CN116195399A - 一种土地石漠化的治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土地石漠化的治理方法，包括如下步骤：S1向石漠化土壤表面投加厚度为3‑5cm的土壤治理剂，其后深耕所述石漠化土壤，并在土壤周围设置拦土设施；其后使土壤静置1‑2个月，静置期间保持土壤的含水量为10‑20％；S2在静置后的石漠化土壤上套种乔灌植物和草本植物；其中，所述土壤治理剂包括：煤矸石、壳聚糖、腐殖酸、珍珠岩和海泡石；本发明通过向石漠化土壤中加入土壤治理剂，能够有效提高土壤层的硬度，减少土壤层与母岩层的软硬差，以提高土壤层与母岩层的亲和力；还能够有效提高土壤和土壤治理剂的粘结作用，进而减轻水土流失、石漠化加剧的问题；此外，通过上述治理方法，能够有效提升植物的存活率，基本实现植物全覆盖的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石漠化土地治理技术领域，具体是一种土地石漠化的治理方法。
背景技术
石漠化，亦称石质荒漠化，是指因水土流失而导致地表土壤损失，基岩裸露，土地丧失农业利用价值和生态环境退化的现象。石漠化多发生在石灰岩地区，例如我国的南方以及西南地区400多个县区均有分布，涉及省份包括广东，广西，贵州，云南等，这些地区土层厚度薄(多数不足20cm)，地表呈现类似荒漠景观的岩石逐渐裸露的演变过程。
地表石漠化特别是重度石漠化的危害非常严重，首先是土地资源的丧失，进而造成水源难以涵养，农业生产条件和生态环境便进一步恶化，形成恶性循环。石漠化地区还容易发生山洪、滑坡和泥石流等地质灾害。这些问题或它们的叠加可能进一步造成人口、生存、能源和贫困等诸多社会问题。因此，如何有效治理石漠化是我国许多地区的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种土地石漠化的治理方法，以至少实现有效治理石漠化土壤的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种土地石漠化的治理方法，包括如下步骤：
S1向石漠化土壤表面投加厚度为3-5cm的土壤治理剂，其后深耕所述石漠化土壤，并在土壤周围设置拦土设施；其后使土壤静置1-2个月，静置期间保持土壤的含水量为10-20％；
S2在静置后的石漠化土壤上套种乔灌植物和草本植物。
其中，所述土壤治理剂包括：煤矸石、壳聚糖、腐殖酸、珍珠岩和海泡石。
作为本申请的一些可实施方式，所述土壤治理剂中各组分的重量份为：100-130份煤矸石、15-30份壳聚糖、15-30份腐殖酸、40-60份珍珠岩和35-50份海泡石。
作为本申请的一些可实施方式，所述土壤治理剂中各组分的重量份为：110-120份煤矸石、18-24份壳聚糖、20-25份腐殖酸、50-55份珍珠岩和40-48份海泡石。
作为本申请的一些可实施方式，所述土壤治理剂中各组分的重量份为：118份煤矸石、22份壳聚糖、23份腐殖酸、52份珍珠岩和45份海泡石。
作为本申请的一些可实施方式，所述海泡石为改性海泡石，所述改性海泡石的制备方法如下：
先向海泡石中加入无机酸进行初步改性，其后加入纤维素和氯化铁的混合溶液并在微波下进行进一步改性，其后经过滤、洗涤、干燥后得到所述改性海泡石。
作为本申请的一些可实施方式，所述壳聚糖为经丙烯酸改性后的壳聚糖。
作为本申请的一些可实施方式，所述挡土设施上设置有排水孔。
作为本申请的一些可实施方式，所述步骤S1深耕后，再在土壤表面投加厚度为1-2cm的所述土壤治理剂。
本发明的有益效果是：
