废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体及其植被恢复方法
【专利摘要】本发明公开了一种废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体，其呈阶梯状且每一级包括位于底层且厚度为5-8cm的石灰层、位于石灰层上侧的秸秆层、位于秸秆层上侧作为主体层的含有机肥和复合肥的客土层、位于靠山坡侧的排水槽、位于离山坡侧的由堆叠客土袋组成的挡土坡。本发明还公开了一种废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其包括：将废弃矿山矿场的矿土坡面修整为梯阶，并修砌排水沟、槽，堆叠客土袋，铺石灰层和秸秆、客土，种植耐酸、耐贫瘠林木苗或先锋草本植物等步骤。本发明中通过有效疏导水流防止酸水污染矿区土地，并建立“耗氧层”有效抑制硫化物的氧化从而降低土壤酸性进而修复污染矿土，实现修复矿土还原植被恢复绿化保护环境的效果。
【专利说明】废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体及其植被恢复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废弃矿山生态修复领域，尤其涉及用于废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体及其对应的植被恢复方法。
【背景技术】
[0002]目前采矿引起的重金属及酸性矿水污染是全球关注的重要问题，这是由于众多矿山含有硫化物，这些硫化物由于采矿活动而与水和空气接触后即可因氧化作用而生成硫酸，并且其氧化作用持续进行着，这就使得矿土呈强酸性。在强酸性条件下，诸多重金属元素如铝、铁、锰、铜、镉、锌等的溶解度和活性剧增，从而引起其毒理性增加；而一些营养元素则由于溶解度降低而不能满足植物生长的需要。这通常会引起矿区地表荒芜，水土严重流失，富含重金属元素的酸性矿水污染下游河流。当这些河水被用于农田灌溉时，农业土壤就会被重金属污染。
[0003]目前国内外对重金属污染酸性矿土的改良剂普遍都存在前期或后续投入成本较高，只治标不治本或不可良性循环的缺点，所以不适于大面积的矿山污染土壤的修复。
【发明内容】
[0004]针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种治理含硫化物酸性矿山废弃土，使之成为可供多种植物生长的介质的土壤并降低酸性矿水外排对周边土壤污染的废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体及其对应的废弃金属矿山矿场的植被恢复方法。
[0005]为了克服现有技术不足，本发明采用的结构技术方案是:一种废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体，所述构造 体为阶梯状且每一级包括位于底层且厚度为5-8cm的石灰层、位于石灰层上侧的秸杆层、位于秸杆层上侧作为主体层的含有机肥和复合肥的客土层、位于靠山坡侧的排水槽、位于离山坡侧的由堆叠客土袋组成的挡土坡。
[0006]作为本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体的技术方案的一种改进，所述客土层厚度为30-60cm，所述客土袋堆叠高度为40-70cm且大于所述客土层的厚度。
[0007]为了克服现有技术不足，本发明采用的方法技术方案是:一种废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其特征在于，包括以下步骤:
51、将废弃矿山矿场的矿土坡面修整为多个稍向内倾斜的梯阶，坡面水平阶带中间修砌纵向排水沟，每一梯阶内侧砌排水槽，排水槽向纵向排水沟倾斜；
52、在每一梯阶外侧堆叠客土袋作为挡土坡；
53、在每一梯阶上客土袋与排水槽之间的矿土表面铺一层5-8cm厚的石灰层，其上铺一层稻杆；
54、在秸杆之上铺设含有机肥和复合肥的客土作为客土层；
55、在改良后的土壤上种植耐酸、耐贫瘠的能源林木苗或先锋草本植物。
[0008]作为本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复方法的技术方案的一种改进，在步骤SI中，在水平阶内侧靠客土一侧用砖砌挡墙，挡墙外侧预留排水沟的空间并抹砂浆于侧面和底部形成排水槽。
[0009]作为本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复方法的技术方案的一种改进，所述排水槽底部以及与挡墙相对一侧形成弧形圆滑过渡。
[0010]作为本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复方法的技术方案的一种改进，所述挡墙高度为客土层厚度的一半，所述客土层超出挡墙部分设置倾斜一定角度的客土压实层。
