CN112482408A - 一种调配类壤土的方法、修复边坡的方法和边坡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调配类壤土的方法、修复边坡的方法和边坡结构，用于修复边坡的类壤土基质具有淋溶层和腐殖质层，调配类壤土的方法的步骤包括采用正交实验法，按四因素条件下进行包括不同水平的调节土壤基质中化学物质成分，并测试每一组实验调配后的土壤的物理结构，之后将采集的数据导入正交实验分析软件中获取分析结果，基于所得到的结果根据所调节土壤的目标物理结构反向推算所控制的化学物质成分。通过本采用本发明的方法在满足土壤功能需要的前提下，通过调节土壤的化学成分调控土壤的物理结构，使得土壤的物理结构能够有效的锁住水分和矿物、营养元素，使得沙化的进程远缓慢于植物生长的速度，使得边坡早日复绿，提高边坡修复的成功率。
Description
技术领域
本发明属于边坡修复领域，具体涉及一种调配类壤土的方法、修复边坡的方法和边坡结构。
背景技术
长期以来我国的矿产资源开发走的是以浪费资源和牺牲环境为代价的粗放型发展道路，经过几十年的积累，目前我国由矿产资源开发所引发的生态环境破坏与地质灾害隐患问题已日益严重，正面临着日益紧迫的矿山治理修复任务。
从治理技术手段上看，主要采用的是在裸露的土壤边坡和非土壤边坡表面铺设适合植物生长的类似壤土结构的弱碱性基质土壤混合物，由于矿区开产的边坡通常倾斜度较大，不仅容易发生滑坡，且土壤中的水分和矿物元素容易在重力、环境的作用下发生流失，植被生长的土壤结构遭到破坏。从而使得土壤出现沙化的现象而无法停留在坡面上，植被无法生长从而导致边坡修复的失败。
发明内容
针对上述所提及的修复边坡时土壤中水分和矿物质流失严重的现象，土壤结构无法构建重塑。本发明提出一种调配类壤土的方法、修复边坡的方法和边坡结构。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种调配类壤土性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：向需治理当地土壤中按比例加入多种化学物质调配类壤土，从所加入的化学物质中选用保水剂、营养肥、有机质和吸附剂，通过对该四个因素进行包括不同水平的正交实验法，并测试每一组实验调配后的类土壤的物理结构；
步骤二：将采集的数据导入正交实验分析软件中，根据类壤土双层结构特点，获取并分析双层数据结果，基于所得到的结果根据所调节土壤的目标物理结构反向推算所控制的化学物质成分；
其中，
所述保水剂，为吸水率大于400，吸水速率<20min，基质pH值为弱碱性，加入粘合状的天然淀粉混合物或纤维素，加入的量控制在0.5-1.5g之间；
所述营养肥，为包含氮、磷、钾元素的营养肥，加入的量控制在5.4-16.2之间；
所述有机质，由植物秸秆、动物残骸和微生物体组成，并按一定的比例掺杂于类壤土比例中所占总质量不低于10％；
所述矿物质，由沸石、蒙脱石和蛭石组成；
所述土壤的物理结构为土壤的孔隙率。
作为本发明的进一步改进，按四因素三水平进行正交实验，表头设计如下：
其中，所述有机质所占总质量为15％。
作为本发明的进一步改进，所述土壤的物理结构包括土壤的总孔隙度和土壤的持水量。其中所述的土壤的孔隙率包括测试总孔隙度、毛细管孔隙度和非毛细管孔隙度。
作为本发明的进一步改进，还包括测试调节后的土壤容重，并建立土壤容重与所述土壤的孔隙率和所述土壤的持水量之间的关系。
作为本发明的进一步改进，所述类壤土中还包括环形动物、过氧化钙。
一种应用调配的类壤土修复边坡的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据待修复边坡表层结构铺设边坡机构；
步骤二：根据边坡表层结构和所种植植物的生长条件确认喷射的淋溶层和腐殖质层结合体类土壤应具有的物理结构；
步骤三：应用上述所述的一种调配类壤土性能的方法计算出来的结果，根据计算的结果按比例加入各化学成分调节当地土壤；
步骤四：将调节后的土壤喷射到待修复边坡表面。
作为本发明的进一步改进，所述步骤四，包括
4-1)先进行边坡预处理；
