用于礦區矸石山生態修復的基質材料和修復方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于礦區裸露矸石山邊坡生態修復的基質材料。基質材料由種子萌發層和根系誘導層兩部分構成，主要由壤土、酸化后的煤矸石、無機非金屬礦物、植物纖維、保水劑、團粒劑、消毒劑、復合肥、種子混合物等組成。具有保水，保肥，穩定性好，抗侵蝕，以及植物易建植等特點；利用煤矸石等廢棄物作為主要基質材料，可以有效減少客土使用，改善廢棄礦山的土壤環境，減少環境污染，節約生態恢復的成本。
【專利說明】
用于礦區矸石山生態修復的基質材料和修復方法
技術領域
[0001]本發明涉及生態修復工程，特別涉及一種用于礦區矸石山生態修復的基質材料和生態修復的方法。【背景技術】
[0002]伴隨著煤炭開采建設，大量裸露矸石山邊坡形成，極易產生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害問題，急需生態治理。矸石山邊坡表層沒有植物正常生長發育的土壤，植被生長發育所必需的水分和養分不能正常供給，矸石山邊坡生態恢復關鍵在于在邊坡表面創造土壤條件，其能夠穩定并持續的為植物生長提供養分和水分保障。
[0003]現有的礦區矸石山生態修復主要是客土覆蓋，所形成的土壤層養分含量低，保墑性能差，土壤穩定性差，植物不易快速建植，降雨條件下極易崩塌滑坡，并且由于大量取自于當地耕地的熟化土壤，不僅造成了有限土壤資源的破壞，而且大大增加了施工的成本。
[0004]煤矸石是煤炭開采和洗選過程中的廢棄物，煤矸石長期堆存，占用大量土地，污染水質，大量堆積的煤矸石還侵占了越來越多的耕地，構成了對生態和環境的雙重破壞;另一方面，煤矸石又是一種可供開發和利用的自然資源。煤矸石(采煤和選煤礦尾礦)含有較豐富的有機碳(有機質)和農作物生長所必須的硅、銅、鋅、鐵、錳等中微量元素，可用于改善土壤結構，增強土壤的肥力，使農作物增產，改善農產品品質。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種用于礦區矸石山生態修復的基質材料和生態修復的方法，該基質材料和方法可利用煤矸石等廢棄物替代部分土壤作為主要基質材料，不僅為植物生長提供良好的基質環境，而且還能降低降雨侵蝕和風蝕，減少水土的徑流損失，且能降低煤矸石山生態修復的成本。
[0006]為實現上述目的，本發明提供的技術解決方案為:
[0007]本發明提供的一種用于礦區矸石山生態修復的基質材料，由種子萌發層和根系誘導層按質量比1:2-6組成;種子萌發層主要促進種子快速萌發，滿足幼苗期穩定的水分和營養供給，為幼苗生根提供穩定空間，保障植物幼苗免受土壤病蟲害危害;根系誘導層主要促進植物根系的快速建成，滿足植物后期生長過程水分和養分需求，促進植物根系與坡面的錨固連接，保障植物在巖石邊坡穩定建植。
[0008]所述種子萌發層的原材料按質量分數計:壤土70-80、膨脹蛭石10-15、植物纖維 10-15、保水劑0.1-0.3、團粒劑0.1-0.2、消毒劑0.01-0.03、復合肥0.5-0.8、種子混合物1-2；
[0009]所述根系誘導層的原材料按質量分數計:壤土20-40、酸化后的煤矸石30-50、礦物混合物5-15、膨脹蛭石5-15、植物纖維10-15、保水劑0.1 -0.3、團粒劑0.1-0.2、消毒劑0.01 -0.03、復合肥 0.5-1.2，
[0010]所述的壤土是當地地表土，進一步優選經風干、粉碎、過5mm篩，土壤中砂粒含量在3-5 %、含水量在12-16 %的當地地表土。
