本發(fā)明屬于用于土地復(fù)墾與生態(tài)重建技術(shù)的生態(tài)環(huán)境材料領(lǐng)域，特別涉及對于表土層較薄的露天煤礦排土場土地復(fù)墾與生態(tài)重建中替代的表土材料。

技術(shù)背景

露天煤礦開采需要剝離上方巖石，尤其是較深的露天礦，往往占用較多土地。相關(guān)研究表明，露天開采煤礦一萬t約破壞土地0.22hm²，包括挖掘損毀土地面積0.12hm²，外排土場占用土地0.1hm²，對土地的損毀面積是井工開采損毀土地的2-11倍。煤礦開采產(chǎn)生大量煤矸石，而煤矸石中存在重金屬Cu、Zn、Cd、Pb等有害物質(zhì)，這些有害物資隨著雨水淋溶進入地下，影響地下水環(huán)境健康。煤礦開采過程中產(chǎn)生粉塵、揚塵、燃煤廢棄等會污染大氣，危害人的身體健康。露天開采改變現(xiàn)有景觀；破壞當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?；改變土壤養(yǎng)分條件和微生物組成，使土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重，降低微生物活性；破壞礦區(qū)植被生長，引起植被減少，擾亂動物的棲息生長環(huán)境，影響生物多樣性。因此，露天煤礦的土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)對于我國長期發(fā)展尤為重要。

露天煤礦土地復(fù)墾過程中表土分層剝離和回填構(gòu)建適宜的土壤結(jié)構(gòu)是土地復(fù)墾工作的關(guān)鍵，表土是新構(gòu)造土壤中最重要一層。傳統(tǒng)的土地復(fù)墾需要將表土剝離然后進行回填，但當(dāng)遇到表土層稀薄，同時在剝離、堆放、回填過程中不可避免造成表土的損失；在露天煤礦開采時形成的內(nèi)外排土場呈臺階狀分布，同時形成較多的邊坡，造成土地復(fù)墾面積明顯多于原開采區(qū)的表面積，最終造成原表土數(shù)量的大量不足。因而，急需尋找適宜的新土材料解決土地復(fù)墾過程中表土不足的問題。通過對替代表土材料改良，可以從根本上解決露天煤礦排土場復(fù)墾時所需表土資源匱乏的現(xiàn)狀，實現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供有效的途徑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決露天煤礦土地復(fù)墾和生態(tài)重建過程中，由于表土資源匱乏而不能達到恢復(fù)植被生長的要求，開發(fā)了一種用于露天煤礦替代表土材料，該配方具有原材料豐富、養(yǎng)分含量較高、配置操作簡單、無污染等優(yōu)點，可以代替內(nèi)蒙古東部露天煤礦排土場土地復(fù)墾中所需的表土，能夠保證植被的正常生長，從而盡快恢復(fù)露天礦生態(tài)環(huán)境。

本發(fā)明提出的第一種用于替代表土材料，其特征在于，主要由主要成分:表土、亞黏土、砂土和輔助成分:有機物、改性秸稈混合而成，各主要成分的重量百分比為表土34％-40％、亞黏土20％-33％、砂土33％-40％，各輔助成分占主要成分總重量的百分比為：有機物0.1％-0.5％、改性秸稈0.1％-0.5％。

本發(fā)明提出的第二種用于替代表土材料，其特征在于，主要由主要成分：亞黏土、砂土和輔助成分：有機物、改性秸稈混合而成，各主要成分的重量百分比為亞黏土33％-50％、砂土50％-67％，輔助成分占主要成分總重量的百分比為：有機物0.5％-1％、改性秸稈0.5％-1％。

本發(fā)明提出的第三種用于替代表土材料，其特征在于，主要由主要成分：亞黏土、砂土、混排土和輔助成分：有機物、改性秸稈混合而成，各主要成分的重量百分比為亞黏土40％-50％、砂土25％-40％、混排土20％-25％，輔助成分占主要成分總重量的百分比為：有機物0.5％-1％、改性秸稈0.5％-1％。

本發(fā)明的特點及技術(shù)效果：

本發(fā)明研制的露天煤礦替代表土材料，是一種土地復(fù)墾與生態(tài)重建的專用材料，明顯改善替代表土材料的物理、化學(xué)和生物特性，滿足植物生長需要，解決露天煤礦排土場土地復(fù)墾與生態(tài)重建中急需表土的迫切要求。

本發(fā)明主要采用表土、亞黏土、砂土、混排土、有機物(牛羊糞便)、改良秸稈。當(dāng)?shù)乇硗翆儆诜凵巴粒葜?、孔隙度和團聚體含量適中，有機質(zhì)、速效鉀、速效磷、堿解氮含量較高，鎘、汞、鉛、鎘、砷、銅、鋅、鎳九種重金屬含量均小于國家土壤環(huán)境質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)。亞黏土是重黏土，容重達到了1.55g/cm³，孔隙度和團聚體含量較低，有機質(zhì)、速效鉀、速效磷和堿解氮含量較低，重金屬含量低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)?；炫磐林该旱V開采過程中產(chǎn)生的排棄物，一般包括腐植表土、堅硬巖石、風(fēng)化巖土、混合巖土，混排土養(yǎng)分含量很低，主要是改善亞黏土的黏性。有機物(牛羊糞便)來源廣、數(shù)量大、成本低，可以實現(xiàn)就地取材，同時富含氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，疏松土壤，增加土壤的保水、保費能力。改良秸稈是玉米秸稈粉碎后厭氧堆漚，富含有機質(zhì)、氮、磷、鉀，是我國干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)增收增產(chǎn)的重要原材料。

