旱区用于收集净化降雨径流的生物结皮集雨面及其应用

本发明涉及生态环境治理领域，尤其涉及一种旱区用于收集净化降雨径流的生物结皮集雨面及其应用。

背景技术：

1、旱区作为陆地生态系统的重要组成部分，占据了全球陆地表面积的41％。干旱区典型的气候特征为高温少雨且蒸发剧烈，同时降水具有明显的时空变异性。例如雨季多为短时强降雨，易导致水资源严重流失并造成景观破碎；而旱季干燥少雨，降雨时间与作物需水不匹配，难以满足作物生长需求。因此，如何缓解地区水资源压力并实现高效利用对改善旱区生态环境、加快干旱区经济发展等方面具有重大意义。

2、干旱少雨以及降雨时空分配不均所导致的水资源利用不足是制约旱区经济发展和生态建设的主要原因。旱区多年的实践证明，雨水收集是当前提高水资源利用效率的有效手段。目前，收集后的雨水通常用来植树造林(种草)和农作物灌溉，能一定程度上解决降雨时间和作物需水不匹配的问题；此外，雨水经沉淀过滤后，可用于牲畜饮水或居民的生活用水，这极大地缓解了旱区的水资源短缺问题并提高了水资源利用效率。

3、目前，雨水收集措施通常由集雨面和储水系统两部分组成。其中，储水系统通常分为雨水即时利用和异时利用两种形式。即时利用的典型代表如水平梯田、集雨造林等，其能实现雨水的空间传递；而异时利用例如蓄水池，能实现雨水的时空传递，并解决供需错位矛盾。在实际应用中，通常根据集雨目的来选择储水系统的形式。此外，传统的集雨面多是利用裸土表面进行机械压实或硬化来收集地表径流，但收集的雨水往往浑浊不清、泥沙和悬浮物多、养分含量高，水质在储存的过程中易恶化，异时难以利用。随着科技进步和社会发展，化工材料例如混凝土、塑料薄膜和化学阻渗剂等被应用于集雨面的制作过程中。虽然化工材料的应用能暂时提高集雨效率，但仍存在成本过高的问题。此外，塑料薄膜破损后易成为微塑料污染源并威胁土壤健康。因此，目前大量研究集中于研制和开发集雨效率高、使用成本低、环境负担小的新型集雨材料，例如土壤固化剂、喷涂型高分子化学材料等，但此类技术需要定期喷施维护、专业性较强，难以在山区或农村长期开展，并且较难避免长期施用造成的环境污染问题。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种旱区用于收集净化降雨径流的生物结皮集雨面及其应用。

2、具体的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种旱区用于收集净化降雨径流的生物结皮集雨面，由自然采集的表层厚度为10～30mm、盖度≥40％的蓝藻和/或藓类生物结皮移植或接种至裸露坡面后培养得到；所述坡面的纵向坡度≥1/50；所述培养的前3～4周采用全时段遮阳培养，遮阳率为60～80％。

4、本发明提供的生物结皮集雨面能高效收集降雨，显著增加集雨径流量和集雨效率，提升水质，缓解旱区用水压力；同时，还能有效降低径流对土壤的冲刷，具有明显的水土流失防治功能。

5、在本发明中，所述生物结皮优选以当地干旱环境下自然发育形成的典型生物结皮为主。在本发明提供的一种较为具体的实施方式中，所述生物结皮为当地干旱环境下自然发育形成的典型藓结皮和蓝藻结皮，优势藓种主要为真藓、尖叶对齿藓和齿肋赤藓，优势藻属主要为念珠藻属、伪枝藻属、色球藻属和微鞘藻属。

6、优选地，全时段遮阳培养结束后，遮阳时段调整为每天12:00～18:00，持续3～4周；之后不再遮阳。

7、优选地，所述接种的方法包括：将阴干的生物结皮除杂后全量粉碎，然后与黏土或高岭土粉末按1:(1～2)的质量比混合，得到混合物，将所述混合物以0.5～1.0kg/m2的接种量撒播于坡面裸土。

8、优选地，生物结皮粉碎后的当量直径为1.0～1.6mm。

9、优选地，生物结皮接种至坡面后，使用2.5～3.5cm孔径的网(可选用尼龙网或棉纱网)进行固定。

10、优选地，生物结皮接种前，以8～12g/m2的施用量撒播抗旱保水剂；所述抗旱保水剂选用高吸水性树脂，优选为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物。

