CN108795440B - 一种铁尾矿土壤改良剂及铁尾矿土壤改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁尾矿土壤改良剂及铁尾矿土壤改良方法，所述的铁尾矿土壤改良剂包括生物炭、稻壳、陶粒、有机肥、凹凸棒粉和种植土，生物炭:稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉:种植土的质量比为(0.5‑3):(0.2‑1)(0.5‑1.5):(1‑4):(1‑2.5):(1.0‑2.2)。本发明的改良剂改良了土壤粒度，减缓了水在土壤中流失的速率，增强了保水性能，可以快速、有效补充有机质含量，有效提高了尾矿中的有机质含量，为植物生长提供适宜的环境，稻壳和陶粒的配合，提高铁尾矿土壤的孔隙度，降低土壤的板结程度，使尾矿土壤长期保持良好的透气、松软状态，从而有利于土壤动植物的呼吸，提高存活率。

Description

一种铁尾矿土壤改良剂及铁尾矿土壤改良方法

技术领域

本发明涉及一种铁尾矿土壤改良剂及铁尾矿土壤改良方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

铁尾矿的大量堆存，不仅占用大量的农用、林用土地，导致资源浪费，而且也给人类生活环境带来严重的污染和危害，破坏生态平衡。随着尾矿数量的增加，占用的土地面积将继续扩大，这就导致尾矿库所在地区的土地资源失去平衡。目前尾矿大都处于废弃状态，长期堆积致使当地的生态环境遭到破坏，遇风飞扬，污染大气环境；水土保持能力差，容易污染水资源；而且尾矿库溃坝会引起严重的损害。尾矿库土壤性质恶劣，缺乏有机质，持水性差。也不适于开展农耕和绿化等活动。因此，急需要对尾矿土壤进行修复，以实现资源化利用和水土保持。

随着世界人口增长、土地退化问题的出现，世界各国高度重视土地改良、开发利用以及土地保护措施，以保护耕地资源和缓解粮食危机。因此，减少土地资源浪费、降低尾矿污染、优化矿山环境可以提高土地利用率，目前已有尾矿土壤改良的技术措施，但是效果均不理想，不能很好的提供植物生长的环境，改良方法费用比较高，改良周期较长，见效慢。

因此，亟需研发一种全方位地改良尾矿质地，实现尾矿的绿化和复垦，甚至在尾矿土壤化区域种植经济作物，提高土地利用率的适用于尾矿土壤修复的改良剂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种铁尾矿土壤改良剂及铁尾矿土壤改良方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种铁尾矿土壤改良剂，所述的铁尾矿土壤改良剂包括生物炭、稻壳、陶粒、有机肥、凹凸棒粉和种植土，生物炭:稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉:种植土的质量比为(0.5-3):(0.2-1)(0.5-1.5):(1-4):(1-2.5):(1.0-2.2)。

根据本发明优选的，生物炭:稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉:种植土的质量比为1:0.5:0.8:2:1.5:1.2。

根据本发明优选的，所述的生物炭是按如下方法制备得到：农业秸秆粉碎后，在炭化温度为500℃，升温速率为5℃/min，炭化2.5～3小时，再研磨后过孔径20目筛制得。

根据本发明优选的，所述的稻壳为稻谷经去壳得到的，包括外迎、内颖、护颖和小穗轴。

根据本发明优选的，所述的有机肥为动物粪、青饲料、麸糠按照质量比：5:3:2的比例发酵后，消除其中的有害物质制得；动物粪为鸡粪和猪粪的混合物。

发酵按常规的发酵方法进行。

根据本发明优选的，所述的陶粒为以黏土或亚黏土为原料，经加工制粒，烧胀而成的，陶粒粒径为5-20㎜。

根据本发明优选的，所述的凹凸棒粉由凹凸棒石经干燥、研磨得到的粉状物。

根据本发明优选的，所述的种植土就近取材，为尾矿土壤附近的种植土。

利用上述铁尾矿土壤改良剂进行铁尾矿土壤改良的方法，包括步骤如下：

将铁尾矿土壤改良剂翻耕施用于铁尾矿砂中，铁尾矿土壤改良剂施用量为：待修复区面积×40cm×土壤密度×2％。

根据本发明优选的，翻耕深度为机械翻耕60cm后，再人工翻耕30cm。

本发明的稻壳、陶粒、凹凸棒粉为常规市售产品。

本发明的铁尾矿土壤改良剂特定比例的种植土和凹凸棒粉，改良了土壤粒度，减缓了水在土壤中流失的速率，增强了保水性能，生物炭和稻壳的配合，可以快速、有效补充有机质含量，有效提高了尾矿中的有机质含量，生物炭和稻壳的配合确保了有机质不流失；有机肥和种植土呈弱酸性，可调节尾矿的酸碱度，生物炭是具有比表面积大、矿物组分含量丰富、高电荷密度、吸附性能和离子交换性能强等特性，可以保持已调节的酸碱度，起到缓冲剂的作用，为植物生长提供适宜的环境，稻壳和陶粒的配合，提高铁尾矿土壤的孔隙度，降低土壤的板结程度，使尾矿土壤长期保持良好的透气、松软状态，从而有利于土壤动植物的呼吸，提高存活率。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明的改良剂显著提高了铁尾矿土的有机质含量，调节了土壤酸碱度，增强了土壤的保水能力，提高了土壤的透气性，改善了植物的生长状况，为铁尾矿区的绿色复垦奠定了基础。

