CN106879272B - 一种尾砂库生态恢复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尾砂库生态恢复的方法，首先对尾砂库表层进行改良，改良包括重金属稳定化和补充营养物质，使得尾砂库上能够种植植物，然后选取具有重金属耐性的景观林苗、景观灌木苗、景观草本植物苗和景观草本植物茎段、能源植物苗分别按一定株行距种植于尾砂的表层，建立一种无土复垦植被恢复系统，所述景观林苗包括柳杉苗，所述景观草本植物苗包括花叶芦竹苗，所述景观草本植物茎段包括紫斑白三叶茎段，所述能源植物苗包括棉叶膏桐苗，所选用的植物配置是根据植物对气候环境的适应性不同进行的配置，所选用的植物花期、花色均不同，可使尾砂库常年获得景观效果，当植物生长至一定阶段，已适应尾砂生长环境，能维持生态恢复效果。

Description

一种尾砂库生态恢复的方法

技术领域

本发明涉及尾砂库修复技术领域，具体涉及一种尾砂库生态恢复的方法。

背景技术

尾矿废弃地作为矿业废弃地的一种，不仅占用大量土地，同时大面积的植被和景观遭受破坏，造成大量物种消失，生物多样性锐减，生态系统退化。另外，尾矿中含有大量有毒有害物质，如重金属等，易在水蚀、淋洗、径流等作用下污染周边土壤、水体，而尾矿中的尾砂也易受风蚀，而造成扬尘污染。因此，对尾矿废弃地进行生态恢复，控制其对周边环境的污染已成为目前研究的热点之一。尾矿废弃地生态恢复以植物恢复为关键，但由于尾矿废弃地重金属含量高、大量营养元素(如N、P)缺乏、极差的土质结构等，限制了植物在尾矿废弃地上定居、生长。因此亟需研究一套工程可用的土壤基质改良－植被恢复技术体系，为尾矿库的生态恢复工程提供参考与指导。

而目前植被生态恢复时，由于植物本身的特性，每种植物均有其适应的气候环境，或耐严寒不耐炎热、或耐炎热不耐严寒，或者一年生，导致不能全年实现尾砂库覆绿，或者生态修复的效果不能长期维持。另外，每种植物具有其独特的花期和花色，且有些植物经济价值高，可做能源植物生产生物柴油、生物乙醇或做建筑用材、造船用材、造纸原料等，因此若能有效利用植物本身的特性、景观效果、经济效益，合理搭配，使修复的同时获得景观效果和经济效益，在工程应用时更易被接受。但目前，利用植物特性合理进行植物配置的相关研究鲜见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种尾砂库生态恢复的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种尾砂库生态恢复的方法，包括以下步骤：

S1：取重金属稳定剂和有机肥混合，得到改良剂，取改良剂与厚度≥20cm的尾砂表层充分混合；

S2：选取景观林苗、景观灌木苗、景观草本植物苗和景观草本植物茎段、能源植物苗分别按一定株行距种植于尾砂的表层，所述景观林苗包括柳杉苗，所述景观草本植物苗包括花叶芦竹苗，所述景观草本植物茎段包括紫斑白三叶茎段，所述能源植物苗包括棉叶膏桐苗；

