CN112974492A - 一种强酸高重金属含量的矿业废弃地联合生态修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强酸高重金属含量的矿业废弃地联合生态修复方法，属于生态修复技术领域。该生态修复方法包括以下步骤：对废弃地进行平整；不覆土，直接添加土壤改良剂；雨水平衡1个月后，种植乔木、灌木和草本植物。土壤改良剂主要由土壤调理剂、竹炭土壤钝化剂、微生物菌肥、有机肥和石灰混合而成，集成一种化学阻隔/钝化‑微生物强化‑耐性植物稳定的联合生态修复方法。与现有技术相比，本申请的生态修复方法成本低，易于实施，能显著提高土壤pH值和微生物多样性，降低土壤中重金属有效态含量，增强土壤的肥力。
Description
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域，具体涉及一种强酸高重金属含量的矿业废弃地联合生态修复方法。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展，矿山开采活动越来越频繁，开采本身以及废土废渣的随意堆置形成了大量的矿业废弃地，其土壤具有物理性质差、重金属含量高、酸性强等特点。同时因采矿形成金属硫化物通过长期的氧化产生大量的重金属及高浓度的硫酸盐，并通过地表径流和地下径流对下游流域的生态系统造成破坏，甚至会通过食物链对居民健康造成威胁。
土壤重金属的修复一直是国内外研究的热点，常见的土壤的修复方式包括物理修复、化学修复、生物修复等。物理修复和化学修复处理费用高，对土壤扰动大，生物修复法修复时间长的缺点。因此提出一种强酸高重金属含量的矿业废弃地联合生态修复方法来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种强酸高重金属含量的矿业废弃地联合生态修复方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种强酸高重金属含量的矿业废弃地联合生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
按重量份数将1～3份土壤调理剂、2～4份竹炭土壤钝化剂、2～6份微生物菌肥、16～24份有机肥和12～20份石灰进行混合制备土壤改良剂；
在所述废弃地均匀添加所述土壤改良剂后覆土翻耕；
在人工或者雨水灌溉所述废弃地1～3个月，满足地下湿润深度达到40厘米后，种植乔木、灌木和草本植物。
进一步地，所述土壤调理剂的用量为0.5～1.5千克/平方米、所述竹炭土壤钝化剂的用量为1.0～2.0千克/平方米、所述微生物菌肥的用量为1.0～3.0千克/平方米、所述有机肥的用量为8.0～12.0千克/平方米和所述石灰的用量为6.0～10.0千克/平方米。
进一步地，所述土壤调理剂中的各组分按质量百分比组成如下：22％≤CaO≤25％、13％≤MgO≤15％、13％≤SiO2≤15％，且10≤pH≤12。
进一步地，所述竹炭土壤钝化剂中的各组分按质量百分比组成如下：37％≤生物炭≤40％、48％≤有机质≤50％、3.5％≤钙≤3.8％、0.6％≤镁≤0.8％、2.8％≤硅≤3.0％、2.5％≤钾≤2.8％。
进一步地，所述微生物菌肥中的各组分按质量百分比组成如下：6％≤总养分(N+P2O5+K2O)≤8％、70％≤有机质≤80％，且6亿/g≤有效活菌数≤8亿/g。
进一步地，所述有机肥为家畜粪便，选自猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪或羊粪中的一种或多种。
进一步地，所述乔木是湿地松和大叶女贞中的一种或多种，灌木是紫薇和苎麻中的一种或多种，草本植物是狗牙根、高羊茅、车前草、苦苣菜、商陆、茼蒿、艾草、斑茅和山毛豆中的一种或多种。上述植物一是具有优良的水土保持作用，能减少地表径流、涵养水源；二是较强的适应脆弱环境和抗逆境的能力，对于干旱、风害、冻害、瘠薄、盐碱等不良立地因子有较强的忍耐性和适宜性，阻挡泥沙流失和固持土壤；三是根系发达，能形成网状根固持土壤，地上部分生长迅速，枝叶茂盛；四是播种或栽培较容易，成活率高。
