CN115176622B - 一种用于矿山修复的护坡种植网及修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于矿山修复的护坡种植网及修复方法，护坡种植网包括若干个于矿山坡面上开设的用于种植苗木的坑洞，相邻的坑洞之间设置有坑道，坑洞的内壁对称设置有两组呈半圆型的第一挡土带，两组第一挡土带围合形成种植腔，种植腔的腔壁一周设置有四组透气跌水机构，透气跌水机构包括由内向外依次设置的袋型透气网、扎紧带、跌水网。本发明通过简化的挡土带、卸荷带构建种植腔，种植木本植物，形成挡土‑卸荷‑树桩防护网络结构，进行生态护坡，其中，种植腔内苗木根系生长提供固定支撑结构和控根育苗的良好环境，用以促进植物根系快速向下延展，且随着根系增长护坡固土效果更佳。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体为一种用于矿山修复用护坡种植网及修复方法。
背景技术
我国是有色金属开采大国，矿业活动遗留废弃地严重威胁和破坏区域生态环境，矿场采选产生的废石、矿渣堆存的地表环境，植物难以存活，现阶段矿山生态修复主要采用覆土方式进行植被修复，由于重金属迁移扩散，覆土使用年限及效果有限，很多矿区建植修复后，植物出现了“一年生两年黄三年死”的现象，且无好的解决办法。此外，国内外研究表明普遍植物存在生理规避(excluder)应对重金属污染，覆土、改良下植被根系一般窝旋于土壤表层，不能深扎，锚固效果差，有不均匀沉降、水土流失、滑坡等风险。
控根育苗对促进植物根系生长与深扎，防止根腐病和主根的盘绕有独特的功效，研究表明控根容器可以使侧根形状粗而短，不会形成缠绕的盘根，可克服常规育苗窝根缺陷，但目前的控根容器用于木本植物少，且多采用塑料制品，高培土种植方法，容器透气透水及温湿度调控效果性差。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种用于矿山修复的护坡种植网及修复方法。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种用于矿山修复的护坡种植网，包括若干个于矿山坡面上开设的用于种植苗木的坑洞，相邻的坑洞之间设置有坑道，坑洞的内壁对称设置有两组呈半圆型的第一挡土带，两组第一挡土带围合形成种植腔，第一挡土带的两端分别沿坑道向外延伸且与左右相邻的种植腔内同侧的第一挡土带连接为一体，第一挡土带的中部连接有向外延伸的第一卸荷带，第一卸荷带沿坑道向外延伸与前后相邻的种植腔外的第一卸荷带连接为一体；
种植腔的腔壁一周设置有四组透气跌水机构，透气跌水机构包括由内向外依次设置的袋型透气网、扎紧带、跌水网，扎紧带的两端分别与第一挡土带和第一卸荷带连接形成外部挡土网，跌水网呈弧形，且其两端分别与第一挡土带和第一卸荷带连接。
进一步的，左右相邻的种植腔之间设置有大致垂直于两个种植腔连线的第二卸荷带，前后相邻的种植腔之间设置有大致垂直于两个种植腔连线的第二挡土带，第二挡土带、第二卸荷带的交叉处均通过锚杆固定，第二挡土带、第二卸荷带埋设在矿山坡面以下。
进一步的，第一挡土带和第一卸荷带上下均设置有两根或两根以上，位于种植腔内的上下相邻的两根第一挡土带由连接带连接形成内部挡土网，第一挡土带、第一卸荷带的端部由锚杆固定。
进一步的，袋型透气网为无纺布袋，无纺布袋的上部开口一端设置在跌水网顶部，另一端设置在内部挡土网上。
进一步的，扎紧带上下设置有两根或两根以上，袋型透气网由扎紧带上下分割为多个透气腔。
