CN111116276A - 一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，属于矿山环境保护技术领域。该方法包括如下步骤：(1)进行土壤粒度测定分析，确定土壤是否为砂质土壤；(2)在拟改良地块上铺撒覆盖一定厚度的废弃煤泥；(3)均匀撒施一定量的复配基肥；(4)利用旋耕机进行深翻耕，使煤泥、基肥与土壤充分混合，然后耙耢整平；(5)选种适当作物后，科学灌溉，覆盖秸秆或地膜，合理追施速效肥，对重构土壤粒度等指标进行动态监测。本发明可以显著改善矿区砂质土壤的质地和团粒结构，增加土壤有益微生物和有机质含量，使土壤具有良好的持水保肥能力和通气性能，并提高作物的抗干旱能力，同时又能变废为宝，实现对采煤废弃物的资源化利用。

Description

一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法

技术领域

本发明涉及矿山环境保护技术领域，具体地，涉及一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法。

背景技术

煤炭是世界上储量最为丰富的化石燃料，《BP世界能源统计年鉴2019》显示，2018年全球煤炭产量回升至80亿吨以上，其中中国煤炭产量占世界总产量的46％，居全球首位。同时，中国也是一个煤炭消费大国，2018年中国煤炭消费量占世界总消费量的50.5％，煤炭在中国能源战略格局中占据着无可撼动的主导地位。中国煤炭资源总量的80％分布在西部地区，煤炭开采的重心也已经转移至西部。其中，内蒙古、山西、陕西三省区的煤炭产量之和约占全国总产量的66％。位于蒙晋陕接壤区的鄂尔多斯煤田，是中国已探明的最大煤田，也是世界级特大型优质煤田，已成为中国煤炭资源开发的重点区域。该区域位于干旱半干旱气候带，地下水资源有限，大气降水不足，地表多由第四纪风积沙松散层覆盖。

该区域神东大柳塔煤矿、上湾煤矿、补连塔煤矿、布尔台煤矿、柳塔煤矿和淮矿西部公司色连二矿、泊江海孜矿等矿井土壤取样检测结果显示，粒径大于0.02mm的土壤颗粒所占比例超过88％，按国际制土壤质地分类标准为砂质土。砂质土结构松散，砂粒多而黏粒少，颗粒间孔隙大，透水性强，降雨和灌溉水下渗快，蓄水量少而蒸发失水强，所以持水能力差。由于砂质土毛管较粗，毛管水上升高度小，地下水位较低的情况下，上层土壤无法通过地下水毛管上升作用得到水分补充，因此抗旱能力弱。另外，砂质土养分少，又因缺少黏粒和有机质而保肥能力差，施加的速效肥料易随雨水和灌溉水流失。

砂质土壤持水保肥能力差，而煤炭高强度开采使矿区地表发生沉陷变形，形成大量的地裂缝，加剧了水土流失和植被退化，使土壤质量进一步下降。与此同时，在煤炭生产过程中产生了大量的废弃物，煤泥就是其中重要的一种。煤泥具有粒度细、粘性大、持水性强、含水量高的特点。由于这些特点，导致煤泥在堆放时状态很不稳定，遇水即流失，风干即飞扬，不仅占用了矿区大量的土地资源，还造成了环境污染，而高昂的运输成本，则限制了风积沙矿区煤泥等采煤废弃物的异地转移利用。保护生态环境，落实绿色发展理念，现已成为全社会共识，在此背景下，煤泥等采煤废弃物的安全消解越来越成为制约当地很多煤炭企业进一步发展的棘手问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，通过科学使用煤泥、科学配施基肥、科学耕作与管理，对矿区土壤进行重构，以实现改良矿区砂质土壤的目的，并变废为宝，对采煤废弃物进行资源化利用，有效化解煤炭开采和废弃煤泥堆积对矿区生态环境造成的破坏和污染。

