CN102618295B - 一种适用于矿山生态修复的土壤改良基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤改良基质，具体地说，涉及一种适用于矿山生态修复的土壤改良基质及其制备方法，由下述重量份数的原料制成：污泥40～60份、泥炭10～30份、黄土10～20份、粉煤灰10～20份、磷石膏5～10份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方；具有出苗率高，同时植物生长过程中死苗率较低，叶色浓绿、长势最旺盛，生物量最大，矿山废弃地植被恢复效果好等优点。

Description

一种适用于矿山生态修复的土壤改良基质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种土壤改良基质，具体地说，涉及一种适用于矿山废弃地的，以工矿业和城市日常生活等的废弃物为原料配制成的，可以提高植物种子发芽率、苗木成活率、苗木生物量等的保水保肥的土壤改良基质。

技术背景

矿山废弃地是指在采矿活动中所破坏的、未经一定处理而无法使用的土地。近年来，由于采矿而废弃的土地面积逐年增加，大面积的矿山废弃地不仅减少了可利用的土地资源，同时也对区域生态环境产生了诸多负面影响。矿山废弃地生态复垦的基本思路是植被恢复，而其最大难点在于废弃地有机质含量较低，土壤基质不具备植被生长的条件，只有土壤的性状得到改良，植被恢复才能得以进行。另一方面，目前主要采用的方法是以客土填埋为主，但土地资源非常紧缺，不可能再增加大面积的土地来用于矿山废弃地土壤改良。因此，矿业废弃地生态修复的核心问题是土壤来源问题，解决该问题，不仅从根本上解决了植物的立地条件，而且为矿业废弃地从简单植被向农业化复垦、恢复土地生产力创造了条件，其研究具有重要现实意义。

我国大部分矿山，特别是非金属矿山，废弃地并不含过多的重金属元素和有毒物质，为城市生活污水处理后剩余污泥用于生态修复土壤基质改良的应用创造了基础条件。利用城市污水处理厂的剩余污泥作为矿山废弃地生态修复土壤基质改良的有机肥料资源，一方面可大大改善土壤结构，促进土壤熟化，加速废弃地建立植被，更新废弃地土壤生态系统，改善废弃地的环境质量和景观效果，增加土地经济资源，创造巨大的环境效益、经济效益和社会效益，实现持续发展的长远战略目标；另一方面将消耗大量的污水污泥，有效治理城市污水处理厂剩余污泥堆放的环境问题。目前剩余污泥用于矿山废弃地的理想应用途径是将剩余污泥填埋处理或者无害化处理后，作为有机肥料替代农家肥和化肥用于农业生产。该方法产生二次污染的可能性小，安全、可靠，但剩余污泥前期无害化处理工作量大，工艺较复杂，投资较高，生产成本较大，难以用于实际生产过程。

所以本发明避免了上述问题，结合本地区情况将剩余污泥、泥炭与矿工业生产中废弃的粉煤灰、磷石膏、黄土、菌根生物制剂、土壤粘合剂等按一定比例混合，重构适合植物生长的营养基质，加快土壤腐殖质层的产生和熟化，最终达到复垦和植被恢复的目的。该方法的核心是要按一定比例将城市生活污水处理后的剩余污泥、粉煤灰、黄土、泥炭土、菌根生物制剂以及土壤粘合剂进行合理配制成符合我国农用土壤标准并满足植物生长条件的基质后进行使用。

本发明内容和创新点

本发明的目的是针对目前矿山生态修复过程中土壤基质改良技术的不足，而提供一种富含大量有机质且能改善废弃矿山局部土壤环境，从而能够有效提高植物种子发芽率、苗木成活率、苗木生物量等的保水保肥的土壤改良基质，从而提高经济效益的一种矿山生态修复用的土壤改良基质。

本发明一种适用于矿山生态修复保水保肥的土壤改良基质，由下述重量份数的原料制成：

污泥40～60份、泥炭10～30份、黄土10～20份、粉煤灰10～20份、磷石膏5～10份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方。

其中，最佳配比：污泥40份、泥炭30份、黄土15份、粉煤灰10份、磷石膏5份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方。

一种适用于矿山生态修复保水保肥的土壤改良基质的制备方法，其特征是，包括以下步聚：

(1)将泥炭、磷石膏、粉煤灰、黄土、污泥在室内风干，剔除石块、草屑等，分装在清洁尼龙袋内备用；

(2)将上述重量份数的污泥、泥炭、黄土、粉煤灰、磷石膏，进行均匀混合，并按土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方将土壤粘合剂和菌根生物制剂加入后再次搅拌混合均匀；