进一步的，位于顶部的透气腔内填充有抗性生物炭菌剂填料。
进一步的，跌水网为由柳枝和竹片编织而成的柳枝-竹片编织网，跌水网的底部深度大于种植腔的深度。
进一步的，第一挡土带和第二挡土带的宽度为5-10cm。第一挡土带和第二挡土带、内部挡土网和外部挡土网均用以防止边坡土体失稳。
进一步的，第一卸荷带和第二卸荷带的宽度为5-10cm。纵向的第一卸荷带和第二卸荷带均用以降低土体对种植腔腔壁的压力。
进一步的，种植腔的高度为30-50cm，腔壁的厚度为10-20cm，种植腔的上底面直径为40-60cm，种植腔的下底面直径为60-90cm。
进一步的，第一挡土带、第二挡土带、第一卸荷带和第二卸荷带均采用钢塑复合加筋带。
进一步的，扎紧带为弹性橡胶带。
进一步的，相邻的种植腔之间设置有坑道，坑道内浇筑混凝土封固。
进一步的，混凝土浇筑前预先放置若干过流用的管道，管道内的两端设置反滤层。
进一步的，种植腔的外周浇筑有混凝土，且与坑道内混凝土形成一体。
本发明还提供一种应用上述护坡种植网的矿山修复方法，包括如下步骤：
S1：在待修复的矿场坡面挖坑形成坑洞，相邻坑洞之间设置坑道，截水沟位于坡脚位置，截水沟深度大于或等于坑道深度；
S2：将四组透气跌水机构放入坑洞的侧壁处，再将第一挡土带沿坑道设置于透气跌水机构内壁后形成种植腔，袋型透气网的上部开口一端设置在跌水网顶部，另一端设置在内部挡土网上，预张拉第一挡土带和第一卸荷带使种植腔保持斜立；
S3：向种植腔内部放置待种植的苗木，苗木含固定的土球或泥浆，种植腔内填充矿场原土、有机肥和速效NPK于土球或泥浆外部，种植腔外部的斜下方填充原土；
S4：二次张拉第一挡土带、第一卸荷带以及张拉第二挡土带和第二卸荷带，并用锚杆固定第二挡土带、第二卸荷带的交叉处；
S5：坑道内浇筑混凝土，浇筑前预先放置若干过流用的管道，管道内的两端设置反滤层。
优选的，坑洞的直径为0.6-1.2m，深度为0.5-1.5m，相邻两坑洞的间距为4-6m，相邻两坑洞之间设置宽为0.2-0.4m、深为0.3-0.6m的坑道。
优选的，步骤S3中种植腔内填充65-90％矿场原土、5-30％有机肥和5％的NPK复合肥。
优选的，种植的苗木包括泡桐、杨树、旱柳、乌桕、栾树、香樟、夹竹桃、光皮树中的一种或多种，更优选为泡桐和/或杨树。
本发明提出的用于矿山修复的护坡种植网及修复方法，相比现有矿山护坡修复方法具有以下有益效果：
(1)本发明通过简化的挡土带、卸荷带构建种植腔，种植木本植物，形成挡土-卸荷-树桩防护网络结构，进行生态护坡，其中，种植腔内苗木根系生长提供固定支撑结构和控根育苗的良好环境，用以促进植物根系快速向下延展，且随着根系增长护坡固土效果更佳；
(2)本发明中种植腔的腔壁采用跌水网、外部挡土网、袋型透气网、内部挡土网形成，通过外拉挡土网室形成圆台形的具有多空隙的跌水、透气、稳定结构，有利于径流入渗，避免了种植腔内苗木根部积水内涝，同时提供微生物或添加的抗性微生物挂膜生长环境；
(3)本发明中种植腔内、外最大程度的使用原土改良回填，实现了零覆土，同时有效减少对边坡的扰动，避免了杂填引发边坡不均匀沉降；
(4)本发明扩大了矿山边坡可种植植物范围，植物可选择生物量更大的规避类植物，根系深扎效果好，原材料简单，护坡成本低，植物地上部重金属环境暴露风险低。
附图说明：
图1为本发明护坡种植网示意图；
图2为本发明第一挡土带示意图；
图3为本发明第一卸荷带示意图；
图4为本发明种植腔的结构示意图；
图5为本发明种植腔的腔壁内部水、气交换示意图。
