CN115245073B - 一种矿山废弃地复绿修复方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种矿山废弃地复绿修复方法，涉及土壤修复技术领域。一种矿山废弃地复绿修复方法，将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣，加水，用薄膜将沟渠密封，静置，取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护；然后在土壤上挖掘多个种植穴，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，再将植物栽种在种植穴内，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔3‑6月施加一次有机肥。本申请的矿山废弃地复绿修复方法能够显著改善土壤板结，补充土壤有机质，钝化或吸附土壤重金属，构建一套完善的矿山废弃地修复方法，加快矿山废弃地生态系统恢复，有助于提高修复后的土壤中的植物存活率，有效防止水土流失。

Description

一种矿山废弃地复绿修复方法

技术领域

本申请涉及土壤修复技术领域，具体而言，涉及一种矿山废弃地复绿修复方法。

背景技术

矿产资源是人类社会发展的重要物质基础，但矿山开采也是目前最大规模改变土地利用方式和损坏陆地生态系统的有组织人类活动，这一活动使生态系统功能减弱甚至丧失，造成土地退化，景观破坏，环境污染等问题，加剧了人地矛盾，严重破坏了生态环境。

采矿活动期间，表层土被严重压实，容重大，土壤渗透系数低，且含有粗质颗粒较多，普通植物生长困难，难以恢复。矿区地表原始环境生态被显著扰动，采矿剥离物堆积而成的排土场中具有土壤结构的土壤很少且松散，容易发生水土流失。矿山废弃地通过风蚀、荒漠化、水土流失、土壤污染、盐渍化、下湿内涝等多种复合退化，干扰矿区生态安全、当地居民生存安全。

现有对矿山废弃地的处理包括物理修复、化学修复以及植物修复，物理修复中包括电动修复，土壤电动修复是指将阳极和阴极垂直地放置在地下并且施加低功率直流电场以除去土壤中的无机或有机污染物，对被污染的土壤进行现场修复的一种技术。化学修复是将药剂投加到矿山，从而对废矿表层的有害物质进行中和或氧化还原，达到修复矿山的目的。植物修复是在矿山种植能够吸附或转移矿山中重金属的植物，从而降低矿山中重金属含量，达到修复矿山的目的。但是由于矿山废弃地板结严重，水土流失严重，会显著影响物理、化学或植物对矿山的修复能力。

发明内容

本申请的目的在于提供一种矿山废弃地复绿修复方法，能够显著改善土壤板结，补充土壤有机质，钝化或吸附土壤重金属，构建一套完善的矿山废弃地修复方法，加快矿山废弃地生态系统恢复，有助于提高修复后的土壤中的植物存活率，有效防止水土流失。

本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本申请提出一种矿山废弃地复绿修复方法，包括以下步骤：

将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣，加水，用薄膜将沟渠密封，静置5-10d，取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护10-15d；

然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为10-20cm，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，再将植物栽种在种植穴内，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔3-6月施加一次有机肥。

本申请实施例至少具有以下有益效果：

本申请中，先对废弃地进行平整，然后通过对土壤板结和水土流失情况进行改善，对土壤有机质进行补充，对土壤酸碱性进行调整，有利于土壤团粒结构形成，使得土壤土质疏松、透气性好、营养成分丰富，有利于植株生长和吸收养分。并且，还可以对土壤中的污染物进行降解、对重金属进行吸附、沉积或交换，使得重金属由离子态转变为单质，降低土壤中重金属有效态含量，从而对土壤进行修复。此外，还可以通过植物将土壤中富集的重金属进行吸附转移，使得土壤中重金属含量进一步降低，加快矿山废弃地的生态系统恢复，从而达到对矿山废弃地修复的目的。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本申请。

一种矿山废弃地复绿修复方法，包括以下步骤：

将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣，加水，用薄膜将沟渠密封，静置5-10d，取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护10-15d；然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为10-20cm，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，再将植物栽种在种植穴内，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔3-6月施加一次有机肥。

