极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构及施工方法与流程

本发明涉及金属矿山生态修复，更为具体地，涉及一种极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构及施工方法。

背景技术：

1、极酸化矿山废弃地的土地类型主要包括一些金属矿山的排土场、尾矿库、采坑边坡以及污染退化土地。强酸环境会加速有重金属污染向周围水体的滤出及渗透进入地下水内到处流窜，造成土壤污染危害环境及人类健康。极酸化矿山废弃地生态恢复难点主要包括：①土地裸露面积大，山体滑坡、泥石流等水土流失、地质灾害问题严重；②含硫废石露天堆放，经风化淋溶和氧化作用产生酸性废水，溶出重金属，极端酸性与重金属毒性严重影响植物的生长定居；③矿山地形地貌复杂，露天开采标高及剥离土石堆填标高落差大，坡陡，施工难度大；④砂石与岩石坡面的土壤结构，导致土壤表面高温、土壤保水能力差，植物生长必需的营养元素缺乏，植物生长的立地条件恶劣。

2、目前极酸化矿山废弃地生态修复主要治理思路有：第一种为覆土植被。在矿山废弃地上直接覆盖1m～2m厚客土层形成隔离层，避免有毒有害物质影响上层植物，然后进行植被重建。第二种是多采用硬性隔离与喷播手段结合。通过喷射物理阻隔材料、化学稳定剂使之反应形成坚实外壳，或施加化学物质来络合重金属离子和碱性中和基质，人工复合隔离材料隔绝氧气，隔离层上喷播覆土植被。第三种为直接植被技术手段，通过土壤原位改良后，直接进行植被重建。其中，上述第一种和第二种的修复手段在实际应用过程中发现，修复效果差，维持年限少。而第三种直接植被技术作为极酸化矿山废弃地生态修复极具前景的技术之一，并得到了许多学者得认可。

3、极酸化矿山废弃地生态修复主要经历地貌重塑、土壤重构、植被重建、养护工程共4个阶段，其中土壤重构是实现直接植被技术的关键和核心，进一步的土壤剖面构型是土壤重构的基础。极端酸性和重金属毒性又是制约植被重建的关键因素。

4、目前已公开的针对极端化矿山废弃地土壤剖面重构技术较少，很多应用于我国煤矿矿山生态修复，如中国专利文献(公开号：cn 112816655 a)公开了一种用于生态修复的土壤剖面重构方法。将煤矸石和土壤进行烘干，粉碎机打碎研磨，过筛处理，并设置新构土壤容重，将不同质量含量的煤矸石新构土壤进行分层重构。所述新构土壤分为上下两层新构土壤，所述上下两层新构土壤中煤矸石的质量含量比例为30％：10％或50％：10％。土壤和煤矸石的粒径为0～2mm，土壤容重均设置为1.3g/cm3。将不同煤矸石质量含量的新构土壤进行上下两层土壤剖面重构，可显著提高持水能力。上粗下细的分层重构方式使得土壤在通过上层粗质土进入下层细质土时受到阻碍，在分层界面土壤的入渗速度减慢，土壤剖面的水分入渗量增加，进而使得分层重构方式下的累积入渗量增加，持水能力增强。

5、中国专利文献(公开号cn 113305145 a)公开了一种堆浸场复垦土壤重构方法和应用。该复垦土壤重构方法通过先将堆浸渣加入黏土类物质进行增粘处理，然后加入碱性调节剂进行碱性调节，再加入有机肥进行营养调节，将处理后的堆浸渣与秸秆堆垛熟化，从而得到复垦土壤；上述方法可实现堆浸渣到复垦土壤的转化，有效减少了堆浸渣的存储量同时减轻其对环境的危害，且所制得的复垦土壤富含多种营养成分，适耕性良好，适宜作物生长，为堆浸场的生态修复提供了良好的思路。

6、但是，上述两种土壤重构技术，由于未重视反酸隔离的设置，反酸不够彻底，材料反酸现象仍旧存在，并且由于反酸隔离效果差，导致植物稳定性差，容易出现植物退化，土壤重构不够彻底，维持时间短。

7、综上，目前现有的土壤重构技术存在如下问题：采用硬性隔离与喷播手段结合进行金属矿山生态恢复，导致植物根系无法深入，持续降雨期喷播过厚容易造成边坡不稳定出现滑落，造成人力物力资源浪费；同时利用植物材料喷播，无法调控种间植物生长关系，生物多样性无法保证，植被系统稳定性差，加之修复后期若反酸隔离设置不恰当，易出现土壤返酸现象，容易发生植被系统退化，从而导致维持年限短。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构及施工方法，以解决目前现有土壤重构技术由于采用硬性反酸隔离或不隔离，导致材料反酸不彻底；硬性隔离与喷播手段结合，导致植物根系无法深入，使植被系统稳定性差，造成人力物力资源浪费，以及维持时间短等问题。