2.本发明的改良剂原料均属于农林牧业废弃物，实现了固体废弃物的“减量化、资源化、无害化”的综合利用，是一项符合循环经济理念兼具实际应用价值的实用技术。

3、本发明的改良方法工艺简单，易于实施，无污染，原料来源广泛，价格低廉，生产成本低，可以快速、有效补充有机质含量，有效提高了尾矿中的有机质含量，为植物生长提供适宜的环境，适用范围广，可操作性强，易于推广应用到其他种类的尾矿库，有巨大的推广应用价值。

附图说明

图1为施用本发明的改良剂前后生态状况对比图；a为施加本发明的改良剂修复前现场图，b为施加本发明的改良剂修复后现场图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种铁尾矿土壤改良剂，所述的铁尾矿土壤改良剂生物炭、稻壳、陶粒、有机肥、凹凸棒粉和种植土，生物炭:稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉:种植土的质量比为1:0.5:0.8:2:1.5:1.2。

其中，生物炭是按如下方法制备得到：农业废弃物粉碎后，在炭化温度为500℃，升温速率为5℃/min，炭化2.5～3小时，再研磨后过孔径20目筛制得。稻壳为稻谷经去壳得到的，包括外迎、内颖、护颖和小穗轴。有机肥为动物粪、青饲料、麸糠按照质量比：5:3:2的比例发酵后，消除其中的有害物质制得；动物粪为鸡粪和猪粪的混合物。所述的陶粒为以黏土或亚黏土为原料，经加工制粒，烧胀而成的，陶粒粒径为5-20㎜。

利用铁尾矿土壤改良剂进行铁尾矿土壤改良的方法，包括步骤如下：

将铁尾矿土壤改良剂翻耕施用于铁尾矿砂中，翻耕深度为机械翻耕60cm后，再人工翻耕30cm；铁尾矿土壤改良剂施用量为：待修复区面积×40cm×土壤密度×2％。

对比例1

一种铁尾矿土壤改良剂，所述的铁尾矿土壤改良剂生物炭、稻壳、陶粒、有机肥、凹凸棒粉，生物炭:稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉的质量比为1:0.5:0.8:2:1.5。

对比例2

一种铁尾矿土壤改良剂，所述的铁尾矿土壤改良剂生物炭、稻壳、陶粒、种植土，生物炭:稻壳:陶粒:凹凸棒粉:种植土的质量比＝1:0.5:0.8:1.5:1.2。

对比例3

一种铁尾矿土壤改良剂，所述的铁尾矿土壤改良剂稻壳、陶粒、有机肥、凹凸棒粉、种植土，稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉:种植土的质量比＝0.5:0.8:2:1.5:1.2。

实验例1：改良后土壤有机质、pH、容量测试：

实验地点：辽宁省鞍山市大孤山矿区尾矿库，实验面积为3.5m×16m，将试验田等分成一个对照区A-1，四个小试区B-1，B-2，B-3，B-4，每一个面积为3.5m×3.2m。

A-1区不添加改良剂；

B-1区施用对比例1的改良剂，B-2区施用对比例2的改良剂，

B-3区施用实施例1的改良剂，B-4区施用对比例3的改良剂；施用量相同。

平整尾矿库待修复区，清除松散浮石、碎石和杂物，确保基本平顺。若修复尾矿场地存在陡坡，对局部较光滑的坡面进行粗糙化处理，铺设防护网，实现陡坡尾矿库的固定。

按照改良剂添加量＝待修复区面积×40cm×土壤密度×2％，将不同的改良剂添加至尾矿中。机械翻耕60cm后人工翻耕30cm，将改良剂与尾矿土充分混合均匀；每周取一次土样，进行如下的指标监测：

土壤有机质含量：

参考国标《GB9834-88土壤有机质测定法》，采用重铬酸钾氧化外加热法测定土壤样品的有机质含量。土样加重铬酸钾溶液后加热消煮，过量的重铬酸钾用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，算得土样中的有机碳含量，按照下列公式计算有机质的含量：

WO.M＝WC.O×1.724

WO.M——有机质含量，g·kg^-1；

WC.O——有机碳含量，g·kg^-1；

1.724——有机碳换算成有机质系数。

土壤pH含量：

参考国标《GB1239-1999森林土壤pH值的测定土壤》，pH的测定采用0.01M的CaCl2水溶液(用Ca(OH)2或HCl调剂pH＝6左右)作浸提剂。由于待测土壤为盐碱土，浸提剂与土壤的比例采用5：1(w：w)。浸提液经平衡后，用酸度计测定pH值。