进一步地，所述废弃地以一行所述乔木、一行所述灌木和一行所述草本植物为最小重复单元进行种植；所述废弃地中的所述乔木和所述灌木的种植密度均为为2～4株/平方米，所述草本植物的播种密度为0.05～0.1千克/平方米。
按照上述比例种植乔灌木，一是能够提高乔灌木的存活率，二是能够促进乔灌木对土壤的改良；同时在移栽使用时，为了保证均匀播种，草本种子分两次撒播，播后用细齿耙轻轻耙入土中，以保证浅播而影响草种的均匀分布，播后轻轻辗压土壤，以保证种子进入土壤，然后用稻草覆盖，以防止浇灌和降雨引起的土壤板结，防止蒸发。
进一步地，所述对废弃地进行平整包含以下步骤：
对所述废弃地的坡面适当进行削坡降级，依现状地势设置成缓坡及平台；将所述废弃地多余的土、石头和杂物清除，少土的地块补土；对土壤进行翻耕，保持表面土质平整疏松，厚度为10～30厘米。
本发明所用改良剂的功效：
土壤调理剂：高效、平和、安全的中和土壤酸性，缓解土壤盐化，提高土壤养分有效性，提高肥料利用率；纯矿物原料，全面补充植物所需的多种大、中、微量元素，及有益元素“硅”、稀有元素“钼”，平衡土壤营养，提高作物产量，改善品质，提高作物经济价值；分解土壤作物残留的农药、化肥(硝酸盐)，钝化土壤中的重金属，减少重金属向作物转移，提高农产品安全性，改善生态环境。
竹炭土壤钝化剂：富含稳定态有机碳，增加土壤有机质，降低温室气体排放；吸附和钝化土壤重金属及农药残留，修复受损土壤；激活固化营养元素，丰富土壤矿物质，增加有益微生物数量；缓冲土壤温度和湿度变化，促进土壤保水保肥。
微生物菌肥：菌肥中含有解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶冻芽孢杆菌等9种有益活性菌群，以优质的腐殖酸、甘氨酸母液及豆粨和腐熟好的动植物残体为有机质载体，富含大量微量元素，刺激作物生长，同时促进土壤有益菌生产，增强作物抗逆和抗病能力。
有机肥：有机肥中主要含有腐殖酸、有机酸、羟基等物质，具有很强的螯合能力，与一些重金属如锰、铝、铁等鳌合形成螯合物，减少锰离子对作物的危害；有机肥里面的有益微生物进入土壤后与土壤中的生物形成相互间的共生增值关系，抑制有害菌生长并转化为有益菌，相互作用，相互促进，起到群体的协同作用。
石灰：在重金属土壤中添加石灰，可以提高土壤的pH值，增加有机质、黏土矿物、铁铝氧化物等可变胶体表面负电荷，增强对重金属的吸附比例，降低多种重金属在土壤溶液中的生物有效性；合理使用石灰可以有效地改善土壤的物理性质和营养成分，提高土壤的生产力。
本发明的有益效果：
本发明的土壤改良剂成本低，植物耐受性高，取材方便，适用于大面积推广应用。本发明选用的化学阻隔/钝化-微生物强化-耐性植物稳定的联合生态修复方法，不破坏土壤结构，对矿业废弃地土壤进行原位修复，大大提高了改良效果，能显著提高土壤pH值和微生物多样性，降低土壤中重金属有效态含量，增强土壤的肥力。采用本发明的方法修复矿业废弃地，能大大提高植被覆盖度和生物多样性，促进生态系统稳定。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本发明以某地区的山矿废弃地为例，该区域重金属Pb、Cd污染严重，pH值低达3.6，先利用挖掘机进行平整坡面，坡度为15°～20°，建立试验小区，试验小区设置四种不同的修复方案，分别为：
A、改良剂+草本植物；
B、改良剂+灌木+草本植物；
C，改良剂+乔木+草本植物；
D，改良剂+乔木+灌木+草本植物。
改良剂用量分别为土壤调理剂1.0kg/m2、有机肥10kg/m2、石灰8.3kg/m2、菌肥1.8kg/m2和土壤钝化剂1.3kg/m2、微生物菌肥1.8kg/m2。
在雨水平衡一个月后，种植湿地松2株/平方米，大叶女贞2株/平方米，紫薇2株/平方米，苎麻2株/平方米，狗牙根、高羊茅、车前草、苦苣菜、商陆、茼蒿、艾草、斑茅和山毛豆等混合草种0.1千克/平方米。表1、表2为半年后对各修复组合及背景值(BD)中的pH值，有机质，有效态Pb，有效态Cd，植被覆盖度和微生物多样性进行测试观察的结果。
表1不同修复处理下部分指标对比
表2不同修复处理下土壤微生物群落α多样性统计
| 指标 | OTUs | Chao1 | Shannon | Simpson |
| BD | 98 | 126 | 4.58 | 0.0092 |
