CN108243854B

CN108243854B - 一种废弃离子型稀土矿区的绿化方法

Info

Publication number: CN108243854B
Application number: CN201810082629.3A
Authority: CN
Inventors: 刘斯文; 黄园英; 骆祥君
Original assignee: National Geological Experimental Testing Center
Current assignee: National Geological Experimental Testing Center
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2038-01-29
Also published as: CN108243854A

Abstract

本发明提供一种废弃离子型稀土矿区的绿化方法，涉及生态修复领域，包括利用草本植物对矿山边坡进行第一绿化处理；利用木本植物对马道进行第二绿化处理；其中，所述第二绿化处理包括：保留开挖树穴所得的废弃离子型稀土矿区土壤；对所述开挖树穴所得的废弃离子型稀土矿区土壤进行第一改性处理，得到改良土壤；对树穴内的废弃离子型稀土矿区土壤进行第二改性处理，得到改性树穴；将喜酸植物(杉树、松树、茶树、桂树、杨梅、蓝莓、脐橙、红花油茶等)树苗置于改性树穴中，并利用改良土壤和酸性水对木本植物树苗定植；利用动态修复种植管理方法对定植后的树苗进行田间管理，实现植被恢复。本发明不但使被破坏的矿区恢复植被生长，还带来了经济效益，所用材料易得，成本低廉，方法简便。

Description

一种废弃离子型稀土矿区的绿化方法

技术领域

本发明涉及生态修复领域，尤其涉及利用废弃离子型稀土矿区的绿化和生态恢复方法。

背景技术

我国是稀土资源大国，离子型稀土矿是中国特有的矿产资源种类。20世纪 70年代之前，江西龙南足洞离子型稀土矿区为茂密森林覆盖的丘陵地区，表层土壤为黑色的薄层腐殖土，直接覆盖于花岗岩风化壳之上，该类土壤损毁后难以自然恢复。20世纪70年代，离子型稀土基本采用“搬山”式开采，即将矿山表层的植被和土壤全部剥离，获取原矿，导致原始土壤层全部被破坏。稀土采完后，矿山即以裸露基岩(即花岗岩风化壳)的形式接受自然剥蚀。20世纪90年以来，原位浸矿技术被广泛应用于离子型稀土的开采，即将硫酸铵和硫酸浸矿液通过注液井注入矿土，提取稀土。过量的硫酸铵和硫酸浸矿液改变了矿山的地球化学环境、加速了矿山环境的恶化和不稳定，使得矿山整体酸化，土壤贫瘠，矿体深部氨氮富集，导致矿区沟壑纵横、化学污染严重、土壤破坏地区植被难以存活。以往废弃离子型稀土矿区土壤修复普遍采用“客土”法，成本较高，修复效果较差。

发明内容

为了解决离子型稀土矿区破坏土壤难以修复的问题，本发明提供了一种废弃稀土矿区的土壤原位修复、绿化的方法，本发明方法不但可以充分利用矿区内被污染的土壤，而且通过木本植物的种植，还能改善其矿区土壤性质，防止水土流失，所种植的木本植物还可以创造经济价值。

为了实现本发明的目的，本发明一方面提供一种废弃离子型稀土矿区的绿化方法，包括对废弃稀土矿区进行整地，使其形成坡度和缓的梯田，并在所述梯田上开挖树穴；还包括：

利用草本植物对梯田上的边坡进行第一绿化处理；

利用木本植物对马道进行第二绿化处理；

其中，所述第二绿化处理包括：

保留开挖树穴所得废弃离子型稀土矿区的污染土壤；

对所述开挖树穴所得的污染土壤进行第一改性处理，得到pH在4.0～4.5范围内、铵态氮含量在0.53～2.58mg/kg范围内、硝态氮含量在29.51～65.71mg/kg 范围内、有机质含量大于5％，土壤质地组成为石砾质35～45％、粗砂粒15～25％、细砂粒18～28％的改良土壤；