[0011]所述的酸化后的煤矸石，是通過如下生產方法得到:按質量分數將煤矸石75?95、 凹凸棒石粘土5?20和氧化鎂0.2?2輸入攪拌機中攪拌，再緩慢加入濃度為1?10 %稀硫酸，進行酸化處理;將酸化處理后的混合物，輸送到回轉式烘干爐內焙燒，在235?360 °C下焙燒2?3小時，焙燒后產物含水量<3%，即為酸化后的煤矸石半成品；按質量分數將半成品90?99、速溶硅酸鈉0.2?3、聚乙烯醇0.2?6、羥丙基甲基纖維素0.02?2和碳酸鈉0.5? 2.5輸入研磨機中磨粉，顆粒細度<3毫米，磨粉后的粉狀物即為酸化后的煤矸石。酸化后的煤矸石可以改善煤矸石山由于堿性過強而不適宜植被恢復的狀況，為植物生長提供了良好的基質環境。[〇〇12]所述的礦物混合物是質量比為磷灰石:正長石:麥飯石=1.5-2:2-3:1的并過5mm 篩的混合物。主要作用是改善噴射的基質材料混合物的結構，以利于植物的生長，并提供給植物長期生長所需的養分(磷、鉀、微量元素)。[〇〇13]所述的種子混合物為按質量比灌木:草本=20-30:70-80配制的、本土植被物種的種子混合物。
[0014]所述的膨脹蛭石，為功能填充材料，容重約0.2g/cm3，吸水約3倍，蛭石粒徑小于1-3mm，具有保水性能、緩沖保水劑引起的體積變動，提升水分的入滲性能。
[0015]所述的植物纖維，是以植物秸桿(玉米、小麥、稻草、高粱、谷物等秸桿的一種或幾種)為原料，粉碎成長度為2_3cm，自然發酵、腐熟處理20-50天。其主要起改良土壤并供給植物生長所需的長期養分需求。
[0016]所述的保水劑可為植物生長提供水分，保證養護用水與天然降水能迅速保存在根系層中，當植物需要水分供給時能釋放給植物根系，主要成分為聚丙烯酸鉀-聚丙烯酰胺共聚體，0.9 %鹽水溶液吸收倍率50-100，粒徑0.2-0.5mm，使用壽命3年以上。
[0017]所述的團粒劑有利于基質材料的團粒結構的形成，主要成分是聚丙烯酰胺，分子量800w，粒徑0.2-0.5mm，陰離子型。
[0018]所述的消毒劑為根系層混合物殺菌材料，可穩定根系層混合物的微生物系統，減少病害與霉變，主要成分是氰氨化鈣，是一種藥肥合一的綠色土壤消毒劑，具有高效緩釋氮肥功能，能夠大量提供鈣離子，分解后無殘留。
[0019]所述的復合肥主要用來供給植物生長所需的大量元素(氮、磷、鉀)，復合肥的各種有效元素質量分數比為N:P:K= 15:30:15。化學肥料中的各種有效元素分別由下述物質提供:氮取自于尿素或/和硫酸銨或/和磷酸二銨、磷取自于過磷酸鈣或/和磷酸二銨或/和磷酸二氫鉀、鉀取自于硫酸鉀或/和氯化鉀或/和磷酸二氫鉀。
[0020]本發明提供的一種礦區矸石山生態修復的方法，步驟為:
[0021]1)先將根系誘導層的原材料按上述規定的質量配比混合，攪拌均勻，用噴播機噴播在裸露的矸石山邊坡表面，厚度為8?15cm;
[0022]2)在根系誘導層噴播完成18-22小時后，再將種子萌發層的原材料按上述規定的質量配比混合，攪拌均勻，用噴播機噴播在根系誘導層表面，厚度為3?5cm;[〇〇23]3)然后進行定期水分養護管理3-6個月。[〇〇24]本發明的有益效果:[〇〇25]本發明以煤矸石及其它廢棄物為基礎材料，經適宜的處理與配比，配制為基質材料，能夠提供植物生長所需的合理物理結構，保障植物長期生長的養分和水分供給平衡，與植物共同作用，封閉坡面，抵抗降雨侵蝕和風蝕，提高了矸石山邊坡穩定性。基質材料用以替代當前礦區矸石山植被恢復中大量使用客土的現狀，降低了礦區植被恢復成本，同時亦可實現矸石山廢棄物的再利用。本發明不僅可以解決礦區矸石山植被重建用土問題，降低礦山生態重建成本，還解決了矸石山等廢棄物所造成的環境污染問題，滿足社會對改善礦山矸石山生態環境條件的需求，具有一定的社會、生態和經濟效益。【附圖說明】
