CN116548254B - 干旱区矸石堆生态修复方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种干旱区矸石堆生态修复方法，涉及固体废弃物处理领域。该方法包括：在矸石堆的表面设置覆土层；在覆土层按照间距40‑50m设置温度监测点，记录每个温度监测点的坐标和温度值；依据判定规则找到温度异常点位，在温度异常点位周边的温度监测点的间距缩短至5‑10m；将所有温度监测点的坐标、温度值和温度异常点位判定结果用克里格插值法预测出温度异常区的边界，并据此得到矸石堆的温度异常区，将温度异常区向外扩展得到缓冲区；其它区域为温度正常区；在不同区域使用不同的修复方式进行修复。本申请提供的干旱区矸石堆生态修复方法，解决矸石堆局部高温区植被无法成活的问题，并避免植被恢复工程实施中的重复浪费和后期损失。

Description

干旱区矸石堆生态修复方法

技术领域

本申请涉及固体废弃物处理领域，尤其涉及一种干旱区矸石堆生态修复方法。

背景技术

煤炭开采产生的煤矸石，堆存过程中占用大量土地且污染环境。煤矸石综合利用途径少，价值低，生态修复仍是当前主要的治理方式。矸石中含有硫化物和残量的煤，硫化物在遇水和空气时发生反应产生大量的热，在堆存形态下热量累积，极易自燃。目前常用的灭火阻燃措施包括水泥封堵、整体覆土包裹等。覆土层除具有绝氧、绝水的作用外，还可作为植被恢复的植生层。但现实中矸石堆自燃周期很久，且内部热量通道复杂，总体燃尽的矸石堆也会因零星复燃传递到地表形成局部高温区。而现在的规模化复垦工程往往未进行地表高温识别便进行了全面的植被恢复，种植后才发现局部无法成活。并且由于灌溉水下渗，加剧复燃，扩大了高温面积，导致周边已成活的植被烘死，既造成浪费，又严重影响生态修复整体效果和总体进度。加之煤炭主产区主要位于干旱地区，秃斑一旦形成几年甚至更长时间内无法恢复，且周边植被持续面临被损耗的风险。

因此，需要一种提前判定矸石堆地表高温区并针对高温区专门建植植被的生态修复方法，从而获得一种全面有效的干旱区矸石堆生态修复方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种干旱区矸石堆生态修复方法，以解决上述问题。

为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

一种干旱区矸石堆生态修复方法，包括：

在矸石堆的表面设置覆土层；

在所述覆土层按照间距40-50m设置温度监测点，记录每个温度监测点的坐标和温度值；

依据判定规则找到温度异常点位，在所述温度异常点位周边的温度监测点的间距缩短至5-10m；所述判定规则包括：A.以矸石堆周围天然土体温度的平均值为X₀，凡是温度均值与所述X₀差异不显著的温度监测点，判定为温度正常点位；B. 在植物生长耐受的最大土壤温度经验值基础上放大5-10℃得到X’，将X’修正得到X，凡是在监测中出现过一次及以上温度值大于所述X的温度监测点，判定为温度异常点位；C.温度值处于X₀-X之间的温度监测点，判定为温度正常点位；

将所有温度监测点的坐标、温度值和温度异常点位判定结果用克里格插值法预测出温度异常区的边界，并据此得到矸石堆的温度异常区，将所述温度异常区向外扩展得到缓冲区；其它区域为温度正常区；

在所述温度正常区的覆土层直接进行撒草籽、栽植或喷播；在所述温度异常区设置架空隔热装置，所述架空隔热装置搭载种植容器，所述种植容器内种植修复植物，待所述温度异常区的各个所述温度监测点的温度恢复正常后，进行移栽前监测，然后将所述修复植物移栽至该区域的覆土层，所述架空隔热装置回收重复利用；所述缓冲区同时采用所述温度正常区和所述温度异常区的修复方式。

优选地，所述温度监测点的深度为距离所述覆土层表面15-40cm；优选30cm以上；

监测时间为4-5月份，当日最高气温为20-25℃的下午14-15点，监测周期10-15天。

优选地，所述差异不显著的温度监测点指的是p＜0.05水平上与所述X₀差异不显著的温度监测点。

优选地，所述修正包括：

将在温度介于所述X₀和X’之间的温度监测点，用大于覆土层体积2-3倍的方量过量浇水3-5次，然后采用直接撒草籽、栽植或喷播方式种植植物，在植物完整生长期后，若有部分植物存活，则将X’上调，否则则将X’下调；然后返回监测成活边界的温度值，获得植物生长能耐受的土壤温度，作为所述X。优选地，所述缓冲区由所述温度异常区向外扩展得到，扩展面积不小于15%。