土壤容量：

将环刀垂直插入育土装置中，用环刀手柄将其压入土中；用铁铲将环刀从土壤中取出，小心削平下端，然后将上部钢环去掉，再削平上端，环刀内的土壤体积为100立方厘米，共取两份求其平均值；将环刀内的土壤无损移入铝盒中，称重，土壤如在大铝盒中直接烘干时可不称重；将大铝盒打开盖放入105℃烘箱中烘8小时，或取其中的土壤15—20克，放入小铝盒中，用酒精烧失法，求出土壤含水百分数。计算：

式中g——环刀内湿样重(克)

V——环刀内容积(厘米3)

W——样品含水百分数(不带％)

实验结果：

对照区A-1，四个小试区B-1，B-2，B-3，B-4土壤有机质含量、土壤中pH值、土壤中容重测定结果分别见下表1、表2、表3所示。

表1土壤中有机质含量(g·kg^-1)

表2土壤中pH值

表3土壤中容重(g·cm^-1)

上述试验结果表明，使用本发明的改良剂，明显提高尾矿中的有机质含量，同时降低土壤pH和容重，使尾矿基质由强碱性降至碱性。可见，起到了改善土壤理化性质的效果，增加团粒结构，增加土壤肥力，有效改善尾矿透气性，从而适宜种植大部分的植物或经济作物，使修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》GB15618-1995二级标准值的要求。

实验例2：改良后土壤对植物的影响：

在实验例1中的A-1区、B-1-B-4区改良后的土壤上分别种植植物龙葵，选取颗粒饱满、胚芽完整的龙葵进行播种，播种密度为30株/m²；定期浇水，待植株发芽后，每15d取样，观察生长情况；植物成熟收割后进行如下的指标监测：

植物株高和生物量：每隔15d测量一次株高。

收获的植物样品用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后再用去离子水冲洗，沥去水分后称量生物量鲜重。之后在70℃下于真空干燥箱中烘干至恒重，称量生物量干重。

植物叶绿素含量：

采用丙酮提取—分光光度法:称取0.25g新鲜叶片剪碎置研钵中，加少量碳酸钙和石英砂，加入80％丙酮约2mL研成匀浆，再加至10mL，继续研磨至组织变白无绿色。把提取液倒入小烧杯中，加入丙酮冲洗三次研钵，静止数分钟，用滤纸过滤，再用丙酮将纸上色素冲洗干净，定容于25mL容量瓶中摇匀。将叶绿素丙酮提取液倒入比色杯中用分光光度计分别在波长645nm和663nm下测定吸光度，以80％丙酮测定吸光度。根据公式计算出叶绿素a和叶绿素b的浓度，相加即得总浓度。

边坡植被覆盖率：采用植物茎叶对地面的投影面积计算。

实验结果：

对照区A-1，四个小试区B-1，B-2，B-3，B-4上植物株高、植物生物量、植物叶绿素植被覆盖率测定结果分别见下表4、表5、表6、表7所示。

表4植物株高(cm)

表5植物生物量(g)

表6植物叶绿素(mg·L^-1)

表7植被覆盖率(％)

上述试验结果表明，使用本发明的改良剂，可明显提高植物株高、生物量、叶绿素含量，同时，也明显提高植被覆盖率，可见，起到了改善植物生长状况的效果，最终使修复后的土体直接用作种植土壤。

上述实施例为本发明创造较佳的实施方式，但本发明创造的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创造的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.利用铁尾矿土壤改良剂进行铁尾矿土壤改良的方法，包括步骤如下：

将铁尾矿土壤改良剂翻耕施用于铁尾矿砂中，铁尾矿土壤改良剂施用量为：待修复区面积×40cm×土壤密度×2%；

所述的铁尾矿土壤改良剂由生物炭、稻壳、陶粒、有机肥、凹凸棒粉和种植土组成，生物炭:稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉:种植土的质量比为：（0.5-3）:（0.2-1）:（0.5-1.5）:（1-4）:（1-2.5）:（1.0-2.2）；

所述的稻壳为稻谷经去壳得到的，包括外迎、内颖、护颖和小穗轴；

所述的有机肥为动物粪、青饲料、麸糠按照质量比：5:3:2的比例发酵后，消除其中的有害物质制得；动物粪为鸡粪和猪粪的混合物；

所述的陶粒为以黏土或亚黏土为原料，经加工制粒，烧胀而成的，陶粒粒径为5-20㎜；

所述的凹凸棒粉由凹凸棒石经干燥、研磨得到的粉状物；所述的种植土就近取材，为尾矿土壤附近的种植土。

2.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤改良的方法，其特征在于，生物炭:稻壳:陶粒:有机肥:凹凸棒粉:种植土的质量比为：1:0.5:0.8:2:1.5:1.2。

3.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤改良的方法，其特征在于，所述的生物炭是按如下方法制备得到：农业秸秆粉碎后，在炭化温度为500℃，升温速率为5℃/min，炭化2.5～3小时，再研磨后过孔径20目筛制得。

4.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤改良的方法，其特征在于，翻耕深度为机械翻耕60cm后，再人工翻耕30cm。

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