CN111515242A - 一种利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，包括以下步骤：S1.植被的栽培：在待修复的土壤区域内栽植湿地松，培育湿地松，然后分株栽植铁芒萁，培育铁芒萁；S2.超积累植物的转移：在栽植铁芒萁3～5个月后，收割铁芒萁的露出地面的部分；S3.二次植被的栽培：原地培育基茬，待基茬长出新苗20～40天后，追施肥料；S4.二次栽培超积累植物的转移：在新苗再生长3～5个月后，收割铁芒萁的露出地面的部分。以经济树种湿地松与能够富集稀土元素物质的铁芒萁共同构建修复植被，能够高效地开展废弃稀土矿山、采场以及各种废矿石和尾砂堆等稀土废渣存放场地的生态修复和治理，具有施工便捷、成本低、修复效率高、环境风险小等优点。

Description

一种利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法
技术领域
本发明属于废弃稀土矿山修复技术领域，具体地，涉及一种利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法。
背景技术
稀土元素在工业和农业领域应用广泛，素有“工业维生素”之称。近年来，随着中国科技和社会经济的快速发展，稀土被用来制作高端材料其需求量日益增加，稀土的广泛应用伴随着稀土矿的过度开采，产生了一系列的生态环境问题，威胁人类身体健康。
南方离子型稀土矿前期主要采用池浸和堆浸工艺，环境破坏严重，遗留了大量的稀土矿山废弃地，废弃地土壤沙化严重导致大量水土流失，同时，稀土废弃地中含有的稀土和重金属会随着降水和地表径流在下游农田土壤中累积，造成土壤污染并抑制农作物的生长繁殖，最终随着食物链进入人体，影响人类身体健康。近年来，稀土矿山废弃地已成为影响区域可持续发展的关键问题，逐渐引起人们的高度重视。
目前，国内外关于稀土矿区修复的物理化学修复技术相对比较成熟，也取得较好的治理效果。如专利CN206993631U公开了一种稀有稀土矿山修复方法，主要内容为：在土壤的表面人工挖掘相应沟渠，将固土装置(通过垂直木桩将水平方框固定在沟渠上，在水平方框上，从下到上依次填充改性生物质炭、碳纤维网膜、草种和锯末)固定在沟渠内，并将挖掘出来的土壤进行回填。上述发明专利对改善稀土矿区由于尾矿废弃地所造成的极度退化的生态环境、提高因稀土矿藏开采所导致的矿区生态破坏与环境污染的治理效果具有重要的作用。但其工艺流程复杂、工程量巨大，成本较高，且需要异位治理，不能从根本上解决矿区土壤污染问题，不利于大面积推广。
与传统的物理修复和化学修复技术相比，生物修复技术具有经济、无二次污染和改良土壤等优点。生物修复法中，以超积累植物为主体的植物修复技术已是国内外公认且被广泛应用的绿色修复技术。该技术以其成本低、原位、对土壤扰动性小、不造成二次污染等优点备受国内外学者的关注。而选择适当的乔木与稀土元素富集草本植物形成经济树种—富集植物联合修复体系，探寻一种既经济又环保的方法，不失为一条稀土矿山修复的新途径。
湿地松(拉丁学名：Pinus elliottii)为速生常绿乔木，喜生于海拔150-500米的潮湿土壤，是一种良好的广普性园林绿化树种，它既抗旱又耐涝、耐瘠，有良好的适应性和抗逆力，因此在世界上的分布极其广泛，中国山东以南的大片国土皆适宜栽植，也是荒山造林、水土保持的先锋树种。它还是很好的经济树种，松脂和木材的收益率都很高，是重要的用材树种，其经济价值高，用途广，是工农业生产上的重要用材。其树干可割取松脂，为医药、化工原料。其根部树脂含量丰富，树皮可提取栲胶，为重要的荒山造林经济树种。
铁芒萁(学名：Dicranopterislinearis)，别名芒萁骨、芒萁，多年生蕨类植物，广泛分布于我国广东、广西、海南、云南东南部及台湾，闽南地区以及印度南部、斯里兰卡、中南半岛、马来西亚的低至中海拔山地的路边开阔处、丘陵坡或松树林下。植株高达3-5米，蔓延生长，适合生长在pH值4.5-5.0左右的酸性土壤上，喜酸、耐旱、耐脊，且对稀土元素有较强的耐受性和富集效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，以通过生物修复技术开展废弃稀土矿山生态修复和治理。
