廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體及其植被恢復方法
【專利摘要】本發明公開了一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體，其呈階梯狀且每一級包括位于底層且厚度為5-8cm的石灰層、位于石灰層上側的秸稈層、位于秸稈層上側作為主體層的含有機肥和復合肥的客土層、位于靠山坡側的排水槽、位于離山坡側的由堆疊客土袋組成的擋土坡。本發明還公開了一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其包括：將廢棄礦山礦場的礦土坡面修整為梯階，并修砌排水溝、槽，堆疊客土袋，鋪石灰層和秸稈、客土，種植耐酸、耐貧瘠林木苗或先鋒草本植物等步驟。本發明中通過有效疏導水流防止酸水污染礦區土地，并建立“耗氧層”有效抑制硫化物的氧化從而降低土壤酸性進而修復污染礦土，實現修復礦土還原植被恢復綠化保護環境的效果。
【專利說明】廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體及其植被恢復方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及廢棄礦山生態修復領域，尤其涉及用于廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體及其對應的植被恢復方法。
【背景技術】
[0002]目前采礦引起的重金屬及酸性礦水污染是全球關注的重要問題，這是由于眾多礦山含有硫化物，這些硫化物由于采礦活動而與水和空氣接觸后即可因氧化作用而生成硫酸，并且其氧化作用持續進行著，這就使得礦土呈強酸性。在強酸性條件下，諸多重金屬元素如鋁、鐵、錳、銅、鎘、鋅等的溶解度和活性劇增，從而引起其毒理性增加；而一些營養元素則由于溶解度降低而不能滿足植物生長的需要。這通常會引起礦區地表荒蕪，水土嚴重流失，富含重金屬元素的酸性礦水污染下游河流。當這些河水被用于農田灌溉時，農業土壤就會被重金屬污染。
[0003]目前國內外對重金屬污染酸性礦土的改良劑普遍都存在前期或后續投入成本較高，只治標不治本或不可良性循環的缺點，所以不適于大面積的礦山污染土壤的修復。

【發明內容】

[0004]針對現有技術不足，本發明要解決的技術問題是提供一種治理含硫化物酸性礦山廢棄土，使之成為可供多種植物生長的介質的土壤并降低酸性礦水外排對周邊土壤污染的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體及其對應的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法。
[0005]為了克服現有技術不足，本發明采用的結構技術方案是:一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體，所述構造 體為階梯狀且每一級包括位于底層且厚度為5-8cm的石灰層、位于石灰層上側的秸桿層、位于秸桿層上側作為主體層的含有機肥和復合肥的客土層、位于靠山坡側的排水槽、位于離山坡側的由堆疊客土袋組成的擋土坡。
[0006]作為本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體的技術方案的一種改進，所述客土層厚度為30-60cm，所述客土袋堆疊高度為40-70cm且大于所述客土層的厚度。
[0007]為了克服現有技術不足，本發明采用的方法技術方案是:一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其特征在于，包括以下步驟:
51、將廢棄礦山礦場的礦土坡面修整為多個稍向內傾斜的梯階，坡面水平階帶中間修砌縱向排水溝，每一梯階內側砌排水槽，排水槽向縱向排水溝傾斜；
52、在每一梯階外側堆疊客土袋作為擋土坡；
53、在每一梯階上客土袋與排水槽之間的礦土表面鋪一層5-8cm厚的石灰層，其上鋪一層稻桿；
54、在秸桿之上鋪設含有機肥和復合肥的客土作為客土層；
55、在改良后的土壤上種植耐酸、耐貧瘠的能源林木苗或先鋒草本植物。
[0008]作為本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法的技術方案的一種改進，在步驟SI中，在水平階內側靠客土一側用磚砌擋墻，擋墻外側預留排水溝的空間并抹砂漿于側面和底部形成排水槽。
[0009]作為本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法的技術方案的一種改進，所述排水槽底部以及與擋墻相對一側形成弧形圓滑過渡。
[0010]作為本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法的技術方案的一種改進，所述擋墻高度為客土層厚度的一半，所述客土層超出擋墻部分設置傾斜一定角度的客土壓實層。
[0011]作為本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法的技術方案的一種改進，所述客土層厚度為30-60cm，所述客土袋堆疊高度為40-70cm且大于所述客土層的厚度。