附图标记：
1、第一挡土带；2、第二挡土带；3、第一卸荷带；4、第二卸荷带；5、种植腔；6、锚杆；7、无纺布袋；8、扎紧带；9、柳枝-竹片编织网；10、坑道；11、转接段；12、连接带。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
在本申请的实施方式中，“包括”一词可理解为，提到的特征必须存在，但并不限制其他特征的存在。或者“包括”一词也可涉及仅存在已列出的部件/特征的情形(例如，“包括”一词可替换为“由……组成”或“基本上由……组成”这两短语)。此处明确指明，上述广狭两种释义均可适用于本发明的所有方面和实施方式。换句话说，“包括”一词及其同义词可替换为“由……组成”这一短语或“基本上由……组成”这一短语或其同义词，反之亦然。
下面结合实施例来详细说明本发明创造。
实施例1
一种用于矿山修复的护坡种植网，如图1-4所示，包括若干个于矿山坡面上开设的用于种植苗木的坑洞，相邻的坑洞之间设置有坑道，坑洞的深度大于坑道的深度，坑洞的直径为0.6-1.2m，深度为0.5-1.5m，相邻两坑洞的间距为4-6m，相邻两坑洞之间设置宽为0.2-0.4m、深为0.3-0.6m的坑道。
坑洞的内壁对称设置有两组呈半圆型的第一挡土带，两组第一挡土带围合形成种植腔，种植腔的高度为30-50cm，种植腔的上底面直径为40-60cm，种植腔的下底面直径为60-90cm。
第一挡土带的两端分别沿坑道向外延伸且与左右相邻的种植腔内同侧的第一挡土带连接为一体，第一挡土带的中部通过转接段连接有向外延伸的第一卸荷带，第一卸荷带沿坑道向外延伸与前后相邻的种植腔外的第一卸荷带连接为一体；第一挡土带将种植腔横向串联成线，第一卸荷带将种植腔纵向串联成线，第一挡土带和第一卸荷带的端部由锚杆固定，构成生态护坡用种植网结构。
种植腔的腔壁一周设置有四组透气跌水机构，透气跌水机构包括由内向外依次设置的袋型透气网、扎紧带、跌水网，第一挡土带、袋型透气网、扎紧带、跌水网共同形成种植腔的腔壁，腔壁的厚度为10-20cm。
袋型透气网为无纺布袋，无纺布袋的上部开口一端搭过跌水网顶部，另一端设置在内部挡土网上。扎紧带上下设置有两根或两根以上，无纺布袋由扎紧带上下分割为多个透气腔。在该实施例中扎紧带设置有两根，将无纺布袋由上至下分割为3个透气腔，位于顶部的透气腔内填充有抗性生物炭菌剂填料，该填料可采用落叶生物炭、抗性菌、氯化钙及少量珍珠岩、膨胀蛭石组配。当然，也可采用自然积淤，即树叶、动植物残体等落入位于顶部的透气腔内一定时间后形成微生物，并随水流下渗，给中下两个透气腔内形成的微生物挂膜生长提供碳源和菌源。
扎紧带的两端分别与第一挡土带和第一卸荷带连接形成外部挡土网，跌水网呈弧形，且其两端分别与第一挡土带和第一卸荷带连接。连接处可采用绑扎带进行连接固定。
跌水网由柳枝和竹片编织而成。具体编织过程为：首先绑扎竹片组，然后上下固定2-4组竹片组，柳条从上而下简易错开穿过每组竹片中间间隙，以节省人工编织时间，将柳枝穿梭竹片组内编织成网状结构，跌水网的厚度5-15cm。跌水网顶部及靠近坑洞侧均有无纺布包裹，以防止径流泥沙进入跌水网引发堵塞。
左右相邻的种植腔之间设置有大致垂直于两个种植腔连线的第二卸荷带，前后相邻的种植腔之间设置有大致垂直于两个种植腔连线的第二挡土带，第二挡土带、第二卸荷带的交叉处均通过锚杆固定，锚杆的底部深入地层，第二挡土带、第二卸荷带埋设在矿山坡面以下，也可在第二挡土带和第二卸荷带所在的位置设置坑道。