先对废弃地进行平整，然后通过对土壤板结和水土流失情况进行改善，对土壤有机质进行补充，对土壤酸碱性进行调整，有利于土壤团粒结构形成，使得土壤土质疏松、透气性好、营养成分丰富，有利于植株生长和吸收养分。并且，还可以对土壤中的污染物进行降解、对重金属进行吸附、沉积或交换，使得重金属由离子态转变为单质，降低土壤中重金属有效态含量，从而对土壤进行修复。此外，还可以通过植物将土壤中富集的重金属进行吸附转移，使得土壤中重金属含量进一步降低，加快矿山废弃地的生态系统恢复，从而达到对矿山废弃地修复的目的。

本实施例中，加水时，枯叶、酒糟和药渣的混合物与水的固液比为(8-14):1。这样更有利于枯叶、酒糟和药渣发酵，发酵产生的微生物含量更多，通过微生物的代谢使得土壤疏松，从而改善土壤板结情况。同时发酵后会产生有机物，其与微生物的代谢产物共同作用可以显著增加土壤中的营养物质，从而提高土壤肥力，有助于植物生长。土壤中有机质增多可以改善土壤物理和化学性质，有利于土壤团粒结构的形成，从而促进植物的生长和养分的吸收。

本实施例中，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣时，还包括加入动物粪便和盐泽螺旋藻。

动物粪便中含有丰富的有机质和作物所需的多种营养元素，对提高作物产量和提高土壤肥力有很好的作用。各类畜禽粪便的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质及其分解成分、脂肪、有机酸、酶和各种无机盐类。堆肥加入益富源菌肥发酵剂可以快速腐熟，分解残留有机物，转化为植物容易吸收的小分子物质，同时释放热量防治二次分解造成烧根烧苗，而且堆肥产生的高温可以杀死草籽虫卵预防病虫害。

猪粪的质地较细密，易分解，肥效快，利于形成腐殖质，改土作用好。猪粪肥性柔和，后劲足，属温性肥料。但猪粪含水量较多，纤维素分解菌较少，混合少量马粪施用，能够大大增加肥效。牛粪的有机质和养分含量在各种家畜中较低，质地细密，腐熟缓慢，肥效迟缓，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏松优质的肥料。如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。马粪成分中以纤维素、半纤维素含量较多，粪质粗，疏松多孔，水分易蒸发，含水量少，腐熟快，在堆积过程中发热量大、温度高，属热性肥料。

盐泽螺旋藻是自然界营养成分最丰富、最全面的生物，螺旋藻富含高质量的蛋白质、γ-亚麻酸的脂肪酸、类胡萝卜素、维生素，以及多种微量元素如铁、碘、硒、锌等。螺旋藻在生长繁殖过程中需要吸收和消耗水体环境中的氮、磷等营养元素以及降解水中有机物，并且具有生长繁殖快、高光效、适应性强的特点。

本实施例中，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣时，还包括加入铜-绿色假单胞菌、烟草头孢霉、黑根霉菌和曲霉菌。

铜-绿色假单胞菌可以促使重金属降解，还原降低其毒性，即将离子状态的重金属转变为单质状态，这样可以有效沉积重金属。烟草头孢霉、黑根霉菌和曲霉菌可以有效降解人造化学物质对土壤的污染，通过微生物作用，把环境中的有机污染物转化为二氧化碳和水等无毒无害或毒性较小的其他物质。

本实施例中，用薄膜将沟渠密封之前，还包括在沟渠两侧设置加热组件。加热组件可以调控沟渠内的温度，使得沟渠内的温度更适合物质发酵，从而增强微生物的代谢活动，让微生物进一步加快对土壤的疏松速度，进而加快对土壤的修复速度。

