CN110527516A - 一种适用于内蒙古草原矿区的重构土壤以及一种土壤改良方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重构土壤以及一种土壤改良方法，属于生态修复技术领域。本发明提供的重构土壤，以质量份计，包括以下组分：表土18～22份；岩土剥离物58～62份；煤矸石8～12份；粉煤灰8～12份。本发明提供的土壤能够有效解决土壤表土层薄且贫瘠的问题，本发明提供的重构土壤有利于植株生长。本发明还提供了一种土壤改良方法，本发明提供的土壤改良方法能够有效改良土壤，使改良后的土壤适合植物生长。

Description

一种适用于内蒙古草原矿区的重构土壤以及一种土壤改良 方法
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域，尤其涉及一种适用于内蒙古草原矿区的重构土壤以及一种土壤改良方法。
背景技术
内蒙古锡林浩特草原区土壤以砂壤土为主，表土层薄且贫瘠，严重制约草原生产力的发展。当地年均降雨294.74mm，年蒸发量1759mm，降雨主要集中在6～8月份，占全年降水量的70％，水土流失严重，是内蒙古自治区水土流失重点预防保护区，草地生态环境脆弱。而露天矿的开采会对本就脆弱的草原生态系统造成更严重的破坏，而土地复垦正是解决土壤问题的重要手段。
矿山废弃地植被恢复和生态重建的主要障碍是土壤因子，即废弃地特殊的、不良的理化性质，矿山土壤重构成为了矿山废弃地复垦的核心。对于表土稀缺地区而言，露天煤矿的开采导致地表表面积增加，开采前剥离的表土不足以进行覆土到之前厚度，因此表土不足就成为了限制表土稀缺矿区土地复垦的重要因素。因此，采用替代材料来造土就成为解决这一限制因素的不二选择。同时，从经济角度考虑，利用采矿废弃物来造土更节省成本，同时解决了矿区废弃物排弃的问题。因此，基于缓解东部草原矿区表土稀缺对土地复垦质量的影响，为脆弱草原生态系统的稳定提供保障的目的，进行了该配比方案的研发。但大量表土替代材料的使用，尤其是粉煤灰及岩土剥离物的大量使用，导致土壤肥力状况不佳。同时大颗粒的固废的使用，导致土壤的持水能力降低。
从解决区域问题入手，以锡林浩特草原矿区为研究区域，研发适用于该区域的重构土壤制备以及改良方法，对该区域的生态安全起着重要作用。
发明内容
本发明提供了一种重构土壤，本发明提供的重构土壤有效解决了土壤表土层薄且贫瘠的问题，本发明提供的重构土壤能够为植株生长提供必要的条件。
本发明提供了一种重构土壤，以质量份计，包括以下组分：
优选的，所述重构土壤适用于内蒙古草原矿区。
优选的，所述岩土剥离物为矿区采矿过程中生土与砾石的混合物。
优选的，所述岩土剥离物和煤矸石的粒径均≤5cm。
本发明还提供了一种土壤改良方法，包括以下步骤：
将重构土壤铺在待改良土壤表面，然后施加生物炭；所述重构土壤为上述技术方案所述重构土壤。
优选的，所述重构土壤的构建深度为20～50cm。
优选的，所述生物炭的施用量为0.8～3.2吨/亩，所述生物炭的施用深度为1～10cm。
优选的，所述待改良土壤为内蒙古草原矿区土壤。
本发明提供了一种重构土壤，以质量份计，包括以下组分：表土18～22份；岩土剥离物58～62份；煤矸石8～12份；粉煤灰8～12份。本发明提供的土壤能够有效解决土壤表土层薄且贫瘠的问题，本发明提供的重构土壤为植株生长提供了必要条件。本发明还提供了一种土壤改良方法，本发明提供的土壤改良方法能够有效改良土壤，使改良后的土壤适合植物生长。
具体实施方式
本发明提供了一种重构土壤，以质量份计，包括以下组分：
本发明提供的重构土壤优选适用于内蒙古草原矿区，更优选适用于内蒙古锡林浩特草原矿区。
在本发明中，以质量份计，所述重构土壤包括18～22份表土，优选为20份表土。本发明对表土的来源没有特别要求，为了方便起见，所述表土优选为内蒙古草原矿区的表土。在本发明中，所述表土能够提供植被生产所必须的肥力。
在本发明中，以表土的质量为基础，所述岩土剥离物的质量份数为58～62份，优选为60份。在本发明中，所述岩土剥离物的粒径优选≤5cm，更优选为1～5cm。在本发明中，所述岩土剥离物优选为矿区采矿过程中生土与砾石的混合物，本发明对岩土剥离物中生土与砾石的质量比没有特别要求，任意比例均可；所述混合物中砾石粒径优选≤5cm，更优选为1～5cm；所述岩土剥离物能够增加土壤孔隙度，有利于植被的呼吸作用。
在本发明中，以表土的质量为基础，所述煤矸石的质量份数优选为8～12份，更优选为10份。在本发明中，所述煤矸石的粒径优选≤5cm，进一步优选为2～5cm。在本发明中，所述煤矸石优选为土壤提供有机质，并起到保水的作用。
在本发明中，以表土的质量为基础，所述粉煤灰的质量份数优选为8～12份，更优选为10份。在本发明中，所述粉煤灰为土壤提供Mg、Ca等一些微量元素，并起到保水的作用。
本发明还提供了一种土壤改良方法，包括以下步骤：
将重构土壤铺在待改良土壤表面，然后施加生物炭；所述重构土壤为上述技术方案任一项所述重构土壤。
在本发明中，所述待改良土壤优选为内蒙古草原矿区土壤。
本发明对生物炭的来源没有特别要求，采用本领域技术人员所熟知的生物炭来源即可。在本发明的具体实施方式中，所述生物炭优选通过下列方法制备得到：将玉米秸秆风干后进行碳化处理，得到生物炭。在本发明中，所述碳化处理的温度优选为300～500℃，进一步优选为350～450℃，升温至碳化处理温度的升温速率优选为8～9℃/min，更优选为8.5℃/min，升温至碳化温度后，持续进行碳化处理，直至无气体溢出。
在本发明中，所述重构土壤的构建深度优选为10～50cm，更优选为20～40cm。
