一种离子型稀土矿尾砂地土壤改良结构及改良方法

本发明属于生态修复，具体涉及一种离子型稀土矿尾砂地土壤改良结构及改良方法。

背景技术：

1、矿区废弃地土壤存在表层土壤板结紧实且丧失分层，土壤生态系统功能严重退化的特点，目前研究人员研发了不同的高效修复效用的改良剂、微生物菌剂等污染土壤修复药剂，具有较好的修复效果，但是现有技术并未重新塑造土壤剖面，直接使用改良剂对表层土壤进行改良并种植五节芒、紫云英、沙棘等耐性植物，可能会导致只能短期复绿，无法长期恢复矿区土壤生态功能，难以重建土壤生态系统，从而影响整个矿区的生态恢复，导致复垦失败。

2、目前也有人员针对矿区土壤复垦的土壤剖面重建进行了较为深入的研究，比如专利cn108668553a公开了一种适用于卡斯特地区重金属尾砂库的复垦方法，包括以下步骤：(1)对矿区尾砂库干滩进行平整；(2)在步骤(1)处理后的干滩上按网状形式挖沟槽；(3)通过外运取土的方式，将能种植植物的土壤均匀铺置于步骤(2)挖好的沟槽内；(4)再在土表层覆盖一层植物凋落物；(5)种植植物；(6)待植物长势稳固之后，便能形成较完整的生态系统。该虽然能有效控制尾砂库重金属污染，修复尾砂库生态环境，但是其采用“分层剥离、交错回填”的客土法，人力物力耗费巨大，成本高昂。

3、因此，急需寻找一种成本价格低廉，人力物力消耗较小，且能广泛应用于矿山复垦的生态恢复方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种离子型稀土矿尾砂地土壤改良结构及改良方法。

2、本发明是通过下述技术方案进行实现的：

3、第一方面，本发明提供一种离子型稀土矿尾砂地土壤改良结构，所述改良结构依次包括腐殖质层、表土层、心土层；所述心土层包括稀土矿尾砂地土壤和缓释改良剂；所述表土层包括所述稀土矿尾砂地土壤、缓释改良剂和速效改良剂；所述缓释改良剂包括农林废弃物，所述速效改良剂包括畜禽粪肥、石灰和复合肥。

4、本发明为了恢复矿区土壤正常生态系统功能，重建矿区当地的生态系统，采用模仿自然土壤剖面的方法进行土壤改良，本发明采用不同类型的改良剂对矿区土壤剖面进行改良重构，该改良结构由上至下依次包括腐殖质层、表土层、心土层，其中，腐殖质层能为土壤动物提供栖息场所；表土层和心土层采用改良剂进行改良，速效改良剂具有有机质、营养元素含量高，易分解的特点，在土壤中能快速释放营养元素被植物、微生物利用，改良效果迅速；缓释改良剂包括农林废弃物，该缓释改良剂具有碳含量高、营养元素含量低的特点，养分分解效率慢，可以长时间释放养分，能有效减小营养元素的流失，改良效果持久。采用缓释改良剂和速效改良剂两种改良剂对矿尾砂地土壤进行改良，能够使表土层含有较高含水率、有机质和丰富营养元素，利于植物种子萌发与幼苗生长；采用缓释改良剂对矿尾砂地土壤进行改良，能够使心土层有足够含水率、紧实度与持续的营养供应，为大量植物根系发育提供空间；心土层下方为尾矿土壤，是未完全熟化为土壤，颗粒粒径大，能够为上层本发明的土壤改良结构提供支撑。

5、本发明土壤改良结构借助生态恢复理论，立足于提倡的“废弃物循环利用体系”，绿色资源化回收当地易得工、农业废弃物研发改良剂，提供了一种成本价格低廉、人力物力消耗小的绿色环保无二次污染的矿区土壤剖面重构方法，使污染土壤初步恢复基本生态系统功能(营养提供、保水保肥、物理支撑)，促进未来土壤利用转化。

6、优选地，所述腐殖质层包括植物残体，所述植物残体包括秸秆、植物凋落物中的至少一种；具体的，所述植物残体包括自然环境下收集的植物凋落物、人工收割的秸秆中的至少一种；所述腐殖质层的厚度不超过5cm；更优选地，所述腐殖质层的厚度为1cm-3cm。