11、优选地，所述坡面为自然林地坡面，纵向坡度≥1/30，集雨面底部设置有高度5～10cm的挡板或土埂，与坡面形成锥形底部用于汇集径流。

12、优选地，所述坡面为自然草地坡面，纵向坡度≥1/30，集雨面底部开放且不设置遮挡物，以均匀灌溉草本植物。

13、本发明提供的方法适于人居环境坡面或自然坡面。其中，人居环境中包括庭院、院外闲散空地等，纵向坡度≥1/50即可；自然坡面(包括林地与草地)的坡度选择较为广泛，应因地制宜的选择纵向坡度≥1/30的坡面，且以陡坡为优进而提高集雨效率；但纵向坡度不应超过40°，以降低建设难度。

14、第二方面，本发明提供了所述生物结皮集雨面在收集净化降雨径流中的应用。

15、本发明提供的应用方法适合野外直接培育，能最大程度利用自然气候条件并增强新培育的生物结皮的抗逆性，避免了室内转室外的二次适应过程，一定程度上增加集雨面建设效率。室内培育扩繁的生物结皮往往需要进行人工复壮和抗性锻炼过程以提高生物结皮存活率，大大延缓了培育时间，且操作具有一定专业性，不易于旱区基层推广。本发明所述应用中，由于种源为当地自然发育形成的典型藓结皮和/或蓝藻结皮，具有抗逆性并能快速适应野外气候条件进行扩繁，可直接将生物结皮种源播撒于集雨面布设位置并进行人工培育，简化了人工集雨面的培育方法，易于推广。

16、对于旱区而言，自然坡面的集雨面可用于径流造林，也可用于种草。树木通常需水量大、蒸腾强烈，需间隔种植，而草本植物通常需水量较小并按条播处理，因此本发明可针对林地和草地两种不同用途的集雨面，采取不同的布设方式。具体地：为保证利用自然坡面进行植树造林的有效性，本发明可使用厚度为2mm铁皮插入集雨面底部土壤中，露出表面约5～10cm，以此形成类圆锥形底部用于汇集径流以提高树木的存活率；也可使用土壤堆砌压实形成土埂，以替代铁皮用于汇集径流；类圆锥型底部间隔应与树坑位置对应。当利用自然坡面进行种草时，集雨面底部优选不做处理，以保证汇集的径流均匀灌溉草本植物。

17、本发明提供的生物结皮集雨面还可根据建设目的及使用场景的不同分为集雨造林与生活用水两类应用途径。集雨面的布设方法是旱区提高集雨效率的有力支撑和保障。本发明针对两种应用情景，设计了不同的集雨面布设方法(包括集雨面材料、面积、坡度和后期维护措施等)。例如，在本发明中，自然坡面的集雨面纵向坡度应大于1/30，家庭土质集雨面纵向坡度应大于1/50；自然坡面的集雨面积宜大于90m2，庭院、场院等家庭土质集雨面积宜大于40m2。当为生活用水选址时，应避免集流路径周围存在厕所、畜禽圈舍、垃圾堆积场等污染源；优选但不限于庭院、场院和房前屋后闲散场地等作为集雨面。用于家庭生活供水的集雨面可与畜禽养殖相结合，与其他生产用水工程宜分开布置。

18、第三方面，本发明提供了一种收集净化降雨径流的方法，在坡面裸土移植或接种培养所述生物结皮集雨面。

19、本发明提供的方法将生物结皮集雨面与旱区自然地理环境及布设位置相结合，可根据生物结皮集雨面建设目标，从选址、地理条件修缮、集雨面建设、生物结皮培育方法等多方面进行全局的、系统的优化设计，同时根据集雨用途优化细节问题，提升雨水利用效率。本发明提供的方法在生物结皮集雨面的系统性和全面性方面相较常规技术具有显著优势。

20、有益效果：

21、本发明提供了一种旱区用于收集净化降雨径流的生物结皮集雨面及其应用。用于收集净化降雨径流的生物结皮集雨面由自然采集的表层厚度为10～30mm、盖度≥40％的生物结皮移植或接种至裸露坡面后培养得到；所述生物结皮为藓结皮和/或蓝藻结皮，所述坡面的纵向坡度≥1/50；所述培养的前3～4周采用全时段遮阳培养，遮阳率为60～80％。本发明提供的生物结皮集雨面能高效收集降雨，显著增加集雨径流量和集雨效率，提高水质，缓解旱区用水压力。同时，还能有效降低径流对土壤的冲刷，具有显著的水土流失防治功能。