4-2)调配对应于淋溶层的类壤土中，该层混含环状动物如蚯蚓进行第一次喷播；
4-3)调配对应于腐殖质层的类壤土中，该层类壤土中混入树种；进行第二次喷播；
4-4)待植物生长至10-15cm时，将草种混入腐殖质层类壤土中，进行第三次喷播(扬播)。
作为本发明的进一步改进，所述第一次喷播的淋溶层的厚度为6-8cm，所述第二次喷播的腐殖质层类壤土的厚度为5-7cm，所述第三次喷播的腐殖质层类壤土的厚度为1-3cm。
作为本发明的进一步改进，所述步骤三，还包括根据海拔高度和所种植植物的种类调节分布在不同位置的所述的腐殖质层类壤土的物理结构。
本发明还提供了一种应用所述的修复边坡的方法所修复的边坡结构，包括铺设在边坡坡面的边坡基体机构，所述的边坡基体机构包括相对于边坡坡面垂直设置的锚固杆和金属网，所述的金属网沿纵向和横向两个方向纵横交错设置，所述的锚固杆设置在所述金属网的交点处；还包括铺设边坡坡面的淋溶层和表面的腐殖质层类壤土层，所述的淋溶层的厚度小于所述金属网的高度，所述的淋溶层和所述腐殖质层类壤土的总厚度大于所述金属网的高度，所述金属网距离边坡坡面的垂直高度大于所述淋溶层的厚度。
本发明的有益效果：通过本采用本发明的方法在满足土壤功能需要的前提下，通过调节土壤的化学成分调控土壤的物理结构，使得土壤的物理结构能够有效的锁住水分和矿物、营养元素，使得沙化的进程远缓慢于植物生长的速度，使得边坡早日复绿，提高边坡修复的成功率。
附图说明
图1为本发明中沿边坡坡面布置的边坡结构的布置示意图；
图2为修复的边坡坡面的剖面示意图；
图3为锚固杆与金属网的连接关系示意图；
其中：1-锚固杆，2-金属网，3-分格块4-淋溶层，5-表面土壤层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
在裸露石料边坡的修复过程中，为了促进植物的快速生长，需要对土壤的成分进行调节。本发明采用的是从当地所获得的土壤中加入多种物质所调配的类壤土作为修复边坡机构的土壤基质。所加入的物质中包括黏胶、保水剂、胡敏素、过氧化钙、活性炭多种物质，还包括环形动物，如蚯蚓等生物。由于是修复在倾斜的边坡山体结构，经研究所加入的物质中，保水剂、营养肥、有机质和吸附剂这四种成分对土壤的物理结构影响最大。
所测试的类土壤的物理结构包括土壤的孔隙率和土壤的持水量。其中所述的土壤的孔隙率包括测试总孔隙度、毛细管空隙度和非毛细管孔隙度；所述的土壤的持水量包括测试量大持水量、毛管持水量。还包括测试调节后的土壤容重，并建立土壤容重与所述土壤的孔隙率和所述土壤的持水量之间的关系，其中土壤孔隙率的大小直接反应着土壤持水量的情况。其中，所述保水剂，为吸水率大于400，吸水速率<20min，基质pH值呈弱碱性，加入粘合状的天然淀粉混合物或纤维素。由此可见，保水剂虽然能够增加对水的固定，但是同时也使得土壤趋向于黏土性质，不易增加土壤的孔隙结构和透气性，从而不利于植物的生长，故保水剂的加入量应控制在0.5-1.5g之间；
所述营养肥，为包含氮、磷、钾元素的营养肥，能够为植物的生长快速提供养分，但是量大容易导致土壤颗粒发生硬化团聚，是土壤的物理结构发生改变。加入的量控制在5.4-16.2之间；
所述有机质，由植物秸秆、动物残骸和微生物体组成，并按一定的比例掺杂于类壤土中，用于通过在植物后期的生长过程中通过腐蚀分解为植物的生长提供养分。所占类壤土总质量大，对于位于表层的腐殖质层类壤土不低于10％，对于底层的淋溶层土壤不低于20％，故对土壤的物理结构有着绝对的影响。
所述矿物质，主要加入了用作吸附剂作用的矿粒石，由沸石、蒙脱石和蛭石组成；通过调节土壤的胶体凝结能力调节对水的吸附能力。
另本发明所获得类壤土首先需要满足植物的基本需求，另外在修复的过程中，再根据所种植植物的种类以及边坡结构的结构进行对物理结构性能的调节。例如，本发明以修复苏南的一座矿石为例，在该修复方案中，所种植的植物选用紫穗槐。经分析，改方案中对于风化层和淋溶层类壤土基质主要技术指标分别如表1和表2所示：
表1：类壤土(腐殖质层)技术指标
表2：类壤土(淋溶层)技术指标