[0012]作為本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法的技術方案的一種改進，所述稻桿層比石灰層厚度大，秸桿鋪設厚度為10-15cm。
[0013]本發明的有益效果是:建立本發明的生態植被恢復構造體，是利用生態-物理-化學聯合的原理治理金屬礦山廢棄礦土或排土場中的重金屬污染酸性礦土，成本低、維護費用低甚至無需人工維護，可良性循環，可達到建立“耗氧層”有效抑制硫化物的氧化從而降低土壤酸性進而修復重金屬污染廢棄礦土的目的，使修復后的礦土成為可供多種植物生長的土壤并控制由酸性礦水外排引起的周邊污染。
[0014]本發明的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法是通過有效疏導水流防止酸水污染礦區土地，并建立“耗氧層”有效抑制硫化物的氧化從而降低土壤酸性進而修復重金屬污染廢棄礦土，實現修復礦土還原植被恢復綠化保護環境的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體實施例的結構示意圖。
[0016]圖2是本發明廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體的堆疊客土袋的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發明的實施方式進行具體描述。
[0018]參考圖1、圖2所示，本發明一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體，所述構造體為階梯狀且每一級包括位于底層且厚度為5-8cm的石灰層12、位于石灰層上側的秸桿層15、位于秸桿層上側作為主體層的含有機肥和復合肥的客土層16、位于靠山坡側的排水槽20、位于離山坡側的由堆疊客土袋10組成的擋土坡。建立生態植被恢復構造體，是利用生態-物理-化學聯合的原理治理金屬礦山廢棄礦土或排土場中的重金屬污染酸性礦土，成本低、維護費用低甚至無需人工維護，可良性循環，可建立“耗氧層”有效抑制硫化物的氧化從而降低土壤酸性進而修復重金屬污染廢棄礦土的目的，使修復后的礦土成為可供多種植物生長的土壤并控制由酸性礦水外排引起的周邊污染。
[0019]更佳地，所述客土層16厚度為30-60cm，所述客土袋10堆疊高度為40_70cm且大于所述客土層16的厚度，使得每一級的客土層的客土被客土袋阻擋在該級構造體中而不發生傾瀉。客土袋是裝有客土的編織袋。植被生長起來后，客土袋的編織袋風化降解，袋中客土與其他客土在植被根莖連結作用下整體保留下來，形成一級級的植被綠化區。客土層的厚度和客土袋的堆疊高度根據所設定栽種植物的品種的根深而選擇，客土層厚度不足則植被生長受阻，客土層厚度過大而植被根無法盤住客土層則容易發生客土整體滑坡。客土袋10呈品字形堆疊，如圖2所示。[0020]參考圖1、圖2所示，圖示為植被構造體，該植被構造體的構建可以通過一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法來實現，該植被恢復方法其包括以下步驟:
S1、對原地面進行平整處理，將廢棄礦山礦場的礦土坡面修整為多個稍向內傾斜的梯階，坡面水平階帶中間修砌縱向排水溝，每一梯階內側砌排水槽20，排水槽20向縱向排水溝傾斜；暢順地將酸雨聚集以及滲漏的酸水排放并集中到山下的集中點進行處理，避免重復污染難以修復，避免擴大污染范圍。
[0021]S2、在每一梯階外側堆疊客土袋10作為擋土坡；客土袋10使用易于風化降解的編織袋，內裝客土堆疊形成擋土坡，編織袋風化降解后，客土袋中的客土與客土層的客土在植被的根的纏繞作用下盤住為一個整體，構成一級階梯的構造體，避免產生多余的垃圾(建筑構件垃圾等)，降低滑坡風險和土坡的負擔。
[0022]S3、在每一梯階上客土袋與排水槽之間的礦土表面鋪一層5_8cm厚的石灰層12，其上鋪一層秸桿，形成防滲層和隔離層，秸桿腐爛后還可以提供養分。
[0023]S4、在秸桿之上鋪設含有機肥和復合肥的客土作為客土層16 ;所述有機肥為雞糞或者其他回收的動物糞便等肥料，客土和有機肥、復合肥的混合比例為:每立方米客土施有機肥6kg、復合肥(N:P:K為15:15:15) 100g，構建適合植物生長的土壤環境，便于更快建立植被覆蓋修復植被構造體。
[0024]S5、在改良后的土壤上種植耐酸、耐貧瘠的能源林木苗或先鋒草本植物。所述能源林木為桃金娘科或豆科植物，如下垂白千層(Melaleuca aimillaris)、福斯特紅千層(Callistemon Mr Foster) 、木豆(Cajanus cajan (Linn.))、臺灣相思(Acaciaconfusa)、銀葉金合歡(Acacia podalyriifolia)、盯當樹(Albizia lebbeck)、黑荊(Acacia mearnsii De Wild.)、線葉金合歡(Acacia decurrens Willd.)等，所述先鋒草本植物為狗牙根(Cynodon dactylon (Linn.)Pers.)?