[0026]圖1本發明基質材料用于礦區矸石山生態修復示意圖，圖中:1_基質材料，2-種子萌發層，3-根系誘導層，4-矸石山邊坡。【具體實施方式】 [〇〇27] 實施例1[〇〇28](1)基質原材料的準備:[〇〇29] 壤土:選取當地地表土，風干、粉碎、過5mm篩，土壤中砂粒含量在3 %，含水量在 12% ；
[0030]礦物混合物:磷灰石，正長石，麥飯石粉碎，過5mm篩，各組分質量比為磷灰石:正長石:麥飯石=2:3:1;
[0031]膨脹蛭石:容重約0 ? 2g/cm3，吸水約3倍，蛭石粒徑為小于3mm;[〇〇32]植物纖維是以玉米與小麥秸桿為主要原料，粉碎后長度為3cm，玉米與小麥秸桿的比例為2:8，對秸桿混合物進行自然發酵、腐熟處理30天，配成為植物纖維基質；[〇〇33]保水劑:成分為聚丙烯酸鉀-聚丙烯酰胺共聚體，0.9 %鹽水溶液吸收倍率50-100， 粒徑0.3mm，使用壽命3年以上；[0〇34] 團粒劑:聚丙稀酰胺，分子量800w，粒徑0.2mm，陰離子型；[〇〇35]消毒劑:氰氨化鈣；
[0036]復合肥:N:P:K = 15:30:15。[〇〇37]酸化后的煤矸石:按質量分數將煤矸石85、凹凸棒石粘土 13和氧化鎂2輸入攪拌機中攪拌，再緩慢加入濃度為6 %稀硫酸，進行酸化處理;將酸化處理后的混合物，輸送到回轉式烘干爐內焙燒，在300°C下焙燒3小時，焙燒后產物含水量<3%，即為酸化后的煤矸石半成品；按質量分數將半成品95、速溶硅酸鈉1.5、聚乙烯醇1.5、羥丙基甲基纖維素0.5和碳酸鈉1.5輸入研磨機中磨粉，顆粒細度<3毫米，磨粉后的粉狀物即為酸化后的煤矸石。[〇〇38](2)根系誘導層配制與噴播[〇〇39]原材料按質量分數計:壤土 25、酸化后的煤矸石45、礦物混合物7、膨脹蛭石7、植物纖維15、保水劑0.1、團粒劑0.1、消毒劑0.01、復合肥0.79;
[0040]混合，攪拌均勾，由噴播機噴播在裸露巖石表面，厚度為12cm。
[0041](3)種子萌發層配制與噴播[〇〇42]原材料按質量分數計:壤土 70、膨脹蛭石15、植物纖維13.2、保水劑0.1、團粒劑 〇.1、消毒劑〇.01、復合肥〇.5、種子混合物(檸條:紫花苜蓿=30%: 70%) 1.09;
[0043]混合，攪拌均勻，由噴播機噴播在根系誘導層表面，厚度為3cm，種子萌發層時間與根系誘導層噴射時間相差18小時。
[0044](4)而后進行定期水分養護管理3個月。
[0045]6個月后，形成了良好的植被覆蓋層，植被覆蓋度達到93%以上，實施3年后植被覆蓋度穩定在87%以上。
[0046]實施例2:
[0047](I)基質原材料的準備，同實施例1。
[0048](2)根系誘導層的原材料按質量分數計:壤土 30、酸化后的煤矸石40、礦物混合物
10、植物纖維12、其余同實施例1;
[0049]混合，攪拌均勾，由噴播機噴播在裸露巖石表面，厚度為10cm。
[0050](3)種子萌發層的原材料按質量分數計:壤土 75、膨脹蛭石10、其余同實施例1;
[0051]混合，攪拌均勻，由噴播機噴播在根系誘導層表面，厚度為3cm，種子萌發層時間與根系誘導層噴射時間相差18小時，最后進行定期水分養護管理3個月。
[0052]6個月后，植被覆蓋度達到93%以上，實施3年后，植被覆蓋度穩定在85%以上。