本发明通过向石漠化土壤中加入土壤治理剂，能够有效提高土壤层的硬度，减少土壤层与母岩层的软硬差，以提高土壤层与母岩层的亲和力；还能够有效提高土壤和土壤治理剂的粘结作用，进而减轻水土流失、石漠化加剧的问题；此外，通过本发明中的治理方法，能够有效提升植物的存活率，基本实现植物全覆盖的目的。具体的，通过加入煤矸石，能够有效提高土壤层的硬度，实现废物利用的目的；通过加入珍珠岩，能够增加土壤的透气性，防止土壤板结；通过加入壳聚糖，能够有效吸附重金属离子(特别是Pb，Cr，Cu等)，减少重金属污染，还能够有效粘附粉状煤矸石，降低其飘散量；通过加入腐殖酸，能够将其周围的粘土矿物离子黏附在一起形成团粒结构，团粒结构具有一定的耐水性，不易因土壤水分过多而溃散，进而减少水土流失以及增加植被对土壤的固持能力，还能够进一步对煤矸石粉尘进行粘附以及除去Cd、Cr和Hg等重金属离子；通过加入海泡石，能够有效吸附壳聚糖和腐殖酸，以延缓二者的释放，提高作用效果，还能够有效吸附粉尘以及吸附重金属离子，同时，海泡石具有极强的吸水和保水性能，其吸水后体积膨胀，能够进一步提高土壤的疏松性，增强抗板结效果。通过海泡石、珍珠岩、颗粒状煤矸石的共同作用，能够进一步提高土壤的透气性，进而避免煤矸石发生自燃现象。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
地表石漠化特别是重度石漠化的危害非常严重，首先是土地资源的丧失，进而造成水源难以涵养，农业生产条件和生态环境便进一步恶化，形成恶性循环。石漠化地区还容易发生山洪、滑坡和泥石流等地质灾害。这些问题或它们的叠加可能进一步造成人口、生存、能源和贫困等诸多社会问题。因此，如何有效治理石漠化是我国许多地区的迫切需求。
基于此，本发明提供了一种土地石漠化的治理方法，包括如下步骤：
S1向石漠化土壤表面投加厚度为3-5cm的土壤治理剂，其后深耕所述石漠化土壤，并在土壤周围设置拦土设施；其后使土壤静置1-2个月，静置期间保持土壤的含水量为10-20％；
S2在静置后的石漠化土壤上套种乔灌植物和草本植物。
其中，所述土壤治理剂包括：煤矸石、壳聚糖、腐殖酸、珍珠岩和海泡石。
上述方案中，通过在土壤表面加入土壤治理剂后，再进行深耕，能够使土壤改善剂与石漠化土壤进行有效混合，进而提高石漠化土壤的治理效果，具体的，土壤改善剂在本发明中的具体作用如下：
目前，石漠化土壤多出现在岩溶山区，而岩溶山区中的土壤层土壤软、土壤底部的基质碳酸盐母岩层土壤硬，二者之间的软硬较为明显，因此，岩土之间的粘着力和亲和力大为降低，导致在遇到降雨时，便极容易导致水土流失和石漠化。
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。
通过在石漠化土壤中加入颗粒状煤矸石(粒径为300μm-5mm)，能够使坚硬的煤矸石深入土壤内部，提高土壤层的坚硬程度，进而减少土壤与母岩之间的软硬度差别，外加煤矸石为孔径结构，具有吸水性，因而能够实现初步改善水土流失严重、石漠化加剧的问题；然而仅单独加入煤矸石后，至少存在如下问题：
其一，煤矸石吸水后体积膨胀，并破碎成较小粉状，粉状煤矸石的粒径小，难以使土壤疏松，进而导致土壤板结严重；
其二，粉状煤矸石极易扩散至空气中，导致环境污染；
其三，煤矸石中含有重金属，会对土壤造成严重污染；
其四，煤矸石在日积月累过程红，矸石山内部的热量逐渐积累，当温度达到可燃物的燃烧点时，矸石堆中的残煤会自燃，进而释放出CO、CO2、SO2、H2S、NOx等有害气体；
基于上述问题，在加入煤矸石的基础上，继续加入珍珠岩和壳聚糖，珍珠岩呈大颗粒状，能够增加土壤的透气性，防止土壤板结；壳聚糖能够有效吸附重金属离子(特别是Pb，Cr，Cu)，减少重金属污染，此外，壳聚糖具有一定的黏性，其能够有效粘附粉状煤矸石，降低其飘散量；然而，因壳聚糖成本高，因此，不能够过多的使用，为了进一步增加土壤的粘性以及去除掉剩余的重金属离子，继续加入腐殖酸，腐殖酸可以起到粘结剂的作用，将其周围的粘土矿物离子黏附在一起形成团粒结构，团粒结构具有一定的耐水性，不易因土壤水分过多而溃散，进而减少水土流失以及增加植被对土壤的固持能力，同时能够进一步对煤矸石粉尘进行粘附；此外，腐殖酸能够显著除去Cd、Cr和Hg，以进一步除去重金属离子；为了提高壳聚糖和腐殖酸的作用时效以及增大土壤透气性，进一步加入了海泡石，具有非金属矿物中最大的比表面积和独特的内容孔道结构，具有极强的吸附能力，其能够有效吸附壳聚糖和腐殖酸，以延缓壳聚糖和腐殖酸的释放，提高作用效果。