一种矿区坡面复垦地水肥保持结构的制作方法

本发明属于土地复垦
技术领域：
，具体是涉及一种矿区坡面复垦地水肥保持结构。技术背景矿区进行土地复垦时常面临缺水问题，将大气降水或灌溉水截留于耕层下部或以下作为补给用水；当植物根系缺水时，截留下来的雨水或灌溉水在毛细管效应下向上运动。此外，截水结构的存在还可以起到保肥的作用。现有可检索到的截水结构多以土工膜、挡水板等人工材料为截水层，这些人工加入的合成材料具有不透气的特点，影响土壤微生物的活性和植物长势，此外，人工材料完全阻隔了截水层内外的水分、气体和养分的垂直或水平交换。以空心管作为收水容器加存储容器埋于地下共同起到起截水作用，这种结构受空心管材料影响存在破损、变形可能性，渗水孔存在被堵塞的风险影响截水效果；该结构需要人为干预才能实现截留水的再利用。露天煤矿需进行土地复垦的排土场地块具有复垦面积大、土壤熟化程度低、保水保肥能力差、物理性状差、养分水平低等植物立地条件较差的特点，尤其是对于需复垦的坡面排土场，，易在坡面排土场及地下土壤中产生径流，而且由于排土场场地不平整，复垦后在低洼处出现积水现象，不利于植被生长。现有技术不能有效解决坡面排土场复垦后土壤产生径流而导致复垦种植后水肥流失及低洼处积水等问题。技术实现要素：为了弥补上述现有技术的不足，本发明的目的是提出一种矿区坡面复垦地水肥保持结构，采用采矿生产过程中产生的剥离物（母质）为原料，可实现废物利用，减少土地占用，避免新废弃地的形成，保水截水作用强，有效解决坡面排土场复垦后土壤产生径流而导致复垦种植后水肥流失的问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种矿区坡面复垦地水肥保持结构，包括肥力持有层，下渗层，持水层，截留层，其技术要点是，所述水肥保持结构包括多个保水单元；所述保水单元之间设有间隔带；所述肥力持有层，下渗层，持水层，截留层从上之下排列组成保水单元；所述水肥保持结构厚度为50-70cm；所述肥力持有层、下渗层、持水层、截留层的厚度分别为总厚度的5~15%、35~55%、40~60%、5~15%；所述肥力持有层原料按重量份数包括采矿剥离物软岩40-60，采矿剥离物生土40-60，长效缓释肥料0.10-0.05，所述采矿剥离物软岩粒径为1.5~0.5mm，采矿剥离物生土粒径1.5mm~0.5mm；所述长效缓释肥料包括包膜肥料和缓溶性无机肥料；二者质量份数为：包膜肥料50-70，缓溶性无机肥料30-50；所述下渗层包括采矿剥离物软岩，所述采矿剥离物软岩粒径为1.5-3mm；所述持水层原料按重量份数包括：采矿剥离物生土40-60，采矿剥离物软岩40-60，保水剂a0.05-0.3；所述采矿剥离物生土粒径1.5mm~0.5mm，所述采矿剥离物软岩粒径0.5~1.5mm；所述保水剂a为水凝胶类保水剂；所述截留层原料按重量份数包括：采矿剥离物生土99.3-99.7，保水剂b0.3-0.7；所述采矿剥离物生土粒径<0.5mm；所述保水剂b为丙烯酰胺类保水剂；所述保水单元10-15m×10-15m；所述间隔带为截留层原料堆积而成，所述间隔带宽度为下底0.7-0.9m，上底0.2-0.3m。进一步的，所述持水层混合方法为：（1）将各原料称重；（2）将保水剂a加入至水中混合静置1-2小时，制备得到保水剂a与水的混合物，所述保水剂a与水重量比为1:400；（3）将保水剂a与水的混合物与采矿剥离物生土、软岩混合。进一步的，所述间隔带为网格状或平行状排列，所述间隔带平行状排列时，所述间隔带与坡面下降方向垂直。