一种用于露天煤矿的替代表土材料的制作方法

本发明属于用于土地复垦与生态重建技术的生态环境材料领域，特别涉及对于表土层较薄的露天煤矿排土场土地复垦与生态重建中替代的表土材料。

技术背景

露天煤矿开采需要剥离上方岩石，尤其是较深的露天矿，往往占用较多土地。相关研究表明，露天开采煤矿一万t约破坏土地0.22hm²，包括挖掘损毁土地面积0.12hm²，外排土场占用土地0.1hm²，对土地的损毁面积是井工开采损毁土地的2-11倍。煤矿开采产生大量煤矸石，而煤矸石中存在重金属Cu、Zn、Cd、Pb等有害物质，这些有害物资随着雨水淋溶进入地下，影响地下水环境健康。煤矿开采过程中产生粉尘、扬尘、燃煤废弃等会污染大气，危害人的身体健康。露天开采改变现有景观；破坏当地的地形地貌；改变土壤养分条件和微生物组成，使土壤养分流失严重，降低微生物活性；破坏矿区植被生长，引起植被减少，扰乱动物的栖息生长环境，影响生物多样性。因此，露天煤矿的土地复垦与生态修复对于我国长期发展尤为重要。

露天煤矿土地复垦过程中表土分层剥离和回填构建适宜的土壤结构是土地复垦工作的关键，表土是新构造土壤中最重要一层。传统的土地复垦需要将表土剥离然后进行回填，但当遇到表土层稀薄，同时在剥离、堆放、回填过程中不可避免造成表土的损失；在露天煤矿开采时形成的内外排土场呈台阶状分布，同时形成较多的边坡，造成土地复垦面积明显多于原开采区的表面积，最终造成原表土数量的大量不足。因而，急需寻找适宜的新土材料解决土地复垦过程中表土不足的问题。通过对替代表土材料改良，可以从根本上解决露天煤矿排土场复垦时所需表土资源匮乏的现状，实现矿区生态环境可持续发展提供有效的途径。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决露天煤矿土地复垦和生态重建过程中，由于表土资源匮乏而不能达到恢复植被生长的要求，开发了一种用于露天煤矿替代表土材料，该配方具有原材料丰富、养分含量较高、配置操作简单、无污染等优点，可以代替内蒙古东部露天煤矿排土场土地复垦中所需的表土，能够保证植被的正常生长，从而尽快恢复露天矿生态环境。

本发明提出的第一种用于替代表土材料，其特征在于，主要由主要成分:表土、亚黏土、砂土和辅助成分:有机物、改性秸秆混合而成，各主要成分的重量百分比为表土34％-40％、亚黏土20％-33％、砂土33％-40％，各辅助成分占主要成分总重量的百分比为：有机物0.1％-0.5％、改性秸秆0.1％-0.5％。

本发明提出的第二种用于替代表土材料，其特征在于，主要由主要成分：亚黏土、砂土和辅助成分：有机物、改性秸秆混合而成，各主要成分的重量百分比为亚黏土33％-50％、砂土50％-67％，辅助成分占主要成分总重量的百分比为：有机物0.5％-1％、改性秸秆0.5％-1％。

本发明提出的第三种用于替代表土材料，其特征在于，主要由主要成分：亚黏土、砂土、混排土和辅助成分：有机物、改性秸秆混合而成，各主要成分的重量百分比为亚黏土40％-50％、砂土25％-40％、混排土20％-25％，辅助成分占主要成分总重量的百分比为：有机物0.5％-1％、改性秸秆0.5％-1％。

本发明的特点及技术效果：

本发明研制的露天煤矿替代表土材料，是一种土地复垦与生态重建的专用材料，明显改善替代表土材料的物理、化学和生物特性，满足植物生长需要，解决露天煤矿排土场土地复垦与生态重建中急需表土的迫切要求。

本发明主要采用表土、亚黏土、砂土、混排土、有机物(牛羊粪便)、改良秸秆。当地表土属于粉砂土，容重、孔隙度和团聚体含量适中，有机质、速效钾、速效磷、碱解氮含量较高，镉、汞、铅、镉、砷、铜、锌、镍九种重金属含量均小于国家土壤环境质量一级标准。亚黏土是重黏土，容重达到了1.55g/cm³，孔隙度和团聚体含量较低，有机质、速效钾、速效磷和碱解氮含量较低，重金属含量低于国家土壤环境质量一级标准。混排土指煤矿开采过程中产生的排弃物，一般包括腐植表土、坚硬岩石、风化岩土、混合岩土，混排土养分含量很低，主要是改善亚黏土的黏性。有机物(牛羊粪便)来源广、数量大、成本低，可以实现就地取材，同时富含氮、磷、钾等营养元素，促进土壤团粒结构的形成，疏松土壤，增加土壤的保水、保费能力。改良秸秆是玉米秸秆粉碎后厌氧堆沤，富含有机质、氮、磷、钾，是我国干旱、半干旱地区农业增收增产的重要原材料。