优选地，所述架空隔热装置以冲孔L型钢围成正方形作为顶架，L型钢单边宽3-5cm，长25-40cm；以冲孔C型槽钢作为支架，C字底宽2-4cm，C字边高2-4cm，壁厚0.8-2mm，单根长度20-45cm；C型槽钢支架一端和顶架用螺栓穿过对齐的孔连接并固定，另一端用螺栓连接一个圆形或方形底座，底座直径或边长4-6cm，安装在地面上用以增大支撑面积增加稳定性；两根C型槽钢支架间设置一根横肋，用来增加结构稳定性，横肋选自冲孔C型槽钢或L型钢，宽2-3cm；

所述架空隔热装置整体高20-45cm，宽25-40cm。

优选地，所述种植容器的材质为陶土或pp树脂；

所述种植容器的底部设置皱面铝箔；

所述顶架的顶部设置隔热垫，所述隔热垫的材质为酚醛树脂。

优选地，当修复区域为平台时，所述种植容器为种植盆；所述种植容器为方形种植盆时，盆底边长大于所述顶架的边长5-10cm，盆高30-40cm；所述种植容器为圆形种植盆时，盆底外接于所述顶架，盆高30-40cm；所述种植容器的布置间距为1.5-2m；所述修复植物选自霸王、小果白刺、沙拐枣中的一种或多种；

当修复区域为边坡时，所述种植容器为种植槽，所述种植槽沿等高线横向联排布置；所述种植槽长0.8-1.5m，宽度与所述顶架的边长相等，高25-35cm；所述种植槽的行间距为1.5-3.5m；所述修复植物选自沙蒿、针茅、披碱草中的一种或多种。

优选地，所述干旱区矸石堆生态修复方法还包括水分管理；

所述水分管理满足以下条件中的一个或多个：

a.在5-7点和20-22点时间范围内进行滴灌；

b.土壤湿度达到饱和持水率的70-80%时停止滴灌；

c.所述种植容器内设置具备无线传输功能的土壤温湿度计，布设密度不低于1个/100m²。

优选地，所述移栽前监测包括：

待所述温度异常区的各个所述温度监测点的温度恢复正常后1-2年，在覆土层进行植草试验，再监测植被2-3年，若监测期植被成活、不退化，则执行所述移栽。

与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

本申请提供的干旱区矸石堆生态修复方法，首先通过合理的设置温度监测点实现初步监测，结合合理的判定规则找到温度异常点位，然后通过增加温度异常点位周边的温度监测点密度的方式来实现详细监测；然后根据温度监测点的坐标、温度值和温度异常点位判定结果，划分得到温度异常区、温度正常区和缓冲区，为实现对干旱区矸石堆根据温度分布不同进行精准施策打下基础，然后针对性的对不同的区域实施不同的修复策略，最终获得不同区域同步实现生态修复。在温度异常区设置架空隔热装置，架空隔热装置搭载种植容器，种植容器内种植修复植物，实现分阶段差异化修复，能够一次解决矸石堆局部高温区植被无法成活的问题，避免高温区重复施工和浪费，并避免高温区扩大导致的周边成果损失。

该修复方法，修复成本低、综合效益好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。

图1为本申请实施例提供的干旱区矸石堆生态修复方法的流程示意图；

图2为本申请提供的架空隔热装置的仰视示意图；

图3为本申请提供的架空隔热装置的侧视示意图；

图4为本申请提供的架空隔热装置的正视示意图；

图5为实施例2和3提供的修复体系的坡面侧视示意图；

图6为实施例2和3提供的修复体系的坡面正视示意图。

具体实施方式

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。

首先，对本申请提供的技术方案进行整体性阐述，具体如下：

一种干旱区矸石堆生态修复方法，包括：

在矸石堆的表面设置覆土层；

在所述覆土层按照间距40-50m设置温度监测点，记录每个温度监测点的坐标和温度值；

依据判定规则找到温度异常点位，在所述温度异常点位周边的温度监测点的间距缩短至5-10m；所述判定规则包括：A.以矸石堆周围天然土体温度的平均值为X₀，凡是温度均值与所述X₀差异不显著的温度监测点，判定为温度正常点位；B.在植物生长耐受的最大土壤温度经验值基础上放大5-10℃得到X’，将X’修正得到X，凡是在监测中出现过一次及以上温度值大于所述X的温度监测点，判定为温度异常点位；C.温度值处于X₀-X之间的温度监测点，判定为温度正常点位；

将所有温度监测点的坐标、温度值和温度异常点位判定结果用克里格插值法预测出温度异常区的边界，并据此得到矸石堆的温度异常区，将所述温度异常区向外扩展得到缓冲区；其它区域为温度正常区；