7、优选地，所述表土层中，所述缓释改良剂的加入量为1wt％-5wt％，所述速效改良剂的加入量为2wt％-7wt％。

8、更优选地，所述表土层中，所述缓释改良剂的加入量为1wt％-3wt％，所述速效改良剂的加入量为5wt％-7wt％。

9、优选地，所述表土层的厚度不超过15cm；更优选地，所述表土层的厚度为5cm-15cm。

10、优选地，所述表土层由所述缓释改良剂和速效改良剂对所述稀土矿尾砂地土壤进行改良得到。具体的，所述表土层通过将所述缓释改良剂和速效改良剂与所述稀土矿尾砂地土壤混合得到。

11、优选地，所述心土层中，所述缓释改良剂的加入量为1wt％-5wt％。

12、更优选地，所述心土层中，所述缓释改良剂的加入量为1wt％-3wt％。

13、优选地，所述心土层的厚度不超过30cm；更优选地，所述心土层的厚度为15cm-30cm。

14、优选地，所述农林废弃物包括枯枝落叶、木屑、秸秆中的至少一种。

15、优选地，所述缓释改良剂的制备方法包括：取所述农林废弃物干燥研磨即成。更优选地，对研磨后的农林废弃物过10目筛，即得所述缓释改良剂。

16、优选地，所述心土层由所述缓释改良剂对所述稀土矿尾砂地土壤进行改良得到。具体的，所述心土层通过将所述缓释改良剂与所述稀土矿尾砂地土壤混合得到。

17、优选地，所述速效改良剂中所述畜禽粪肥、石灰和复合肥的质量比为(300-500)：(1-1.2)：2；更优选地，所述速效改良剂中所述畜禽粪肥、石灰和复合肥的质量比为(300-500)：1：2。

18、优选地，所述速效改良剂的制备方法包括：将所述畜禽粪肥、石灰和复合肥按所述质量比混合均匀，即得所述速效改良剂。

19、本发明速效改良剂和缓释改良剂的改良效果优异、土壤质量效果提升强、低成本、生态环保无污染，且有效资源化回收利用当地工农业废弃物。具体的，本发明所述的缓释改良剂的加入量和速效改良剂的加入量是占土壤质量的比例。

20、本发明选择当地便捷易获的畜禽粪肥及农林废弃物等有机废弃物作为土壤改良剂，实现了废弃物的循环利用，其中速效改良剂能提升表层土壤肥力，使矿区土壤具备植物生长所需的营养元素，为矿尾砂地土壤消除酸化提供途径；缓释改良剂可以让矿区土壤长时间保持较高的有机质含量，改良效果持久，而且不易分解的有机物会缓慢长期促进团聚体稳定，为矿尾砂地土壤物理结构重构提供助力。

21、优选地，所述畜禽粪肥经过烘干灭菌处理；所述石灰可以采用工业用石灰。

22、优选地，所述复合肥包括氮磷钾肥。

23、优选地，所述改良结构还包括种植于所述腐殖质层上的麻类作物。

24、进一步地，可以选取具备耐受稀土金属污染、生长速度快、有较高经济价值的麻类作物种植在所述腐殖质层上，能够对土壤进一步改良，提升矿尾砂地土壤生态系统功能，通过植物根系物理作用、分泌物增强土壤的物理结构，促进矿质营养元素磷钾等的溶解、促进微生物繁殖、促进土壤团聚体的形成，提升土壤的抗侵蚀能力和自我恢复能力。同时，本发明土壤改良剂的施加和植物的种植还具备协同作用，有助于矿尾砂地土壤污染控制，防止稀土元素流失。

25、优选地，所述麻类作物包括红麻、黄麻、苎麻、亚麻、剑麻、青麻中的至少一种；所述种植的密度为3-5株/m2。

26、优选地，所述种植采用方状、等距播种，间隔距离为60cm，隔天浇水培养。

27、第二方面，本发明提供一种上述离子型稀土矿尾砂地土壤改良结构的制备方法，包括以下步骤：

28、(1)平整稀土矿尾砂地土壤，将缓释改良剂与所述稀土矿尾砂地土壤混合均匀，得土壤前体；

29、(2)在步骤(1)所得土壤前体表面铺洒速效改良剂，与一定厚度的土壤前体混合均匀，得表土层，余下的土壤前体形成心土层；

30、(3)在步骤(2)所得表土层表面铺洒植物残体，得到腐殖质层。

31、本发明的改良方法简单易操作，以尾砂地土壤为原材料，根据土壤生态功能特点，针对土壤物理特性、营养含量与矿区特有稀土、铝毒污染，不需要额外引入新的土壤，以不同剂量不同类型改良剂重塑土壤层，加速恢复当地被破坏土壤生态系统，实现矿尾砂地土壤生态功能恢复。