进一步的，所述矿区坡面复垦地水肥保持结构，还设有复垦地支撑装置；所述复垦地支撑装置包括多个支撑架，所述支撑架包括水平钢丝网，水平钢丝网一侧固定连接有外翻钢丝网，水平钢丝网和外翻钢丝网之间的角度为150-165度；所述水平钢丝网和外翻钢丝网底部均固定连接有支撑柱，所述支撑柱底部设有尖锥形地脚，所述尖锥形地脚上方设有限位板；所述水平钢丝网长5-7.5m；所述水平钢丝网和外翻钢丝网网孔为2-4cm×2-4cm；所述多个支撑架沿坡面下降方向垂直多排布置，所述尖锥形地脚插入复垦底板至限位板，所述多排支撑架之间首尾相对排列；两排相对的支撑架水平钢丝网连接部位组成保水单元，所述两排相对的支撑架外翻钢丝网之间顶端相距0.2-0.3m；底端相距0.7-0.9m、组成间隔带；所述截留层置于水平钢丝网下和外翻钢丝网之间的间隔带；所述肥力持有层，下渗层，持水层从上至下排列与水平钢丝网上方；进一步的，所述限位板可与支撑柱螺纹连接，即限位板内孔设有内螺纹，支撑柱外壁设有外螺纹。本发明的技术效果：1.本产品所用的基质来源于矿区，可实现就地取材，操作方便可行，降低生产、运输成本。2.使用采矿生产过程中产生的剥离物（母质）为原料，可实现废物利用，减少土地占用，避免新废弃地的形成。3.功能土层设置科学合理，保水截水作用强，同时保证肥料不流失。4.对于露天煤矿需进行土地复垦的坡面排土场，特别对灌溉措施不到位或水资源短缺的矿区具有显著的效果。5.有效解决低洼处积水、水分利用不均匀等问题。附图说明图1为实施例1和实施例2保水结构平面图；图2为实施例1和实施例2保水单元截面图；图3为实施例1和实施例2中矿区坡面复垦地水肥保持结构截面图。图4为实施例3中支撑架结构示意图；图5为实施例3中复垦地支撑装置结构示意图；图6为实施例3中保水结构平面图；图7为实施例3中尖锥形地脚结构示意图；图8为实施例3中坡面上保水结构截面图；图9为限位板和支撑柱螺纹连接图。图1-图9中各土层结构为：保水单元1，间隔带2，肥力持有层3，下渗层4，持水层5，截留层6，覆土层7，坡面复垦地8，复垦地支撑装置9，支撑架9-1，水平钢丝网9-2，外翻钢丝网9-3，支撑柱9-4，尖锥形地脚9-5，限位板9-6；网孔9-7，外螺纹9-8。具体实施方式实施例1一种矿区坡面复垦地水肥保持结构，所述水肥保持结构包括多个保水单元1；所述保水单元1之间设有间隔带2；所述保水单元1从上之下此次为肥力持有层3，下渗层4，持水层5，截留层6；所述水肥保持结构厚度为50-70cm；所述肥力持有层3、下渗层4、持水层5、截留层6的厚度分别为总厚度的5~15%、35~55%、40~60%、5~15%；所述肥力持有层原料按重量份数包括采矿剥离物软岩40-60，采矿剥离物生土40-60，长效缓释肥料0.10-0.05，所述采矿剥离物软岩粒径为1.5~0.5mm，采矿剥离物生土粒径1.5mm~0.5mm；所述长效缓释肥料包括包膜肥料和缓溶性无机肥料；二者质量份数为：包膜肥料50-70，缓溶性无机肥料30-50；所述下渗层包括采矿剥离物软岩，所述采矿剥离物软岩粒径为1.5-3mm；所述持水层原料按重量份数包括：采矿剥离物生土40-60，采矿剥离物软岩40-60，保水剂a（水凝胶类）0.05-0.3；所述采矿剥离物生土粒径1.5mm~0.5mm，所述采矿剥离物软岩粒径0.5~1.5mm；所述持水层混合方法为：（1）将各原料称重；（2）将保水剂a加入至水中混合静置1-2小时，制备得到保水剂a与水的混合物，所述保水剂a与水重量比为1:400；（3）将保水剂a与水的混合物与采矿剥离物生土、软岩混合；所述截留层原料按重量份数包括：采矿剥离物生土99.3-99.7，保水剂b（丙烯酰胺类）0.3-0.7；所述采矿剥离物生土粒径<0.5mm。所述保水单元10-15m×10-15m；所述间隔带为截留层原料堆积而成，所述间隔带宽度为下底0.7-0.9m，上底0.2-0.3m。实施例2矿区坡面复垦地水肥保持结构的实施应用实施地位于某露天矿排土场，为未经过处理的坡面复垦地8（底板），坡面倾角为3-5°，植物立地条件为采矿剥离物的混合物，对场地进行了机械平整，未进行土壤改良、未使用化学、生物肥料。