综合表1和表2所列出的技术制备，在有机质总量为15％的前提下，实施正交实验。以所调节的类壤土的物理结构中土壤总孔隙度控制在58％-70％之间，土壤毛管孔隙为50-60％，非毛管孔隙在8-10％以上为目标进行调节。
调配类壤土性能的过程中，主要包括以下步骤：
步骤一：采用正交实验法，在保持其它所加入物质不变的情况下，有机质总质量按15％的标准，采用四个因素三水平获得对应的类壤土测试样本，并测试每个类土壤样本的物理结构。
步骤二：将采集的数据导入正交实验分析软件中获取分析结果，基于所得到的结果根据所调节土壤的目标物理结构反向推算所控制的化学物质成分。
在步骤一中，由于各地土壤存在一定的差异项，为了获得普适性的测试方法，本发明通过多次实验，最终确定所设计的正交实验各个因素的表头如下：
表3：正交试验表头设计
进一步，根据表3中对化学物质成分各类因素比例，在满足土壤中的功能指标符合表1和表2综合指标的前提下，按表4中的搭配顺序组织实施方案。
表4：正交实验实施方案
基于以上实验所确定的化学配比，对任意条件下所采集的土壤进行调配，之后测试调配所获得的土壤的物理结构性能。之后根据目标物理结构获得加入的保水剂、营养肥、有机质和吸附剂的比例。
结果测试：
本发明以治理位于中国中东部地区，所处纬度在北纬28°-32°的一座废弃的矿山山体进行实验，根据这一地区的气候和土壤条件，通过本发明正交实验所获得的结构，确定按以实施方案2中的配比添加各个成分(实际操作中根据具体的情况存在一些调整)，并完成后期山体的修改。
(1)修复过程中，在生态的恢复期检测类壤土的物理结构变化如表5所示。
表5：类壤土物理结构变化
由以上数据可以看出，在山体生态的恢复期，类壤土表现出良好的透气性和锁水性能，且类壤土中的水分流失的速度较慢，且在各个时期土壤中的含水量能够满足该阶段植物生长的需求。
(2)在边坡的同一高度的边坡位置划分3块实验样地(样地1为采用当地边坡原地质土壤作为对照组，样地2为采用上述方法获得的常规植壤土进行喷播，样地3为类壤土喷播，每块样地内栽种5株相同大小的幼苗，一个月、三个月、六个月、十二个月后分别测定其地下生物量(干重)。测试的结果如表6所示。
表6：不同样地生物量
由表5的结果可以看出样地3的植物生长最佳。
基于以上的调配土壤的方法指导修复边坡，修复的具体过程包括以下步骤：
步骤一：根据待修复边坡表层结构铺设边坡机构。
步骤二：根据边坡表层结构和所种植植物的生长条件确认喷射的淋溶层和腐殖质层土壤应具有的物理结构。
步骤三：对当地的土壤进行正交实验，结合当地的气象条件获取所添加的化学物质量与调节后的土壤的物理结构的结果信息，并用正交实验数据进行分析，获得测算的结构，根据计算的结果结合步骤二中所设计的对淋溶层和腐殖质层土壤物理结构的要求按比例加入各化学成分调节当地土壤。
步骤四：将调节后的土壤机械喷射到待修复边坡表面。
另外，在步骤二中，还包括根据海拔高度和所种植植物的种类调节分布在不同位置的所述的腐殖质层土壤的物理结构。
采用以上的方法对边坡进行修复后，修复后的边坡结构包括铺设在边坡坡面的边坡基体机构，所述边坡基体机构包括铺设在边坡坡面的边坡基体机构，所述的边坡基体机构包括相对于边坡坡面垂直设置的锚固杆1和金属网2，所述的金属网2沿纵向和横向两个方向纵横交错设置，从而将边坡的剖面分割为若干个分格块3，各个分格块3的尺寸根据边坡坡面的倾斜度或坡面的平滑度进行调节。所述的锚固杆1设置在所述金属网2的交点处，在同一个交点的位置可以设置1-4个锚固杆1，锚固杆1可拆卸的插入到边坡中。金属网2的两端与锚固杆1固定相连，其宽度小于锚固杆1的长度，大约为12-15cm，待边坡修复后，可通过拔出锚固杆1直接移除金属网2，且该移除的过程能够最大限度的降低对已生长植物根系的损伤。