32、优选地，所述步骤(1)中，所述平整稀土矿尾砂地的方式包括但不限于挖深垫浅、深耕翻土。平整土壤表层能够松动土壤密度与团粒结构，对矿尾砂地进行微地貌重塑。

33、优选地，所述步骤(1)中将缓释改良剂与土壤混合时，翻动的土壤的厚度不超过45cm。

34、优选地，所述步骤(2)中将缓释改良剂与一定厚度的心土层土壤混合时，一定厚度的心土层土壤的厚度不超过15cm。

35、优选地，所述改良方法还包括步骤(4)：在步骤(3)所得腐殖质层表面种植麻类作物。

36、具体的，在所述步骤(1)之前，还可以对所述离子型稀土矿尾砂地土壤的土壤肥力状况、基本物理化学特性、土壤污染状况进行测量，明晰土壤初始状况。所述土壤肥力状况、基本物理化学特性的测试指标包括：土壤土层厚度、酸碱度、容重、持水量、有机质含量、粒径、营养元素(氮磷钾硫等大量元素含量、硼铜锌锰等微量元素含量)、土壤阳离子含量；所述土壤污染状况测试指标包括：稀土元素总量及其有效态含量、铝元素总量及其有效态含量。

37、具体的，在所述步骤(4)之后，还可以对改良之后的土壤进行调研，测定有效土层厚度，采集植物根际土、非根际土与空白地块土壤，根据《耕地质量等级(gb/t 33469-2016)》、《离子型稀土矿区土壤生态功能恢复技术指南(t/ci 017-2023)》要求，测定土壤肥力指标与土壤污染指标，判断土壤质量恢复效果。所述土壤肥力指标包括：酸碱度、容重、持水量、有机质含量、粒径、营养元素含量(氮磷钾硫等大量元素含量、硼铜锌锰等微量元素含量)、阳离子浓度；所述土壤污染指标包括：稀土元素(rees)总量及其有效态含量，铝元素总量及其有效态含量。

38、进一步地，对于种植的麻类作物还可以定期收割，从而实现植物资源化回收。并且能够实现作物循环种植修复，进一步恢复土壤生态功能。

39、本发明针对土壤物理特性、营养含量与矿区特有稀土、铝毒污染对土壤进行改良，尤其适用于离子型稀土矿尾砂地。

40、本发明具有如下有益效果：

41、(1)本发明提供了一种离子型稀土矿尾砂地土壤改良结构及改良方法，不使用客土土源，完全利用矿区废弃地土壤进行改造，成本低；

42、(2)本发明根据土壤生态功能特点，针对土壤物理特性、营养含量与矿区特有稀土、铝毒污染，以不同剂量不同类型改良剂重塑土壤层，加速恢复当地被破坏土壤生态系统，实现矿尾砂地土壤生态功能恢复；

43、(3)本发明选用当地易得的工、农、林废弃物制备改良效果优异、土壤质量效果提升强、低成本的土壤改良剂，包括兼具养分释放快速、植物吸收简单的速效改良剂以及肥效持久、养分释放缓慢的缓释改良剂，无须长期人工培护，以土壤自然发育方式促进土壤生态系统功能恢复。

44、(4)本发明进一步可选用生物量大、生长速度快、根系发达、耐性强且具备经济效益的麻类作物，地上可通过快速生长短期达到复绿效果，为地上小型动物栖息提供栖息地；地下可通过发达根系，以物理化学作用促进土壤团聚体形成，提升土壤自我恢复能力，为地下微生物群落、原生动物提供营养物质与栖息地；

45、(5)经本发明修复后的离子型稀土矿尾砂地，土壤物理结构显著增强(容重降低、粘粒含量增加、大于5mm沙粒含量下降)，保水保肥能力增强、有机质含量显著提高，酸化、铝毒现象减缓，稀土金属有效态显著下降，土壤剖面显著成层，土壤质量基本符合《耕地质量等级(gb/t 33469-2016)》、《离子型稀土矿区土壤生态功能恢复技术指南(t/ci 017-2023)》要求，为后续矿尾砂地复垦奠定坚实基础。