專利名稱：一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法
一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
礦山開采過程中，露天采礦場、排土場、尾礦場、塌陷區(qū)以及受重金屬污染而失去經(jīng)濟(jì)利用價值的土地稱為礦山廢棄地。煤礦的矸石山、電廠粉煤灰、金屬礦山尾礦等礦山固體廢棄物是礦區(qū)的一大公害，侵占了大量土地并造成環(huán)境污染。
我國共有大中型礦山9000多座，26萬小型礦山，因采礦侵占土地面積已接近40， OOOkm2,由此而廢棄土地面積達(dá)330km2/a。但是，由礦山開采所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)引起了社會各界的重視。然而，我國對礦山廢棄地恢復(fù)重建的研究落后于歐、美發(fā)達(dá)國家。 對礦山廢棄地生態(tài)重建的研究和實驗示范較少，進(jìn)行這方面的研究不僅具有重要的科學(xué)意義，還對保護(hù)我國的生態(tài)環(huán)境、保障國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展具有重要實際意義。
金屬尾礦庫一片荒漠，立地條件極其惡劣，其不利于植物生存與生長，尾礦庫生態(tài)重建需要面對的問題(I)表土層破壞導(dǎo)致缺乏植物能夠自然生根和伸展的介質(zhì)、水分缺乏、營養(yǎng)物質(zhì)不足、毒性物質(zhì)含量過高。(2)存在限制植物生長的物質(zhì)如重金屬含量過高、 PH值太低或鹽堿化等。(3)缺乏必要的營養(yǎng)元素如有效磷濃度低、含氮量極低。(4)生物因素，生物種類的減少或喪失給礦區(qū)廢棄地恢復(fù)帶來了更加不利的影響。
傳統(tǒng)方法包括，覆蓋土壤，這種最簡單的辦法能夠解決上述所面臨的各種問題，但其費用很高；另外的方法就是物理處理和化學(xué)處理，但這種方法需要向土壤中加入其他化學(xué)物質(zhì)，有可能會產(chǎn)生二次污染，而且這種方法的成本也很高。
目前用植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究多集中在超積累植物上，但現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的超富集植物多為草本植物，一般都表現(xiàn)為生物量低，生長緩慢，修復(fù)效率低，難以形成較完善的植物修復(fù)技術(shù)以直接大規(guī)模應(yīng)用于修復(fù)實踐，而木本植物相對于草本植物，具有生物量大、根系發(fā)達(dá)的優(yōu)勢，在過去十幾年間，樹木用于修復(fù)受重金屬污染土壤的可行性引起了廣泛關(guān)注，利用木本修復(fù)土壤重金屬污染被認(rèn)為是低投資、可持續(xù)及生態(tài)健全的途徑。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計提供一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法的技術(shù)方案。該方法通過木本植物的物種的篩選和配置以及相關(guān)的栽培保護(hù)措施來實現(xiàn)廢棄尾礦植被修復(fù)。