实施方法：（1）制备原料将采矿剥离物（成土母质）划分为软岩和生土两大类，并对其进行破碎，将软岩进行破碎，依次过3mm、1.5mm、0.5mm筛，留取3mm-1.5mm粒径范围（作为大粒径）、1.5~0.5mm粒径范围（作为中粒径）备用。将生土进行破碎，依次过1.5mm、0.5mm筛，留取1.5mm~0.5mm粒径范围（作为中粒径）、<0.5mm粒径范围（作为小粒径）；（2）构建间隔带和保水单元a.堆积间隔带2从坡底底板开始，将生土小粒径部分与保水剂b(丙烯酰胺类）混合，作为间隔带2，保水剂使用量为间隔带质量的0.3~0.7%；所述间隔带2宽度为下底0.7-0.9m，上底0.2-0.3m；将间隔带堆积为网状，保水剂b为聚丙烯酰胺、淀粉接枝聚丙烯酸钠中的一种或几种；b.在间隔带中添加保水单元将生土小粒径部分与保水剂b(丙烯酰胺类）混合，作为截留层，保水剂使用量为截留层质量的0.3~0.7%；将生土筛中部分、软岩0.5~1.5mm中粒径部分与保水剂a（水凝胶类）混合，作为持水层，生土占比40~60%，软岩占比60~40%，保水剂a的使用量为持水层质量的0.05~0.3%，保水剂a置于自身重量400倍的水中1小时候后与破碎后的生土、软岩混合；所述保水剂a为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸氨中的一种或几种；将软岩1.5~3mm部分作为下渗层；将生土中粒径部分、软岩中粒径部分与长效缓释肥料混合，作为肥力持有层，肥料用量占肥力持有层总质量的0.01%-0.05%；长效缓释肥料根据作用机理不同，选用包膜肥料和缓溶性无机肥料，包膜肥料占肥料总量的50~70%，缓溶性无机肥料占肥料总量的30~50%。所述肥力持有层3，下渗层4，持水层5，截留层6的厚度依次为5cm、20cm、25cm、5cm；（3）铺设覆土层所述水肥保持结构上方设有覆土层，所述覆土层厚度为2-4cm；（4）水肥保持结构对植物生长效果测定对比了粪肥改良（地块1）、客土覆盖（地块2）、直接种植于排土场（地块3）、使用本实施例水肥保持结构（地块4）4种地块，对植物长势于土壤含水率进行了监测，结果见表1-表3，监测结果表明，本实施例的水肥保持结构明显提高了种植植物的平均株高，植物生物量，土壤含水率变化测定结构表明，本保水结构明显高于其他处理，可见本结构有效的提高了坡面复垦地含水量。表1不同复垦地改良方法对植物（披碱草、紫花苜蓿、草木犀三种平均株高）平均株高（cm）的影响6月7月8月9月地块122.332.256.558.7地块223.535.258.261.2地块319.228.149.255.9地块427.444.362.365.7表2不同复垦地改良方法对植物生物量（g/m2）的影响披碱草紫花苜蓿草木犀地块17238951496地块27569231653地块35237851369地块486712561985表3不同复垦地块灌溉后土壤含水率变化（20cm深）3d5d7d9d11d13d地块128.226.123.221.219.518.4地块227.525.223.421.620.219.8地块329.223.620.518.216.914.3地块428.525.424.823.924.223.5本实施例的原理：（1）对于坡面复垦地保水截水作用：保水单元中下渗层粒径较大，有利于水的纵向运动，持水层有丰富的空隙结构，可以保存大量水分，保水剂a可以锁住自身体积300-500倍，仅靠保水剂即可锁住15-25t水，截留层为细粒新土，具有较好的粘性，与保水剂b共同作用，形成一层隔水屏障，截住大部分水分。