在所述温度正常区的覆土层直接进行撒草籽、栽植或喷播；在所述温度异常区设置架空隔热装置，所述架空隔热装置搭载种植容器，所述种植容器内种植修复植物，待所述温度异常区的各个所述温度监测点的温度恢复正常后，进行移栽前监测，然后将所述修复植物移栽至该区域的覆土层，所述架空隔热装置回收重复利用；所述缓冲区同时采用所述温度正常区和所述温度异常区的修复方式。

现有技术中对矸石堆复垦采用惯常的规模化施工方式，以求提高效率和降低成本。对于一些提前感知到的温度异常点位和区域，由于缺少数据和实验，无法论证其是否达到了威胁植物成活的水平，实际操作时只能一并施工，直到修复后出现无法成活的情况时才确定问题。这就造成了不同区域修复进度的不同步，并且产生了浪费。基于此，一些工程施工前，技术人员会提前进行明显异常点位或区域的温度测量，目的是摸排高温区域的边界。然而，单单依靠局部温度测量，对于指导后续施工有三个限制方面：（一）是没有高效、精准地确定高温区域边界的方法；（二）是没有明确的威胁植物生长的根际土壤温度的参考阈值；（三）是由于矸石燃烧的不确定性，相应土层的温度随时间会有所变化，一些高温点位或区域容易因处于常温期未被发现。

针对问题（一）高效地、精准地确定高温区域边界的方法问题，本申请提出两步式的监测方法，包括初步监测和详细监测。

1）初步监测是为了既能全面覆盖监测区域，又精简工作量，避免无序布点和重复布点。在矸石堆覆土层均匀布设点位，间距取40m-50m，记录每个点的位置坐标和温度值，在统计分析后筛选出温度异常点位。

2）详细监测围绕异常点位展开，目的是使计算出的高温区边界更加精确，在异常点位周边加密监测点位间距至5-10m。

覆土层即为植物根系的着生层，因此，需要获得温度的最大值，就需将监测深度设定为覆土层底部（通常深度>30cm），监测设备可用加长探杆地温计。

最后，将全部监测数据和点位坐标输入至计算机，使用Arcgis软件，运用克里格插值法预测出高温区（温度异常区）的边界，结合前述的监测布点和测算方式，该方法可以得出比较精确的高温区域，将高温区边界的误差控制在15%以内。相应地，现场实施高温区划界时，可将高温区（温度异常区）界外扩15%作为缓冲区。

在一个可选的实施方式中，所述温度监测点的深度为距离所述覆土层表面15-40cm；

监测时间为4-5月份，当日最高气温为20-25℃的下午14-15点，监测周期10-15天。

在一个可选的实施方式中，所述差异不显著的温度监测点指的是在p＜0.05水平上与所述X₀差异不显著的温度监测点。

在一个可选的实施方式中，所述修正包括：

将在温度介于所述X₀和X’之间的温度监测点，用大于覆土层体积2-3倍的方量过量浇水3-5次，然后采用直接撒草籽、栽植或喷播方式种植植物，在植物完整生长期后，若有部分植物存活，则将X’上调，否则则将X’下调；然后返回监测成活边界的温度值，获得植物生长能耐受的土壤温度，作为所述X。

在一个可选的实施方式中，所述缓冲区由所述温度异常区向外扩展得到，扩展面积不小于15%。

针对问题（二）威胁植物生长的根际土壤温度的参考阈值的问题，通常有两种应对思路，一种是选择周边的自然土层作为基准对照，以自然温度作为阈值判定矸石堆覆土层的温度异常与否。这种方式的不利之处在于，容易拉低植物适生温度阈值，因为矸石堆覆土层温度可能整体稍高于周边天然土层，一部分本可以使植物存活的温度区间被过度地排除；更不利的在于，该方式需要提前一年或多年监测收集周边数据，耽误生态修复总体进度。另一种思路是选用农学、植物生理学上植物对土壤温度耐受度的经验值，这种评定方式基于植物耐受性作为评定主体，具有区域普适性，且不需要提前监测收集。常规经验值基本是：植物根际土壤最优温度为15~25℃；温度处于25~30℃时，根系发生生理变化，影响植物发育，但能成活；大于30~35℃不利于植物成活。但这种方式也有不利之处，那就是现有的关于干旱区适生植物的地温耐受经验值数据很少，本领域技术人员只是了解干旱区适生植物对高温的耐受性优于其他植物这一常识，但很难界定耐受的阈值，尤其是涉及多个品种时结论更难统一。