2、本发明提供一种极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构，包括底层、设置在所述底层上面的中层和设置在所述中层上面的表层；其中，所述底层包括底面和铺设在所述底面上的碱性调理剂层；所述中层包括铺设在所述碱性调理剂层上面的有机阻水材料层；所述表层包括铺设在所述有机阻水材料层上面的矿山废弃土壤覆盖层、铺设在所述矿山废弃土壤覆盖层上方的动物粪便下脚料层和栽种在所述动物粪便下脚料层上方的植物层。

3、此外，优选的方案是，所述碱性调理剂层中采用的碱性调理剂为熟石灰；其中，所述碱性调理剂层中的熟石灰的用量为1.5～3.0kg/m2；所述熟石灰层的厚度为0.5～1.5cm。

4、此外，优选的方案是，所述有机阻水材料层中采用的有机阻水材料是由生物菌、腐殖酸、膨润土和凹凸棒粘土按照任意比例混合后制成的粉末状的柔性阻水材料。

5、此外，优选的方案是，所述有机阻水材料层的厚度为1.5～2.0cm。

6、此外，优选的方案是，所述矿山废弃土壤覆盖层的厚度为10～20cm；所述动物粪便下脚料层的厚度为1.5～2.0cm；所述动物粪便下脚料层中的动物粪便下脚料的用量为3.0～8.0kg/m2。

7、此外，优选的方案是，所述动物粪便下脚料层中采用的动物粪便下脚料是将动物粪便、稻壳、糠醛渣、秸秆和发酵剂按照任意比例混合均匀后，调节水分至50％，发酵8～10天后制作得到；其中，所述动物粪便下脚料中的有机质按照烘干基计，含量大于等于45％；所述动物粪便下脚料中的总养分按照烘干基计，含量大于等于8.5％。

8、此外，优选的方案是，所述极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构用于土壤ph为2.0～4.5的矿区。

9、本发明还提供一种根据如上所述的极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构的施工方法，包括如下步骤：

10、对极酸化矿山废弃地进行场地修整，得到修整后的极酸化矿山废弃地；

11、将所述修整后的极酸化矿山废弃地的表面作为底面，并向所述底面的重金属污染土壤中铺设碱性调理剂，得到底层；

12、在所述底层的上表面铺设有机阻水材料，使所述碱性调理剂的上方形成有机阻水材料层，得到中层；

13、在所述中层的上方覆盖少量矿山废弃土壤，形成矿山废弃土壤覆盖层，并在所述矿山废弃土壤覆盖层的上方摊铺动物粪便下脚料，使所述矿山废弃土壤覆盖层的上方形成动物粪便下脚料层；

14、在所述动物粪便下脚料层的上方进行苗木种植、种子撒播和稻草覆盖，形成植物层，得到极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构。

15、此外，优选的方案是，所述对极酸化矿山废弃地进行场地修整，得到修整后的极酸化矿山废弃地包括：

16、对极酸化矿山废弃地的平台和坡面的修整；

17、在修整后的平台和坡面上修建截排水沟。

18、此外，优选的方案是，在将所述修整后的极酸化矿山废弃地的表面作为底面，并向所述底面的重金属污染土壤中铺设碱性调理剂，得到底层的过程中，对平台处的底面采用喷洒或人工摊铺的方式铺设碱性调理剂；对坡面处的底面采用喷洒的方式铺设碱性调理剂。

19、从上面的技术方案可知，本发明提供的极酸化矿山废弃地土壤生态修复结构及施工方法，通过包括碱性调理剂层的底层，能够快速消酸抑酸；通过将柔性的有机阻水材料层作为中层，柔性隔离重金属等污染源，避免修复后期土壤返酸，并且不会对植物层的植物根系的生长产生影响；通过矿山废弃土壤覆盖层和动物粪便下脚料层为植物层的植物提供丰富的营养成分，实现快速植被重建；本发明可避免土壤过多扰动，采用原位基质改良土壤的方式，施工简单，减少客土使用，同时能消酸控酸，稳定重金属，实现肥力提升与重金属防控并举，一定程度上可避免修复后期土壤返酸，促进植物根系生长，维持时间长，修复效果佳；因此，本发明具有施工简单、土壤修复效果好、快速建植、提高植被覆盖率、缩短施工时间和成本等优点。

20、为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。