(3)将上述混合好的基质边搅拌边淋洒1000倍的多菌灵液进行消毒即可。

本发明与现有技术相比具有以下不同：

(1)所选原料来源较广，利用率较低，单独过量排放对周围环境具有一定的污染，本发明的应用可变废为宝。(2)通过合理配比将所选定泥炭土等几种原料混合制成土壤改良基质，可使各原料参数含量互补，有效地调节土壤有机氮、磷、钾、有机质含量，进而更有效的改良矿山废弃地土壤，创造适合植物生长的营养环境。(3)微生物是土壤中活的有机体，菌根生物制剂的添加可直接参与本发明土壤改良基质中物质和能量的转化、腐殖质的形成和分解、养分的释放、氮素的固定和发育过程。(4)土壤粘合剂的添加不仅完善了改良基质的结构，还能达到保墒的作用。

本发明成分功能解析

1、污泥：污泥是城市和企业的污水处理厂在净化污水时得到的沉淀物质，含有混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物，是各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合体，含有丰富的有机质、氮、磷和适量的Cu、Zn等植物生长所需的其他营养物质，具有较高的肥力及农用价值，同时，污泥具有较强的粘性和吸水性，在矿山废弃地生态修复过程中，科学合理使用不仅能够有效增加土壤肥力，促进作物生长，同时能够改良土壤结构、防治水土流失，具有重要的环境、生态、社会和经济效益。

2、泥炭：也叫草炭土，是几千年形成的天然沼泽地产物，质地松软易于散碎，比重0.7-1.05，呈棕色或黑色，呈层状分布，有机质含量50％-60％，腐殖酸40％-50％，pH值5.5～6.5，呈微酸性反应，无菌、无毒、无污染，通气性能好，质轻、持水、保肥、有利于微生物活动，增强生物性能，营养丰富，既是栽培基质，又是良好的土壤调解剂。泥炭在有机质被土壤微生物分解后，较长时间供给植物其生长所需养分。泥炭含有的腐植酸具有较强的吸附力，增加土壤的团粒结构，使土壤发暄、地质松轻，使土壤具有较强的吸水性和吸氮力。泥炭的炭氮比(C/N)为20左右，因此能够改善植物的碳素营养。泥炭中的含碳有机物，在分解过程中产生大量的二氧化碳(CO2)，直接被作物的根系和叶面吸收，从而促进光合作用的进行，有利于植物的生长，是优良的植物栽培介质和土壤改良产品。

3、粉煤灰：大型工厂、火力发电厂煤炭燃烧后的剩余物，富含植物所需的大量元素磷、钾，中量元素钙、镁、硫，微量元素锌、锰、铜等以及有益元素硅、硒、钛等，粉煤灰在矿山生态修复中的合理利用，既可节约占地，保护环境，又为植物正常生理活动提供了所需的营养成分。

4、磷石膏：磷石膏是磷酸或磷肥工业以及某些合成洗涤剂产业排放的工业废渣，多呈灰白色，有的呈黄色和灰黄色，密度为2.05～2.45g/cm3，容重0.85g/cm3，主要成分是磷酸钙，主要杂质为磷，其次尚有碱金属盐、硅、铁、铝、镁等杂质。是一种多组分的复杂晶体。磷石膏是潮湿的细粉末，95％的颗粒小于0.2mm，自由水含量20％～30％，pH值一般在4.5以下。在矿山生态修复过程中合理施用磷石膏在补充植物生长所需营养成分的同时可提高土壤的渗水率，通过减少地面径流达到减少土壤流失的目的，是一种土壤改良剂。

5、菌根生物制剂：是中国林科院菌根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，是根据植物在自然条件下需要形成菌根帮助成活和生长的原理而研制成功的可持续发展的生态技术产品，能诱发和促进植物形成其自然生活的供养体系——有效菌根，提高植物吸收和利用水肥的能力，分泌多种植物生理活性物质，调节植物生理活动，改善体内养分状况；分泌多种植物激素和各种酶，促进植物生根、生长和发育，提高对土壤养分(尤其磷)的利用率；增强植物抗病、抗逆性，提高土壤活性，增加土壤有机质含量，改善土壤理化性质，提高土壤肥力等。