对树穴进行第二改性处理，使形成具有防止废弃离子型稀土矿区土壤中的硝态氮与硝态氮向树穴内迁移的改性树穴；

将木本植物的树苗置于所述改性树穴中，并利用所述改良土壤和酸性水对树苗定植；

利用动态修复种植管理方法对定植后的树苗进行田间管理，使废弃离子型稀土矿区实现植被恢复。

其中，所述木本植物包括杉树、松树、茶树、桂树、杨梅、蓝莓、脐橙、高山油茶中的一种或多种。

其中，所述石砾质的粒径大于2mm；粗砂粒的粒径为0.2～2mm，细砂粒的粒径为0.02～0.2mm。

其中，所述对所述开挖树穴所得的污染土壤进行第一改性处理包括；

利用以草炭土或松针为主要成分的第一改性料，得到有机质含量大于5％的污染土壤。

特别是，所述第一改性处理还包括：

在得到有机质含量大于5％的污染土壤之前，先使用以石灰、沸石粉、草炭灰或硫磺粉为主要成分的第二改性料使污染土壤的pH在～5.5范围内、铵态氮含量在0.53～2.58mg/kg范围内、硝态氮含量在29.51～65.71mg/kg范围内。

其中，当木本植物采用蓝莓时，污染土壤的pH调节在3.5-4.5范围内。

其中，当木本植物采用非蓝莓时，污染土壤的pH调节在5.0-5.5范围内。

其中，所述第一改性料还包括：

用于调整土壤质地，使其土壤质地组成为石砾质35～45％、粗砂粒15～25％、细砂粒18～28％的骨料。

其中，所述骨料选自天然沙土、砂石、蛭石、锯末中的一种或多种。

优选地，所述骨料为天然沙土。

其中，所述草炭土与所述开挖树穴所得的污染土壤的混合比例为1:2-4。

优选地，所述草炭土与所述开挖树穴所得的污染土壤的混合比例为1:3。

其中，所述松针与所述开挖树穴所得的污染土壤的混合比例为1:8-12。

优选地，所述松针与所述开挖树穴所得的污染土壤的混合比例为1:10。

其中，所述石灰或凹凸棒土可以使污染土壤的pH升高并维持。

其中，所述硫磺粉或草炭土或沼泽土可以使污染土壤pH降低。

特别是，所述石灰、凹凸棒土或硫磺粉、草炭土、沼泽土的添加量为使污染土壤pH达到4.0-4.5、铵态氮含量在0.53～2.58mg/kg范围内、硝态氮含量在 29.51～65.71mg/kg的量。