根据本发明的一个方面，提供一种利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，包括以下步骤：S1.植被的栽培：在待修复的土壤区域内栽植湿地松，培育湿地松，然后分株栽植铁芒萁，培育铁芒萁；S2.超积累植物的转移：在栽植铁芒萁3～5个月后，收割铁芒萁的露出地面的部分；在S2中，按照地面留茎15～25cm的标准收割铁芒萁，完成收割后地面上的植株部分作为基茬；完成S2后，还包括以下步骤：S3.二次植被的栽培：原地培育基茬，待基茬长出新苗20～40天后，追施肥料；S4.二次栽培超积累植物的转移：在新苗再生长3～5个月后，收割铁芒萁的露出地面的部分。
优选地，在栽培植株的过程中所施用的肥料为氮磷钾复合肥和/或有机肥；在S1中，追肥2次。
优选地，在栽培植株的过程中所施用的肥料为氮磷钾复合肥和/或有机肥；在S3中，追肥2次。
优选地，肥料的施用标准如下：铁芒萁按照植株所占面积施肥，每次施用量为0.08～0.12kg/m2；湿地松按照植株数量施肥，每次施用量为0.2～0.3kg/株。
优选地，在栽培过程中，使土壤湿度维持在60％–70％。
优选地，在栽培过程中，使土壤湿度维持在65％。
优选地，在S1中，湿地松的栽植时机为3月中旬。
优选地，以A和B为各自独立地选取自介于1.2～1.8之间的实数，在S1中，按照A m×B m的行间距栽植湿地松。其中，“m”表示长度单位：米。
优选地，在湿地松的树下和/或周边栽植铁芒萁。
本发明提供的利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，以经济树种湿地松与能够富集稀土元素物质的铁芒萁共同构建修复植被，能够高效地开展废弃稀土矿山、采场以及各种废矿石和尾砂堆等稀土废渣存放场地的生态修复和治理。相对于其他物理和工程方法，本发明提供的利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法具有施工便捷、成本低、操作管理简便，修复效率高、环境风险小、美化环境等优点，具体体现在如下几个方面：
(1)以铁芒萁作为富集稀土元素物质的功能性植物，对土壤环境中的稀土元素物质起到很强的富集作用，并且，能够二次富集，能够显著降低土壤环境中的稀土元素物质含量，可大量减少土壤中的稀土元素和重金属元素进入地下水及下游的农田；另外，其位于地上的部分可以通过人工收割，经过安全化处理，不对环境产生二次污染。
(2)湿地松的生长会对土壤环境的pH值起到一定的调控效果，使土壤环境的pH值较为稳定地维持在4.5～5.3的范围内，该土壤pH值适于铁芒萁的栽培，采用湿地松与铁芒箕共植，铁芒萁在共植的土壤环境中呈现出优良的长势和抗逆性。
(3)湿地松和铁芒萁都具有耐瘠、耐稀土元素的特点，两者均能够在稀土废渣存放场地中生长发育并且具有较好的适应性和抗逆能力；另一方面，铁芒萁具有多年生、生长周期短的特点，湿地松属于乔木类植物，株形较大。采用上述两种植物构建植被能够显著提高矿区植被覆盖率，可固定稀土矿尾砂，减少扬尘和水土流失，减阻稀土和重金属污染物的扩散，明显改善矿区及其周边土壤、空气质量，绿色环保。
(4)湿地松作为一种经济树种，松脂和木材的收益率都很高，是重要的用材树种，其经济价值高，用途广，是工农业生产上的重要用材。其树干可割取松脂，为医药、化工原料。其根部树脂含量丰富，树皮可提取栲胶，为重要的荒山造林经济树种。
附图说明
图1为湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山设计图。
附图中的各个编号指代物料的对应关系如下：1.铁芒萁，2.湿地松，3.湿地松植穴。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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的实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例以赣州市定南县岭北某稀土矿山为修复对象，开展生态修复。
1.生态修复的开展
S1.植被的栽培：