（2）间隔带保证持水效果：所述间隔带采用截留层的原料堆积而成，在各保水单元中采用间隔带，可以保证各保水单元中的持水肥效果，避免各保水单元中的水肥随坡面流失。（3）保水剂施用方式：保水剂a吸水后施入该结构底层。使用未吸水的保水剂收到土壤压力作用会降低其吸水效果，使用吸涨后的保水剂可以保证其释水后再次吸水胀大的空间，还可以增加土壤的孔隙度和透气性。（4）肥料选用两类长效缓释类肥料：保证肥料的长期、稳定提供。受降水或灌溉影响而淋溶的肥料被截留于持水层和截留层，当持水层发挥供水作用时，溶于水中的肥料在毛细管作用下向上运动达到植物根系被植物利用，无肥料流失。（5）原料在采矿作业中，会产生大量的剥离物，包括软岩、粗砂、粗质黏土生土、砾砂等，原料来源广。其中软岩具有稳定的团粒结构，渗水性能好可作为下渗层，起到渗水排水作用同时大量的空隙结构为植物根系的发育提供良好的条件，同时软岩中有机质含量高，可以促进植物生长。生土具有较高粘性，对水可以起到拦蓄作用。实施例3一种矿区坡面复垦地水肥保持结构的应用实施地位于某露天矿排土场，为未经过处理的坡面复垦地8（底板），坡面倾角为5°-10°，植物立地条件为采矿剥离物的混合物，排土场场地不平整，存在低洼处。所述矿区坡面复垦地水肥保持结构，包括坡面复垦地8，肥力持有层3，下渗层4，持水层5，截留层6，复垦地支撑装置9；所述复垦地支撑装置9包括多个支撑架9-1，所述支撑架包括水平钢丝网9-2，水平钢丝网9-2一侧固定连接有外翻钢丝网9-3，水平钢丝网9-2和外翻钢丝网9-3之间的角度为150-165度；所述水平钢丝网9-2和外翻钢丝网9-3底部均固定连接有支撑柱9-4，所述支撑柱9-4底部设有尖锥形地脚9-5，所述尖锥形地脚9-5上方设有限位板9-6；所述水平钢丝网长5-7.5m；所述水平钢丝网9-2和外翻钢丝网9-3网孔9-7为2-4cm×2-4cm；所述限位板9-6可与支撑柱9-4螺纹连接，即限位板内孔设有内螺纹，支撑柱外壁设有外螺纹9-8；所述多个支撑架9-1沿坡面横向呈多排布置，所述尖锥形地脚9-5插入复垦底板至限位板9-6，所述多排支撑架9-1之间首尾相对排列；两排相对的支撑架9-1水平钢丝网9-2连接部位组成保水单元1，所述两排相对的支撑架9-1外翻钢丝网9-3之间顶端相距0.2-0.3m；底端相距0.7-0.9m、组成间隔带2；所述截留层置于水平钢丝网9-2下和外翻钢丝网9-3之间的间隔带2；所述肥力持有层4，下渗层4，持水层5从上至下排列与水平钢丝网9-2上方；所述肥力持有层3，下渗层4，持水层5，截留层6的厚度依次为5cm、20cm、25cm、5cm。所述肥力持有层为采矿剥离物软岩，采矿剥离物生土，所述长效缓释肥料（有机氮化合物）混合物；所述采矿剥离物软岩粒径为1.5~0.5mm，采矿剥离物生土粒径1.5mm~0.5mm；所述下渗层包括采矿剥离物软岩，所述采矿剥离物软岩粒径为1.5-3mm；所述持水层为采矿剥离物生土40-60，采矿剥离物软岩40-60，保水剂a（聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸氨中的一种或几种）的混合物；所述采矿剥离物生土粒径1.5mm~0.5mm，所述采矿剥离物软岩粒径0.5~1.5mm；所述截留层为采矿剥离物生土和保水剂b（聚丙烯酰胺、淀粉接枝聚丙烯酸钠中的一种或几种）混合物；所述采矿剥离物生土粒径<0.5mm。所述肥力持有层3，下渗层4，持水层5，截留层6的原料配比参照实施例1。本实施例原理：1.相对于坡面倾角较大矿区坡面复垦地，采用复垦地支撑装置可以使保水结构稳定，防止雨季或大风对复垦土壤中保水结构的破坏，减小保水结构受到土层重力下滑的风险。2.对于坑洼地，限位板位置可调整，通过加大截留层厚度，从而使各保水结构层在同一水平面，从而保证保水单元保持稳定，含水量保持均衡。当前第1页12