其中，所述石灰、凹凸棒土或硫磺粉、草炭土、沼泽土添加方式及土壤pH、铵态氮含量、硝态氮含量测定方式均按照常规方法进行。

其中，所述对树穴内的废弃离子型稀土矿区土壤进行第二改性处理包括：

向树穴内的土壤表层覆盖以沸石粉为主要成分的改性剂；

向沸石粉表面铺设以松针、农家肥与草炭土的混合物为主要成分的有机肥。

其中，所述改性剂中沸石粉的含量为80％以上。

优选的，所述改性剂中沸石粉含量为100％。

其中，所述覆盖改性剂的厚度为0.3-2cm。

优选的，所述覆盖改性剂的厚度为0.5-0.8cm。

进一步优选地，所述覆盖改性剂的厚度为0.5cm。

其中，所述农家肥为常规使用的任一种农家肥。

其中，所述松针、农家肥与草炭土的重量份配比为：0.5-1.5：2-4：4-8。

优选地，所述松针、农家肥与草炭土的重量份配比为：0.8-1.2：2.8-3.5：5-7。

进一步优选地，所述松针、农家肥与草炭土的重量份配比为：1：3：6。

其中，所述有机肥中，松针、农家肥与草炭土的混合物的含量为80％以上。

优选的，所述有机肥中，松针、农家肥与草炭土的混合物的含量为100％。

特别是，所述酸性水的pH为3.5＜pH＜4.5。

特别是，所述酸性水是由柠檬酸和水混合后制备得到。

优选地，所述酸性水是由植物发酵后获得。

其中，所述植物为豆粕、松针中的一种或多种。

其中，所述动态修复种植管理方法包括：

对定植后的树苗定期进行施肥，使种植树苗的土壤养分处于较低状态；

分别在春季和冬季对种植树苗的土壤进行pH值检测，并使用调整土壤pH 的酸碱剂，使种植树苗的土壤pH在春季和冬季保持在4.0～4.5范围内。

其中，所述对定植后的树苗定期进行施肥的肥料为氮磷钾比例为1:1:1的复合肥。

其中，所述肥料施肥量为0.1-0.4kg/m²，施肥时间是早春萌芽时。

优选地，所述肥料施肥量为0.2-0.3kg/m²，进一步优选地，所述肥料施肥量为0.2kg/m²。

本发明使用氮磷钾比例为1:1:1的复合肥，而且仅在春季进行施肥，施肥量仅为0.4kg/m²以下，最低仅为0.1kg/m²。

其中，所述施肥方式为沟施，施肥深度为10-18cm，优选为10-15cm。

其中，所述利用草本植物对梯田上的边坡进行第一绿化处理包括：

对边坡洒铺以沸石粉为主要成分的改性剂；

在洒铺所述改性剂的边坡上构建用于盛放第一改性处理后的污染土壤的固定格室；

向所述固定格室中洒铺所述第一改性处理后的污染土壤与草种的混合物，

对所述固定格室进行田间管理，使废弃离子型稀土矿区实现草本植被恢复。

其中，所述固定格室采用常规技术，包括但不限于土工格室、竹木格室、生态袋等。

其中，所述对固定格室进行田间管理为常规技术，在本发明的一个实施例中，是指对固定格室进行浇水，在本发明的另一实施例中，与所述动态修复种植管理方法相同。

其中，所述草种选择耐酸性草本植物种子。

为实现本发明的技术目的，本发明另一方面提供的种植木本植物的培养土，其以废弃离子型稀土矿区污染土壤为主要成分，并加入用于调整土壤pH并固定土壤铵态氮和硝态氮的改良剂；用于提高土壤有机质含量的营养剂；以及用于调整土壤质地的骨料。

其中，用于调整土壤pH并固定土壤铵态氮和硝态氮的改良剂包括：石灰、凹凸棒土、硫磺粉、草炭土、沼泽土中的一种或多种；以及沸石粉。

其中，所述营养剂的主要成分为草炭土或松针与所述污染土壤的混合物。

优选地，所述骨料为天然沙土。

为实现本发明的技术目的，本发明再一方面提供一种木本植物种植方法，所述方法按照上述方法进行。

有益效果：

1、本发明方法将杉树、松树、茶树、桂树、杨梅、蓝莓、脐橙、红花油茶等植物成功地种植在酸性的废弃离子型稀土矿区污染土壤中，成活率达90％以上，其中，蓝莓、杨梅等的果实符合国家食用标准，产量达1kg/棵。不仅实现了废弃离子型稀土矿区的修复，解决了废旧稀土矿土壤修复的技术问题，而且种植的植物还带来了经济价值。

2、本发明方法对废弃离子型稀土矿区的绿化率达到80％以上，绿化效果好，所用材料来源易得，成本低廉，方法简便。

附图说明

图1是实施例1废弃离子型稀土矿区修复前后的Google Earth影像，其中，图A是修复前的原始状态的影像，图B是修复前平整土地的影像图，图C是修复后的影像图；

图2是实施例1废弃离子型稀土矿区种植蓝莓时的蓝莓生长状态照片；

图3是实施例1废弃离子型稀土矿区种植蓝莓时蓝莓果实状态照片；

图4是对比例1与本发明实施例1的效果对照图，其中，图A和图C是对比例1的效果图，图B和图D是本实施例1的效果图；

图5是实施例2种植杨梅绿化废弃离子型稀土矿区的照片；

图6是实施例3种植多种木本植物绿化废弃离子型稀土矿区的照片；

图7是实施例3绿化效果图，其中，图A是修复前的照片，图B和C是修复后的照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅限于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体实验条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照厂商所建议的条件。