此外，海泡石能够有效吸附粉尘以及吸附重金属离子，能够将腐殖酸和壳聚糖未吸附的重金属和粉尘进行进一步去除；进一步的，海泡石具有极强的吸水和保水性能，其吸水后体积膨胀，以进一步提高土壤的输松性，增强抗板结效果。通过海泡石、珍珠岩、颗粒状煤矸石的共同作用，能够进一步提高土壤的透气性，进而避免煤矸石发生自燃现象；同时通过海泡石、珍珠岩以及煤矸石的共同作用，能够提高土壤层的硬度，以提高其与母岩层的亲和力，克服水土流失、石漠化加剧的缺陷。
当加入土壤改善剂后，使土壤静置1-2个月，能够在此段时间，实现对重金属离子的有效去除，减少后续对植物的污染；同时在静置期间需要不时的向土壤内加水，以保持土壤的含水量为10％-20％，避免水分过高或过低，导致土壤改善剂发挥的效果降低，同时，水分适中便于步骤S2中的套种操作，进而利于植物的生长。在套种时，乔灌植物为多年生植物，有利于保持水土，具体套种时，一般种植乔灌木1-1.5年后再种植草本植物，如此可以提高乔灌木对土壤的固持力，减少水土流失，提高土壤层的稳定性，为草本植物的种植打下基础；一般而言，草本植物选择为一、二年生的植物，既能够实现改良土壤的目的，同时因植物收获期短，能够获得近期收入，以为接下来的扩大化治理打下基础。
为了进一步提高石漠化土壤的治理效果，作为本申请的一些可实施方式，对土壤治理剂中的组分用量作出了进一步限定，即所述土壤治理剂中各组分的重量份为：100-130份煤矸石、15-30份壳聚糖、15-30份腐殖酸、40-60份珍珠岩和35-50份海泡石。
为了进一步提高石漠化土壤的治理效果，作为本申请的一些可实施方式，对土壤治理剂中的组分用量作出了进一步限定，即所述土壤治理剂中各组分的重量份为：110-120份煤矸石、18-24份壳聚糖、20-25份腐殖酸、50-55份珍珠岩和40-48份海泡石。
为了进一步提高石漠化土壤的治理效果，作为本申请的一些可实施方式，对土壤治理剂中的组分用量作出了进一步限定，即所述土壤治理剂中各组分的重量份为：118份煤矸石、22份壳聚糖、23份腐殖酸、52份珍珠岩和45份海泡石。
为了进一步提高石漠化土壤的治理效果，作为本申请的一些可实施方式，对海泡石的种类作出了进一步限定，即所述海泡石为改性海泡石，所述改性海泡石的制备方法如下：
先向海泡石中加入无机酸进行初步改性，其后加入纤维素和氯化铁的混合溶液并在微波下进行进一步改性，其后经过滤、洗涤、干燥后得到所述改性海泡石。经改性后的海泡石的孔洞通道得到进一步扩宽，比表面积得到进一步扩大，能够进一步提高对重金属、粉尘的吸附效果，以及进一步提高土壤的吸水、保水抗板结性能。
为了进一步提高石漠化土壤的治理效果，作为本申请的一些可实施方式，对壳聚糖的种类作出了进一步限定，即所述壳聚糖为经丙烯酸改性后的壳聚糖。经丙烯酸改性后的壳聚糖，能够进一步增强其对重金属的去除能力。
为了进一步提高石漠化土壤的治理效果，作为本申请的一些可实施方式，对挡土设施的结构作出了进一步限定，即挡土设施上设置有排水孔。在实际实施时，挡土设施可以为由黏土等堆积而成的土垒，以对土壤进行一定程度的阻挡，降低水土流失程度，此为现有技术，在此不进行赘述；同时，设置排水孔是为了在土壤中水分过多时，导致水分难以排出，导致土壤水分过多，导致沤水。
为了进一步提高石漠化土壤的治理效果，作为本申请的一些可实施方式，对步骤S1作出了进一步限定，即所述步骤S1深耕后，再在土壤表面投加厚度为1-2cm的所述土壤治理剂。
土壤表面剂中含有海泡石、珍珠岩等颗粒形物质，通过将其铺设至土壤表面，能够有效阻挡雨水对土壤层的冲洗；同时，其中的壳聚糖和腐殖酸在雨水的作用下不断向下渗透，能够有效补充土壤内的壳聚糖和腐殖酸的流失，实现对土壤持续化作用的目的。