在本发明中，所述生物炭的施用方式优选为：将生物炭与重构土壤的表层混合，所述生物炭在待改良土壤表面的施用量优选为0.8～3.2吨/亩，更优选为3～3.2吨/亩。在本发明中，所述生物炭在待改良土壤表面的施用深度优选为1～10cm，进一步优选为2～8cm，更优选为4～6cm。
本发明在土地改良过程中，优选将重构土壤和生物炭铺在待改良土壤表面后，然后在重构土壤和生物炭的表面再覆盖一层表土。在本发明中，所述表土的覆盖深度优选为1～3cm，更优选为1cm。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例中黄花苜蓿种子为市售商品，从任意商店购买均可。
实施例1
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径为1～5cm；
将重构土壤加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为10.56mm，叶宽为8.67mm，植株高度为5.10mm。
在实施例1以及后续的实施例和对比例中，黄花苜蓿的叶长为平均叶长，叶宽为平均叶宽，植株高度为平均高度。
对比例1
按照实施例1的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例1中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为6mm，叶宽为5.46mm，植株高度为7.56mm。
实施例2
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8.5℃/min的升温速率在300℃下进行碳化处理，直至无气体溢出，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭加入花盆中，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为0.8吨/亩。用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为9.78mm，叶宽为8.22mm，植株高度为5.72mm。
对比例2
按照实施例2的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例2中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为6.67mm，叶宽为5.58mm，植株高度为8.78mm。
实施例3
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8℃/min的升温速率在300℃下进行碳化处理，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭混合，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为1.6吨/亩，加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为10mm，叶宽为8.78mm，植株高度为6.38mm。
对比例3
按照实施例3的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例3中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为6.22mm，叶宽为4.92mm，植株高度为8mm。
实施例4
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8.5℃/min的升温速率在400℃下进行碳化处理，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭混合后，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为0.8吨/亩，加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为11.67mm，叶宽为10.22mm，植株高度为6.31mm。
对比例4
按照实施例4的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例4中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为7.78mm，叶宽为5.52mm，植株高度为9mm。
实施例5
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8.5℃/min的升温速率在400℃下进行碳化处理，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭混合，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为1.6吨/亩，加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为10.33mm，叶宽为8.33mm，植株高度为5.71mm。
对比例5
按照实施例5的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例5中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为8.11mm，叶宽为4.72mm，植株高度为10.44mm。