实验区位于龙南县足洞矿区，是典型的离子型稀土矿山，该矿已停产，稀土被提取完后，原先含矿的花岗岩风化壳裸露，经长期流水侵蚀，沟壑纵横，水土流失严重，田间环境恶劣，几乎无植物生长，整个矿山已全部被酸化，矿区样貌如图1及图7中的图A所示。

实施例1种植蓝莓绿化废弃离子型稀土矿区

1、场地整理

选择废弃离子型稀土矿山向阳面坡面，进行场地整理，具体步骤如下：

1.1将裸露陡峭的坡面改造成坡度和缓的梯田。根据矿山的地势，每一阶梯田的高度控制在1～1.5m，梯田种植面宽度控制在1.2～1.8m。

1.2每阶梯田坡面至外向矿山内部倾斜约2～3°，在向矿山侧开挖40×40×40cm的排水槽。

2、开挖树穴

2.1开挖树穴所得的污染土壤的处理

将挖出的污染土壤进行检测，检测结果如表3所示：

表3土壤检测结果

成分	pH值	有机质/‰	铵态氮	硝态氮
					含量	4.85	27.01	48.55mg/kg	292.1mg/kg

根据表3的检测结果可知，污染土壤的pH高于4.5，铵态氮含量远大于 2.58mg/kg，硝态氮含量远高于65.71mg/kg，因此，本发明采用以下方法对污染土壤进行处理：

先向开挖树穴所得的土壤中加入土壤重量的0.1％的沸石粉和草炭灰进行搅拌，沸石粉和草炭灰的重量份配比为5:1，使土壤内部之间形成隔离，同时降低土壤pH，最后加入未改良的污染土壤与草炭土的混合物进行搅拌，污染土壤与草炭土的重量份配比为3：1。

其中，沸石粉和草炭土的加入量在土壤重量的0.1～0.5％的范围内均可以使土壤pH范围在4.0～4.5的范围内。

其中，草炭土与污染土壤的混合比例在1:2-4的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如1:2、1:2.3、1:2.5、1:2.7、1:3.1、1:3.3、1:3.5、1:3.7、1:3.9、1:4。

其中，草炭土还可以用松针替代，替代后，污染土壤与松针的重量份配比为 10:1。

其中，松针与污染土壤的混合比例在1:8-12的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如1:8、1:8.2、1:8.5、1:8.7、1:8.9、1:9、1:9.2、1:8.4、1:9.6、1:9.8、 1:10.1、1:10.2、1:10.5、1:10.8、1:10.9、1:11、1:11.2、1:11.3、1:11.5、1:11.7、 1:11.9。

2.2对树穴的处理

在树穴的底部和两壁(即树穴内的土壤表层)铺设0.5cm厚的沸石粉，使树坑内的土壤表面形成一层保护层，防止树坑以下的土壤中的氨氮向树坑内迁移，然后在进行蓝莓树苗种植前，在树坑内的沸石粉上铺一层以松针、农家肥、草炭土为主的基肥。

其中，沸石粉的铺设厚度在0.4-0.8cm的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如0.42、0.46、0.48、0.49、0.51、0.53、0.56、0.59、0.61、0.63、0.65、 0.67、0.69、0.70、0.71、0.72、0.74、0.76、0.78、0.79。

3、蓝莓的定植

将步骤2.1处理的一部分土壤缓慢填入沟中，使树穴形成长×宽×高为 60×60×30cm的树坑，然后将生长健壮的1～2年生长的高丛蓝莓苗定植在树坑中，继续将步骤2.1处理的土壤填入树坑中，踩实，最后向树坑中浇足定根水，定根水为pH为4.0～4.2的酸性水，其中，酸性水的制备方法是向常规水中加入适量柠檬酸，使水的pH在4.0-4.2范围内。

其中，树穴的长在50-70cm都可以实现本发明的技术目的，例如53cm、55cm、57cm、59cm、61cm、63cm、65cm、67cm、69cm。树穴的宽在50-70cm都可以实现本发明的技术目的，例如53cm、55cm、57cm、59cm、61cm、63cm、65cm、 67cm、69cm。树穴的高在25-40cm都可以实现本发明的技术目的，例如28cm、 31cm、34cm、35cm、37cm、39cm。