[0011]作为本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复方法的技术方案的一种改进，所述客土层厚度为30-60cm，所述客土袋堆叠高度为40-70cm且大于所述客土层的厚度。
[0012]作为本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复方法的技术方案的一种改进，所述稻杆层比石灰层厚度大，秸杆铺设厚度为10-15cm。
[0013]本发明的有益效果是:建立本发明的生态植被恢复构造体，是利用生态-物理-化学联合的原理治理金属矿山废弃矿土或排土场中的重金属污染酸性矿土，成本低、维护费用低甚至无需人工维护，可良性循环，可达到建立“耗氧层”有效抑制硫化物的氧化从而降低土壤酸性进而修复重金属污染废弃矿土的目的，使修复后的矿土成为可供多种植物生长的土壤并控制由酸性矿水外排引起的周边污染。
[0014]本发明的废弃金属矿山矿场的植被恢复方法是通过有效疏导水流防止酸水污染矿区土地，并建立“耗氧层”有效抑制硫化物的氧化从而降低土壤酸性进而修复重金属污染废弃矿土，实现修复矿土还原植被恢复绿化保护环境的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体实施例的结构示意图。
[0016]图2是本发明废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体的堆叠客土袋的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明的实施方式进行具体描述。
[0018]参考图1、图2所示，本发明一种废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体，所述构造体为阶梯状且每一级包括位于底层且厚度为5-8cm的石灰层12、位于石灰层上侧的秸杆层15、位于秸杆层上侧作为主体层的含有机肥和复合肥的客土层16、位于靠山坡侧的排水槽20、位于离山坡侧的由堆叠客土袋10组成的挡土坡。建立生态植被恢复构造体，是利用生态-物理-化学联合的原理治理金属矿山废弃矿土或排土场中的重金属污染酸性矿土，成本低、维护费用低甚至无需人工维护，可良性循环，可建立“耗氧层”有效抑制硫化物的氧化从而降低土壤酸性进而修复重金属污染废弃矿土的目的，使修复后的矿土成为可供多种植物生长的土壤并控制由酸性矿水外排引起的周边污染。
[0019]更佳地，所述客土层16厚度为30-60cm，所述客土袋10堆叠高度为40_70cm且大于所述客土层16的厚度，使得每一级的客土层的客土被客土袋阻挡在该级构造体中而不发生倾泻。客土袋是装有客土的编织袋。植被生长起来后，客土袋的编织袋风化降解，袋中客土与其他客土在植被根茎连结作用下整体保留下来，形成一级级的植被绿化区。客土层的厚度和客土袋的堆叠高度根据所设定栽种植物的品种的根深而选择，客土层厚度不足则植被生长受阻，客土层厚度过大而植被根无法盘住客土层则容易发生客土整体滑坡。客土袋10呈品字形堆叠，如图2所示。[0020]参考图1、图2所示，图示为植被构造体，该植被构造体的构建可以通过一种废弃金属矿山矿场的植被恢复方法来实现，该植被恢复方法其包括以下步骤:
S1、对原地面进行平整处理，将废弃矿山矿场的矿土坡面修整为多个稍向内倾斜的梯阶，坡面水平阶带中间修砌纵向排水沟，每一梯阶内侧砌排水槽20，排水槽20向纵向排水沟倾斜；畅顺地将酸雨聚集以及渗漏的酸水排放并集中到山下的集中点进行处理，避免重复污染难以修复，避免扩大污染范围。
[0021]S2、在每一梯阶外侧堆叠客土袋10作为挡土坡；客土袋10使用易于风化降解的编织袋，内装客土堆叠形成挡土坡，编织袋风化降解后，客土袋中的客土与客土层的客土在植被的根的缠绕作用下盘住为一个整体，构成一级阶梯的构造体，避免产生多余的垃圾(建筑构件垃圾等)，降低滑坡风险和土坡的负担。
[0022]S3、在每一梯阶上客土袋与排水槽之间的矿土表面铺一层5_8cm厚的石灰层12，其上铺一层秸杆，形成防渗层和隔离层，秸杆腐烂后还可以提供养分。
[0023]S4、在秸杆之上铺设含有机肥和复合肥的客土作为客土层16 ;所述有机肥为鸡粪或者其他回收的动物粪便等肥料，客土和有机肥、复合肥的混合比例为:每立方米客土施有机肥6kg、复合肥(N:P:K为15:15:15) 100g，构建适合植物生长的土壤环境，便于更快建立植被覆盖修复植被构造体。
[0024]S5、在改良后的土壤上种植耐酸、耐贫瘠的能源林木苗或先锋草本植物。所述能源林木为桃金娘科或豆科植物，如下垂白千层(Melaleuca aimillaris)、福斯特红千层(Callistemon Mr Foster) 、木豆(Cajanus cajan (Linn.))、台湾相思(Acaciaconfusa)、银叶金合欢(Acacia podalyriifolia)、盯当树(Albizia lebbeck)、黑荆(Acacia mearnsii De Wild.)、线叶金合欢(Acacia decurrens Willd.)等，所述先锋草本植物为狗牙根(Cynodon dactylon (Linn.)Pers.)?