S3：养护植物。

在一些优选的实施方式中，所述景观林苗按1.5-4m的株距、2-4m的行距种植于尾砂的表层。

在上述方案优选的实施方式中，花叶芦竹苗套种于柳杉苗间。

在上述方案进一步优选的实施方式中，花叶芦竹苗按0.25-0.45m的株距、0.25-0.45m的行距套种于柳杉苗间。

在一些优选的实施方式中，所述能源植物苗按0.5-0.85m的株距、0.5-0.85m的行距种植于尾砂的表层。

在上述方案优选的实施方式中，紫斑白三叶茎段套种于棉叶膏桐苗间。

在上述方案进一步优选的实施方式中，紫斑白三叶茎段按0.1-0.2m的株距、0.1-0.2m的行距套种于棉叶膏桐苗间。

在一些优选的实施方式中，所述景观灌木苗包括月季苗、毛杜鹃苗和大花木槿苗，按0.5-0.75m的株距、0.5-0.75的行距混种于尾砂的表层上。

在上述方案优选的实施方式中，所述S2中还包括将金鸡菊种子撒播于月季苗、毛杜鹃苗和大花木槿苗间。

在一些优选的实施方式中，所述重金属稳定剂由腐植酸、CaO、钙镁磷肥、泥炭土、膨润土和蛭石混合得到。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种尾砂库生态恢复的方法，首先对尾砂库表层进行改良，改良包括重金属稳定化和补充营养物质，使得尾砂库上能够种植植物，然后选取具有重金属耐性的景观林苗、景观灌木苗、景观草本植物苗和景观草本植物茎段、能源植物苗分别按一定株行距种植于尾砂的表层，建立一种无土复垦植被恢复系统，所述景观林苗包括柳杉苗，所述景观草本植物苗包括花叶芦竹苗，所述景观草本植物茎段包括紫斑白三叶茎段，所述能源植物苗包括棉叶膏桐苗，所选用的植物配置是根据植物对气候环境的适应性不同进行的配置，紫斑白三叶多年生草本，耐寒不耐炎热，7月份开始干枯，10月份植物重新发芽生长；棉叶膏桐耐热稍耐寒；柳杉常绿乔木，花叶芦竹多年生宿根草本植物，喜光、喜温，也较耐寒；紫斑白三叶与棉叶膏桐搭配能有效避免植物不耐严寒或不耐炎热导致尾砂库裸露，使得尾砂库常年被植被覆盖，使得生态修复的效果不能长期维持。同时选用了具有重金属耐性、经济价值高且景观价值高的能源植物棉叶膏桐和景观林苗柳杉，棉叶膏桐可作能源植物生产生物柴油、生物乙醇或做建筑用材、造船用材、造纸原料等，柳杉也具有经济价值，所以在进行尾砂库生态恢复过程中同时创造了经济价值。采用棉叶膏桐和紫斑白三叶进行配置，能获得紫色系植物，能够显著提升尾砂库的景观效果。所选用的植物花期、花色均不同，可使尾砂库常年获得景观效果。当植物生长至一定阶段，已适应尾砂生长环境，因此，无须对深层尾砂进行改良植物也能生长，从而维持生态恢复效果。

具体实施方式

实施例1：

本发明实施例试验采用柿竹园铅锌矿尾砂进行，其中，Pb、Cd含量均超过土壤环境质量标准三级标准(为保障农林生产和植物正常生长的土壤临界值)，Pb、Cd含量分别为800mg·kg^-1、2mg·kg^-1，Mn含量为6394mg·kg^-1，均超过湖南省背景值。

(1)将改良剂按体积比2％与20cm厚的尾砂表层充分混合，养护7-10天。改良剂为含重金属稳定剂与蘑菇渣肥各50％的混合剂，其中重金属稳定剂为腐植酸(10wt％)、CaO(10wt％)、钙镁磷肥(25wt％)、泥炭土(20wt％)、膨润土(20wt％)、蛭石(15wt％)混合制成。

(2)反季节种植能源植物苗：选取粗壮、株高较一致(约40cm)的棉叶膏桐裸根苗，可按0.5-0.85m的株距、0.5-0.85m的行距种植，在本实施例中，按株行距60cm×60cm种植，种植时间为11月份。