针对以上两种监测思路的弊端，本申请提出第三种监测思路：①以天然土体温度作为参考值向下排除异常点，运用差异显著性比较，矸石堆覆土层凡是温度均值与参考值X₀差异不显著（p<0.05）的点位，直接判定为正常点位；②经验系数放大，取一个大于经验值5~10℃的温度X（例如40℃），以这个值向上确定异常点位，历次监测中只要出现过不少于一次温度高于X的点位，直接判定为温度异常点，这种就低原则也是针对问题（三）“一些高温点位容易因处于常温期未被发现”确立的，①和②同时出现的情况，以②为准。至此，利用监测数据可在计算机模拟出以X为临界值的高温区边界。③温度介于天然土层参考值X₀~X之间的点位，在覆土层进行植物试验和浇水助燃试验，向点位过量浇水3~5次，该试验可以借助常规生态修复一并实施。如果完整生长期后边界内的植物也有部分范围存活，说明温度阈值X可上调，可返回监测步骤，调研成活边界的土层温度，修正阈值X；如果范围内植物全部不能成活，说明温度阈值X取值过高，应下调，并观察高温区边界外的植物是否也有死亡，确定存活边界，再返回监测步骤，修正阈值X。值得注意的是，不论如何修正X，最终确定的高温区边界应外扩15%留作缓冲区，缓冲区同时实施常规生态修复和高温区生态修复两种工艺。

按上述方法，将伴生一个新的问题，天然土层温度参考值季节变化巨大，如何选取合适的参考值。西北地区土壤温度季节变化极大，夏季午后中层土壤（15~40cm深）的温度可高达28~35℃（白天短期高温植物可耐受，夜间恢复适生温度），冬季则可成为冻土，远低于0℃（植物休眠；过高和过低都不具备参考价值。另外，对于矸石堆本身，前述问题（三）一些高温点位或区域容易因处于常温期未被发现的问题，也是判定监测点温度正常与否的一大干扰因素。

针对这两个问题，本申请提出的解决方法是：选定地温适于植物生长的季节开展监测，并在该季节扩大监测覆盖频次，可结合注水助燃试验，尽量多地捕捉地温变化数据节点，并采取就低原则，历次监测中只要出现了一次温度超过阈值X，即将点位判定为异常。具体实施方法为：

监测季节最优在4-5月份，选择当日最高气温20-25℃的白天，下午14:00-15:00时进行，因为此时15-40cm深度土层的温度最高。需随机监测10-15天，扩大覆盖的时间，必要时对可疑的区域（如硫磺气味浓、地面可见硫结晶等）实施灌水助燃试验。这一方法的有利之处在于，监测完成后，接续5月份可进行生态修复施工，不耽误宏观进度，有利于施工组织。

在一个可选的实施方式中，所述架空隔热装置以冲孔L型钢围成正方形作为顶架，L型钢单边宽3-5cm，长25-40cm；以冲孔C型槽钢作为支架，C字底宽2-4cm，C字边高2-4cm，壁厚0.8-2mm，单根长度20-45cm；C型槽钢支架一端和顶架用螺栓穿过对齐的孔连接并固定，另一端用螺栓连接一个圆形或方形底座，底座直径或边长4-6cm，安装在地面上用以增大支撑面积增加稳定性；两根C型槽钢支架间设置一根横肋，用来增加结构稳定性，横肋选自冲孔C型槽钢或L型钢，宽2-3cm；

所述架空隔热装置整体高20-45cm，宽25-40cm。

对于高温区（温度异常区），现有技术一般按照目前工法趋向于原位改造和原位种植。具体改造的方式例如：将覆土层压实、压密，最大程度地隔绝矸石与空气连通来阻燃；更进一步地，植入一些地下水防渗材料和方式，如膨润土防水毯等，以期通过遇水反应的方式最大程度降低水分向内部入渗实现阻燃，上述原位改造之后，再在改造层上铺一层新的种植土或喷播植生。但是，矸石堆内部气、热通道复杂，高温区内部的着火点可能通过其他地方不给空气和水分，高温并不会消除。加之土体本身的较高传导效率，新的覆土层或植生层仍具备较高的温度，不适宜植物存活。如果想寻找并切断所有的气、热通道，将又是一项费时、费工但未必有成效的工作。有一些较新的思路是，在原位改造的土层上设置厚实的陶土盆，在盆内种植植物，期望通过较大厚度的陶土作为热量断桥。这种方式的困难之处在于，厚实的陶土盆造价偏高，自重大，不利于运输；最难实现的是，如果运用在矸石堆坡面，坡面需要开拓承载小平台，而坡面可开拓基面很有限，宽度不会超过30cm，陶土盆的厚壁本就挤占了容积，要想同时保证容纳空间和安置稳定性，盆底面直径最少需要45cm，在坡面上无法安置运用。针对固体传热的问题，人们容易想到的是垫隔热材料。例如，在种植盆下垫一定高度的空心砖、保温岩棉、泡沫夹层板等材料，或者用木、竹等制成低矮的笼架将种植盆子放在架子上。但是这些方法的出发点都没有摆脱一劳永逸、一步到位的想法，将下垫物作为永久设施留在复垦区，这些材料经过多年风吹暴晒后支撑强度无法保证，材料用量大又没有可回收利用价值。并且施工时运输至现场切割、安装的工作量也很大。