[0025]本发明中梯阶的设置，有利于分级在不同高度平整地对植被种植养护。具有一定倾斜角度的排水槽20及排水沟的修砌，引导降雨冲刷矿土及矿水外渗形成的酸水可以集中流入山下指定地点，防止酸水渗入改良后的土壤，是保证修复植物成活的前提和基础保障。装有客土的编织袋堆叠与梯阶外侧，可有效防止客土流失及滑坡；编织袋易风化降解，绿色环保；编织袋中的客土带有当地草种，对废弃矿土绿化具有重要意义；客土袋有效防治客土流失并自身成为本土植物种子库及基质。矿土表面铺设石灰，待其板结后隔绝酸性矿水上渗，并改善矿土表层酸度过高的状况。石灰层12之上铺设秸杆，进一步防范酸性矿水上渗，待其腐烂后又为植物生长提供有机肥营养，达到一次性治理并良性循环的目的。秸杆层15之上铺设含有机肥和复合肥的客土，为先锋植物定植提供保障；在客土层16上种植耐酸、耐贫瘠植物品种，快速建立植被覆盖层促进表土“耗氧层”，抑制底土所含硫化物的氧化，降低土壤酸性；先锋植物成功定植后，所成功构建的表土耗氧层逐渐改善矿土表面酸度过高状况并降低土壤中重金属离子活性，腐烂的秸杆又为先锋植物提供后续养分；待矿土表土酸度下降到一定程度后，其它较为耐酸的植物就可以生存，经过一段时间的良性循环，土壤酸度及活性态重金属离子含量降低，最终实现重金属污染矿土的生态修复。经过植被修复和保养维护，不但使原来丢荒的土地得以利用，而且减轻水土流失和酸性矿水对下游水生生态系统的影响。
[0026]更佳地，在步骤SI中，在水平阶内侧靠客土一侧用砖砌挡墙21，挡墙21外侧预留排水沟的空间并抹砂浆于侧面和底部形成排水槽20，使得集中的酸水单独流下而不渗透到客土层16，避免妨碍植被的生长。
[0027]更佳地，所述排水槽20底部以及与挡墙相对一侧形成弧形圆滑过渡，在受力较大一侧构建弧形过渡的槽底22，既可以避免留下积水从而产生酸水渗透，又可以提供更大的支撑力顶托上一个客土层构造体的挡土坡，抵抗客土袋堆叠产生的负荷。
[0028]更佳地，所述挡墙21高度为客土层16厚度的一半，所述客土层超出挡墙部分设置倾斜一定角度的客土压实层18，挡墙21的高度足以提供酸水通过的空间即可，其高度足以阻挡酸水跨过挡墙并防止其渗入客土层16即可，不必构建过大的渠道而留下不可降解的建造型垃圾，避免导致占据坡体妨碍植被后期互相攀连构建整体植被，恢复绿化。[0029]更佳地，客土层16的厚度为30_60cm，客土袋10堆叠高度为40_70cm且大于所述客土层16的厚度，使得每一级的客土层16的客土被客土袋阻挡在该级构造体中而不发生倾泻。植被生长起来后，客土袋10的编织袋风化降解，袋中客土与其他客土在植被根茎连结作用下整体保留下来，形成一级级的植被绿化区。客土层16的厚度和客土袋10的堆叠高度根据所设定栽种植物的品种的根深而选择，客土层16厚度不足则植被生长受阻，客土层厚度过大而植被根无法盘住客土层则容易发生客土整体滑坡。
[0030]更佳地，所述秸杆层15比石灰层12厚度大，进一步提高防止酸水渗透的能力，即使有少量酸水渗透也可以快速导流泄掉。秸杆铺设厚度为10-15cm，后期腐烂后提供养分供植被生长所需，从而形成明显的“耗氧层”，阻碍硫化物进一步氧化形成酸，进而更快恢复植被和绿化覆盖。
[0031]具体实施例1，废弃矿山排土场植被恢复试点实验 修复试点实验时间:2013年5月至6月。
[0032]修复试点选点:大宝山矾洞矿区硫铁矿排土场东侧一号区，坡度为60°，海拔约780米，废弃矿土为未发育成熟土质，石块、砂砾为主，土壤酸性重；
土壤酸度:pH值为2.1—3.0
植被恢复内容:将排土场坡面经整土形成20个稍向内倾斜的梯阶，阶面宽2m，长25m。阶距1.5-2m。每层梯阶内侧砌宽25cm，深30cm的排水槽，排水槽用砂浆抹面处理。坡面中部修砌纵向排水沟，排水沟宽约1.5m、深约80cm，内侧用水泥砂涂抹光滑。每一层梯阶及排水槽向纵向排水沟方向水平倾斜5 °左右。
[0033]每层梯阶外侧用装有客土的编织袋堆叠，高度60-70cm。
[0034]在客土编织袋和排水槽之间的矿土表面铺设5 — 8cm厚石灰，石灰层之上铺设10—13cm厚秸杆，秸杆层之上铺设含有机肥和复合肥的客土 48— 53cm厚。
[0035]施用肥料:鸡粪(每立方米6kg) +复合肥(每立方米100g)
先锋植物种植时间:2013年6月，改土 15天后。所选物种为桃金娘科、豆科耐酸、耐贫瘠树种及和禾本科草本植物。