[0025]本發明中梯階的設置，有利于分級在不同高度平整地對植被種植養護。具有一定傾斜角度的排水槽20及排水溝的修砌，引導降雨沖刷礦土及礦水外滲形成的酸水可以集中流入山下指定地點，防止酸水滲入改良后的土壤，是保證修復植物成活的前提和基礎保障。裝有客土的編織袋堆疊與梯階外側，可有效防止客土流失及滑坡；編織袋易風化降解，綠色環保；編織袋中的客土帶有當地草種，對廢棄礦土綠化具有重要意義；客土袋有效防治客土流失并自身成為本土植物種子庫及基質。礦土表面鋪設石灰，待其板結后隔絕酸性礦水上滲，并改善礦土表層酸度過高的狀況。石灰層12之上鋪設秸桿，進一步防范酸性礦水上滲，待其腐爛后又為植物生長提供有機肥營養，達到一次性治理并良性循環的目的。秸桿層15之上鋪設含有機肥和復合肥的客土，為先鋒植物定植提供保障；在客土層16上種植耐酸、耐貧瘠植物品種，快速建立植被覆蓋層促進表土“耗氧層”，抑制底土所含硫化物的氧化，降低土壤酸性；先鋒植物成功定植后，所成功構建的表土耗氧層逐漸改善礦土表面酸度過高狀況并降低土壤中重金屬離子活性，腐爛的秸桿又為先鋒植物提供后續養分；待礦土表土酸度下降到一定程度后，其它較為耐酸的植物就可以生存，經過一段時間的良性循環，土壤酸度及活性態重金屬離子含量降低，最終實現重金屬污染礦土的生態修復。經過植被修復和保養維護，不但使原來丟荒的土地得以利用，而且減輕水土流失和酸性礦水對下游水生生態系統的影響。
[0026]更佳地，在步驟SI中，在水平階內側靠客土一側用磚砌擋墻21，擋墻21外側預留排水溝的空間并抹砂漿于側面和底部形成排水槽20，使得集中的酸水單獨流下而不滲透到客土層16，避免妨礙植被的生長。
[0027]更佳地，所述排水槽20底部以及與擋墻相對一側形成弧形圓滑過渡，在受力較大一側構建弧形過渡的槽底22，既可以避免留下積水從而產生酸水滲透，又可以提供更大的支撐力頂托上一個客土層構造體的擋土坡，抵抗客土袋堆疊產生的負荷。
[0028]更佳地，所述擋墻21高度為客土層16厚度的一半，所述客土層超出擋墻部分設置傾斜一定角度的客土壓實層18，擋墻21的高度足以提供酸水通過的空間即可，其高度足以阻擋酸水跨過擋墻并防止其滲入客土層16即可，不必構建過大的渠道而留下不可降解的建造型垃圾，避免導致占據坡體妨礙植被后期互相攀連構建整體植被，恢復綠化。[0029]更佳地，客土層16的厚度為30_60cm，客土袋10堆疊高度為40_70cm且大于所述客土層16的厚度，使得每一級的客土層16的客土被客土袋阻擋在該級構造體中而不發生傾瀉。植被生長起來后，客土袋10的編織袋風化降解，袋中客土與其他客土在植被根莖連結作用下整體保留下來，形成一級級的植被綠化區。客土層16的厚度和客土袋10的堆疊高度根據所設定栽種植物的品種的根深而選擇，客土層16厚度不足則植被生長受阻，客土層厚度過大而植被根無法盤住客土層則容易發生客土整體滑坡。
[0030]更佳地，所述秸桿層15比石灰層12厚度大，進一步提高防止酸水滲透的能力，即使有少量酸水滲透也可以快速導流泄掉。秸桿鋪設厚度為10-15cm，后期腐爛后提供養分供植被生長所需，從而形成明顯的“耗氧層”，阻礙硫化物進一步氧化形成酸，進而更快恢復植被和綠化覆蓋。
[0031]具體實施例1，廢棄礦山排土場植被恢復試點實驗 修復試點實驗時間:2013年5月至6月。
[0032]修復試點選點:大寶山礬洞礦區硫鐵礦排土場東側一號區，坡度為60°，海拔約780米，廢棄礦土為未發育成熟土質，石塊、砂礫為主，土壤酸性重；
土壤酸度:pH值為2.1—3.0
植被恢復內容:將排土場坡面經整土形成20個稍向內傾斜的梯階，階面寬2m，長25m。階距1.5-2m。每層梯階內側砌寬25cm，深30cm的排水槽，排水槽用砂漿抹面處理。坡面中部修砌縱向排水溝，排水溝寬約1.5m、深約80cm，內側用水泥砂涂抹光滑。每一層梯階及排水槽向縱向排水溝方向水平傾斜5 °左右。
[0033]每層梯階外側用裝有客土的編織袋堆疊，高度60-70cm。
[0034]在客土編織袋和排水槽之間的礦土表面鋪設5 — 8cm厚石灰，石灰層之上鋪設10—13cm厚秸桿，秸桿層之上鋪設含有機肥和復合肥的客土 48— 53cm厚。
[0035]施用肥料:雞糞(每立方米6kg) +復合肥(每立方米100g)
先鋒植物種植時間:2013年6月，改土 15天后。所選物種為桃金娘科、豆科耐酸、耐貧瘠樹種及和禾本科草本植物。
[0036]2013年8月I日進行先鋒植物調查，林木苗成活率96.5%，草本植物成活率99%。