6、土壤粘合剂：又名保土剂，土壤保墒剂，水土保持剂，土壤团粒剂，胶粉等，是一种高分子聚合而成的网状结构聚合物，是水溶性有机土壤调理剂，溶解以后形成千倍与水的透明粘稠液体，可有效抑制土壤水分蒸发，提高土壤保墒能力，提高土壤水分渗透力，增强土壤凝聚力，防止土壤大量流失，有效降低径流的土壤流失量，同时使土壤基质结构完善，促进土壤团粒结构的形成，有效吸附土壤中养分，从而提高肥料的利用率，为植物正常生长提供所需的养分和水分。

7、黄土：土壤的一种，砂粒、黏土和少量方解石的混合物，浅黄或黄褐色，内部空隙较大，用手搓捻容易成粉末，草种少，菌类病虫少，含有钙质，土质肥沃。

技术经济分析：

1、技术指表：

1)能有效提高矿山废弃地土壤肥力、保水能力，最终提高植物生长量。

2)能提高植物种子的发芽率，苗木成活率和植物生物量。

2、经济指表：

1)本发明原料的利用直接减少了工矿业废弃物的占地面积和处理费用，避免对环境的污染，节省了占地费、处理费和环境治理费。

2)通过提高植物种子的发芽率和苗木成活率，有效降低矿山废弃地生态修复成本达30％以上。

本发明根据各成分的理化性质合理配比混合而成，在改善矿山废弃地植物生长局部环境的同时，为植物生长提供了全面的营养，具有良好的透气性及持水性，并且富含大量有机质，为植物的快速生长提供了优良的环境和养分，从而提高了植物的成活率和矿山的生态修复率，降低了成本，增加了经济效益。

试验论证说明：

在矿山废弃地立地条件相近区域选取试验地，种植穴按照1*1米的规格，品字形排列，共设置400个种植穴，将按比例配置好的土壤改良基质分别均匀撒在种植穴上10厘米厚，每撒播三个留一个空地作为对照。在上述种植穴里播种优良牧草紫花苜蓿种子，每一试验组分别播种100个种植穴，在同样的管理条件下用同样的方法进行管理，逐日观察统计出苗率，死苗率，共统计四周，出苗后每两周测一次株高，直至播后12周。

不同试验组土壤基质：

基质一：污泥40份、泥炭30份、黄土15份、粉煤灰10份、磷石膏5份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方

基质二：污泥50份、泥炭20份、黄土10份、粉煤灰20份、磷石膏5份、土壤粘合剂2kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方

基质三：污泥60份、泥炭10份、黄土20份、粉煤灰10份、磷石膏10份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方

对照：种植穴整理后直接播种。

结果比较：

紫花苜蓿在不同土壤基质上播种，经调查分析，得出以下结论：土壤改良基质中因含有泥炭土、菌根生物制剂等大量营养成分，植物生长优于对照，基质一里泥炭土含量最高，植物生长所需各种营养成分最多，基质成分最合理，因此在基质一上播种的紫花苜蓿种子出苗率显著提高(见表1)，同时植物生长过程中死苗率较低，叶色浓绿、长势最旺盛，生物量最大，矿山废弃地植被恢复效果最好(见表2-5)。

表1不同土壤基质播种植物种子平均出苗率对照分析表

表2紫花苜蓿播后三周的出苗率和死苗率调查分析表

处理方式	出苗率(％)	死苗率(％)
			基质一	86.1	1.3
基质二	82.9	1.8
			基质三	80.6	2.2
对照	48.3	16.1

对试验统计得以下结论：与对照相比，本发明改良基质可以提高紫花苜蓿种子出苗率，幼苗死亡率很低，而对照不仅出苗率低，而且死苗率较高。

表3紫花苜蓿幼苗株高(cm)

从表3看出，在生长的前4周，本发明改良基质前期对幼苗的株高无显著的影响，自第6周至12周，经处理的幼苗株高明显高于对照。

表4播种12周紫花苜蓿幼苗的生物量(g/5株)

表4看出，使用本发明改良基质处理后，生长12周的幼苗其地上和地下生物量均显著高于对照。

表5栽植紫穗槐150天后平均生长量指数表

生长量	分枝	地径(cm)	叶片宽度(cm)	株高(cm)
					基质一	20	0.52	0.88	75
基质二	17	0.45	0.69	68
					基质三	15	0.41	0.61	61
对照	11	0.33	0.42	45

