废弃稀土矿区坡面土壤立体修复生态网及其养护方法与流程

本发明属于矿山废弃地土壤生态修复技术领域，尤其涉及一种废弃稀土矿区坡面土壤立体修复生态网及其养护方法。

背景技术：

稀土被称为“工业黄金”，是高新技术领域所需的重要材料，被国家列为保护性开采的特定矿种和战略性资源。根据2012年国务院新闻办发布的《中国的稀土状况与政策》白皮书显示，我国的稀土储量为1859万t左右，约占世界总储量的23%，是世界上稀土资源最丰富、矿物种类最齐全的国家。江西赣南地区拥有全国30%以上的离子型重稀土，其远景储量在940万吨以上，已探明储量46.89万吨，被誉为中国的“稀土王国”。

20世纪70年代开始，赣南离子型稀土矿的开采，先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿3种不同的工艺技术；3种工艺均存在破坏植被、造成水土流失、稀土浸出率低和稀土资源利用率低等特点；同时，稀土矿区由于无序开采、产业经营方式粗放和乱挖乱采现象严重，造成了大范围的环境污染和生态破坏，在浪费大量稀土资源的同时，使得大量稀土等金属进入矿区土壤环境，在自然现象和人类活动的双重作用下发生迁移、累积、转化和扩散，对矿区周边大气、植物、水生态系统和周边居民造成影响和潜在危害。已有研究表明，稀土矿污染场地下游8～10km范围内土壤的稀土累积明显，距离尾矿坝最近土壤的混合稀土含量为27549.58mg/kg，是我国土壤稀土平均含量的160多倍；稀土矿山毁坏面积78.13km²，水土流失破坏面积7.72km²，共计85.85km²。而稀土矿中常伴生有大量可利用的重金属，如白云鄂博稀土矿中伴生有丰富的Cu、Pb、Zn，四川冕宁县稀土矿富含Pb、As等。赣南风化淋积型稀土矿淋出液中主要含Al³⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Cn²⁺等，这些重金属在稀土沉淀过程中最终以氢氧化物或硫化物的形式存在。有研究表明我国南方某稀土矿区周边水体Pb、Cd、Cu、Zn污染较严重。赣南稀土开采付出的环境代价是巨大的，粗放式的开采给山体、水体、土壤和生态环境造成的破坏，成为地方政府和居民最头疼的后遗症。因此，针对稀土矿开采对周边环境的破坏，开展废弃地土壤重金属修复和矿山生态恢复对于保护源头区的环境和人群健康具有重要的现实意义。

由于废弃稀土地土壤基质极度贫瘠，有机质含量低，黏粒含量少、质地差，缺少团聚体、结构差，保肥持水能力差等原因，目前的废弃稀土矿山土壤修复技术较少。当前的土壤修复专利主要分为原位治理和异位治理。其中原位治理如公告号CN102640590A（申请号201210125698.0）的中国专利公开了一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，采用的丛枝菌根真菌易与植物共生，提高植物对矿质养分的获取能力，减轻稀土元素对植物的毒害作用，促进植物在稀土尾矿上的定植和生长。异位治理如公告号CN106282554A（申请号201610669586.X）的中国专利公开了一种稀有稀土矿山修复方法，将稀土尾矿进行球磨和筛选得到尾矿原粉，进行酸化、过滤、分离和回填，实现矿山无尾化、无害化、无隐患及全绿色的修复效果。现已公布的稀土矿山修复技术发明专利，仅仅单纯的利用微生物、植物，均未考虑废弃稀土地土壤水土流失的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种废弃稀土矿区坡面土壤立体修复生态网及其养护方法，以便综合解决废弃稀土矿区水土流失、土壤性质恢复和土壤污染治理的问题。

本发明的目的是这样实现的：

采用生物质“井”字固土材料，解决稀土废弃矿山土壤水土流失和植物难以存活以及土壤污染治理的问题，即提供一种兼具降低土壤重金属、氨氮污染（结合生物质炭聚集、吸附、植物二次吸收和抽提等原理，形成化整为零的污染物“吸收井”系统）的新思路；用于修复的生态网具有稳定性、持久性和环境友好等特点，同时是农作物废物资源化利用的一种崭新途径。

