CN114946598A

CN114946598A - 一种应用于堆石环境的土壤缓释基材及其制备和应用方法

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Publication number: CN114946598A
Application number: CN202210620538.7A
Authority: CN
Inventors: 毛喆; 杨涛涛; 张金桃; 吴建强; 范俊杰; 田维洪
Original assignee: Guangdong Taolin Ecological Environment Co ltd
Current assignee: Guangdong Jiangtong Taolin Ecological Environment Co.,Ltd.
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-06-02
Also published as: CN114946598B

Abstract

本发明涉及一种应用于堆石环境的土壤缓释基材及其制备和应用方法。本发明所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材包括：包括以下重量百分含量的组分：种植营养土70％～80％；混合草纤维9％～15％；有机肥10％～15％；混合微生物菌剂0.5％～1.0％；所述种植营养土包括以下重量百分含量的组分：黄土90％；草木灰6％；细砂3％；粗砂1％。通过缓释基材解体后与植被根系的共同作用，在无需采取其他措施的情况下，能够不断扩充堆石缝隙的填充范围，进一步提高堆石环境的土壤保持量，无需大动工即可在堆石环境进行固土、复绿，方便高效，环境效益好，适合大面积推广应用。

Description

一种应用于堆石环境的土壤缓释基材及其制备和应用方法

技术领域

本发明涉及生态环境修复技术领域，特别是涉及一种应用于堆石环境的土壤缓释基材及其制备和应用方法。

背景技术

随着社会发展以及生态保护意识的不断提高，堆石环境生态问题越来越受到人们的关注与重视。大多数堆石环境主要是因人类社会生产、发展需要，对自然资源的开采利用或对自然环境的人为干预而产生。诸如矿山开采过程中产生的废弃岩石堆放场、用于堆存矿产筛选尾矿的尾矿坝体、堆石河堤及其他各类型的堆石坝体等。由于堆石环境不具备固土、保水能力，无法为植被生长提供基础条件，引起了一系列生态环境问题，如造成矿山裸露，引起水土流失，阻碍河道影响河流的正常输水，影响环境的美观等。

因堆石环境中的废石质量低下，资源化利用率不高，无法进行资源回收。另外由于堆石环境的不利特点：堆石间缝隙大，无法存蓄植被生长必需的土壤、水分及营养物质等，直接覆土或直接喷播种植基材均因基材的大幅流失而无法实施，导致无法直接进行植被恢复，生态环境修复工作受到了极大的限制与阻碍。目前堆石环境的修复方式主要有两种方式，一是全面清理堆石后再进行覆土复绿，二是对堆石环境覆膜覆土后再进行复绿。第一种方式不仅费时、费力，而且清理后的堆石亦会导致新的生态环境问题出现，如清理的废石的处置问题等；第二种方式修复成本较大，存在破膜的风险，并且植物无法深入生长。因此，降低堆石环境生态修复难度与成本，提高堆石环境固土、保水能力，直接原位复绿是今后矿山尾矿坝、堆石坝、废石堆场、堆石河堤等堆石环境生态修复的主要发展方向，具有巨大的使用价值和现实意义。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种应用于堆石环境的土壤缓释基材及其制备和应用方法，通过提高堆石环境固土、储水能力，将不具备植物生长的堆石环境改造成能为植被生长提供基础条件的、适宜部分植被生长的环境。该方法简单有效、省时省力，且不会造成新的环境问题。

一种应用于堆石环境的土壤缓释基材，包括以下重量百分含量的组分：包括以下重量百分含量的组分：种植营养土70％～80％；混合草纤维9％～15％；有机肥10％～15％；混合微生物菌剂0.5％～1.0％；所述种植营养土包括以下重量百分含量的组分：黄土90％；草木灰6％；细砂3％；粗砂1％。

本发明提供的一种应用于堆石环境的土壤缓释基材，其中：

黄土具有一定的黏性，能保持基材结构一定程度的稳定性，基材解体后黄土可作为植物生长的土源；草木灰提供钾肥和碳源；细砂和粗砂增加基材的排水通气性。种植营养土的有机质含量高，养分全面，土壤结构合理，有益微生物活跃，适合植物生长。