基于原位改造无法有效阻燃、土层固体传热高和坡面承载空间有限的难点，以及种植装置组装、拆卸运输便捷性的因素，本申请提出架空隔热装置方法。高温区设置可预制的半永久架空隔热装置，搭载种植盆或种植槽，盆（槽）内种植植物。待矸石堆高温彻底消除后，将植物移植到覆土层继续常规种植，架空装置回收利用，这样既保证初期高温区同步进行植被恢复，又保证远期矸石堆生态修复的景观连续性。

用架空隔热装置搭载种植容器，由此将热量传递方式由固体传导为主转变为辐射为主，植物根际土层不再受热矸石和土壤直接传导热量。

用上述安装方法，便得到了高度20-45cm、宽度25-40cm的架空装置，构成包括顶架、4根支架及每根支架上的底座。架空装置通过底座安置在地面上，底座占地面积小，而支撑起的顶架承载面积足够大。放置前，需预先对底座下方的土壤夯实，用橡胶锤反复捶打10-15次。顶架上安置种植容器，由于钢铁的导热性能也很强，需要热断桥，安置种植容器前需在顶架的4角加装隔热垫，用来阻断热量通过架空装置传向种植容器，隔热垫优选酚醛树脂，可以将热传导效率降低95%以上。

架空装置安置在矸石堆平台上时，4个支架等高即可，只需根据地面温度高低选择不同支架高度。架空装置安置在矸石堆坡面上时，为保证顶架平齐，下方支架必然长于上方支架。此时可在下方支架多加1根C型槽钢，根据需要延长高度。两根C型槽钢的组合及延长方式，可以用同规格C型槽钢背向紧贴的方式，延长到预定高度后，用螺栓穿过其中两个对齐的孔并固定；也可以用两根不同规格C型槽钢同向嵌套的方式，拉伸达到预定长度后，用螺栓穿过两个对齐的孔并固定。在实际运用时，矸石堆坡度通常为30°-37°，可根据坡度和温度计算出长、短支架的长度，并预组装长支架，减少现场施工时间。如此，架空装置组装前均为长条钢，空间占用少，便于运输；现场组装时只要用螺栓穿过特定的冲孔固定即可成形，十分简便。对于一些轻微变化的地形，本申请提供的架空装置可以通过调节螺栓穿过不同的冲孔调节支架高度，有很强的适应性。

在一个可选的实施方式中，所述种植容器的材质为陶土或pp树脂；

所述种植容器的底部设置皱面铝箔；

所述顶架的顶部设置隔热垫，所述隔热垫的材质为酚醛树脂。

皱面铝箔，将来自地表的辐射漫反射，进一步降低到达种植盆的热量，综合隔热性能提高35%-50%。相当于比不设置反射铝箔时，降低同样的温度可节省35%-60%架空高度。

在一个可选的实施方式中，当修复区域为平台时，所述种植容器为种植盆；所述种植容器为方形种植盆时，盆底边长大于所述顶架的边长5-10cm，盆高30-40cm；所述种植容器为圆形种植盆时，盆底外接于所述顶架，盆高30-40cm；所述种植容器的布置间距为1.5-2m；所述修复植物选自霸王、小果白刺、沙拐枣中的一种或多种；

当修复区域为边坡时，所述种植容器为种植槽，所述种植槽沿等高线横向联排布置；所述种植槽长0.8-1.5m，宽度与所述顶架的边长相等，高25-35cm；所述种植槽的行间距为1.5-3.5m；所述修复植物选自沙蒿、针茅、披碱草中的一种或多种。

种植槽的槽底和近坡面一侧槽壁的外部粘贴一层皱面铝箔，将来自地表的辐射漫反射，进一步降低到达种植盆的热量。这里不能使用光面铝箔的原因，光面铝箔形成镜面反射，应用于坡面时，盆底和坡面有角度，辐射被集中折射到下面一行的植株和容器上。