一、废弃稀土矿区坡面土壤立体修复生态网

包括土壤，设置有固土装置；

在土壤的表面人工挖掘相应沟渠，将固土装置有序固定在沟渠内，并将挖掘出来的土壤进行回填，保证固土装置的3/4埋在土壤里面；

所述的固土装置包括生物质水平方框、垂直木桩、改性生物质炭、碳纤维网膜、草种和锯末；

通过垂直木桩将水平方框固定在沟渠上；

在水平方框上，从下到上依次设置有改性生物质炭、碳纤维网膜、草种和锯末。

二、养护方法

①向固土装置表面喷洒一定量的水；

②保持垂直木桩的稳定，定期检查与固定，崩岗区及时调整木桩深度，保持生态网的稳定；

③斜坡固土区域被冲刷中空后及时填土衬底，适度覆土掩盖；

④定期植物收割及施肥（磷肥），撒药除虫。

本发明具有下列优点和积极效果：

1）制作成本较低，较易实现；

2）实现资源的二次利用；

3）能够有效防止水土流失；

4）相比同类方法成本较低，美观安全，易于推广应用，具有巨大的应用前景和市场需求。

总之，本发明对于有效改善稀土矿区由于尾矿废弃地所造成的极度退化的生态环境、提高因稀土矿藏开采所导致的矿区生态破坏与环境污染的治理效果具有重要的作用。

附图说明

图1是生态网的结构示意图（俯视）；

图2是固土装置10的结构示意图（立体）；

图3是水平方框11的结构示意图（俯视）。

图中：

00—土壤（废弃稀土矿区坡面土壤）；

10—固土装置，

11—生物质水平方框，

12—垂直木桩，

13—改性生物质炭，

14—碳纤维网膜，

15—草种，

16—锯末。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、生态网

1、总体

如图1，本生态网包括土壤00，设置有固土装置10；

在土壤00的表面人工挖掘相应沟渠，将固土装置10有序固定在沟渠内，并将挖掘出来的土壤00进行回填，保证固土装置10的3/4埋在土壤00里面。

2、固土装置10

如图2，固土装置10包括生物质水平方框11、垂直木桩12、改性生物质炭13、碳纤维网膜14、草种15和锯末16；

通过垂直木桩12将水平方框11固定在沟渠上；

在水平方框11上，从下到上依次设置有改性生物质炭13、碳纤维网膜14、草种15和锯末16。

1）生物质水平方框11

如图3，生物质水平方框11是一种由稻草和玉米秸秆组成的边长为60cm的方框，每条边的宽度为8cm；

其功能是本生态网的基本单元，是支撑其它物资的载体。

将废弃生物质材料如稻草和玉米秸秆进行回收，通过机械碾平、筛选后按照1～2cm宽度进行编织成8cm宽带状，再连接成边长为60cm的方框，

2）垂直木桩12

收集若干个废弃的树枝或木条（直径约2cm，长度约40cm），在树枝或木条的下部用小刀削成60°左右的斜面；

其功能是固定生物质水平方框11，便于插入沟渠内。

3）改性生物质炭13

改性生物质炭13是一种优质的土壤改良剂，在厌氧等条件下热解制备，而后改性得到的高比表面积的固体物料。

该物料的功能是吸附土壤重金属、氨氮等离子，缓冲酸碱环境，具有较高的阳离子交换潜力，提高土壤有机碳及有机质含量，改善土壤微生物群落结构及提高微生物多样性，提高植物的生物量，增强植物抗病虫害能力。

4）碳纤维网膜14

是一种网目在30～50目的碳纤维薄层网。

其功能是固定草种，吸附重金属等。

5）草种15

草种15包括白茅和狗牙根，白茅：狗牙根=1：2，80～100株/m²；

按照80～100株/m²的密度播撒山地速生耐受型草种：白茅：狗牙根=1：2。

其功能是植物固土及耐受型植物从吸附基质中抽提聚集的重金属与氨氮离子，具有深度削减功能。

6）锯末16

其功能是为植物草种提供基质，具有保水保肥透气的作用。