第一挡土带和第一卸荷带上下均设置有两根或两根以上，位于种植腔内的上下相邻的两根第一挡土带由连接带连接形成内部挡土网。
第一挡土带和第二挡土带的宽度为5-10cm。第一挡土带和第二挡土带、第二卸荷带、内部挡土网和外部挡土网均用以防止边坡土体失稳。
第一卸荷带和第二卸荷带的宽度为5-10cm。纵向的第一卸荷带均用以降低土体对种植腔腔壁的压力。
第一挡土带、第二挡土带、第一卸荷带和第二卸荷带均采用钢塑复合加筋带，增加强度防止断裂。
扎紧带为带有弹性的弹性橡胶带。
坑道内浇筑混凝土封固，在对坑道进行浇筑前预先在坑道内放置若干过流用的PE短管，PE短管两端内设置反滤层。在种植腔的外周也浇筑有混凝土，且与坑道内混凝土形成一体，值得注意的是种植网位于矿山坡面上，因此坡面外侧种植腔的腔壁高度大于内侧，即使种植腔水平设置，以形成种植腔台阶。
本发明种植腔的腔壁对缓解重金属对植物根系胁迫有积极作用。其作用原理：跌水网A底部的深度大于种植腔及土球B深度，起支撑、跌水、透气作用，袋型透气网C上段透气腔敞口起过滤、积淤作用，中、下段透气腔保证内外水、气的交换。当坡面径流流入时，入渗速度依次有A＞C＞B，产生压强有A＜C＜B，产生的水、气交换如图5所示，上段透气腔敞口积聚的地表腐殖物等物质为中、下段透气腔微生物挂膜提供碳源或菌源。袋型透气网间被扎紧带扎紧，避免泥沙堵塞气腔，使透气网具有一定的水力停留时间(介于A、B)，有较好的微生物挂膜及去污效果。
实施例2
应用实施例1的护坡种植网进行矿山修复，具体的修复步骤为：
S1：微地形营造：采用坑洞、坑道、截水沟进行微地形营造，在待修复的矿场坡面挖坑形成坑洞，坑洞直径0.6-1.2m，坑洞深度0.5-1.5m，间距4-6m，相邻坑洞之间设置宽为0.2-0.4m、深为0.3-0.6m的坑道，截水沟位于坡脚位置，截水沟深度大于等于坑道深度。
S2：构建种植腔：编织跌水网，将无纺布袋、扎紧带与跌水网连接形成透气跌水机构，将透气跌水机构放置于坑洞内，再将第一挡土带沿坑道依次设置在透气跌水机构内壁形成种植腔的腔壁，进而形成种植腔，同时将第一卸荷带穿过跌水网和无纺布袋与第一挡土带连接。过程中注意坡面内外腔壁高程差，预张拉挡土带、卸荷带保持腔壁斜立。
S3：栽植植物，往种植腔内部放置待种植苗木，苗木含固定的土球或泥浆，种植腔内土球或泥浆外部按65-90％矿场原土、5-30％有机肥和5％的速效NPK进行填充，种植腔外部斜下部填充部分原土。
S4：二次张拉第一挡土带、第一卸荷带以及张拉第二挡土带和第二卸荷带，并用锚杆固定第二挡土带、第二卸荷带的交叉处以及第一挡土带、第一卸荷带的端部。
S5：坑道内以及种植腔的外周浇筑混凝土，浇筑前在坑道内预先放置若干过流用PE短管，PE短管两端设置反滤层。
应用实施例1
于矿山边坡上按S1-S5构建种植腔(柳枝-竹片编织网、外部挡土网、无纺布袋、内部挡土网)，种植腔填充质量比90％的铅锌矿渣+5％的泥炭+5％NPK，选择植物圆冠泡桐进行植物修复试验，试验周期1年，根系构型见表1的数据。
应用实施例2
于矿山边坡上按S1-S5构建种植腔(柳枝-竹片编织网、外部挡土网、无纺布袋、内部挡土网)，种植腔内填充质量比85％的铅锌矿渣+10％的泥炭+5％NPK，选择植物圆冠泡桐进行植物修复试验，试验周期1年，根系构型见表1的数据。
应用实施例3
于矿山边坡上按S1-S5构建种植腔(柳枝-竹片编织网、外部挡土网、无纺布袋、内部挡土网)，种植腔填充质量比70％的铅锌矿渣+20％的泥炭+5％NPK，选择植物圆冠泡桐进行植物修复试验，试验周期1年，根系构型见表1的数据。