[0036]2013年8月I日进行先锋植物调查，林木苗成活率96.5%，草本植物成活率99%。
[0037]具体实施例2，废弃矿山排土场植被恢复试点实验 修复试点实验时间:2013年5月至6月。
[0038]修复试点选点:大宝山矾洞矿区硫铁矿排土场西侧二号区，海拔约780米，坡度为60°，废弃矿土为未发育成熟土质，石块、砂砾为主，土壤酸性重；土壤酸度:pH值为2.1—3.0
植被恢复内容:将排土场坡面经整土形成16个稍向内倾斜的梯阶，阶面宽2m，长25m。阶距1.5-2m。每层梯阶内侧砌宽25cm，深30cm的排水槽，排水槽用砂浆抹面处理。坡面中部修砌纵向排水沟，排水沟宽约1.5m、深约80cm，内侧用水泥砂涂抹光滑。每一层梯阶及排水槽向纵向排水沟方向水平倾斜5 °左右。
[0039]每层梯阶外侧用装有客土的编织袋堆叠，高度40-70cm。
[0040]在客土编织袋和排水槽之间的矿土表面铺设5 — 8cm厚石灰，石灰层之上铺设10—15cm厚秸杆，秸杆层之上铺设含有机肥和复合肥的客土 30— 60cm厚。
[0041]施用肥料:鸡粪(每立方米6kg) +复合肥(每立方米100g)
先锋植物种植时间:2013年6月，改土 15天后。所选物种为桃金娘科、豆科耐酸、耐贫瘠树种及和禾本科草本植物。
[0042]2013年8月I日进行先锋植物调查，林木苗成活率96.3%，草本植物成活率98.2%。
[0043]以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利 范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体，其特征在于:所述构造体为阶梯状且每一级包括位于底层且厚度为5-8cm的石灰层、位于石灰层上侧的稻杆层、位于稻杆层上侧作为主体层的含有机肥和复合肥的客土层、位于靠山坡侧的排水槽、位于离山坡侧的由堆叠客土袋组成的挡土坡。
2.根据权利要求1所述的废弃金属矿山矿场的植被恢复构造体，其特征在于:所述客土层厚度为30-60cm，所述客土袋堆叠高度为40-70cm且大于所述客土层的厚度。
3.一种废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、将废弃矿山矿场的矿土坡面修整为多个稍向内倾斜的梯阶，坡面水平阶带中间修砌纵向排水沟，每一梯阶内侧砌排水槽，排水槽向纵向排水沟倾斜； 52、在每一梯阶外侧堆叠客土袋作为挡土坡； 53、在每一梯阶上客土袋与排水槽之间的矿土表面铺一层5-8cm厚的石灰层，其上铺一层稻杆； 54、在秸杆之上铺设含有机肥和复合肥的客土作为客土层； 55、在改良后的土壤上种植耐酸、耐贫瘠的能源林木苗或先锋草本植物。
4.根据权利要求3所述的废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其特征在于:在步骤SI中，在水平阶内侧靠客土一侧用砖砌挡墙，挡墙外侧预留排水沟的空间并抹砂浆于侧面和底部形成排水槽。
5.根据权利要求4所述的废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其特征在于:所述排水槽底部以及与挡墙相对一侧形成弧形圆滑过渡。
6.根据权利要求4所述的废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其特征在于:所述挡墙高度为客土层厚度的一半，所述客土层超出挡墙部分设置倾斜一定角度的客土压实层。
7.根据权利要求3所述的废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其特征在于:所述客土层厚度为30-60cm，所述客土袋堆叠高度为40-70cm且大于所述客土层的厚度。
8.根据权利要求3所述的废弃金属矿山矿场的植被恢复方法，其特征在于:所述秸杆层比石灰层厚度大，秸杆铺设厚度为10-15cm。
【文档编号】A01G1/00GK103548519SQ201310506798
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】陈晓阳, 谢君, 马玲, 李永涛, 黄少伟, 郭彦彪, 王玉琪 申请人:华南农业大学