該表土替代材料富含有機質(zhì)以及植物生長所必須的各種營養(yǎng)元素，盆栽或田間試驗顯示，在此配方材料中生長的植物要好于對照土壤上植物的植物，從而達到了替代表土的作用。

附圖說明

圖1為使用本發(fā)明的A配方與亞黏土中紫花苜蓿生長情況對比圖。

圖2為使用本發(fā)明的B配方與亞黏土中紫花苜蓿生長情況對比圖。

圖3為使用本發(fā)明的C配方與亞黏土中紫花苜蓿生長情況對比圖。

具體實施方式

本發(fā)明提出的露天煤礦替代表土材料，結(jié)合實施例詳細說明如下：

本發(fā)明的基質(zhì)材料主要包括：表土、亞黏土、砂土、混排土、有機質(zhì)(如牛羊糞便)、改性秸稈。

本發(fā)明包括三種配方的替代表土材料。其中A配方：主要成分的重量百分比為表土34％-40％、亞黏土20％-33％、砂土33％-40％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機物(牛羊糞便)0.1％-0.5％、改性秸稈0.1％-0.5％。

B配方：主要成分的重量百分比為亞黏土33％-50％、砂土50％-67％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機質(zhì)0.5％-1％、改性秸稈0.5％-1％。

C配方：主要成分的重量百分比為亞黏土40％-50％、砂土25％-40％、混排土20％-25％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機物0.5％-1％、改性秸稈0.5％-1％。

其中：本實施例采用的表土、亞黏土、砂土、有機質(zhì)(牛羊糞便)、改性秸稈(均為本領(lǐng)域公知材料請)均采用內(nèi)蒙古呼和浩特地方材料，以上各種材料粒度均過2mm篩。

本發(fā)明的替代表土材料的使用方法：

在露天煤礦排土場復(fù)墾后的土地上直接覆蓋本發(fā)明材料，播種后進行日常管理。

實施例一：

使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比為：表土34％、亞黏土33％、砂土33％，輔助成分占主要成分的百分比為：有機物(牛羊糞便)0.5％，改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了45％。

實施例二：使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比為：表土34％、亞黏土33％、砂土33％，輔助成分占主要成分的百分比為：有機物(牛羊糞便)0.3％，改性秸稈0.3％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了30％。

實施例三：使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比為：表土40％、亞黏土20％、砂土40％，輔助成分占主要成分的百分比為：有機物(牛羊糞便)0.5％，改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了55％。

實施例四：使用替代表土材料的A配方，各主要成分的百分比為：表土40％、亞黏土20％、砂土40％，輔助成分占主要成分的百分比為：有機物(牛羊糞便)0.1％，改性秸稈0.1％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了35％。

圖1為使用本發(fā)明的A配方與使用亞黏土中紫花苜蓿生長情況對比圖。(其中圖(a)為使用亞黏土種植紫花苜蓿，圖(b)為實施例三種植紫花苜蓿)

實施例五：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比為亞黏土50％、砂土50％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機質(zhì)1％、改性秸稈1％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了20％。

實施例六：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比為亞黏土50％、砂土50％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機質(zhì)0.5％、改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了15％。

實施例七：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比為亞黏土33％、砂土67％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機質(zhì)1％、改性秸稈1％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了15％。

實施例八：使用替代表土材料的B配方，主要成分的重量百分比為亞黏土33％、砂土67％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機質(zhì)0.5％、改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了10％。

圖2為使用本發(fā)明的B配方與使用亞黏土中紫花苜蓿生長情況對比圖。(其中圖(a)為使用亞黏土種植紫花苜蓿，圖(b)為實施例五種植紫花苜蓿)

實施例九：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比為亞黏土40％、砂土40％、混排土20％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機物1％、改性秸稈1％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了25％。

實施例十：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比為亞黏土40％、砂土40％、混排土20％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機物0.5％、改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了15％。

實施例十一：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比為亞黏土50％、砂土25％、混排土25％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機物1％、改性秸稈1％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了20％。

實施例十二：使用替代表土材料的C配方，主要成分的重量百分比為亞黏土50％、砂土25％、混排土25％，輔助成分占主要成分重量百分比為：有機物0.5％、改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質(zhì)種植紫花苜蓿，與亞黏土上相比，植物生物量增加了15％。

圖3為使用本發(fā)明的C配方與亞黏土中紫花苜蓿生長情況對比圖。(其中圖(a)為使用亞黏土種植紫花苜蓿，圖(b)為實施例九種植紫花苜蓿)。