应用实施例4
于矿山边坡上按S1-S5构建种植腔(柳枝-竹片编织网、外部挡土网、无纺布袋、内部挡土网)，腔室填充质量比65％的铅锌矿渣+30％的泥炭+5％NPK，选择植物圆冠泡桐进行植物修复试验，试验周期1年，根系构型见表1的数据。
植物根系地下部生物量增量最大的是应用实施例4，但同时该处理下由于有机肥比例大，根尖数量增长显著，根长增长不显著，过量泥炭反而不利于根系深扎，非泥炭比重越多植物根系锚固效果越好，考虑工程成本和控根效果，选择85％的铅锌矿渣+10％的泥炭+5％NPK，进行种植腔的腔壁结构优异对比。
应用对比例1
于矿山边坡上仅构建内部挡土网形成的种植腔进行植被修复，种植腔内填充质量比85％的铅锌矿渣+10％的泥炭+5％NPK，选择植物圆冠泡桐进行植物修复试验，试验周期1年，根系构型见表1的数据。
应用对比例2
于矿山边坡上构建无纺布袋+内部挡土网形成的种植腔，种植腔内填充质量比85％的铅锌矿渣+10％的泥炭+5％NPK，选择植物圆冠泡桐进行植物修复试验，试验周期1年，根系构型见表1的数据。
应用对比例3
于矿山边坡上构建柳枝-竹片编织网+内部挡土网形成的种植腔，种植腔内填充质量比85％的铅锌矿渣+10％的泥炭+5％NPK，种植圆冠泡桐，试验周期1年，根系构型见表1的数据。
表1不同处理下植物根系增长情况
试验前、后所有试验植物根系均采用根系扫描仪对根系进行扫描，并用软件WinRHIZO-Pro 2008b(Regent Instruments Inc)对根系构型参数进行统计，根系干重采用105℃杀青0.5h，78-80℃烘干至恒重称量。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：包括若干个于矿山坡面上开设的用于种植苗木的坑洞，相邻的坑洞之间设置有坑道，坑洞的内壁对称设置有两组呈半圆型的第一挡土带，两组第一挡土带围合形成种植腔，第一挡土带的两端分别沿坑道向外延伸且与左右相邻的种植腔内同侧的第一挡土带连接为一体，第一挡土带的中部连接有向外延伸的第一卸荷带，第一卸荷带沿坑道向外延伸与前后相邻的种植腔外的第一卸荷带连接为一体，第一挡土带和第一卸荷带上下均设置有两根或两根以上，位于种植腔内的上下相邻的两根第一挡土带由连接带连接形成内部挡土网；
种植腔的腔壁一周设置有四组透气跌水机构，透气跌水机构包括由内向外依次设置的袋型透气网、扎紧带、跌水网，扎紧带的两端分别与第一挡土带和第一卸荷带连接形成外部挡土网，扎紧带上下设置有两根或两根以上，袋型透气网由扎紧带上下分割为多个透气腔，跌水网呈弧形，且其两端分别与第一挡土带和第一卸荷带连接；
左右相邻的种植腔之间设置有大致垂直于两个种植腔连线的第二卸荷带，前后相邻的种植腔之间设置有大致垂直于两个种植腔连线的第二挡土带，第二挡土带、第二卸荷带的交叉处均通过锚杆固定，第二挡土带、第二卸荷带埋设在矿山坡面以下。
2.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：第一挡土带、第一卸荷带的端部由锚杆固定。
3.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：袋型透气网为无纺布袋，无纺布袋的上部开口一端设置在跌水网顶部，另一端设置在内部挡土网上。
4.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：位于顶部的透气腔内填充有抗性生物炭菌剂填料。