混合草纤维能增加土壤缓释基材结构(钵体)的强度，确保能够在一定时间内保持结构的稳定性，延缓土壤缓释基材结构的解体。

有机肥为植物提供生长所需的氮、磷、钾等营养成分。

混合微生物菌剂为多种微生物菌混合的有一菌剂，其能分解有机物提供植物生长所需的营养物质。

与现有技术相比，本发明制备的土壤缓释基材具有较好的缓释作用，土壤缓释基材可在种子发芽后的一个月内进行自然解体，解体后基材中的混合草纤维、有机肥和混合微生物菌剂得到释放，为植物生长提供营养物质和菌肥。解体后的种植营养土在植物根系的作用下(死根提供有机质，活根分泌有机酸，二者作为土粒团聚体的胶结剂)，通过胶结剂的相互联结结合，形成大型的团聚体，配合须根的穿插和缠结，解体后的种植营养土具备较强的土壤抗分散、抗悬浮及抗冲击性的能力，形成联结成片的板块结构(土壤团聚体)，能较好支撑并填充堆石之间的缝隙，具有良好的固土、蓄土、保水效果。同时能够阻拦堆石松动，提高堆石整体稳定性，减少堆石坝滑坡等地质灾害的发生。

进一步地，所述有机肥中的有机质质量分数≥20％，氮质量分数≥0.8％，磷质量分数≥0.8％，钾质量分数≥0.5％。如果有机质、氮、磷、钾等营养成分含量过低不足以提供植物提供生长所需的养分。

进一步地，所述种植营养土中黄土粒径0.005mm～0.05mm，所述混合草纤维粒径为1cm～3cm。黄土粒径过小使用过程中扬尘过大，粒径过大会降低土壤缓释基材的强度和硬度。混合草纤维的作用是加强泥土的粘合力和防扩张性，粒径过大影响结构的稳定性，粒径过小起不到加筋的作用。

进一步地，所述混合微生物菌剂包括50％光合菌和50％酵母菌，光合菌可以合成糖类、氨基酸类、维生素类、氮素化合物、抗病毒物质和生理活性物质等，肥沃土壤和促进动植物生长。酵母菌可以合成促进植物根系生长及细胞分裂的活性化物质，以及为其它有效微生物增殖所需要的基质(食物)。两类菌剂配合使用有效促进土壤中的微生物生长，微生物分解土壤中的有机物，进而长期稳定地提供植物生长所需的营养物质，促进植物生长。

进一步地，本发明还提供一种上述应用于堆石环境的土壤缓释基材的制备方法，包括以下步骤：将种植营养土、混合草纤维、有机肥、混合微生物菌剂与水按比例混合成泥浆；将混合后的泥浆注入植物育苗制钵机搅拌均匀后制备成3cm*5cm*1cm(直径*高度*厚度)～10cm*15cm*2cm(直径*高度*厚度)规格的钵状土体；将制备的钵状土体进行晾干处理，得到土壤缓释基材。

进一步地，所述泥浆含水量为6％～15％。若含水量过高泥浆太稀，难以压制成型；若含水量过低，泥浆太干，难以压制成型。

进一步地，所述晾干处理的温度为20℃～30℃，晾干时间为24h～48h。

本发明还提供一种上述应用于堆石环境的土壤缓释基材的应用方法，包括以下步骤：在堆石环境的堆石缝隙中通过直接嵌入的方式安装合适规格的土壤缓释基材；在堆石环境中铺设三维植被网作为喷播基材结构层，喷播种植基材，形成种植层。

进一步地，所述三维植被网为三层网，横向抗拉强度：≥2.0KN/m，纵向抗拉强度≥2.0KN/m，厚度≥12mm，单位面积质量≥260g/m²。所述三维植被网，一方面可以为后续的喷播基材和种子提供附着基础，另一方面可以防止土壤缓释基材在喷播的冲击力下提前松散解体，以及防止喷播基材流失。

进一步地，所述的种植基材包括种植营养土(60％～70％)、混合草纤维(15％～25％)、有机肥(5％～10％)、芽孢杆菌菌剂(0.5％～1％)、粘合剂(0.5％～1％)、保水剂(0.5％～1％)，植物种子(10％～20％)。所述粘合剂增加喷播基材的粘结性，使喷播基材停留在三维植被网上。所述保水剂保墒省水，可有效抑制水分蒸发，防止水土流失。芽孢杆菌具有生物成矿作用，一方面其成矿产物可填充土壤团粒的缝隙，另一方面其皮层位于核心和芽孢壳之间，含丰富的肽聚糖，具有较强的粘性，对增加土壤粘结性具有正向作用，使土壤联结成片的板块结构(土壤团聚体)，提高堆石环境的蓄土能力。同时，芽孢杆菌具有解磷、解钾、固氮等生物活性，有利于提高植物生长能力的作用。

本发明制备的土壤缓释基材充分考虑了堆石环境固土、复绿的长期效果，通过缓释基材解体后与植被根系的共同作用，在无需采取其他措施的情况下，能够不断扩充堆石缝隙的填充范围，进一步提高堆石环境的土壤保持量，土壤缓释基材应用半年后，实施区域土壤保持量较实施前增加了80％～90％。经土壤缓释基材应用后的区域植被覆盖率达90％～95％。