表5看出，使用本发明改良基质处理后，苗木成活率、生物量均明显高于对照。

由上述调查统计的数字分析可以看出，矿山废弃地由于土层很薄、土壤贫瘠、水土流失严重造成矿山废弃地立地条件很差，直接进行播种，植物出苗率低，长势差，矿山植被恢复成功率很低，容易造成成本的加大和资金浪费。由此可见，使用本发明由污泥、泥炭土、黄土、粉煤灰、磷石膏和菌根生物制剂以及土壤粘合剂按照合理的配比混合成矿山生态修复用土壤改良基质，可使各原料参数含量互补进而更有效的改良矿山废弃地的土壤。在改良土壤结构，起到保水保肥作用的同时，可以改善植物生长环境并能够即时给植物种子出苗后正常生长提供所需的营养成分，促进了植物根系和地上部分的生长，提高了苗木质量，保证植物的正常生长，从而逐步恢复矿山废弃地的生态环境，达到植被恢复的目的，从而降低了成本，提高了收益。

结论：

试验表明，本发明利用工矿业等废弃物混合组成的土壤改良基质不仅容纳了植物生长所需的各种营养成分，同时将各成分按照适量配比进行配制，通过添加菌根生物制剂和土壤粘合剂，能够在改良土壤结构，保持土壤肥力和水分的同时能够为苗木生长提供足量的营养成分，保证了植物的正常生长，使植物发芽率、成活率、生长势、抗逆性都有很大程度的提高，降低了矿区生态修复成本，加速修复进度，效率，达到了矿山废弃地植被恢复的目的，而且解决了矿工业等废弃物处理处置问题，产生巨大的环境，社会效益。

具体实施方式：

实施例1：

原料配比：污泥40份、泥炭30份、黄土15份、粉煤灰10份、磷石膏5份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方

本发明一种适用于矿山生态修复的土壤改良基质的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将泥炭土、磷石膏、粉煤灰、黄土、污泥在室内风干，剔除石块、草屑等，分装在清洁尼龙袋内备用；

(2)、按污泥40份、泥炭30份、黄土15份、粉煤灰10份、磷石膏5份，将上述原料进行均匀混合，并按土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方将土壤粘合剂和菌根生物制剂加入后再次搅拌混合均匀；

(3)、将上述混合好的基质边搅拌边淋洒1000倍的多菌灵液进行消毒即可。

实施例2：

原料配比：污泥50份、泥炭20份、黄土10份、粉煤灰20份、磷石膏5份、土壤粘合剂2kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方

一种适用于矿山生态修复的土壤改良基质的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将泥炭、磷石膏、粉煤灰、黄土、污泥在室内风干，剔除石块、草屑等，分装在清洁尼龙袋内备用；

(2)、按污泥50份、泥炭20份、黄土10份、粉煤灰20份、磷石膏5份，将上述原料进行均匀混合，并按土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方将土壤粘合剂和菌根生物制剂加入后再次搅拌混合均匀；

(3)、将上述混合好的基质边搅拌边淋洒1000倍的多菌灵液进行消毒即可。

实施例3：

原料配比：污泥60份、泥炭10份、黄土20份、粉煤灰10份、磷石膏10份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方

本发明土壤改良基质制备方法，包括以下步骤：

(1)、将泥炭、磷石膏、粉煤灰、黄土、污泥在室内风干，剔除石块、草屑等，分装在清洁尼龙袋内备用；

(2)、按污泥60份、泥炭10份、黄土20份、粉煤灰10份、磷石膏10份，将上述原料进行均匀混合，并按土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方将土壤粘合剂和菌根生物制剂加入后再次搅拌混合均匀；

(3)、将上述混合好的基质边搅拌边淋洒1000倍的多菌灵液进行消毒即可。

Claims (3)

1.一种适用于矿山生态修复保水保肥的土壤改良基质，其特征是：由下述重量份数的原料制成：

污泥40～60份、泥炭10～30份、黄土10～20份、粉煤灰10～20份、磷石膏5～10份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方。

2.根据权利要求1所述的一种适用于矿山生态修复保水保肥的土壤改良基质，其特征是：由下述重量份数的原料制成：

污泥40份、泥炭30份、黄土15份、粉煤灰10份、磷石膏5份、土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方。

3.根据权利要求1所述的一种适用于矿山生态修复保水保肥的土壤改良基质的制备方法，其特征是，包括以下步聚：

(1)将泥炭、磷石膏、粉煤灰、黄土、污泥在室内风干，剔除石块、草屑等，分装在清洁尼龙袋内备用；

(2)将上述重量份数的污泥、泥炭、黄土、粉煤灰、磷石膏，进行均匀混合，并按土壤粘合剂3kg/立方、菌根生物制剂1kg/立方将土壤粘合剂和菌根生物制剂加入后再次搅拌混合均匀；

(3)将上述混合好的基质边搅拌边淋洒1000倍的多菌灵液进行消毒即可。