抗力，从而间接促进土壤肥力的提升。

26、地衣芽孢杆菌：这是一种在土壤中常见的革兰氏阳性嗜热细菌，能快速繁殖并占领空间，增加土壤中有益菌群数量，改善根系环境，促进植物生长，并抑制有害微生物繁殖。

27、生根细菌：这类细菌可以促进植物生长，增加植物根系发育，并分泌多种生长激素和细胞分裂素，促进植物的营养吸收和组织分裂。它们还能增加土壤有机质含量和微生物数量，从而提高土壤肥力和生理活性。

28、黑曲霉：能够裂解大分子有机物和难溶无机物，使其更易于被作物吸收利用，从而改善土壤结构，增强土壤肥力，提高作物产量。

29、绿色木霉菌：能产生多种对植物病原真菌、细菌及昆虫具有拮抗作用的生物活性物质，提高农作物的抗逆性，促进植物生长和提高农产品产量

30、哈茨木霉菌：具有其强大的有机物降解能力，能够有效分解秸秆、残余植物材料等，促进土壤中有机质的降解，从而改善土壤结构，提高土壤肥力。同时，哈茨木霉菌还能释放出植物更易吸收的养分，包括氮、磷、钾等，为农作物提供全面、均衡的养分。

31、(3)本发明采用具有高导热性能的材料，将其与微生物菌群混合后，均匀施用于冻土区域，所述高导热性能的材料包含石英、石墨烯、膨润土、铁尾矿砂和碳纳米管中的一种或多种。通过合理选择和使用高导热性能材料，可以有效地提高土壤的热传导效率，迅速将热量传导至土壤深处，从而改善土壤的温度分布和热量传递性能。

32、(4)本发明还包括施加土壤改良剂，均匀摊铺在冻土表面，然后翻耕拌合，能够有效改善冻土的土壤结构。所述土壤改良剂包含氯化钾、氯化镁和草木灰，本发明通过向土壤中加入土壤改良剂，能够有效防止土壤“冻害”。草木灰的添加又能加深土色，提高土壤吸热能力。

33、(5)本发明还向冻土区域中播种抗冻植被，包含同德短芒披碱草、青海冷地早熟禾、青海中华羊茅和青海草地早熟禾中的一种或多种。这四种植物均具有优良的耐寒耐旱性能，属于宽叶类、根系发达的高原高寒区耐寒抗旱植物，越冬成活率较高。

34、(6)本发明还向种植抗冻植被的土壤中施加有机肥，促进植被生长，所述有机肥包含马粪和菜籽饼，通过马粪、菜籽饼等热性原料的加入，能在土壤中降解时有较大的发热量且能够显著提高土壤的有机质含量，它可以促进植物的生长发育，改善土壤的物理性质。

35、通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。