一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

一、确定土壤性质：进行土壤粒度测定分析，确定土壤是否为砂质土壤；

二、铺撒废弃煤泥：在拟改良地块上铺撒覆盖10～15cm厚度的废弃煤泥，自然晾晒风干至含水量为15％-30％；

三、撒施复配基肥：按照每亩1000～1500kg的用量均匀撒施复配基肥；

四、翻耕耙耢作业：利用旋耕机进行深翻耕，然后耙耢整平，使煤泥、基肥与土壤充分混合；

五、后期维护管理：选种适当作物后，科学灌溉，覆盖秸秆或地膜，合理追施速效肥，对重构土壤粒度、速效养分含量等指标和作物生长、生理指标进行长期动态监测。

所述砂质土壤的确定标准为，粒径0.02～2mm的土壤颗粒所占比例为85％～100％。

所述废弃煤泥中粒径小于0.02mm的颗粒所占比例不小于50％。

所述复配基肥的组分及重量配比是：腐熟有机肥80～90％、水溶氨基腐植酸颗粒5～15％、纳米碳1～10％、微生物菌剂0.1～2％。

所述腐熟有机肥是用禽畜粪便、作物秸秆、杂草、落叶等作原料，经过好氧发酵腐熟而成的肥料；水溶氨基腐植酸颗粒是由氨基酸和腐植酸复配而成的水溶性颗粒状肥料；纳米碳为粒径介于5～80nm的水溶性球状纳米碳粒；微生物菌剂是用现代生物技术生产的适合干旱地区盐碱地使用的含有高效活性有益微生物菌的生物制品，活性成分包括枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、泾阳链霉菌、菌根真菌、棕色固氮菌、放线菌、光合菌群、米曲霉、乳酸菌群等菌种中的一种或多种，有效活菌数在2亿/g以上。

复配基肥各组分可分别单独撒施，也可混合均匀后一起撒施。其中，微生物菌剂施用时间为上午8点前、下午5点后，或者无雨阴天。

翻耕耙耢作业在撒施复配基肥后实施，特别是撒施微生物菌剂后2小时内实施，翻耕深度为25～30cm。

所述重构土壤的颗粒组成中如果砂粒含量大于85％，则重复实施步骤二至步骤四。

所述砂粒的粒径区间为0.02～2mm。

本发明的有益效果：

本发明就地取材，变废为宝，配方科学，工艺简单，推广应用性强，既解决了废弃煤泥堆积压占土地资源、污染环境的问题，又改善了矿区砂质土壤质量，为煤泥等采煤废弃物的资源化利用和矿区砂质土壤治理提供了一个综合性、全方位、一体化、良循环的解决方案。具体特点如下：

(1)就地取材，变废为宝。改良土壤所用煤泥来自当地煤矿，避免了长途运输产生的高昂费用，节约了工程成本。煤泥来源充足，以色连二矿、泊江海孜矿为例，年产煤约400万吨，煤泥产生量超过25万吨，可满足土壤改良工程的需要。同时，产生后即利用，避免了煤泥大量堆积压占土地、污染环境的情况。

(2)配方科学，工艺简单。煤泥使用量、复配基肥的成分和比例，是在砂质土壤和废弃煤泥理化性质检测结果的基础上确定的，既考虑到短期效果，又考虑到土壤质量的长期持续改善，特别是通过土壤重构和土壤生态系统重建实现矿区土壤自修复、良循环。工艺简单合理，便于施工。

(3)推广应用性强。中国煤炭开采的重心已转至西部，西部矿区由于地处干旱半干旱气候带，干燥少雨，土壤沙化现象突出，而煤炭开采加剧了水土流失，使土壤质量进一步下降。与此同时，煤泥等采煤废弃物的安全消解也是西部矿区需要面对的共性问题。因此，本发明有着广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的技术流程图；

图2是利用本发明的技术进行不同处理的实验地块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实验效果与作用机理：