[0053]實施例3:
[0054](I)基質原材料的準備:磷灰石:正長石:麥飯石= 1.5:2:1;其余同實施例1。
[0055](2)根系誘導層的原材料按質量分數計:壤土 35、酸化后的煤矸石35、其他同實施例I O
[0056]混合，攪拌均勾，由噴播機噴播在裸露巖石表面，厚度為12cm。
[0057](3)種子萌發層的原材料按質量分數計:壤土 72、膨脹蛭石13、其他同實施例1。
[0058]混合，攪拌均勻，由噴播機噴播在根系誘導層表面，厚度為2cm，種子萌發層時間與根系誘導層噴射時間相差18小時，最后進行定期水分養護管理3個月。
[0059]6個月后，植被覆蓋度達到92 %以上，實施3年后，植被覆蓋度穩定在86 %以上。
【主權項】
1.一種用于礦區矸石山生態修復的基質材料，其特征在于，由種子萌發層和根系誘導 層按質量比1:2-6組成;所述種子萌發層的原材料按質量分數計:壤土 70-80、膨脹蛭石10-15、植物纖維10-15、保水劑0.1 -0.3、團粒劑0.1 -0.2、消毒劑0.01-0.03、復合肥0.5-0.8、種 子混合物1-2;所述根系誘導層的原材料按質量分數計:壤土20-40、酸化后的煤矸石30-50、 礦物混合物5-15、膨脹蛭石5-15、植物纖維10-15、保水劑0.1 -0.3、團粒劑0.1 -0.2、消毒劑 0.01-0.03、復合肥 0.5-1.2;所述的壤土是經風干、粉碎、過5mm篩，土壤中砂粒含量在3-5 %、含水量在12-16 %的當 地地表土；所述的種子混合物為按質量比灌木:草本= 20-30:70-80配制的、本土植被物種的種子 混合物；所述的酸化后的煤矸石，是通過如下生產方法得到:按質量分數將煤矸石75?95、凹凸 棒石粘土5?20和氧化鎂0.2?2輸入攪拌機中攪拌，再緩慢加入濃度為1?10 %稀硫酸，進 行酸化處理;將酸化處理后的混合物，輸送到回轉式烘干爐內焙燒，在235?360 °C下焙燒2 ?3小時，焙燒后產物含水量<3%，即為酸化后的煤矸石半成品；按質量分數將半成品90? 99、速溶硅酸鈉0.2?3、聚乙烯醇0.2?6、羥丙基甲基纖維素0.02?2和碳酸鈉0.5?2.5輸 入研磨機中磨粉，顆粒細度<3毫米，磨粉后的粉狀物即為酸化后的煤矸石；所述的礦物混合物是質量比為磷灰石:正長石:麥飯石=1.5-2:2-3:1的并過5mm篩的 混合物；所述的植物纖維，是以植物秸桿為原料，粉碎成2-3cm，自然發酵腐熟的植物纖維。2.如權利要求1所述的用于礦區矸石山生態修復的基質材料，其特征在于，所述的保水 劑為吸收倍率50-100、粒徑0.2-0.5mm的聚丙烯酸鉀-聚丙烯酰胺共聚體。3.如權利要求1所述的用于礦區矸石山生態修復的基質材料，其特征在于，所述的團粒 劑為分子量800w、粒徑0.2-0.5mm、陰離子型的聚丙烯酰胺。4.一種礦區矸石山生態修復的方法，其特征在于，步驟為:1)先將如權利要求1所述的根系誘導層的原材料按質量配比混合，攪拌均勻，用噴播機 噴播在裸露的矸石山邊坡表面，厚度為8?15cm;2)在根系誘導層噴播完成18-22小時后，再將如權利要求1所述的種子萌發層的原材料 按質量配比混合，攪拌均勻，用噴播機噴播在根系誘導層表面，厚度為3?5cm;3)然后進行定期水分養護管理3-6個月。
【文檔編號】A01B79/02GK105993259SQ201610315970
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】陳璋, 王繼榮, 劉勇
【申請人】山西大學