(1)3月中旬在稀土矿山地块，人工开挖湿地松植穴，湿地松植穴的尺寸规格为长0.3m、宽0.3m、深0.3m，按照1.5m×1.5m的行间距，将湿地松的树苗连同自带的营养体植入湿地松植穴内，栽植时保证树苗直立，将氮磷钾复合肥和有机肥与熟化的客土混和，然后缓慢回填至湿地松植穴内，回填过程中不要伤及树根，平整培土，若发现有树苗因苗木质量问题未能成活，应及时补种；
(2)分别在湿地松的树下和周边分株栽植铁芒萁，分株时要小心，切勿损伤生长点，保持根部有尽量多的土壤。剪掉衰老和损伤的叶、根；
(3)使土壤湿度维持在65％，利用氮磷钾复合肥和有机肥作为肥料追肥，4个月内追肥2次，每次追肥的肥料施用标准如下：铁芒萁按照植株所占面积施肥，每次施用量约为0.1kg/m2；湿地松按照植株数量施肥，每次施用量约为0.25kg/株。
S2.超积累植物的转移：在栽植铁芒萁4个月后，收割铁芒萁的地上部分(包括茎和叶)，收割时地上留茎20cm作基茬，从收割的地上部分中取样进行检测，然后将收割的地上部分转移到其安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、灰化，集中保存。
S3.二次植被的栽培：原地培育基茬，待基茬上长出新苗1个月后，再次追施氮磷钾复合肥和有机肥，4个月内追肥2次。
S4.二次栽培超积累植物的转移：新苗再生长4个月左右收割地上部分，从收割的地上部分中取样进行检测，然后将收割的地上部分转移到其安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、灰化，集中保存。
在上述生态修复的植株栽培过程中，派专人专业管理和抚育植株，期间采取常规的防治植株病虫害措施，根据植物的实际生长需要适当调节浇水量和施肥量，并对植株的生长情况进行观察和记录。
2.生态修复的效果
实验期间持续记录植株生长情况及定期采集土壤样品测定pH值。土壤样品的取样方式为：每个样地的面积为1.5m×1.5m，共30个样地，以每个样地的中部和作为取样点，在每一个取样点用100cm3环刀取1个土壤样品，共30个样品，编号后将土样带回实验室。通过观察记录，本实施例的铁芒萁长势优良，植株强壮。根据表1的统计结果，我们认为利用湿地松与铁芒萁共植，使土壤区域中的区域处于稳定的范围内，构建植被后，土壤样本pH值介于4.5～5.3，适宜铁芒萁的生长。将相应的土壤样品和植株样品送往江西省钨与稀土产品质量监督检验中心检测进行检测，相应的检测结果如表2所示，与修复前相比，该区域土壤稀土元素平均含量显著下降，土壤中的稀土元素被栽种在该区域内的铁芒萁有效富集。
表1实施例1的土壤样品pH值统计结果
Figure BDA0002428802000000061
表2实施例1的稀土矿山的生态修复效果评价
Figure BDA0002428802000000062
对比实施例1
本实施例以赣州市定南县岭北某稀土矿山为修复对象，开展生态修复。
1.生态修复的开展
S1.植被的栽培：
(1)保持与实施例1相同的栽种密度，将铁芒萁分株栽植，分株时要小心，切勿损伤生长点，保持根部有尽量多的土壤。剪掉衰老和损伤的叶、根；
(2)使土壤湿度维持在65％，利用氮磷钾复合肥和有机肥作为肥料追肥，4个月内追肥2次，每次追肥的肥料施用标准如下：铁芒萁按照植株所占面积施肥，每次施用量约为0.1kg/m2；湿地松按照植株数量施肥，每次施用量约为0.25kg/株。
S2.超积累植物的转移：在栽植铁芒萁4个月后，收割铁芒萁的地上部分(包括茎和叶)，收割时地上留茎20cm作基茬，从收割的地上部分中取样进行检测，然后将收割的地上部分转移到其安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、灰化，集中保存。
S3.二次植被的栽培：原地培育基茬，待基茬上长出新苗1个月后，再次追施氮磷钾复合肥和有机肥，4个月内追肥2次。
S4.二次栽培超积累植物的转移：新苗再生长4个月左右收割地上部分，从收割的地上部分中取样进行检测，然后将收割的地上部分转移到其安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、灰化，集中保存。
在上述生态修复的植株栽培过程中，派专人专业管理和抚育植株，期间采取常规的防治植株病虫害措施，根据植物的实际生长需要适当调节浇水量和施肥量，并对植株的生长情况进行观察和记录。
2.生态修复的效果