所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟1)根據(jù)尾礦庫的地形，選擇苗木；2)在尾礦庫上沿等高線水平方向挖小種植穴組，小種植穴組的間距為O.8 1. 2m,小種植穴組中小種植穴之間的間距為O. 8 1. 2m,小種植穴的深度為25 35cm、寬度為15 25cm、長度為15 25cm ；3)小種植穴組中混合栽種裸根苗和容器苗，栽種裸根苗時，就近采集尾礦庫周邊的黃泥土，向小種植穴中碗狀墊客土 2 3cm，栽種容器苗時，小種植穴中不墊客土 ；4)在造林當(dāng)年夏季，就地采割雜草覆蓋2 3cm于小種植穴附近；5)在造林I 2年內(nèi)的4 6月間，在每株苗木前劃一道弧頂向前的深5 IOcm的弧形溝，施氮肥I 2次,每次每畝10 15kg。
所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟I) 中選擇固氮、耐貧瘠、耐重金屬、萌生性強的植物實行混交配置，以灌木為主、灌草結(jié)合、常綠與落葉樹種結(jié)合，紫穗槐、火炬樹、鹽膚木、蠟楊梅、側(cè)柏、金葉女貞、紅葉石楠、夾竹桃、劍麻、加拿大紫荊、麻櫟、楓香、臭椿、無患子、紅花繼木、黃連木、側(cè)柏、楓楊、青K、弗櫟、濱柃種植在干旱沙地，榿木、旱柳、杞柳種植在低洼處。
所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟I)中苗木采用根冠完整，無病蟲危害的壯苗，裸根苗種植前，修剪掉受損或腐爛的根系，將過長的主根剪留10cm，側(cè)根留5cm，剪口需平滑，修剪掉整株植物三分之一葉片和枝條減少蒸騰。
所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟2)中小種植穴組的間距為O. 9 1.1m,小種植穴組中小種植穴之間的間距為O. 9 1.1m,小種植穴的深度為28 32cm、寬度為18 22cm、長度為18 22cm。
所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟3)中栽種容器苗時托住容器苗土的上表面，輕輕倒出帶土地的苗木，或用刀具劃開容器及底部， 直立放入種植穴中央。
所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟5)中弧形溝距苗木20 25cm。
本發(fā)明采用局部填客土，容器苗或裸根苗混合栽種，多種耐污染耐瘠薄落葉植物與常綠植物混交、灌木為主、灌草結(jié)合，適當(dāng)密植，造林當(dāng)年預(yù)防夏季高溫干旱等方法，當(dāng)年成活率達(dá)到85%以上，種植的植物可以正常的開花結(jié)實，可以在2-3年內(nèi)使尾礦庫一片荒漠實現(xiàn)基本綠化和美化，并起到良好的土壤改良、減少污染、增加生物多樣性等生態(tài)功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、小種植穴少客土優(yōu)于現(xiàn)在尾礦全部覆蓋30cm以上土壤的方式，減少了大量的人力、 物力和財力的支出；2、木本植物優(yōu)于草本植物的優(yōu)點，本植物相對于草本植物，具有生物量大、根系發(fā)達(dá)的優(yōu)勢，更好的保持水土，固定重金屬，防止污染的擴(kuò)散；3、本發(fā)明與全部覆蓋或者化學(xué)處理等方法恢復(fù)尾礦植被的方法相比操作快速、高效。
4、本發(fā)明的植物配置可在短期內(nèi)增加尾礦區(qū)的生物多樣性，有效改善土壤環(huán)境， 和景觀美觀狀況，植被的存在改變尾礦區(qū)的小環(huán)境對局部的昆蟲和小動物存在也產(chǎn)生影響。
具體實施方式

以下結(jié)合實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。實施例