在一个可选的实施方式中，所述干旱区矸石堆生态修复方法还包括水分管理；

所述水分管理满足以下条件中的一个或多个：

a.在5-7点和20-22点时间范围内进行滴灌；

种植容器上铺设滴灌，严格控制灌水时间和灌水额，既能保证植物生长，也能避免漫灌水分进入矸石堆引起复燃。时间的选择主要考虑在气温最低时滴灌，降低蒸腾和蒸发。

b.土壤湿度达到饱和持水率的70-80%时停止滴灌；

要求灌溉至土壤湿度达到14-16%时便停机，这样的目的是给管道内的剩水留余量，停机后管道剩水会自流进种植土中。

c.所述种植容器内设置具备无线传输功能的土壤温湿度计，布设密度不低于1个/100m²。

通过在线监控种植土湿度，可判断降雨后当天是否需要灌溉，以及灌水量。这比盲目决定是否灌水具有了更加的科学性的数据支撑。

在一个可选的实施方式中，所述移栽前监测包括：

待所述温度异常区的各个所述温度监测点的温度恢复正常后1-2年，在覆土层进行植草试验，再监测植被2-3年，若监测期植被成活、不退化，则执行所述移栽。

待高温区覆土层温度恢复至与非高温区一致，持续监测。监测温度稳定1-2年后，在覆土层进行植草试验，再监测植被2-3年，若监测期植被成活、不退化，则将种植容器中的植物连同种植土移植到覆土层中，使矸石堆生态修复区域恢复为均一、连续的景观性。种植容器和架空装置回收重复利用。

下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。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。

本申请实施例实验产地为西北地区某煤矿，当地年平均降雨量159mm，年平均蒸发量3280mm，多年平均气温8.9℃，昼夜温差大。周边砂土裸露，植被稀少。1处矸石堆停止排矸10年，坡度修整至30°。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种干旱区矸石堆生态修复方法，包括以下步骤：

S1.在矸石堆的表面设置30cm厚的覆土层；

S2.在4月份选取当日最高气温为20-25℃的日子，在下午14-15点，在覆土层按照间距45m设置温度监测点，记录每个温度监测点的坐标和温度值；

S3.依据判定规则找到温度异常点位，在温度异常点位周边的温度监测点的间距缩短至5m；

判定规则包括：A.以周边天然土体温度为参考值X₀=23.5℃，凡是温度均值与参考值差异不显著的温度监测点，判定为温度正常点位； B.以植物耐受温度经验值28℃放大10℃，假定植物耐受土壤温度X为38℃，出现不少于一次监测温度大于38℃的点位，先判定为异常点。在温度介于23.5~38℃的区域用超过覆土层体积2~3倍方量的水过量浇水3-5次。然后采用喷播方式种植植物，在植物2个月生长期后，发现区域内仅有部分地带成活植物，重新测定成活边界的土壤温度，则将X下调至30±2℃；并以30℃作为划分高温异常点的参考值。成活边界外的地带划入到温度异常区。

S4.

最终获得温度正常区的覆土层底部温度的温度区间为15-25℃，温度异常区的覆土层底部温度的温度区间为30-90℃，大部分集中在50-80℃；高温临界判定温度X为30℃，返回Arcgis用克里格插值法以30℃为界限划分出温度异常区，并以温度异常区向外扩展15%得到缓冲区。其他区域为温度正常区。

S7.在温度正常区和缓冲区的覆土层直接进行喷播植草；在温度异常区和缓冲区设置架空隔热装置，架空隔热装置搭载种植容器，种植容器内种植修复植物，待温度异常区的各个所述温度监测点的温度恢复正常后，进行移栽前监测，然后将修复植物移栽至该区域的覆土层，架空隔热装置回收重复利用；缓冲区同时采用温度正常区和温度异常区的修复方式。

架空隔热装置和种植容器的设置方式参见实施例2、实施例3、对比例1和对比例2，具体如下：

实施例2

步骤1：准备单根长30cm、宽2.1cm的冲孔L型钢，用螺栓穿过四个顶点的孔固定，组成方形顶架。

步骤2：用单根长20cm、宽2cm的冲孔C型槽钢，用螺栓穿过方形顶架的冲孔，固定，形成支架。

步骤3：距离坡面较近的支架脚部，用螺栓连接边长5cm的方形底座。

步骤4：距离坡面较远的支架，外部嵌套一根单根长22cm、宽2.2cm冲孔C型槽钢，用来延长支架，延长后脚部用螺栓连接边长5cm的方形底座，触及坡面。然后调节内外两根C型槽钢的重合长度，使顶架水平，用螺栓穿过内外两根C型槽钢的重合冲孔，连接固定。用橡胶锤夯底座下方的土层，将支架置于坡面上。