5.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：扎紧带为弹性橡胶带。
6.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：跌水网为由柳枝和竹片编织而成的柳枝-竹片编织网，跌水网的底部深度大于种植腔的深度。
7.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：第一挡土带和第二挡土带的宽度为5-10cm。
8.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：第一卸荷带和第二卸荷带的宽度为5-10cm。
9.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：种植腔的高度为30-50cm，腔壁的厚度为10-20cm，种植腔的上底面直径为40-60cm，种植腔的下底面直径为60-90cm。
10.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：第一挡土带、第二挡土带、第一卸荷带和第二卸荷带均采用钢塑复合加筋带。
11.根据权利要求1所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：相邻的种植腔之间设置有坑道，坑道内浇筑混凝土封固。
12.根据权利要求11所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：混凝土浇筑前预先放置若干过流用的管道，管道内的两端设置反滤层。
13.根据权利要求11所述的用于矿山修复的护坡种植网，其特征在于：种植腔的外周浇筑有混凝土，且与坑道内混凝土形成一体。
14.一种应用权利要求1所述的护坡种植网的矿山修复方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：在待修复的矿山坡面挖坑形成坑洞，相邻坑洞之间设置坑道，截水沟位于坡脚位置，截水沟深度大于或等于坑道深度；
S2：将四组透气跌水机构放入坑洞的侧壁处，再将第一挡土带沿坑道设置于透气跌水机构内壁后形成种植腔，袋型透气网的上部开口一端设置在跌水网顶部，另一端设置在内部挡土网上，预张拉第一挡土带和第一卸荷带使种植腔保持斜立；
S3：向种植腔内部放置待种植的苗木，苗木含固定的土球或泥浆，种植腔内填充矿山原土、有机肥和速效NPK于土球或泥浆外部，种植腔外部的斜下方填充原土；
S4：二次张拉第一挡土带、第一卸荷带以及张拉第二挡土带和第二卸荷带，并用锚杆固定第二挡土带、第二卸荷带的交叉处；
S5：坑道内浇筑混凝土，浇筑前预先放置若干过流用的管道，管道内的两端设置反滤层。
15.根据权利要求14所述的矿山修复方法，其特征在于：步骤S1中坑洞的直径为0.6-1.2m，深度为0.5-1.5m，相邻两坑洞的间距为4-6m，相邻两坑洞之间设置宽为0.2-0.4m、深为0.3-0.6m的坑道。
16.根据权利要求14所述的矿山修复方法，其特征在于：步骤S3中种植腔内填充65-90%矿山原土、5-30%有机肥和5%的NPK复合肥。
17.根据权利要求14所述的矿山修复方法，其特征在于：步骤S3中种植的苗木包括泡桐、杨树、旱柳、乌桕、栾树、香樟、夹竹桃、光皮树中的一种或多种。
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