I)根據(jù)尾礦庫的地形，選擇苗木紫穗槐、火炬樹、鹽膚木、蠟楊梅、側(cè)柏、金葉女貞、紅葉石楠、夾竹桃、劍麻、加拿大紫荊、麻櫟、楓香、臭椿、無患子、紅花繼木、黃連木、側(cè)柏、楓楊、青K、弗櫟、濱柃種植在干旱沙地，榿木、旱柳、杞柳種植在低洼處；苗木采用根冠完整，無病蟲危害的壯苗，裸根苗種植前，修剪掉受損或腐爛的根系，將過長的主根剪留 10cm，側(cè)根留5cm，剪口需平滑，修剪掉整株植物三分之一葉片和枝條減少蒸騰；2)在尾礦庫上沿等高線水平方向挖小種植穴組，小種植穴組的間距為lm，小種植穴組中小種植穴之間的間距為Im,小種植穴的深度為30cm、寬度為20cm、長度為20cm (采用該深度、寬度和長度的小種植穴，一是表土比深處重金屬含量稍低；二是減少客土的使用量); 或采用小種植穴組的間距為O. 9m，小種植穴組中小種植穴之間的間距為O. 9m，小種植穴的深度為28cm、寬度為18cm、長度為18cm ;或采用小種植穴組的間距為1.1m,小種植穴組中小種植穴之間的間距為1.1m,小種植穴的深度為32cm、寬度為22cm、長度為22cm ；3)小種植穴組中混合栽種帶土苗和容器苗，栽種裸根苗時，就近采集尾礦庫周邊的黃泥土，向小種植穴中碗狀墊客土 2cm或3cm，栽種容器苗時，小種植穴中不墊客土 (小種植穴中不墊客土節(jié)省了開支)；栽種容器苗時托住容器苗土的上表面，輕輕倒出帶土地的苗木， 或用刀具劃開容器及底部，直立放入種植穴中央；4)在造林當(dāng)年夏季，就地采割雜草覆蓋2cm或3cm于小種植穴附近，以增強植物抵抗干旱、高溫、日灼的能力；5)在造林I 2年內(nèi)的4 6月間，在每株苗木前劃一道弧頂向前的深8cm的弧形溝， 弧形溝距苗木20cm、22cm或25cm,施氮肥I 2次，每次每畝10 15kg。
試驗例I
浙江富陽咸康鉛鋅尾礦庫造林試驗面積10畝，立地條件該尾礦庫由尾砂及部分礦渣建筑垃圾堆積而成，寸草不生，溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重。尾礦砂土壤營養(yǎng)貧瘠，Pb、Zn、Cd含量嚴(yán)重超標(biāo)。按照實施例的步驟在此處種植火炬樹、榿木、夾竹桃、旱柳、紫穗槐、鹽膚木、加拿大紫荊、麻櫟、楓香、臭椿和無串罕實施效果(I)在重金屬污染嚴(yán)重的尾礦庫植苗或播種造林，11種植物保存率在90%以上，其中長勢較好、受害輕微的是火炬樹、榿木、夾竹桃、旱柳、紫穗槐、鹽膚木。
(2)植物體內(nèi)吸收的重金屬濃度表現(xiàn)較好根系Pb和Zn濃度都以加拿大紫荊的 1803和2120 mg/kg為最高，其次是麻櫟為1196和1843 mg/kg ;地上Pb濃度以鹽膚木最高，分別為336mg/Kg ;地上Zn濃度最高的是旱柳756 mg/kg和鹽膚木750 mg/kg，最低的是加拿大紫荊175 mg/kg ;葉片Pb和Zn濃度以鹽膚木最高，分別達(dá)546和1507 mg/kg。
(3)植物對土壤重金屬的生物濃縮系數(shù)BCF和轉(zhuǎn)移系數(shù)TF存在表現(xiàn)很好。鉛的濃縮系數(shù)以鹽膚木、楓香最高，在O. 128-0. 164之間，臭椿、無患子低于O. 03 ;鋅濃縮系數(shù)以旱柳、鹽膚木最高，O. 37-0. 43，加拿大紫荊、無患子小于O. 13。
鉛的轉(zhuǎn)移系數(shù)以楓香最高，大于1. 12，鹽膚木為O. 92，但加拿大紫荊、麻櫟、榿木、 無患子4樹種只在O. 15以下；鋅的轉(zhuǎn)移系數(shù)以旱柳、鹽膚木為最高，高達(dá)1. 46以上。