步骤5：从侧面看，在两根C型钢支架之间，连接一条宽2.0cm的冲孔C型槽钢，作为横肋，加固支架。

步骤6：在顶架的四角上安装4个边长2.5cm的隔热垫，材质为酚醛树脂。

具体参见图2、图3和图4所示。

步骤7：准备长90cm、宽36cm、高30cm的方形pp树脂种植槽，种植槽底部和一个长边侧壁的外壁上粘贴铝箔，用来反辐射隔热。将种植槽放置在相邻两个架空装置的隔热垫上，粘贴了铝箔的一侧朝向坡面。

步骤8：种植槽内填充营养土，栽植10cm高的柠条小苗，撒播披碱草种子。布设滴灌。

具体参见图5和图6所示。

步骤9：随机选取10个种植槽加装在线式温湿度计，测量营养土土层底部温度，每月测3次，记录并计算全试验周期的平均值。

实施例3

步骤1：准备单根长30cm、宽2.1cm的冲孔L型钢，用螺栓穿过四个顶点的孔固定，组成方形顶架。

步骤2：用单根长20cm、宽2cm的冲孔C型槽钢，用螺栓穿过方形顶架的冲孔，固定，形成支架。

步骤3：距离坡面较近的支架脚部，用螺栓连接边长5cm的方形底座。

步骤4：距离坡面较远的支架，外部嵌套一根单根长22cm、宽2.2cm冲孔C型槽钢，用来延长支架，延长后脚部用螺栓连接边长5cm的方形底座，触及坡面。然后调节内外两根C型槽钢的重合长度，使顶架水平，用螺栓穿过内外两根C型槽钢的重合冲孔，连接固定。用橡胶锤夯底座下方的土层，将支架置于坡面上。

步骤5：从侧面看，在两根C型钢支架之间，连接一条宽2.0cm的冲孔C型槽钢，作为横肋，加固支架。

步骤6：准备长90cm、宽36cm、高30cm的方形pp树脂种植槽。不粘贴铝箔。将种植槽直接放置在相邻两个架空装置的顶架上，中间不设隔热垫。

步骤7：种植槽内填充营养土，栽植10cm高的柠条小苗，撒播披碱草种子。布设滴灌。

步骤8：随机选取10个种植槽加装在线式温湿度计，测量营养土土层底部温度，每月测3次，记录并计算全试验周期的平均值。

矸石堆为平台状时，仅调节架空隔热装置即可。

对比例1

在覆土层之上放置长90cm、宽36cm、高30cm的方形pp树脂种植槽，槽内填充营养土，栽植10cm高的柠条小苗，撒播披碱草种子。不粘贴铝箔，不设隔热垫。布设滴灌，随机选取10个种植槽加装在线式土壤温湿度计，测量营养土土层底部温度，每月测3次，记录并计算全试验周期的平均值。

对比例2

在覆土层上开挖种植穴，填入营养土，直接栽植10cm高的柠条小苗，撒播披碱草种子，布设滴灌，随机选取10个种植点位加装在线式土壤温湿度计，测量营养土土层底部温度，每月测3次，记录并计算全试验周期的平均值。

由于温度正常区数据一致性比较好，因此在矸石堆的温度异常区选取温度为60℃±5℃的坡面位置，划分四个实验小区，分别对应实施例2、实施例3、对比例1和对比例2，每个小区各设置100个种植点位。

当年10月底，记录实施例2、实施例3、对比例1和对比例2施工当年植被生长情况，见表1。

表1修复结果

由表1可见，实施例2运用架空装置、并加装隔热垫和隔热铝箔层的种植方法，可以使植物根际营养土维持在良好的温度水平，植株正常发育，成活率达96%。实施例3使用架空装置，但未加装隔热垫和隔热铝箔层，植物根际营养土温度偏高，对植物生长发育有所制约，成活率将至61%。对比例1和2的植物基本无成活，植物根际营养土的温度过高，不宜于植物存活。

对比例3

在同一矸石堆的不同区域采用表面覆土后进行了喷播植草，当年出现高温区导致植被枯死，枯死面积5500m²。

表明现有的直接喷播植草的方法无法全面修复干旱区矸石堆。

本申请提供的干旱区矸石堆生态修复方法，预先区分矸石堆高温区和非高温区，区别采用不同的植被种植方法，可以同步实现生态修复。精确控制灌溉用水量，避免水量过多进入矸石堆内部加剧复燃。使用的材料拆装方便，便于整合运输，且均可回收、重复利用，待使用期满后可拆卸再利用，不会造成浪费或二次污染。能够一次解决矸石堆局部高温区植被无法成活的问题，避免高温区重复施工和浪费，并避免高温区扩大导致的周边成果损失。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种干旱区矸石堆生态修复方法，其特征在于，包括：