4、边坡绿化处理

在边坡洒铺沸石粉，从而防止矿区的氨氮或其他成分发生水平方向的迁移，洒铺厚度与步骤2.2相同，然后将固定格室按照边坡尺寸大小裁剪，并铺筑在洒铺沸石粉的边坡上，然后将步骤2.1的处理的剩下的土壤与草种混合，洒铺到固定格室中。

需要说明的是，所述固定格室采用常规技术，包括但不限于土工格室、竹木格室，操作方法按照操作说明进行。

其中，所述草种选择耐酸性草本植物种子或喜酸性草本植物种子。

5、田间管理

5.1pH值的动态管理

土壤pH值是动态变化的，尤其是土壤pH值对于蓝莓的生长起着至关重要的作用，尽管矿区土壤具有适宜的土壤pH值范围，但每年春冬两季要进行监测，如果土壤pH较高，要采取步骤2.1中的调节pH值的措施，降低pH值。

5.2施肥管理

蓝莓属于寡营养植物，施肥过多会导致对蓝莓的伤害，因此，本申请施用氮磷钾比例为1:1:1的氮磷钾复合肥，并采用沟施的方式于早春萌芽前和果实转熟期施用，施肥深度约10～15cm。

6、生长状态和产量测定

生长状态如图2所述，果实状态如图3所示，从图中可以看出，植株生长健壮，结果良好，果实粒大饱满，无明显的缺素症状，表明在废弃离子型稀土矿区上可以种植蓝莓，而且种植效果良好。

如图2和3所示的用蓝莓修复后的废弃矿区照片可知，矿区种植的蓝莓长势良好，而且周边长出了其它本地种的植物，并且，根据图1所示的Google Earth 影像可以直观看出，经本发明方法处理后，矿区绿化效果明显，由此可见，利用蓝莓绿化废旧稀土矿不仅可以使矿区复绿，而且还能改善矿区土壤条件，促进其它本地植物的恢复和生长。

蓝莓成熟后，采摘并称量每个树穴的蓝莓产量，求平均值，测得高丛蓝品种的首次挂果的产量为500g/棵。

7、离子型稀土矿区改良土壤种植蓝莓的食品安全检测

将采摘后的蓝莓送至诺安检验服务有限公司进行检测，检测指标与检测方法、检测结果如表4所示，将测得结果采用GB2762～2012和GB2762～2005标准判断是否达到国家可食的标准。

表4修复区种植蓝莓果实检测分析结果

表4的结果表明，利用废弃离子型稀土矿区修复后的污染土壤种植的蓝莓中污染物限量Cd、Hg、Pb、As以及稀土含量远低于国家食品污染物含量标准(GB2762～2017,GB2762～2012,GB2762～2005)，尤其是，蓝莓果实中的铅含量明显低于GB2762～2017标准中浆果及其他小粒水果0.2mg/kg的限量标准，完全可以食用。

废弃稀土矿的污染土壤完全被酸化，pH值为4～5.6，pH值低于其背景区的值5～6，使得土壤贫瘠，深层氨氮富集，造成矿山沟壑纵横、寸草不生，极易发生水土流失，而本发明充分利用废弃稀土矿的污染土壤配制用于种植蓝莓的培养土，通过沸石和草炭土或沸石和沼泽土调节污染土壤的pH值，吸附其中的氨氮、金属离子，明显改善了污染土壤的组成成分，实现了废弃稀土矿污染土壤的安全再利用，且利用修复后的污染土壤种植的蓝莓果实中各成分含量指标符合国家 GB2762～2012，GB2762～2005标准，可以直接食用，使污染土壤得到了重新利用，带来了直观的经济效益。利用污染土壤配制培养土的方法简便，仅需要向其中加入沸石和草炭土或沸石和沼泽土，使用硫磺粉调节其pH值即可，蓝莓种植采用常规的种植管理技术即可，成本低，普适性强。