本发明操作方便，效果显著而且稳定，无需大动工即可在堆石环境进行固土、复绿，方便高效，环境效益好，适合大面积推广应用。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为土壤缓释基材的剖视图。

图2为土壤缓释基材的俯视图。

图3为堆石环境中土壤缓释基材的应用示意图。

图4为实施例1提供的修复前后对比图。

图5为实施例2提供的修复前后对比图。

具体实施方式

参见图1-2，土壤缓释基材包括钵体1，所述钵体1中间设有一开口向上的凹槽2。土壤缓释基材在使用时钵口朝上，利用土壤缓释基材的钵体结构优势，使土壤缓释基材在解体前，所述凹槽2可作为临时的储水容器和喷播基材及种子的承载容器，加强了堆石环境的蓄水能力，同时减少喷播材料的流失。所述土壤缓释基材在野外环境中可于3个月内完成自然解体，解体后土壤缓释基材中的各营养成分得到释放，营养土可作为植物生长的种植土，混合草纤维作为植物生长的碳源，有机肥为植物提供生长所需的营养成分，混合微生物菌剂作为一种混合生物菌肥，分解有机物提供植物生长所需的营养物质。为避免土壤缓释基材在植物生长前就出现解体而导致营养物质流失，土壤缓释基材应用后，应尽快进行后续的喷播工序。

参见图3，其为堆石环境中土壤缓释基材的应用示意图。所述土壤缓释基材3在堆石环境中应用时钵口朝上嵌入堆石缝隙，嵌入深度：3cm～15cm，每组1～10份，根据缝隙形状排列，以在堆石环境中不滑动为准。

实施例1

实施地点位于湖南省某矿山尾矿库堆石坝，堆石坝表面积为21670m²，库坝坡度1:1.2。该堆石坝采用堆石材料中的粗颗粒料或超径石做干砌石护坡，干砌石护坡石块缝隙大不能蓄养水土，导致坡面植物无法生长。采用如下方法步骤对该区域进行治理：

(1)将70％种植营养土(黄土90％、草木灰6％、细砂3％、粗砂1％)、15％混合草纤维(粒径2cm)、14.5％有机肥(有机质32％，氮1.5％，磷1.2％，钾1.2％)、0.5％混合微生物菌剂(光合菌50％，酵母菌50％)与水混合成含水量6％的泥浆；

(2)将混合后的泥浆注入植物育苗制钵机搅拌10min后制备成3cm*5cm*1cm(直径*高度*厚度)规格的钵状土体；

(3)将制备的钵状土体在27℃的露天环境下晾干24h，得到土壤缓释基材；

(4)在尾矿库堆石坝的堆石缝隙中通过直接嵌入的方式安装土壤缓释基材，土壤缓释基材安装深度根据缝隙形状排列，以在堆石环境中不滑动为准；

(5)在堆石环境中铺设三维植被网作为喷播基材结构层，三维植被网的规格参数为：EM3层，规格尺寸：2m*50m，克重：350g/m²，厚度：14mm，横向抗拉强度：2.5KN/m纵向抗拉强度2.5KN/m。将三维加筋植被网沿坡面由上至下铺于坡面上，相邻三维网左右搭接10cm，上下搭接15cm。三维网铺于坡顶时延伸80cm，并使用U型钢筋加密固定，生态短袋填充尾矿压实，三维网搭接处用

的U型钢筋将三维网固定。

三维植被网铺设完成后，通过喷播机喷播种植基材，形成种植层。喷播材料包括：60％种植营养土、20％混合草纤维、8.5％有机肥、0.5％芽孢杆菌菌剂、0.5％粘合剂、0.5％保水剂、10％植物种子。植物种子种类包括：宽叶雀稗、波斯菊、田菁、盐肤木、胡枝子、刺槐。喷播完成后覆盖无纺布，并进行浇水养护。

修复半年后，对尾矿库堆石坝进行修复效果监测，修复半年后土壤保持量较修复前增加了85％，植被覆盖率超过95％，已初步建立了自维持、不退化的稳定植被系统。监测结果见表1，修复前后效果对比图见图4。

表1尾矿库堆石坝修复效果

指标	土壤保持量百分比	植被覆盖率
			修复前	5％	1％
修复后	90％	97％

实施例2

实施地点位于江西省德兴市某矿山堆石场，选取一块10000m²的区域作为试验区域，试验区域堆石坡度约1:4。该堆石场废石主要为露天开采剥离的废石，废石场完全裸露，堆石杂乱，原始状态下堆石表面层基本无土壤、无植被。采用如下方法步骤对该试验区域进行治理：