本实施例中，营养土按重量份数计包括1-5份腐殖质、0.5-2份椰糠、1-4份草木灰、5-12份稻壳炭和4-9份珍珠岩。

腐殖质是无机元素的储备源，通过矿化作用缓慢释放可供植物利用的元素。腐殖质的主要组成元素为碳、氢、氧、氮、硫、磷等。腐殖质主要成分为腐殖酸、富里酸和胡敏酸，腐殖酸能与水中的金属离子离合，有利于营养元素向作物传达，并能改良土壤结构，有利于农作物生长；能与金属离子有交换、吸附、络合、螯合等作用；在分散体系中作为聚电解质，有凝聚、胶溶、分散等作用。腐殖酸分子上还有一定数量的自由基，具有生理活性。腐殖质还可以大幅度提高土壤微生物的呼吸活性。

椰糠在使用之前，还需要将其完全浸湿，用清水清洗1-2遍，这样可以让椰糠中的盐分溶解在水中，从而降低椰糠中的盐分，避免植物烧苗。椰糠能够让土壤变得疏松透气，但是过量时，由于椰糠的保水性较强，会导致种植穴积水，长时间后会导致植物烂根。

草木灰中含有磷、钾、钙和其他植物生长所需元素含量丰富，渗入土中又具有吸水，和带微碱性能杀虫，杀灭病菌，抑制病菌等作用。钾在植物体内能促进氮素代谢及糖类的合成与运输，可促使植株生长健壮，增强其抗病虫与自然灾害的能力，此外还具有提高植物抗旱能力的作用。保证各种代谢的过程顺利进行。缺乏时茎秆细弱，容易倒伏。

稻壳炭通气性好，可以增加根部氧气供应，沙质土壤保湿力增强，粘质土壤松软，减少湿害，防止土壤板结；改善酸性土壤，散布于植物周围，可防止虫类入侵。

珍珠岩呈块状、多孔状、浮石状，含少量透长石、石英的斑晶、微晶及各种形态的雏晶、隐晶质矿物、角闪石等圆弧形裂纹，断口呈参差状，珍珠光泽，风化后为油脂光泽，条痕白色。其吸水能力强，能够吸收多余的水分，防止水涝；呈大颗粒状，能够增加土壤的透气性，并且防止土壤板结；能够控制肥效，其疏松的特性，可以稀释肥料浓度；颗粒之间有缝隙，能够增加透气性，促进植株生长。

几者配合后，会使营养土的养分更均衡，且有利于改善土壤板结、有机质、酸碱性等，还能够促进植物生长。

本实施例中，吸附颗粒包括多孔壳聚糖微球、离子交换树脂和聚多巴胺。

多孔壳聚糖微球可以对土壤中的铜离子进行吸附，且多次使用后对铜离子仍然具有较高的吸附容量。离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子与阳离子交换树脂上的H⁺进行离子交换，使得溶液中的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H⁺交换到水中；水溶液中的阴离子与阴离子交换树脂、胺基或亚胺基等碱性基团上的OH^-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH^-交换到水中。而H⁺与OH^-相结合生成水，从而达到脱盐的目的。聚多巴胺纳米颗粒对于重金属具有较强的吸附作用，粒径为60-70nm。

本实施例中，营养液按重量份数计包括5-10份益生菌、1-5份荨麻液、0.1-2份微量元素、2-6份蛋白酶和5-15份黄腐酸钾。

益生菌、荨麻液、微量元素、蛋白酶和黄腐酸钾配合，可以丰富营养液成分，以荨麻液和黄腐酸钾为养料，并提供植物所必须的微量元素，对植物生长起到很好的促进作用，辅以益生菌，可以增强植物新陈代谢，促进光合作用和强化叶片保护膜，抵抗病原菌，促使根系发达，还可以产生抗菌物质，抑制有害微生物繁殖，有益菌群与土壤中放线菌等共生共殖，形成良好的作物生长环境，提高土壤肥质，改善土壤性质。

本实施例中，植物包括侧柏、沙棘、紫花苜蓿、刺槐和白蜡中的一种或多种。侧柏可以吸附铅、铜和镉，紫花苜蓿和刺槐均可以吸附镉铜，而沙棘和白蜡可以预防水土流失，防止矿山废弃地荒漠化和风蚀，有助于矿山修复。