对比例1

采用现有技术中的利用客土及编织袋对废弃稀土矿进行处理，将处理效果与实施例做对照，局部效果对比如图4所示，其中，图A和图C为对比例的局部效果图，图B和图D是本申请的效果图，对比可知，本发明方法的绿化效果明显。

实施例2种植杨梅绿化废弃离子型稀土矿区

除向树穴中定植杨梅树苗外，其它均与实施例1相同，种植及绿化效果如图 5所示。

根据图5所示，图A是2014年6月定植杨梅苗的效果图，图B是2014年 8月时杨梅的长势图，图C是2015年11月杨梅的长势图，图D是2016年3月杨梅的长势图，图E是2017年6月杨梅的长势图，如图所示，杨梅长势良好，矿区绿化得到改善。

实施例3种植多种木本植物绿化废弃离子型稀土矿区

除向不同树穴中分别种植杉树、松树、茶树、桂树脐橙、高山油茶外，其它均与实施例1相同，种植及绿化效果如图6所示，与修复前的矿区效果对照如图 7所示。

如图6所示，图A是2014年6月定植杉树、松树、茶树、桂树脐橙、高山油茶的效果图，图B是2015年10月杉树、松树、茶树、桂树脐橙、高山油茶的长势图，图C是2015年11月杨梅的长势图，图D是2016年3月杨梅的长势图，如图7所示，多种植被在废弃稀土矿区的长势均良好，矿区绿化得到改善，绿化率达到100％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之类。

Claims

1.一种废弃离子型稀土矿区的绿化方法，其特征在于，包括：

在对废弃稀土矿区进行整地所形成的坡度和缓的梯田上开挖树穴，保留开挖树穴所得废弃离子型稀土矿区的污染土壤；

利用以草炭土或松针为主要成分的第一改性料，对所述开挖树穴所得的废弃离子型稀土矿区的污染土壤进行第一改性处理，得到用来定植木本植物的树苗的改良土壤，所述改良土壤的pH在4.0～4.5范围内、铵态氮含量在0.53～2.58mg/kg范围内、硝态氮含量在29.51～65.71mg/kg范围内、有机质含量大于5％，其土壤质地组成为石砾质35～45％、粗砂粒15～25％、细砂粒18～28％；

对树穴内的废弃离子型稀土矿区土壤进行第二改性处理，形成具有防止废弃离子型稀土矿区土壤中的铵态氮与硝态氮向树穴内迁移的改性树穴；

将包括蓝莓的木本植物树苗置于所述改性树穴中，并利用所述改良土壤和酸性水对包括蓝莓的木本植物树苗进行定植；

利用动态修复种植管理方法对定植后的包括蓝莓的木本植物树苗进行田间管理，使废弃离子型稀土矿区实现木本植被恢复；

所述对树穴内的废弃离子型稀土矿区土壤进行第二改性处理包括：

向树穴内的土壤表层覆盖以沸石粉为主要成分的改性剂；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木本植物还包括杉树、桂树、杨梅中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一改性处理还包括：

在得到有机质含量大于5％的污染土壤之前，先使用以沸石粉、草炭灰和硫磺粉为主要成分的第二改性料使pH大于4.5、铵态氮含量大于2.58mg/kg、硝态氮含量大于65.71mg/kg的污染土壤的pH降低，铵态氮与硝态氮含量降低。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一改性料包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态修复种植管理方法包括：

对定植后的树苗定期进行施肥，使种植木本植物的土壤养分处于较低状态；

分别在春季和冬季对种植木本植物的土壤进行pH值检测，并使用调整土壤pH的酸碱剂，使种植木本植物的土壤pH在春季和冬季保持在4.0～4.5范围内。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述施肥方式为沟施，施肥深度为10-15cm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用草本植物对梯田上的边坡进行绿化处理包括：

对边坡洒铺以沸石粉为主要成分的改性剂；

在洒铺所述改性剂的边坡上构建用于盛放第一改性处理后的污染土壤的固定装置；

向所述固定装置中洒铺所述第一改性处理后的污染土壤与草种的混合物，

对所述固定装置进行田间管理，使废弃离子型稀土矿区实现草本植被恢复。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述草种选择耐酸性草本植物种子。