(3)将紫斑白三叶茎剪成长度约15cm的茎段。

(4)紫斑白三叶茎段可按0.1-0.2m的株距、0.1-0.2m的行距套种于棉叶膏桐间，本实施例中，按株行距15cm×15cm直接扦插套种于棉叶膏桐中。

(5)种植期间，根据尾砂中水分含量浇适当的水。

(6)在种植两个月后，每2个月施复合肥一次，施加量为30g·m^-2。

试验在尾砂库一面积为22m×6m阳光均一的试验地上进行，将试验地划分为6个面积为6m×1.5m的小区，小区间间隔1m。共设置2个处理，分别为棉叶膏桐-紫斑白三叶、油茶-紫斑白三叶，每个处理重复3次。每个小区直接将改良剂按2％(体积比)与尾砂表层充分混合，养护7-10天后，按株行距60cm×60cm种植棉叶膏桐裸根苗、油茶裸根苗，将紫斑白三叶茎段按株行距15cm×15cm直接扦插套种于棉叶膏桐、油茶中。反季节种植，植物种植时间为11月份。分别于种植3个月后、半年后、一年后调查小区覆盖度，其结果列于表1。调查棉叶膏桐、油茶株高和冠幅，调查紫斑白三叶地上部生物量和覆盖度，其结果列于表2。取植物样品进行分析测定，其结果列于表3。

从表1和表2可知，棉叶膏桐-紫斑白三叶组合有利于实现尾砂库常年植被覆盖。种植3个月后棉叶膏桐已基本适应尾砂生长环境，迅速生长，至种植半年时株高已达130.21cm，种植一年后株高达150.4cm，冠幅达135.6cm，长势较好。而紫斑白三叶生长较快，种植3个月后基本成坪生长，覆盖度达77％，种植半年后地上部生物量达548.0g·m^-2。油茶生长缓慢，且种植1年后调查时已全部死亡。

按植物对气候环境的适应性不同进行配置，可以利用紫斑白三叶生长迅速的特点，实现尾砂库快速植被恢复，而当紫斑白三叶在夏季无法生长时，棉叶膏桐已成片生长，而当冬天棉叶膏桐因严寒生长受影响时，紫斑白三叶已重新长新叶生长，因此，可以有效实现尾砂库植被恢复。且采用棉叶膏桐与紫斑白三叶搭配，可以获得紫色系植物配置。

另外，棉叶膏桐属于大戟科麻疯树属多年生灌木或小乔木，除具有景观效果外，具有较高的经济价值，叶、皮和种子可以入药，种子含油量在40％-60％之间，可用于生产生物柴油；被认为是最具潜力的生物柴油原料树种。按年亩产200-250kg干果计算，可生产生物柴油152-190L，其潜在经济价值为1140-1425元/亩/年。且通过采集植物样品进行重金属含量分析测定可知(表3)，棉叶膏桐对重金属的吸收能力较低，植物体内重金属含量较低，因此，作为生物柴油开发是可行的。

表1按植物对气候环境的适应性配置小区覆盖度(％)

表2按植物对气候环境的适应性配置植物生长状况

注：数据为平均值，下同。

表3按植物对气候环境的适应性配置种植半年后植物体内重金属含量(mg·kg^{- 1}DW)

实施例2：

本发明实施例试验采用柿竹园铅锌矿尾砂进行，其中，Pb、Cd含量均超过土壤环境质量标准三级标准(为保障农林生产和植物正常生长的土壤临界值)，Pb、Cd含量分别为800mg·kg^-1、2mg·kg^-1，Mn含量为6394mg·kg^-1，均超过湖南省背景值。

(1)将改良剂按体积比2％与厚度为20cm的尾砂表层充分混合，养护7-10天。改良剂为含重金属稳定剂与蘑菇渣肥各50％的混合剂，其中重金属稳定剂为腐植酸(10wt％)、CaO(10wt％)、钙镁磷肥(25wt％)、泥炭土(20wt％)、膨润土(20wt％)、蛭石(15wt％)混合制成。