下面结合具体实施方式对本申请所述石漠化土壤治理方法进行更近一步地详细说明；值得说明的是：实施例和对比例中未说明制备方法的原料均为市售产品。
实施例1
一种土地石漠化的治理方法，包括如下步骤：
S1向石漠化土壤表面投加厚度为3-5cm的土壤治理剂，其后深耕所述石漠化土壤，深耕深度至少为15cm(此深度不包括土壤治理剂的厚度)，再在土壤表面投加厚度为1-2cm的所述土壤治理剂，并在土壤周围设置拦土设施，所述拦土设施上设置有排水孔；其后使土壤静置1-2个月，静置期间需根据土壤的含水量向土壤中不时的进行灌水，每次灌水均需渗透土壤，使土壤的含水量保持在10-17％；
S2在静置后的石漠化土壤上种植桃树，种植1-1.5年后，栽种金荞麦。
上述所述土壤治理剂中各组分的重量份为：100份煤矸石、28份改性壳聚糖、16份腐殖酸、58份珍珠岩和35份改性海泡石。
实施例2
一种土地石漠化的治理方法，包括如下步骤：
S1向石漠化土壤表面投加厚度为3-5cm的土壤治理剂，其后深耕所述石漠化土壤，深耕深度至少为15cm(此深度不包括土壤治理剂的厚度)，再在土壤表面投加厚度为1-2cm的所述土壤治理剂，并在土壤周围设置拦土设施，所述拦土设施上设置有排水孔；其后使土壤静置1-2个月，静置期间需根据土壤的含水量向土壤中不时的进行灌水，每次灌水均需渗透土壤，使土壤的含水量保持在10-17％；
S2在静置后的石漠化土壤上种植桃树，种植1-1.5年后，栽种金荞麦。
上述所述土壤治理剂中各组分的重量份为：114份煤矸石(粒径为300μm-5mm)、20份改性壳聚糖、25份腐殖酸、50份珍珠岩和48份改性海泡石。
实施例3
一种土地石漠化的治理方法，包括如下步骤：
S1向石漠化土壤表面投加厚度为3-5cm的土壤治理剂，其后深耕所述石漠化土壤，深耕深度至少为15cm(此深度不包括土壤治理剂的厚度)，再在土壤表面投加厚度为1-2cm的所述土壤治理剂，并在土壤周围设置拦土设施，所述拦土设施上设置有排水孔；其后使土壤静置1-2个月，静置期间需根据土壤的含水量向土壤中不时的进行灌水，每次灌水均需渗透土壤，使土壤的含水量保持在10-17％；
S2在静置后的石漠化土壤上种植桃树，种植1-1.5年后，栽种金荞麦。
上述所述土壤治理剂中各组分的重量份为：所述土壤治理剂中各组分的重量份为：118份煤矸石、22份改性壳聚糖、23份腐殖酸、52份珍珠岩和45份改性海泡石。
对比例1
相较实施例3，将土壤治理剂中的腐殖酸去除，其余组分及用量不变。
对比例2
相较实施例3，将土壤治理剂中的改性海泡石去除，其余组分及用量不变。
对比例3(对照组)
S1在石漠化土壤上直接种植桃树，种植1-1.5年后，栽种金荞麦，其中，桃树和金荞麦的种植方法和管理方法均为常规方法，在此不进行赘述。
其中，上述实施例和对比例中的石漠化土壤均选自云南文山州的同一土壤层，该土壤层坡度为10-15°，土壤层的厚度为22-25cm、该片土壤向阳；实施例1-3和对比例1-3中的土壤面积大体相同，约为400m2(误差允许范围内)，且其内种植的桃树和金荞麦的数量相同；其中桃树和金荞麦的种植方法、管理方法和种植间距等均为常规方法，在此不进行赘述；
此外，上述所述改性壳聚糖的制备方法为：在微波条件下，用水作为反应溶剂，向壳聚糖中加入丙烯酸，丙烯酸与壳聚糖中的-NH2进行Micheal加成反应，即得改性壳聚糖(制备方法现有技术)；
改性海泡石的制备方法为：向100g海泡石中加入1800-2000g浓度为2mol/L的稀硫酸溶液，在38-40℃下处理3.5-4h；其后在微波下加入由360g纤维素及1.2mol氯化铁配成的溶液，并处理1-1.5h，其中，微波温度为150℃；待反应结束后，过滤、洗涤，并在120℃下干燥8-10h后，即得所述改性海泡石(制备方法现有技术)；
此外，本发明实施例和对比例中的煤矸石中SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物总含量≥63％，如此，能够增加土壤层硬度以及减少煤矸石粉末化现象。