(1)将80％种植营养土(黄土90％、草木灰6％、细砂3％、粗砂1％)、9％混合草纤维(粒径1.5cm)、10％有机肥(有机质30％，氮1.2％，磷1.0％，钾1.1％)、1.0％混合微生物菌剂(光合菌50％，酵母菌50％)与水混合成含水量15％的泥浆；

(2)将混合后的泥浆注入植物育苗制钵机搅拌15min后制备成10cm*15cm*2cm(直径*高度*厚度)规格的钵状土体；

(3)将制备的钵状土体在15℃的室内晾干36h，得到土壤缓释基材；

(4)在堆石场堆石坝的堆石缝隙中通过直接嵌入的方式安装土壤缓释基材，土壤缓释基材安装深度根据缝隙形状排列，以在堆石环境中不滑动为准；

(5)在堆石坝铺设三维植被网作为喷播基材结构层，三维植被网的规格参数为：EM3层，规格尺寸：2m*50m，克重：350g/m²，厚度：14mm，横向抗拉强度：2.5KN/m纵向抗拉强度2.5KN/m。将三维加筋植被网沿坡面由上至下铺于坡面上，相邻三维网左右搭接10cm，上下搭接15cm。三维网铺于坡顶时延伸80cm，并使用U型钢筋加密固定，生态短袋填充尾矿压实，三维网搭接处用

的U型钢筋将三维网固定。

三维植被网铺设完成后，通过喷播机喷播种植基材和种子，形成种植层。喷播材料包括：70％种植营养土、15％混合草纤维、5％有机肥、1％芽孢杆菌菌剂、1％粘合剂、1％保水剂、7％植物种子。植物种子种类包括：宽叶雀稗、波斯菊、田菁、盐肤木、胡枝子、刺槐。喷播完成后覆盖无纺布，并进行浇水养护。

修复半年后，对堆石场试验地进行修复效果监测，修复半年后土壤保持量较修复前增加了82％，植被覆盖率超过90％，已初步建立了自维持、不退化的稳定植被系统。监测结果见表2，修复前后效果对比图见图5。

表2堆石场试验地修复效果

指标	土壤保持量百分比	植被覆盖率
			修复前	1％	1.5％
修复后	83％	92％

Claims

1.一种应用于堆石环境的土壤缓释基材，其特征在于：包括以下重量百分含量的组分：

种植营养土70％～80％；

混合草纤维9％～15％；

有机肥10％～15％；

混合微生物菌剂0.5％～1.0％；

所述种植营养土包括以下重量百分含量的组分：

黄土90％；

草木灰6％；

细砂3％；

粗砂1％。

2.根据权利要求1所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材，其特征在于：所述有机肥中的有机质质量分数≥20％，氮质量分数≥0.8％，磷质量分数≥0.8％，钾质量分数≥0.5％。

3.根据权利要求1所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材，其特征在于：所述种植营养土中黄土粒径0.005mm～0.05mm，所述混合草纤维粒径为1cm～3cm。

4.根据权利要求1所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材，其特征在于：所述混合微生物菌剂包括50％光合菌和50％酵母菌。

5.根据权利要求1～4任一所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将种植营养土、混合草纤维、有机肥、混合微生物菌剂与水混合成泥浆；

将混合后的泥浆注入植物育苗制钵机搅拌均匀后制备成3cm*5cm*1cm～10cm*15cm*2cm规格的钵状土体；

将制备的钵状土体进行晾干处理，得到土壤缓释基材钵。

6.根据权利要求5所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材的制备方法，其特征在于：所述泥浆含水量为6％～15％。

7.根据权利要求5所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材的制备方法，其特征在于：所述晾干处理的温度为20℃～30℃，晾干时间为24h～48h。

8.根据权利要求1～7任一所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

在堆石环境的堆石缝隙中通过直接嵌入的方式安装合适规格的土壤缓释基材；

在堆石环境中铺设三维植被网作为喷播基材结构层，喷播种植基材，形成种植层。

9.根据权利要求8所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材的应用方法，其特征在于：所述三维植被网为三层网，横向抗拉强度：≥2.0KN/m，纵向抗拉强度≥2.0KN/m，厚度≥12mm，单位面积质量≥260g/m²。

10.根据权利要求8所述的应用于堆石环境的土壤缓释基材的应用方法，其特征在于：所述的种植基材包括种植营养土(60％～70％)、混合草纤维(15％～25％)、有机肥(5％～10％)、芽孢杆菌菌剂(0.5％～1％)、粘合剂(0.5％～1％)、保水剂(0.5％～1％)，植物种子(10％～20％)。