在矸石堆的表面设置覆土层；

在所述覆土层按照间距40-50m设置温度监测点，记录每个温度监测点的坐标和温度值；

依据判定规则找到温度异常点位，在所述温度异常点位周边的温度监测点的间距缩短至5-10m；所述判定规则包括：A.以矸石堆周围天然土体温度的平均值为X₀，凡是温度均值与所述X₀差异不显著的温度监测点，判定为温度正常点位；B.在植物生长耐受的最大土壤温度经验值基础上放大5-10℃得到X’，将X’修正得到X，凡是在监测中出现过一次及以上温度值大于所述X的温度监测点，判定为温度异常点位；C.温度值处于X₀-X之间的温度监测点，判定为温度正常点位；

所述修正包括：

将在温度介于所述X₀和X’之间的温度监测点，用大于覆土层体积2-3倍的方量过量浇水3-5次，然后采用直接撒草籽、栽植或喷播方式种植植物，在植物完整生长期后，若有部分植物存活，则将X’上调，否则则将X’下调；然后返回监测成活边界的温度值，获得植物生长能耐受的土壤温度，作为所述X；

将所有温度监测点的坐标、温度值和温度异常点位判定结果用克里格插值法预测出温度异常区的边界，并据此得到矸石堆的温度异常区，将所述温度异常区向外扩展得到缓冲区；其它区域为温度正常区；所述缓冲区由所述温度异常区向外扩展得到，扩展面积不小于15%；

在所述温度正常区的覆土层直接进行撒草籽、栽植或喷播；在所述温度异常区设置架空隔热装置，所述架空隔热装置搭载种植容器，所述种植容器内种植修复植物，待所述温度异常区的各个所述温度监测点的温度恢复正常后，进行移栽前监测，然后将所述修复植物移栽至该区域的覆土层，所述架空隔热装置回收重复利用；所述缓冲区同时采用所述温度正常区和所述温度异常区的修复方式；

所述架空隔热装置以冲孔L型钢围成正方形作为顶架，L型钢单边宽3-5cm，长25-40cm；以冲孔C型槽钢作为支架，C字底宽2-4cm，C字边高2-4cm，壁厚0.8-2mm，单根长度20-45cm；C型槽钢支架一端和顶架用螺栓穿过对齐的孔连接并固定，另一端用螺栓连接一个圆形或方形底座，底座直径或边长4-6cm，安装在地面上用以增大支撑面积增加稳定性；两根C型槽钢支架间设置一根横肋，用来增加结构稳定性，横肋选自冲孔C型槽钢或L型钢，宽2-3cm；

所述架空隔热装置整体高20-45cm，宽25-40cm；

所述种植容器的材质为陶土或pp树脂；

所述种植容器的底部设置皱面铝箔；

所述顶架的顶部设置隔热垫，所述隔热垫的材质为酚醛树脂。

2.根据权利要求1所述的干旱区矸石堆生态修复方法，其特征在于，所述温度监测点的深度为距离所述覆土层表面15-40cm；

监测时间为4-5月份，当日最高气温为20-25℃的下午14-15点，监测周期10-15天。

3.根据权利要求1所述的干旱区矸石堆生态修复方法，其特征在于，所述差异不显著的温度监测点指的是p＜0.05水平上与所述X₀差异不显著的温度监测点。

4.根据权利要求1所述的干旱区矸石堆生态修复方法，其特征在于，当修复区域为平台时，所述种植容器为种植盆；所述种植容器为方形种植盆时，盆底边长大于所述顶架的边长5-10cm，盆高30-40cm；所述种植容器为圆形种植盆时，盆底外接于所述顶架，盆高30-40cm；所述种植容器的布置间距为1.5-2m；所述修复植物选自霸王、小果白刺、沙拐枣中的一种或多种；

当修复区域为边坡时，所述种植容器为种植槽，所述种植槽沿等高线横向联排布置；所述种植槽长0.8-1.5m，宽度与所述顶架的边长相等，高25-35cm；所述种植槽的行间距为1.5-3.5m；所述修复植物选自沙蒿、针茅、披碱草中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的干旱区矸石堆生态修复方法，其特征在于，还包括水分管理；

所述水分管理满足以下条件中的一个或多个：

a.在5-7点和20-22点时间范围内进行滴灌；

b.土壤湿度达到饱和持水率的70-80%时停止滴灌；

c.所述种植容器内设置具备无线传输功能的土壤温湿度计，布设密度不低于1个/100m²。

6.根据权利要求1-5任一项所述的干旱区矸石堆生态修复方法，其特征在于，所述移栽前监测包括：

待所述温度异常区的各个所述温度监测点的温度恢复正常后1-2年，在覆土层进行植草试验，再监测植被2-3年，若监测期植被成活、不退化，则执行所述移栽。