该表土替代材料富含有机质以及植物生长所必须的各种营养元素，盆栽或田间试验显示，在此配方材料中生长的植物要好于对照土壤上植物的植物，从而达到了替代表土的作用。

附图说明

图1为使用本发明的A配方与亚黏土中紫花苜蓿生长情况对比图。

图2为使用本发明的B配方与亚黏土中紫花苜蓿生长情况对比图。

图3为使用本发明的C配方与亚黏土中紫花苜蓿生长情况对比图。

具体实施方式

本发明提出的露天煤矿替代表土材料，结合实施例详细说明如下：

本发明的基质材料主要包括：表土、亚黏土、砂土、混排土、有机质(如牛羊粪便)、改性秸秆。

本发明包括三种配方的替代表土材料。其中A配方：主要成分的重量百分比为表土34％-40％、亚黏土20％-33％、砂土33％-40％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机物(牛羊粪便)0.1％-0.5％、改性秸秆0.1％-0.5％。

B配方：主要成分的重量百分比为亚黏土33％-50％、砂土50％-67％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机质0.5％-1％、改性秸秆0.5％-1％。

C配方：主要成分的重量百分比为亚黏土40％-50％、砂土25％-40％、混排土20％-25％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机物0.5％-1％、改性秸秆0.5％-1％。

其中：本实施例采用的表土、亚黏土、砂土、有机质(牛羊粪便)、改性秸秆(均为本领域公知材料请)均采用内蒙古呼和浩特地方材料，以上各种材料粒度均过2mm筛。

本发明的替代表土材料的使用方法：

在露天煤矿排土场复垦后的土地上直接覆盖本发明材料，播种后进行日常管理。

实施例一：

使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比为：表土34％、亚黏土33％、砂土33％，辅助成分占主要成分的百分比为：有机物(牛羊粪便)0.5％，改性秸秆0.5％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了45％。

实施例二：使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比为：表土34％、亚黏土33％、砂土33％，辅助成分占主要成分的百分比为：有机物(牛羊粪便)0.3％，改性秸秆0.3％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了30％。

实施例三：使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比为：表土40％、亚黏土20％、砂土40％，辅助成分占主要成分的百分比为：有机物(牛羊粪便)0.5％，改性秸秆0.5％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了55％。

实施例四：使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比为：表土40％、亚黏土20％、砂土40％，辅助成分占主要成分的百分比为：有机物(牛羊粪便)0.1％，改性秸秆0.1％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了35％。

图1为使用本发明的A配方与使用亚黏土中紫花苜蓿生长情况对比图。(其中图(a)为使用亚黏土种植紫花苜蓿，图(b)为实施例三种植紫花苜蓿)

实施例五：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比为亚黏土50％、砂土50％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机质1％、改性秸秆1％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了20％。

实施例六：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比为亚黏土50％、砂土50％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机质0.5％、改性秸秆0.5％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了15％。

实施例七：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比为亚黏土33％、砂土67％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机质1％、改性秸秆1％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了15％。

实施例八：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比为亚黏土33％、砂土67％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机质0.5％、改性秸秆0.5％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了10％。

图2为使用本发明的B配方与使用亚黏土中紫花苜蓿生长情况对比图。(其中图(a)为使用亚黏土种植紫花苜蓿，图(b)为实施例五种植紫花苜蓿)

实施例九：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比为亚黏土40％、砂土40％、混排土20％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机物1％、改性秸秆1％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了25％。

实施例十：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比为亚黏土40％、砂土40％、混排土20％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机物0.5％、改性秸秆0.5％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了15％。

实施例十一：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比为亚黏土50％、砂土25％、混排土25％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机物1％、改性秸秆1％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了20％。

实施例十二：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比为亚黏土50％、砂土25％、混排土25％，辅助成分占主要成分重量百分比为：有机物0.5％、改性秸秆0.5％。使用本实施例作为基质种植紫花苜蓿，与亚黏土上相比，植物生物量增加了15％。

图3为使用本发明的C配方与亚黏土中紫花苜蓿生长情况对比图。(其中图(a)为使用亚黏土种植紫花苜蓿，图(b)为实施例九种植紫花苜蓿)。