利用本发明的技术，在淮矿西部煤矿投资管理有限公司东胜色连二矿建立了砂质土壤改良实验田，并设置了对照地块，实验结果显示：实验田改良土壤的主要质量指标，以及作物长势和产量明显优于改良前和对照地块。

本发明的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，能够显著提升砂质土壤质量是基于：(1)煤泥粒度细，将煤泥与粗粒度的砂质土壤混合能够改良原有砂质土壤质地，增加其粘性，提高其持水保肥能力。(2)复配基肥中的腐熟有机肥含有丰富的营养元素，而且肥效长，能够增加土壤有机质，促进土壤微生物繁殖，从而改善土壤的理化性质和生物活性。(3)风积沙矿区土壤呈弱碱性，而腐植酸具有弱酸性，且腐植酸分子具有两性胶体的特征，可增强土壤缓冲酸碱的能力。另外，腐植酸和氨基酸可促进土壤团聚体的形成，改善土壤结构，增强土壤的持水、保肥、透水、透气性能，促进土壤微生物活动。(4)纳米碳粒径小，比表面积大，具有强大的离子吸附能力，能够激活土壤中的养分离子，并被植物吸收，从而提高养分利用率。(5)微生物菌剂中的有效菌，可以固氮、溶磷、解钾，促进土壤中难溶性养分的溶解和释放，改善土壤中的养分供应状况，并能够分泌活性物质，刺激作物生长发育，增强作物耐干旱、抗盐碱、防病害的能力。

实施例：

本发明的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，该方法包括如下步骤：

(1)确定土壤性质：经土壤粒度测定，粒径0.02～2mm的颗粒所占比例超过88％，为砂质土壤；

(2)铺撒废弃煤泥：在实施例地块上铺撒覆盖10～15cm厚度的废弃煤泥，自然晾晒风干至含水量为15％-30％；废弃煤泥中粒径小于0.02mm的颗粒所占比例不小于50％；

(3)撒施复配基肥：按照每亩1000～1500kg的用量均匀撒施复配基肥，复配基肥包括腐熟有机肥、水溶氨基腐植酸颗粒、纳米碳、微生物菌剂，复配基肥的组分及重量配比是：腐熟有机肥80～90％、水溶氨基腐植酸颗粒5～15％、纳米碳1～10％、微生物菌剂0.1～2％；腐熟有机肥是用禽畜粪便、作物秸秆、杂草、落叶等作原料，经过好氧发酵腐熟而成的肥料；水溶氨基腐植酸颗粒是由氨基酸和腐植酸复配而成的水溶性颗粒状肥料；纳米碳为粒径介于5～80nm的水溶性球状纳米碳粒；微生物菌剂是用现代生物技术生产的适合干旱地区盐碱地使用的含有高效活性有益微生物菌的生物制品，活性成分包括枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、泾阳链霉菌、菌根真菌、棕色固氮菌、放线菌、光合菌群、米曲霉、乳酸菌群等菌种中的一种或多种，有效活菌数在2亿/g以上；

复配基肥各组分可分别单独撒施，也可混合均匀后一起撒施；其中，微生物菌剂施用时间为上午8点前、下午5点后，或者无雨阴天；

(4)翻耕耙耢作业：翻耕耙耢作业在撒施复配基肥后实施，特别是撒施微生物菌剂后2小时内实施，翻耕深度为25～30cm；利用旋耕机进行深翻耕，然后耙耢整平，使煤泥、基肥与土壤充分混合；