实验期间持续记录植株生长情况及定期采集土壤样品测定pH值。土壤样品的取样方式为：每个样地的面积为1.5m×1.5m，共30个样地，以每个样地的中部和作为取样点，在每一个取样点用100cm3环刀取1个土壤样品，共30个样品，编号后将土样带回实验室。与实施例1相比，本实施例的铁芒萁植株长势较差，根据表3的统计结果可知，土壤pH值分布相对比较分散。将相应的土壤样品和植株样品送往江西省钨与稀土产品质量监督检验中心检测进行检测，相应的检测结果如表4所示，本实施例的土壤区域内的稀土元素平均含量下降，土壤中的稀土元素被栽种在该区域内的铁芒萁富集。与实施例1的参数进行对比，本实施例设置的处理组对应的稀土矿山土壤的稀土元素平均含量下降幅度相对较低，铁芒萁的地上部分对稀土元素的富集效果也相对更低。这可能是因为在实施例1的处理组中铁芒萁与湿地松共植的野外自然条件更有利于铁芒萁生长，进而提高铁芒萁对稀土元素的富集量。
表3对比实施例1的土壤样品pH值统计结果
Figure BDA0002428802000000071
表4对比实施例1的稀土矿山的生态修复效果评价
Figure BDA0002428802000000081
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。例如，种植在不同稀土元素浓度的尾砂或边坡中，对栽种的各种营养条件进行改良，采用不同的收割方式和时期等等。然而，类似的这种变换和修改均属于本发明的实质。

Claims (9)

1.一种利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.植被的栽培：在待修复的土壤区域内栽植湿地松，培育所述湿地松，然后分株栽植铁芒萁，培育所述铁芒萁；
S2.超积累植物的转移：在栽植所述铁芒萁3～5个月后，收割所述铁芒萁的露出地面的部分；
在所述S2中，按照地面留茎15～25cm的标准收割所述铁芒萁，完成收割后地面上的植株部分作为基茬；
完成所述S2后，还包括以下步骤：
S3.二次植被的栽培：原地培育所述基茬，待所述基茬长出新苗20～40天后，追施肥料；
S4.二次栽培超积累植物的转移：在所述新苗再生长3～5个月后，收割所述铁芒萁的露出地面的部分。
2.如权利要求1所述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于：
在栽培植株的过程中所施用的肥料为氮磷钾复合肥和/或有机肥；
在所述S1中，追肥2次。
3.如权利要求1所述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于：
在栽培植株的过程中所施用的肥料为氮磷钾复合肥和/或有机肥；
在所述S3中，追肥2次。
4.如权利要求1–3任一项所述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于，所述肥料的施用标准如下：所述铁芒萁按照植株所占面积施肥，每次施用量为0.08～0.12kg/m2；所述湿地松按照植株数量施肥，每次施用量为0.2～0.3kg/株。
5.如权利要求1所述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于：在栽培过程中，使土壤湿度维持在60％–70％。
6.如权利要求5所述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于：在栽培过程中，使土壤湿度维持在65％。
7.如权利要求6述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于：在所述S1中，所述湿地松的栽植时机为3月中旬。
8.如权利要求7所述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于：以A和B为各自独立地选取自介于1.2～1.8之间的实数，在所述S1中，按照A m×B m的行间距栽植所述湿地松。
9.如权利要求6所述利用湿地松与铁芒萁联合修复稀土矿山的方法，其特征在于：在所述湿地松的树下和/或周边栽植所述铁芒萁。
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