实施例6
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8.5℃/min的升温速率在400℃下进行碳化处理，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭混合，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为3.2吨/亩，加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为9.44mm，叶宽为8mm，植株高度为6.19mm。
对比例6
按照实施例6的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例6中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为7.11mm，叶宽为6.01mm，植株高度为8.89mm。
实施例7
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8.5℃/min的升温速率在400℃下进行碳化处理，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭混合，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为0.8吨/亩，加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为9.67mm，叶宽为8.44mm，植株高度为5.71mm。
对比例7
按照实施例7的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例7中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为8.22mm，叶宽为5.19mm，植株高度为9.33mm。
实施例8
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8.5℃/min的升温速率在400℃下进行碳化处理，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭,混合，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为1.6吨/亩，加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为10.44mm，叶宽为8.89mm，植株高度为6.87mm。
对比例8
按照实施例8的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例8中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为7.56mm，叶宽为5.26mm，植株高度为8.78mm。
实施例9
将表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰按照2:6:1:1的比例混合后，得到重构土壤；其中岩土剥离物和煤矸石的粒径≤5cm；
将玉米秸秆风干后，以8.5℃/min的升温速率在400℃下进行碳化处理，得到生物炭；
将重构土壤和生物炭混合，其中重构土壤的构建深度为10cm，生物炭的构建深度为10cm，生物炭的施用量为3.2吨/亩，加入花盆中，用水浇透至盆底有水流出，放入黄花苜蓿种子25颗，之后在其上覆盖1cm表土。
35天后，测试黄花苜蓿的叶长为11.89mm，叶宽为10mm，植株高度为7.83mm。
对比例9
按照实施例9的方法进行试验，区别在于采用表土替换实施例9中的重构土壤，测试黄花苜蓿的叶长为9.11mm，叶宽为6.16mm，植株高度为11.11mm。
将实施例1与对比例1、实施例2和对比例2、实施例3和对比例3、实施例4和对比例4、实施例5和对比例5、实施例6和对比例6、实施例7和对比例7、实施例8和对比例8、实施例9和对比例9进行对比可知，本发明提供的重构土壤性能较好，能够有效促进植株的生长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种重构土壤，其特征在于，以质量份计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的重构土壤，其特征在于，所述重构土壤适用于内蒙古草原矿区。
3.根据权利要求1或2所述的重构土壤，其特征在于，所述岩土剥离物为矿区采矿过程中生土与砾石的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的重构土壤，其特征在于，所述岩土剥离物和煤矸石的粒径均≤5cm。
5.一种土壤改良方法，包括以下步骤：
将重构土壤铺在待改良土壤表面，然后施加生物炭；所述重构土壤为权利要求1～4任一项所述重构土壤。
6.根据权利要求5所述的土壤改良方法，其特征在于，所述重构土壤的构建深度为10～50cm。
7.根据权利要求5或6所述的土壤改良方法，其特征在于，所述生物炭的施用量为0.8～3.2吨/亩，所述生物炭的施用深度为1～10cm。
8.根据权利要求5所述的土壤改良方法，其特征在于，所述待改良土壤为内蒙古草原矿区土壤。
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