[0037]具體實施例2，廢棄礦山排土場植被恢復試點實驗 修復試點實驗時間:2013年5月至6月。
[0038]修復試點選點:大寶山礬洞礦區硫鐵礦排土場西側二號區，海拔約780米，坡度為60°，廢棄礦土為未發育成熟土質，石塊、砂礫為主，土壤酸性重；土壤酸度:pH值為2.1—3.0
植被恢復內容:將排土場坡面經整土形成16個稍向內傾斜的梯階，階面寬2m，長25m。階距1.5-2m。每層梯階內側砌寬25cm，深30cm的排水槽，排水槽用砂漿抹面處理。坡面中部修砌縱向排水溝，排水溝寬約1.5m、深約80cm，內側用水泥砂涂抹光滑。每一層梯階及排水槽向縱向排水溝方向水平傾斜5 °左右。
[0039]每層梯階外側用裝有客土的編織袋堆疊，高度40-70cm。
[0040]在客土編織袋和排水槽之間的礦土表面鋪設5 — 8cm厚石灰，石灰層之上鋪設10—15cm厚秸桿，秸桿層之上鋪設含有機肥和復合肥的客土 30— 60cm厚。
[0041]施用肥料:雞糞(每立方米6kg) +復合肥(每立方米100g)
先鋒植物種植時間:2013年6月，改土 15天后。所選物種為桃金娘科、豆科耐酸、耐貧瘠樹種及和禾本科草本植物。
[0042]2013年8月I日進行先鋒植物調查，林木苗成活率96.3%，草本植物成活率98.2%。
[0043]以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此依本發明申請專利 范圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【權利要求】
1.一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體，其特征在于:所述構造體為階梯狀且每一級包括位于底層且厚度為5-8cm的石灰層、位于石灰層上側的稻桿層、位于稻桿層上側作為主體層的含有機肥和復合肥的客土層、位于靠山坡側的排水槽、位于離山坡側的由堆疊客土袋組成的擋土坡。
2.根據權利要求1所述的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復構造體，其特征在于:所述客土層厚度為30-60cm，所述客土袋堆疊高度為40-70cm且大于所述客土層的厚度。
3.一種廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、將廢棄礦山礦場的礦土坡面修整為多個稍向內傾斜的梯階，坡面水平階帶中間修砌縱向排水溝，每一梯階內側砌排水槽，排水槽向縱向排水溝傾斜； 52、在每一梯階外側堆疊客土袋作為擋土坡； 53、在每一梯階上客土袋與排水槽之間的礦土表面鋪一層5-8cm厚的石灰層，其上鋪一層稻桿； 54、在秸桿之上鋪設含有機肥和復合肥的客土作為客土層； 55、在改良后的土壤上種植耐酸、耐貧瘠的能源林木苗或先鋒草本植物。
4.根據權利要求3所述的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其特征在于:在步驟SI中，在水平階內側靠客土一側用磚砌擋墻，擋墻外側預留排水溝的空間并抹砂漿于側面和底部形成排水槽。
5.根據權利要求4所述的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其特征在于:所述排水槽底部以及與擋墻相對一側形成弧形圓滑過渡。
6.根據權利要求4所述的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其特征在于:所述擋墻高度為客土層厚度的一半，所述客土層超出擋墻部分設置傾斜一定角度的客土壓實層。
7.根據權利要求3所述的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其特征在于:所述客土層厚度為30-60cm，所述客土袋堆疊高度為40-70cm且大于所述客土層的厚度。
8.根據權利要求3所述的廢棄金屬礦山礦場的植被恢復方法，其特征在于:所述秸桿層比石灰層厚度大，秸桿鋪設厚度為10-15cm。
【文檔編號】A01G1/00GK103548519SQ201310506798
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】陳曉陽, 謝君, 馬玲, 李永濤, 黃少偉, 郭彥彪, 王玉琪 申請人:華南農業大學