(2)选取粗壮、株高较一致(约50cm)的月季裸根苗，在尾砂上按株行距0.5m×0.5m种植。

(3)选取粗壮、株高较一致(约50cm)的毛杜鹃裸根苗，在尾砂上按株行距0.5m×0.5m种植。

(4)选取粗壮、株高较一致(约50cm)的大花木槿裸根苗，在尾砂上按株行距0.75m×0.75m种植。

(5)灌木间均匀撒播金鸡菊种子，密度0.5g·m^-2。

(6)种植期间，根据尾砂中水分含量浇适当的水。

(7)在种植两个月后，每2个月施复合肥一次，施加量为30g·m^-2。

试验在尾砂库一面积为22m×8m阳光均一的试验地上进行，将试验地划分为3个面积为6m×5m的小区，小区间间隔1m。种植3个月后、半年后，调查每种灌木株高、冠幅，调查金鸡菊地上部生物量和覆盖度，其结果列于表4。

月季-毛杜鹃-木槿-金鸡菊配置模式，可以利用每种植物的开花时间不同，且每种植物其花色不同，从而使尾砂库常年获得景观效果。

月季花期3-11月，但以春季开花最多，花红色。毛杜鹃花期3-4月，花粉色或白色。大花木槿(Hibiscus syriacus Linn.f.grandiflorus Hort.)，落叶灌木，高3-4m，花期7-10月，花桃红色，单瓣。金鸡菊(Coreopsis basalis(A.Dietr.)S.F.Blake)，多年生宿根草本，夏季至秋季开放的花，花儿朵朵开放时如金黄色绒毯；金鸡菊耐寒耐旱，喜光，但耐半阴。

表4按花期和花色配置种植3个月后和半年后植物生长状况

实施例3：

基于尾砂库修复生产园林景观经济林和能源植物，所选择的植物一方面是可以用于园林景观，另一方面是具有经济效益，如建筑用材、造船用材、造纸植物的经济林，和生物量大、生长快、多年生的能源植物，从而实现生态修复的同时获得经济效益。

本发明实施例试验采用柿竹园铅锌矿尾砂进行，其中，Pb、Cd含量均超过土壤环境质量标准三级标准(为保障农林生产和植物正常生长的土壤临界值)，Pb、Cd含量分别为800mg·kg^-1、2mg·kg^-1，Mn含量为6394mg·kg^-1超过湖南省背景值。

(1)将改良剂按体积比2％与尾砂表层充分混合，养护7-10天。改良剂为含重金属稳定剂与蘑菇渣肥各50％的混合剂，其中重金属稳定剂为腐植酸(10wt％)、CaO(10wt％)、钙镁磷肥(25wt％)、泥炭土(20wt％)、膨润土(20wt％)、蛭石(15wt％)混合制成。

(2)选取粗壮、株高较一致(约80cm)的柳杉裸根苗，柳杉可按1.5-4m的株距、2-4m的行距种植，在本实施例中按株行距2m×2m种植。

(3)选取粗壮、株高较一致(约25cm)的花叶芦竹袋苗，花叶芦竹可按0.25-0.45m的株距、0.25-0.45m的行距套种于柳杉苗间，在本实施例中，按株行距0.25m×0.25m种植于柳杉苗间。

(4)种植期间，根据尾砂中水分含量浇适当的水。

(5)在种植两个月后，每2个月施复合肥一次，施加量为30g·m^-2。

(6)待花叶芦竹长至2m高时将其刈割，留高25-35cm继续生长。

试验在尾砂库一面积为12m×10m阳光均一的试验地上进行，将试验地划分为3个面积为10m×2m的小区，小区间间隔1m。每个小区直接将改良剂按2％(体积比)与尾砂表层充分混合，后，按株行距2m×2m种植柳杉裸根苗，在每两棵柳杉苗间按株行距0.25m×0.25cm种植花叶芦竹袋苗。分别于种植3个月后、半年后，调查柳杉株高、冠幅，调查花叶芦竹株高、地上部生物量和覆盖度，其结果列于表5。取植物样品和尾砂样品进行分析测定，其结果列于表6-表8。

柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr)，常绿乔木，树姿秀丽，纤枝略垂，孤植、群植均极为美观，是一个良好的绿化和环保树种。庭荫树，公园或作行道树。材质轻软，纹理直，结构细，加工略差于杉木，可供建筑、桥梁、造船、造纸等用；枝叶和木材加工时的废料，可蒸馏芳香泊；树皮入药，治癣疮；也可提制栲胶；并作绿化观赏树种。

花叶芦竹，禾本科芦竹属多年生宿根草本植物，是一种多年生挺水草本观叶植物。株高1.5-2.0m，地下根状茎粗而多结。喜光、喜温、耐水湿，也较耐寒，不耐干旱和强光，喜肥沃、疏松和排水良好的微酸性沙质土壤。目前相关文献报道的均是将其种植于水体中，尚无相关研究将其种植于污染尾砂上，本发明通过将尾砂进行改良，在尾砂上成功种植花叶芦竹。

花叶芦竹不仅生长快、生物量大，半年株高可达189.43cm，地上部生物量可达1179.75g·m^-2(干重)，半年可产干物质11.80t·hm^-2(表5)。常绿乔木柳杉对Pb、Cd的吸收能力较强，富集系数分别为1.18、3.01(表6和表7)，因此，可以利用木本植物柳杉对Pb、Cd的吸收能力，降低尾砂中的Pb、Cd含量(表8)。

表5基于生产园林景观经济林和能源植物配置种植3个月后和种植半年后植物生长状况

表6种植半年后柳杉和花叶芦竹重金属含量(mg·kg^-1DW)

表7柳杉和花叶芦竹富集系数和转运系数

注：草本植物：富集系数＝植物地上部重金属含量/尾砂重金属含量，转运系数＝植物地上部分重金属含量/植物根部重金属含量；木本植物(乔木)由于茎重金属的含量大于叶片重金属含量，因此富集系数＝植物茎重金属含量/尾砂重金属含量，转运系数＝植物叶重金属含量/植物茎重金属含量。

表8基于生产园林景观经济林和能源植物配置种植半年后尾砂pH和重金属全量(mg·kg^-1)

Claims (9)

1.一种尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：取重金属稳定剂和有机肥混合，得到改良剂，取改良剂与厚度≥20cm的尾砂表层充分混合，养护7-10天；

S2：选取景观林苗、景观灌木苗、景观草本植物苗和景观草本植物茎段、能源植物苗分别按一定株行距种植于尾砂的表层，所述景观林苗包括柳杉苗，所述景观草本植物苗包括花叶芦竹苗，所述景观草本植物茎段包括紫斑白三叶茎段，所述能源植物苗包括棉叶膏桐苗；花叶芦竹苗套种于柳杉苗间；

S3：养护植物。

2.根据权利要求1所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，所述景观林苗按1.5-4m的株距、2-4m的行距种植于尾砂的表层。

3.根据权利要求1或2所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，花叶芦竹苗按0.25-0.45m的株距、0.25-0.45m的行距套种于柳杉苗间。

4.根据权利要求1所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，所述能源植物苗按0.5-0.85m的株距、0.5-0.85m的行距种植于尾砂的表层。

5.根据权利要求1或4所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，紫斑白三叶茎段套种于棉叶膏桐苗间。

6.根据权利要求5所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，紫斑白三叶茎段按0.1-0.2m的株距、0.1-0.2m的行距套种于棉叶膏桐苗间。

7.根据权利要求1所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，所述景观灌木苗包括月季苗、毛杜鹃苗和大花木槿苗，按0.5-0.75m的株距、0.5-0.75m的行距混种于尾砂的表层上。

8.根据权利要求7所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，所述S2中还包括将金鸡菊种子撒播于月季苗、毛杜鹃苗和大花木槿苗间。

9.根据权利要求1所述的尾砂库生态恢复的方法，其特征在于，所述重金属稳定剂由腐植酸、CaO、钙镁磷肥、泥炭土、膨润土和蛭石混合得到。