(4)尾礦庫植被恢復(fù)的生態(tài)效應(yīng)試驗表明，所采用的尾礦庫綠化技術(shù)措施是行之有效的，2-3年內(nèi)使不毛之地基本上實現(xiàn)了綠化，景觀面貌煥然一新。據(jù)觀察，造林第2年種植溝、穴邊就出現(xiàn)了 17種野生草本植物，主要是五節(jié)芒、一年蓬、狗牙根、長苞薺苧等，第3年五節(jié)芒的覆蓋度達(dá)到60%以上，生物多樣性顯著增加。地面侵蝕溝明顯減少。造林地夏季白天地面空氣濕度比裸地提高20-30 個百分點，溫度下降2-5 V，小氣候得到明顯改善。
試驗例2 浙江富陽大畈鉛鋅尾礦庫造林試驗10畝面積10畝，立地條件該尾礦庫完全由沙粒組成，地勢平坦，沒有植被。重金屬鉛、鋅含量與咸康尾礦庫類似。按照實施例的步驟在此處種植榿木、蠟楊梅、杞柳、夾竹桃、弗櫟、 鹽膚木、麻櫟、臭椿、濱柃。
上述樹種成活率均在95%以上,其中榿木、蠟楊梅、夾竹桃、弗櫟等4樹種生長旺盛，特別是榿木和蠟楊梅的葉色與無污染圃地苗木沒有什么差異。麻櫟、臭椿、杞柳、鹽膚木等葉色稍有黃化或紅化。
樹種之間相比,須根鉛濃度以弗櫟達(dá)到1000 mg/kg以上,鋅濃度以棺木、臘楊梅最高；主根鉛濃度以濱柃、杞柳最高，鋅濃度以杞柳、榿木最高；莖干鉛濃度麻櫟最高，鋅濃度杞柳、榿木最高；葉片鉛濃度以蠟楊梅、鹽膚木最高，弗櫟、麻櫟較高，葉片鋅濃度杞柳達(dá)到 1370 mg/kg。
根據(jù)生長表現(xiàn)和對重金屬的吸收與轉(zhuǎn)移特性，初步認(rèn)為，榿木、蠟楊梅、杞柳、弗櫟、夾竹桃、鹽膚木6種是相對較好的鉛鋅尾礦庫治理修復(fù)樹種。其中，夾竹桃吸收積累重金屬不多，但其生長旺盛，可能存在減少重金屬吸收與毒害的抗逆機(jī)制，又系常綠樹種，景觀價值高。
綜合表現(xiàn)，各種植物生長狀況良好，能夠成功存活并定居，實現(xiàn)礦山的植被恢復(fù)， 且方法為生態(tài)恢復(fù)，造價較低，效果初步達(dá)到了礦山植被的達(dá)到了綠化、景觀美觀和重金屬固定和減少污染的目標(biāo)。
試驗例3 江西德興金山金礦尾礦庫植被恢復(fù)試驗示范林面積50畝，用于試驗研究重金屬污染材料篩選和綠化技術(shù)，并起示范作用，尾礦庫位于德興市花橋鎮(zhèn)境內(nèi)，由金礦石加工提取后的尾礦堆積而成。高處沙粒較粗，干燥，無植被， 低洼處有苔蘚、節(jié)節(jié)草、鬼見草、芒、蘆葦?shù)戎参?。采集多個土壤進(jìn)行分析結(jié)果表明，鎘(Cd) 平均含量 104 mg/kg (42-342)、硫(S)平均含量 1199 mg/kg (94-1960)，As 含量 599-817 mg/kg，3項 指標(biāo)均嚴(yán)重超標(biāo)，pH 8.02-8.93。氮磷營養(yǎng)嚴(yán)重虧缺。
試驗內(nèi)容和栽培措施按照實施例的步驟在此處種植側(cè)柏、蠟楊梅、紫穗槐、金葉女貞、楓楊、杞柳、夾竹桃、紅葉石楠、劍麻、紅花繼木、楓香、加拿大紫荊、麻櫟、黃連木、青岡。
上述植物中，側(cè)柏、蠟楊梅、紫穗槐、金葉女貞、楓楊、杞柳、夾竹桃、紅葉石楠、劍麻，表現(xiàn)非常好。除試驗區(qū)外在尾礦區(qū)內(nèi)用紅葉石楠、紅花繼木、蠟楊梅、金葉女貞和劍麻組成了分層的三角形圖案，園林綠化樹種的應(yīng)用使本發(fā)明的綠化美觀廢棄礦山地的效果更好。
鎘濃度最高的是楓香，其次是加拿大紫荊、麻櫟和黃連木；砷濃度最高的是側(cè)柏、楓楊、加拿大紫荊；硫濃度最大的是紫穗槐、蠟楊梅、金葉女貞和青K。有些植物生長良好， 體內(nèi)污染物濃度也較高，如側(cè)柏、蠟楊梅等，這是抗性強的表現(xiàn)。另外一些植物長勢良好，而葉片鎘、砷污染物濃度處于很低水平，如紅葉石楠、夾竹桃等，這反映出是這些植物具有另一種抗性機(jī)制。試驗證明采取本發(fā)明的方法措施，可以在2-3年內(nèi)使一片荒漠實現(xiàn)基本綠化和美化， 并起到良好的土壤改良、減少污染、增加生物多樣性等生態(tài)功能。這是一套 快速、高效、低廉、實用的廢棄尾礦庫植被恢復(fù)技術(shù)方法。