(5)后期监测管理：选择玉米作为种植作物，播种行距为50cm，播种后喷洒浇灌，灌水量100mm，然后进行垄间秸秆覆盖处理，以减少土壤水分蒸发，所用秸秆为露天堆放1年以上的半腐熟小麦秸秆；玉米生长期间仅在大喇叭口期追肥、灌溉1次，追肥方式为垄间开10cm深沟追施三元复合肥，复合肥用量为每亩35kg，追肥后灌溉，灌水量150mm。自播种发芽后开始，对土壤质量指标和各生长阶段的玉米生理指标进行了动态监测，监测项目中，土壤质量指标包括土壤粒度、密度、容重、孔隙度、水稳性团聚体含量、温度、湿度、Ph值、电导率、含盐量、有效养分(速效氮磷钾)含量、有害元素(镉、铬、汞、铜、铅、锌、砷、氟)含量、土壤呼吸、总有机碳量、微生物生物量等，其中，温度、湿度、速效氮磷钾、有机碳等分0～10cm、10～20cm、20～30cm三个深度测定；作物生长、生理指标包括株高、叶面积、光合速率、叶绿素含量、根系酶活性、产量等。

重构土壤的颗粒组成中如果砂粒含量大于85％，则重复实施步骤二至步骤四。砂粒的粒径区间为0.02～2mm。

对比例：

本发明的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，该方法包括如下步骤：

(1)确定土壤性质：经土壤粒度测定，粒径0.02～2mm的颗粒所占比例超过88％，为砂质土壤；将对比地块分别标记为地块I、II、III；

(2)铺撒废弃煤泥：在地块I铺撒覆盖10～15cm厚度的废弃煤泥，自然晾晒风干至含水量为15％-30％；废弃煤泥中粒径小于0.02mm的颗粒所占比例不小于50％；

(3)撒施复配基肥：在地块II撒施复配基肥，按照每亩1000～1500kg的用量均匀撒施复配基肥，复配基肥包括腐熟有机肥、水溶氨基腐植酸颗粒、纳米碳、微生物菌剂，复配基肥的组分及重量配比是：腐熟有机肥80～90％、水溶氨基腐植酸颗粒5～15％、纳米碳1～10％、微生物菌剂0.1～2％；腐熟有机肥是用禽畜粪便、作物秸秆、杂草、落叶等作原料，经过好氧发酵腐熟而成的肥料；水溶氨基腐植酸颗粒是由氨基酸和腐植酸复配而成的水溶性颗粒状肥料；纳米碳为粒径介于5～80nm的水溶性球状纳米碳粒；微生物菌剂是用现代生物技术生产的适合干旱地区盐碱地使用的含有高效活性有益微生物菌的生物制品，活性成分包括枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、泾阳链霉菌、菌根真菌、棕色固氮菌、放线菌、光合菌群、米曲霉、乳酸菌群等菌种中的一种或多种，有效活菌数在2亿/g以上；

复配基肥的使用量为每亩1000～1500kg，复配基肥各组分可分别单独撒施，也可混合均匀后一起撒施；其中，微生物菌剂施用时间为上午8点前、下午5点后，或者无雨阴天；

(4)翻耕耙耢作业：利用旋耕机进行深翻耕，然后耙耢整平，使煤泥、基肥与土壤充分混合；翻耕耙耢作业在撒施复配基肥后实施，特别是撒施微生物菌剂后2小时内实施，翻耕深度为25～30cm；

(5)后期监测管理：玉米作为种植作物，播种行距为50cm，播种后喷洒浇灌，灌水量100mm，然后进行垄间秸秆覆盖处理，以减少土壤水分蒸发，所用秸秆为露天堆放1年以上的半腐熟小麦秸秆；玉米生长期间仅在大喇叭口期追肥、灌溉1次，追肥方式为垄间开10cm深沟追施三元复合肥，复合肥用量为每亩35kg，追肥后灌溉，灌水量150mm。自播种发芽后开始，对土壤质量指标和各生长阶段的玉米生理指标进行了动态监测，监测项目中，土壤质量指标包括土壤粒度、密度、容重、孔隙度、水稳性团聚体含量、温度、湿度、Ph值、电导率、含盐量、有效养分(速效氮磷钾)含量、有害元素(镉、铬、汞、铜、铅、锌、砷、氟)含量、土壤呼吸、总有机碳量、微生物生物量等，其中，温度、湿度、速效氮磷钾、有机碳等分0～10cm、10～20cm、20～30cm三个深度测定；作物生长、生理指标包括株高、叶面积、光合速率、叶绿素含量、根系酶活性、产量等。