本实施例中，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒时，从下到上依次为颗粒层、营养土层、颗粒层、营养土层。这样吸附颗粒可以更好地对重金属进行吸附，使得重金属可以更好地富集在植物内，通过植物将重金属转移，从而对矿山废弃地进行修复。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种矿山废弃地复绿修复方法，包括以下步骤：

营养土原料：1g腐殖质、0.5g椰糠、1g草木灰、5g稻壳炭和4g珍珠岩；

营养土制备方法：将椰糠用水完全浸湿，清水清洗2遍，晾干，然后与其余原料混合；

吸附颗粒原料：2g多孔壳聚糖微球、3g离子交换树脂和1g聚多巴胺；将和原料混合即得吸附颗粒；

营养液原料：5g益生菌、1g荨麻液、0.1g微量元素、2g蛋白酶和5g黄腐酸钾；将各原料混合即得营养液；

将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，沟渠底部宽度60cm，沟渠顶部宽度为100cm，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣的混合物8kg，加水1L，用薄膜将沟渠密封，静置5d，取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护10d；然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为10cm，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，先将侧柏栽种一行，再将白蜡栽种一行，两植物交错栽种，栽种后，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔3月施加一次有机肥。

实施例2

一种矿山废弃地复绿修复方法，包括以下步骤：

营养土原料：5g腐殖质、2g椰糠、4g草木灰、12g稻壳炭和9g珍珠岩；

营养土制备方法：将椰糠用水完全浸湿，清水清洗2遍，晾干，然后与其余原料混合；

吸附颗粒原料：6g多孔壳聚糖微球、9g离子交换树脂和6g聚多巴胺；将和原料混合即得吸附颗粒；

营养液原料：10g益生菌、5g荨麻液、2g微量元素、6g蛋白酶和15g黄腐酸钾；将各原料混合即得营养液；

将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，沟渠底部宽度80cm，沟渠顶部宽度为120cm，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣的混合物14kg，加水1.4L，用薄膜将沟渠密封，静置10d，取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护15d；然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为20cm，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，先将侧柏栽种一行，再将沙棘栽种一行，两植物交错栽种，栽种后，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔6月施加一次有机肥。

实施例3

一种矿山废弃地复绿修复方法，包括以下步骤：

营养土原料：3g腐殖质、1g椰糠、2g草木灰、6g稻壳炭和5g珍珠岩；

营养土制备方法：将椰糠用水完全浸湿，清水清洗2遍，晾干，然后与其余原料混合；

吸附颗粒原料：3g多孔壳聚糖微球、4g离子交换树脂和3g聚多巴胺；将和原料混合即得吸附颗粒；

营养液原料：8g益生菌、2g荨麻液、1g微量元素、3g蛋白酶和10g黄腐酸钾；将各原料混合即得营养液；

将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，沟渠底部宽度70cm，沟渠顶部宽度为110cm，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣的混合物10kg，加水1.2L，用薄膜将沟渠密封，静置8d，取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护12d；然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为15cm，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，先将紫花苜蓿栽种一行，再将沙棘栽种一行，两植物交错栽种，栽种后，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔4月施加一次有机肥。

实施例4

一种矿山废弃地复绿修复方法，包括以下步骤：

营养土原料：3g腐殖质、1g椰糠、2g草木灰、6g稻壳炭和5g珍珠岩；

营养土制备方法：将椰糠用水完全浸湿，清水清洗2遍，晾干，然后与其余原料混合；

吸附颗粒原料：3g多孔壳聚糖微球、4g离子交换树脂和3g聚多巴胺；将和原料混合即得吸附颗粒；

营养液原料：8g益生菌、2g荨麻液、1g微量元素、3g蛋白酶和10g黄腐酸钾；将各原料混合即得营养液；

将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，沟渠底部宽度70cm，沟渠顶部宽度为110cm，在沟渠两侧设置加热组件，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣的混合物10kg，再加入动物粪便和盐泽螺旋藻3kg，加入铜-绿色假单胞菌、烟草头孢霉、黑根霉菌和曲霉菌，加水3.5L，用薄膜将沟渠密封，启动加热组件，使得沟渠内温度为33℃，反应8d；