| A | 877 | 969 | 8.39 | 0.0072 |
| B | 1108 | 1261 | 9.01 | 0.011 |
| C | 976 | 1032 | 8.52 | 0.0083 |
| D | 1428 | 1632 | 9.32 | 0.019 |
从表1和表2可以看出，不同修复处理方案相对于背景值均有不同程度的改善。综合而言，方案D效果最佳，pH值提高了5.2，有机质提高了1124％，有效态Pb和有效态Cd分别降低了75.58％和84.91％，植被覆盖度达到100％。由土壤微生物群落α多样性可知，D处理的细菌丰富度和多样性最高。综合表明乔灌草结合土壤调理剂、竹炭土壤钝化剂、微生物菌肥、有机肥和石灰的联合修复方法为最佳生态修复方法。
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)
1.一种强酸高重金属含量的矿业废弃地联合生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
按重量份数将1～3份土壤调理剂、2～4份竹炭土壤钝化剂、2～6份微生物菌肥、16～24份有机肥和12～20份石灰进行混合制备土壤改良剂；
在所述废弃地均匀添加所述土壤改良剂后覆土翻耕；
在人工或者雨水灌溉所述废弃地1～3个月，满足地下湿润深度达到40厘米后，种植乔木、灌木和草本植物。
2.根据权利要求1所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述土壤调理剂的用量为0.5～1.5千克/平方米、所述竹炭土壤钝化剂的用量为1.0～2.0千克/平方米、所述微生物菌肥的用量为1.0～3.0千克/平方米、所述有机肥的用量为8.0～12.0千克/平方米和所述石灰的用量为6.0～10.0千克/平方米。
3.根据权利要求1所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述土壤调理剂中的各组分按质量百分比组成如下：22％≤CaO≤25％、13％≤MgO≤15％、13％≤SiO2≤15％，且10≤pH≤12。
4.根据权利要求1所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述竹炭土壤钝化剂中的各组分按质量百分比组成如下：37％≤生物炭≤40％、48％≤有机质≤50％、3.5％≤钙≤3.8％、0.6％≤镁≤0.8％、2.8％≤硅≤3.0％、2.5％≤钾≤2.8％。
5.根据权利要求1所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述微生物菌肥中的各组分按质量百分比组成如下：6％≤总养分(N+P2O5+K2O)≤8％、70％≤有机质≤80％，且6亿/g≤有效活菌数≤8亿/g。
6.根据权利要求1所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述有机肥为家畜粪便，选自猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪或羊粪中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述乔木是湿地松和大叶女贞中的一种或多种，所述灌木是紫薇和苎麻中的一种或多种，所述草本植物是狗牙根、高羊茅、车前草、苦苣菜、商陆、茼蒿、艾草、斑茅和山毛豆中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述废弃地以一行所述乔木、一行所述灌木和一行所述草本植物为最小重复单元进行种植；所述废弃地中的所述乔木和所述灌木的种植密度均为为2～4株/平方米，所述草本植物的播种密度为0.05～0.1千克/平方米。
9.根据权利要求1所述的废弃地联合生态修复方法，其特征在于，所述对废弃地进行平整包含以下步骤：
对所述废弃地的坡面进行削坡降级；去除所述废弃地的杂物、填平所述废弃地的凹坑；翻耕所述废弃地，保持表面土质平整疏松，厚度为10～30厘米。
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