结果表明，完全按照本发明技术处理的实施例地块，在土壤持水保肥能力、微生物活性、玉米长势和产量等各方面均表现最好，明显优于其它地块；仅用废弃煤泥进行处理的实验地块I，土壤含水量与实施例地块无明显差别，但明显高于地块II和地块III，土壤养分含量在整个玉米生长期内下降速度明显低于地块II，说明经过煤泥处理后实验地块I的持水保肥能力得到明显提高；仅用复配基肥进行处理的地块II，在玉米生长初期，土壤养分含量明显高于地块I和地块III，玉米长势较好，但到玉米生长的中期，地块II土壤水分含量明显低于实施例地块和地块I，养分含量已下降至与地块III无明显差别，由于缺水，玉米长势已不如地块I，这说明，仅靠施肥并不能提高砂质土壤的持水保肥能力。因此，本发明的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法能够显著提升砂质土壤的持水保肥能力，取得较好的改良效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

一、确定土壤性质：进行土壤粒度测定分析，确定土壤是否为砂质土壤；

二、铺撒废弃煤泥：在拟改良地块上铺撒覆盖10～15cm厚度的废弃煤泥，自然晾晒风干至含水量为15％-30％；

三、撒施复配基肥：按照每亩1000～1500kg的用量均匀撒施复配基肥；

四、翻耕耙耢作业：利用旋耕机进行深翻耕，然后耙耢整平，使煤泥、基肥与土壤充分混合；

五、后期维护管理：选种适当作物后，科学灌溉，覆盖秸秆或地膜，合理追施速效肥，对重构土壤粒度、速效养分含量等指标和作物生长、生理指标进行长期动态监测。

2.如权利要求1所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，所述砂质土壤的确定标准为，粒径0.02～2mm的土壤颗粒所占比例为85％～100％。

3.如权利要求1所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，所述废弃煤泥中粒径小于0.02mm的颗粒所占比例不小于50％。

4.如权利要求1所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，所述复配基肥的组分及重量配比是：腐熟有机肥80～90％、水溶氨基腐植酸颗粒5～15％、纳米碳1～10％、微生物菌剂0.1～2％。

5.如权利要求4所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，所述腐熟有机肥是用禽畜粪便、作物秸秆、杂草、落叶等作原料，经过好氧发酵腐熟而成的肥料；水溶氨基腐植酸颗粒是由氨基酸和腐植酸复配而成的水溶性颗粒状肥料；纳米碳为粒径介于5～80nm的水溶性球状纳米碳粒；微生物菌剂是用现代生物技术生产的适合干旱地区盐碱地使用的含有高效活性有益微生物菌的生物制品，活性成分包括枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、泾阳链霉菌、菌根真菌、棕色固氮菌、放线菌、光合菌群、米曲霉、乳酸菌群等菌种中的一种或多种，有效活菌数在2亿/g以上。

6.如权利要求1或4所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，复配基肥各组分可分别单独撒施，也可混合均匀后一起撒施，其中，微生物菌剂施用时间为上午8点前、下午5点后，或者无雨阴天。

7.如权利要求1所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，翻耕耙耢作业在撒施复配基肥后实施，特别是撒施微生物菌剂后2小时内实施，翻耕深度为25～30cm。

8.如权利要求1或2所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，所述重构土壤的颗粒组成中如果砂粒含量大于85％，则重复实施步骤二至步骤四。

9.如权利要求8所述的一种利用废弃煤泥改良矿区砂质土壤的方法，其特征在于，所述砂粒的粒径区间为0.02～2mm。

Images