取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护12d；然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为18cm，在每个种植穴内从下到上依次铺设吸附颗粒、营养土、吸附颗粒、营养土，厚度均为2cm，喷洒营养液，先将紫花苜蓿栽种一行，再将沙棘栽种一行，两植物交错栽种，栽种后，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔4月施加一次有机肥。

对比例1

本对比例与实施例3不同的是：不使用吸附颗粒。

对比例2

本对比例与实施例3不同的是：栽种侧柏和刺槐。

对比例3

本对比例与实施例3不同的是，矿山废弃地复绿修复方法，包括以下步骤：

将废弃地平整，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护12d；然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为15cm，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，先将紫花苜蓿栽种一行，再将沙棘栽种一行，两植物交错栽种，栽种后，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔4月施加一次有机肥。

试验结果

选择一铜矿区废弃地，划分为7个区，每个区大小相同，选用实施例1-4和对比例1-3的矿山废弃地复绿修复方法进行修复，一年后，各区域的土壤进行重金属检测，按照GB/T5009-2003标准进行检测，结果如下：

表1重金属平均含量

根据表1可知，本申请实施例1-4的矿山废弃地修复方法，可以有效降低土壤中重金属含量，对土壤重金属污染具有显著的治疗作用。

综上所述，本申请实施例的矿山废弃地复绿修复方法，先对废弃地进行平整，然后通过对土壤板结和水土流失情况进行改善，对土壤有机质进行补充，对土壤酸碱性进行调整，有利于土壤团粒结构形成，使得土壤土质疏松、透气性好、营养成分丰富，有利于植株生长和吸收养分。并且，还可以对土壤中的污染物进行降解、对重金属进行吸附、沉积或交换，使得重金属由离子态转变为单质，降低土壤中重金属有效态含量，从而对土壤进行修复。此外，还可以通过植物将土壤中富集的重金属进行吸附转移，使得土壤中重金属含量进一步降低，加快矿山废弃地的生态系统恢复，从而达到对矿山废弃地修复的目的。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种矿山废弃地复绿修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

将废弃地平整，在表面挖掘间隔均匀的多个沟渠，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣，加水，用薄膜将沟渠密封，静置5-10d，取下薄膜，对土壤进行翻耕，再喷水、施肥，养护10-15d；

然后在土壤上挖掘多个种植穴，相邻种植穴的间隔距离为10-20cm，在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒，喷洒营养液，再将植物栽种在种植穴内，在种植穴表面覆盖防渗膜，每隔3-6月施加一次有机肥；

所述营养土按重量份数计包括1-5份腐殖质、0.5-2份椰糠、1-4份草木灰、5-12份稻壳炭和4-9份珍珠岩；

所述吸附颗粒包括多孔壳聚糖微球、离子交换树脂和聚多巴胺；

所述营养液按重量份数计包括5-10份益生菌、1-5份荨麻液、0.1-2份微量元素、2-6份蛋白酶和5-15份黄腐酸钾；

在每个种植穴内铺设营养土和吸附颗粒时，从下到上依次为颗粒层、营养土层、颗粒层、营养土层。

2.根据权利要求1所述的矿山废弃地复绿修复方法，其特征在于，加水时，枯叶、酒糟和药渣的混合物与水的固液比为（8-14）:1。

3.根据权利要求2所述的矿山废弃地复绿修复方法，其特征在于，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣时，还包括加入动物粪便和盐泽螺旋藻。

4.根据权利要求3所述的矿山废弃地复绿修复方法，其特征在于，向沟渠内加入枯叶、酒糟和药渣时，还包括加入铜-绿色假单胞菌、烟草头孢霉、黑根霉菌和曲霉菌。

5.根据权利要求4所述的矿山废弃地复绿修复方法，其特征在于，用薄膜将沟渠密封之前，还包括在沟渠两侧设置加热组件。

6.根据权利要求1所述的矿山废弃地复绿修复方法，其特征在于，所述植物包括侧柏、沙棘、紫花苜蓿、刺槐和白蜡中的一种或多种。