權(quán)利要求
1.一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟1)根據(jù)尾礦庫的地形，選擇苗木；2)在尾礦庫上沿等高線水平方向挖小種植穴組，小種植穴組的間距為O.8 1. 2m,小種植穴組中小種植穴之間的間距為O. 8 1. 2m,小種植穴的深度為25 35cm、寬度為15 25cm、長度為15 25cm ；3)小種植穴組中混合栽種裸根苗和容器苗，栽種裸根苗時，就近采集尾礦庫周邊的黃泥土，向小種植穴中碗狀墊客土 2 3cm，栽種容器苗時，小種植穴中不墊客土 ；4)在造林當(dāng)年夏季，就地采割雜草覆蓋2 3cm于小種植穴附近；5)在造林I 2年內(nèi)的4 6月間，在每株苗木前劃一道弧頂向前的深5 IOcm的弧形溝，施氮肥I 2次,每次每畝10 15kg。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟I)中選擇固氮、耐貧瘠、耐重金屬、萌生性強的植物實行混交配置，以灌木為主、灌草結(jié)合、常綠與落葉樹種結(jié)合，紫穗槐、火炬樹、鹽膚木、蠟楊梅、側(cè)柏、金葉女貞、紅葉石楠、夾竹桃、劍麻、加拿大紫荊、麻櫟、楓香、臭椿、無患子、紅花繼木、黃連木、側(cè)柏、楓楊、青岡、弗櫟、濱柃種植在干旱沙地，榿木、旱柳、杞柳種植在低洼處。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟I)中苗木采用根冠完整，無病蟲危害的壯苗，裸根苗種植前，修剪掉受損或腐爛的根系,將過長的主根剪留10cm，側(cè)根留5cm，剪口需平滑，修剪掉整株植物三分之一葉片和枝條減少蒸騰。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟2)中小種植穴組的間距為O. 9 1.1m,小種植穴組中小種植穴之間的間距為O. 9 1.lm，小種植穴的深度為28 32cm、寬度為18 22cm、長度為18 22cm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟3)中栽種容器苗時托住容器苗土的上表面，輕輕倒出帶土地的苗木，或用刀具劃開容器及底部，直立放入種植穴中央。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，其特征在于所述的步驟5)中弧形溝距苗木20 25cm。
全文摘要
一種高效低廉快速的廢棄尾礦植被修復(fù)方法，屬于環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。其步驟包括1)根據(jù)尾礦庫的地形，選擇苗木；2)在尾礦庫上沿等高線水平方向挖小種植穴組；3)小種植穴組中混合栽種帶土苗和容器苗，栽種裸根苗時，就近采集尾礦庫周邊的黃泥土，向小種植穴中碗狀墊客土2～3cm，栽種容器苗時，小種植穴中不墊客土；4)在造林當(dāng)年夏季，就地采割雜草覆蓋于小種植穴附近；5)在造林1～2年內(nèi)的4～6月間，在每株苗木前劃一道弧頂向前的弧形溝，施氮肥。本發(fā)明通過木本植物的物種的篩選和配置以及相關(guān)的栽培保護(hù)措施來實現(xiàn)廢棄尾礦植被修復(fù)。
文檔編號A01B79/02GK103039150SQ20131001238
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者潘紅偉, 陳益泰, 吳天林 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所