还包括铺设边坡坡面的淋溶层4和表面土壤层5，所述的淋溶层4和所述表面土壤层5的土壤的物理结构是采用本发明的方法调配获得的。所述的淋溶层4的厚度小于所述金属网2的高度，所述的淋溶层4和所述表面土壤层5的总厚度大于所述金属网2的高度。以上显示和描述了本发明的基本原理和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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种调配类壤土性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：向需治理当地土壤中按比例加入多种化学物质调配类壤土，从所加入的化学物质中选用保水剂、营养肥、有机质和吸附剂，通过对该四个因素进行包括不同水平的正交实验法，并测试每一组实验调配后的类土壤的物理结构；
步骤二：将采集的数据导入正交实验分析软件中，根据类壤土双层结构特点，获取并分析双层数据结果，基于所得到的结果根据所调节土壤的目标物理结构反向推算所控制的化学物质成分；
其中，
所述保水剂，为吸水率大于400，吸水速率<20min，基质pH值为弱碱性，加入粘合状的天然淀粉混合物或纤维素，加入的量控制在0.5-1.5g之间；
所述营养肥，为包含氮、磷、钾元素的营养肥，加入的量控制在5.4-16.2之间；
所述有机质，由植物秸秆、动物残骸和微生物体组成，并按一定的比例掺杂于类壤土比例中所占总质量不低于10％；
所述矿物质，由沸石、蒙脱石和蛭石组成；
所述土壤的物理结构为土壤的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的一种调配类壤土性能的方法，其特征在于：按四因素三水平进行正交实验，表头设计如下：
其中，所述有机质所占总质量为15％。
3.根据权利要求1所述的一种调配类壤土性能的方法，其特征在于：所述土壤的物理结构包括土壤的总孔隙度和土壤的持水量。其中所述的土壤的孔隙率包括测试总孔隙度、毛细管孔隙度和非毛细管孔隙度。
4.根据权利要求1所述的一种调配类壤土性能的方法，其特征在于：还包括测试调节后的土壤容重，并建立土壤容重与所述土壤的孔隙率和所述土壤的持水量之间的关系。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种调配类壤土性能的方法，其特征在于：所述类壤土中还包括环形动物、过氧化钙。
6.一种应用调配的类壤土修复边坡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据待修复边坡表层结构铺设边坡机构；
步骤二：根据边坡表层结构和所种植植物的生长条件确认喷射的淋溶层和腐殖质层结合体类土壤应具有的物理结构；
步骤三：应用权利要求1-5任一项所述的一种调配类壤土性能的方法计算出来的结果，根据计算的结果按比例加入各化学成分调节当地土壤；
步骤四：将调节后的土壤喷射到待修复边坡表面。
7.根据权利要求6所述的一种应用调配的类壤土修复边坡的方法，其特征在于：所述步骤四，包括
4-1)先进行边坡预处理；
4-2)调配对应于淋溶层的类壤土中，该层混含环状动物如蚯蚓进行第一次喷播；
4-3)调配对应于腐殖质层的类壤土中，该层类壤土中混入树种；进行第二次喷播；
4-4)待植物生长至10-15cm时，将草种混入腐殖质层类壤土中，进行第三次喷播(扬播)。
8.根据权利要求7所述的一种应用调配的类壤土修复边坡的方法，其特征在于：所述第一次喷播的淋溶层的厚度为6-8cm，所述第二次喷播的腐殖质层类壤土的厚度为5-7cm，所述第三次喷播的腐殖质层类壤土的厚度为1-3cm。
9.根据权利要求6-8任一项所述的一种应用调配的类壤土修复边坡的方法，其特征在于：所述步骤三，还包括根据海拔高度和所种植植物的种类调节分布在不同位置的所述的腐殖质层类壤土的物理结构。
10.应用权利5-8所述的修复边坡的方法所修复的边坡结构，其特征在于：包括铺设在边坡坡面的边坡基体机构，所述的边坡基体机构包括相对于边坡坡面垂直设置的锚固杆和金属网，所述的金属网沿纵向和横向两个方向纵横交错设置，所述的锚固杆设置在所述金属网的交点处；还包括铺设边坡坡面的淋溶层和表面的腐殖质层类壤土层，所述的淋溶层的厚度小于所述金属网的高度，所述的淋溶层和所述腐殖质层类壤土的总厚度大于所述金属网的高度，所述金属网距离边坡坡面的垂直高度大于所述淋溶层的厚度。
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