试验例
桃树种植一年后，统计其存活率(若桃树死亡，种植期间若桃树死亡，则不补栽)，金荞麦种植3月后，统计其存活率，存活率如表1所示。
其中，存活率＝(存活数量/种植总数量)×100％。
表1
| 桃树存活率(％) | 金荞麦存活率(％) | |
| 实施例1 | 96.1 | 94.0 |
| 实施例2 | 97.2 | 95.3 |
| 实施例3 | 98.0 | 96.1 |
| 对比例1 | 86.2 | 83.3 |
| 对比例2 | 87.8 | 84.9 |
| 对比例3 | 70.2 | 63.5 |
通过表1可知，在石漠化土壤中采用本发明的治理方法进行治理后，桃树存活率不低于96.1％，金荞麦存活率不低于94％，且在治理三年后，土壤无明显的板结现象，治理期间，土壤流失度低，基本实现了植被全覆盖的目标，体现出本发明的治理方法对于石漠化土壤极为有效；而对比例1中未加入腐殖酸，导致重金属去除不彻底，同时难以有效粘结土壤和土壤治理剂，导致水土、肥料等流失过多，进而导致植物存活率有所降低，植被覆盖率降低；对比例2中未加改性海泡石，导致重金属去除不完全，同时不利于透气且治理三年后，导致土壤有所板结，不利于植物成长；此外，因土壤表面缺乏颗粒型物质，导致水土流失严重，植物覆盖率较差；对比例3中未加入土壤治理剂，导致桃树和金荞麦的存活率都较低，植被覆盖率极低，进一步体现出本发明中治理方法能够达到极为显著的治理效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1向石漠化土壤表面投加厚度为3-5cm的土壤治理剂，其后深耕所述石漠化土壤，并在土壤周围设置拦土设施；其后使土壤静置1-2个月，静置期间保持土壤的含水量为10-20％；
S2在静置后的石漠化土壤上套种乔灌植物和草本植物；
其中，所述土壤治理剂包括：煤矸石、壳聚糖、腐殖酸、珍珠岩和海泡石。
2.根据权利要求1所述的一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，所述土壤治理剂中各组分的重量份为：100-130份煤矸石、15-30份壳聚糖、15-30份腐殖酸、40-60份珍珠岩和35-50份海泡石。
3.根据权利要求2述的一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，所述土壤治理剂中各组分的重量份为：110-120份煤矸石、18-24份壳聚糖、20-25份腐殖酸、50-55份珍珠岩和40-48份海泡石。
4.根据权利要求2所述的一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，所述土壤治理剂中各组分的重量份为：118份煤矸石、22份壳聚糖、23份腐殖酸、52份珍珠岩和45份海泡石。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，所述海泡石为改性海泡石，所述改性海泡石的制备方法如下：
先向海泡石中加入无机酸进行初步改性，其后加入纤维素和氯化铁的混合溶液并在微波下进行进一步改性，其后经过滤、洗涤、干燥后得到所述改性海泡石。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，所述壳聚糖为经丙烯酸改性后的壳聚糖。
7.根据权利要求1所述的一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，所述挡土设施上设置有排水孔。
8.根据权利要求1所述的一种土地石漠化的治理方法，其特征在于，所述步骤S1深耕后，再在土壤表面投加厚度为1-2cm的所述土壤治理剂。
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