專利名稱：基于疏浚底泥的植生性基質(zhì)及裸露坡面的生態(tài)修復方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境生態(tài)修復及廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種基于富營養(yǎng)化水體疏浚淤泥的植生性基質(zhì)，以及該基質(zhì)應(yīng)用于裸露坡面修復中植物基質(zhì)的構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
由于礦物的探取、石料的開采和道路的修建等一系列開發(fā)利用活動，一些山體和陡坡形成了創(chuàng)面，其中大多以裸露坡面的形式存在或遺存。這些遺存的坡面不僅影響了自然景觀，更重要的是破壞了地表生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性、破壞了土著生物賴以生存的棲息地。另外，由于裸露增加巖石風化和的水土流失機會，這對于控制面源污染物(如磷)流失的地區(qū)， 將加大了污染物產(chǎn)生的負荷和水土污染風險。富營養(yǎng)化已是人類活動給地表水體帶來的最大影響問題之一。人類對地表的營造，特別是礦山開采活動，使得地表形成裸露，其中對水土流失貢獻最大的是裸露的坡面。 已有研究發(fā)現(xiàn)，在我國巢湖流域北部，裸露坡面的所形成的顆粒物單位流失量是其他生態(tài)類型地表的4 1000倍。對于富磷地質(zhì)區(qū)，由于磷礦或礦石的粗放式開采將會形成高磷含量顆粒物的大量流失，對匯水水體(如湖泊、水庫等)的富營養(yǎng)化形成不容忽視的貢獻。另外，對于泥石混雜的不穩(wěn)定裸露山體，由于高落差水力沖刷和風力的侵蝕，所形成的水土流失嚴重時還可能導致山體的滑坡，對生命和財產(chǎn)安全造成潛在的威脅。在一些開采強度大的地區(qū)，山體的瘡痍還會造成景觀缺陷、小氣候變遷等諸多負面效應(yīng)。以上這些裸露坡面的負面問題都是與坡面上缺少適生的植物或植物覆蓋程度有關(guān)，顯然，如果對于這些裸露坡面采用適當?shù)闹参镄迯褪侄?，將可一定程度上減少水土流失、改善生態(tài)景觀。裸露坡面缺乏植物生長，其最主要的原因就是缺乏適合植物生長的基質(zhì)。植物能夠生長必須依賴于其根部對土壤基質(zhì)的著生以及吸收基質(zhì)中的水分和營養(yǎng)物等提供植物組織生長。裸露坡面上一般沒有嚴格意義上的植物生長基質(zhì)，完全依賴自然作用(如大氣干濕沉降)形成基質(zhì)將極其漫長，因此需要人為植入或覆蓋形成?；|(zhì)的人為來源大致有兩種，即客土移入和人工配制覆蓋。目前，絕大多數(shù)礦山復綠工程的基質(zhì)都是取用修復區(qū)附近的客土，這些客土多為農(nóng)田的耕作層土壤。對于那些未經(jīng)人類耕作的客土則還需要添加泥炭和氮磷等物質(zhì)以提高基質(zhì)的肥力。由于土壤耕作層的形成需要投入人類相對長期的勞動，實際上土壤耕作層是累積了人類勞動的一種資源。雖然耕作層土壤可很好地修復了裸露坡面，但這可能會以降低耕地的質(zhì)量作為代價。由于裸露坡面的生態(tài)修復對基質(zhì)材料的需求量是極為可觀的，這種對土壤耕作層資源侵占所形成的成本，無疑是該修復方法的瓶頸問題。另一種方法人工配制法，就是通過人工的方法獲得具有耕作層土壤性質(zhì)的基質(zhì)。 由于裸露坡面多為裸石、土石混雜，再加上營養(yǎng)含量相對貧瘠，因此這種適合植物生長的基質(zhì)，必須能夠適合植物根部著生、提供營養(yǎng)和水分，以及對裸露坡面具有一定粘附性能。實際上，在礦山復綠和坡面修復中，如何考慮資源節(jié)約問題，如何找到替代土壤耕作層的方法一直是人們解決這一瓶頸問題的主要努力方向。先后出現(xiàn)了采用市政污泥用于修復基質(zhì)有
3機質(zhì)的案例等，但多因市政污泥含有有毒有害物質(zhì)而造成環(huán)境的二次污染等問題，并未得到實際應(yīng)用。另一方面，富營養(yǎng)化使得一些水體(如池塘、河道、湖泊和水庫等)產(chǎn)生水質(zhì)惡化現(xiàn)象。很長一段時間，人們都是通過罱泥的方法將這些肥水水體中的底泥取出，一方面以獲取富含營養(yǎng)物的底泥作為施用于農(nóng)田的肥料；另一方面則也改善了水體水質(zhì)。但由于化肥的使用，這種罱泥活動已逐漸停止，底泥在水底越積越厚，進而因氮磷從底泥中釋放，促進了水體富營養(yǎng)化。自20世紀70年代中期起，為水質(zhì)改善目的，美日等國開始了對污染湖泊、 水庫和河道采用疏浚的方式進行大規(guī)模整治，其中針對富營養(yǎng)化水體而實施的底泥疏浚工程數(shù)量最多。我國大約自20世紀90年代起開展富營養(yǎng)化湖泊和河流的疏浚工程，1998 2010年間，疏浚的富含營養(yǎng)物的底泥量達到近1億多m3，其中來自湖泊的污染底泥約7000 多萬m3，已成為世界上環(huán)保疏浚量最大的國家。在底泥的處理和處置方面，由于棄用和造林造地，不僅占用沿湖土地多，而且使得土地的價值降低。也有利用水泥、粉煤灰、石膏配合疏浚底泥制作固化材料的資源化方法。 然而固化處理價格昂貴，2009年太湖地區(qū)處理Im3疏浚底泥就需要40元，超過疏浚Im3的費用，使得這種方法難以在一般地區(qū)推廣。從富營養(yǎng)化湖泊疏浚底泥的特性來看，其之所以污染，主要是因為其中氮、磷等生源要素含量較高，而有毒有害物質(zhì)(如重金屬和持久性有機污染物)含量實際都相對較低，處于可接受的環(huán)境風險水平。富營養(yǎng)化水體的底泥中除有機質(zhì)含量一般低于耕作層土壤外，其氮磷含量均接近后者，在一些重富營養(yǎng)化河口和湖灣， 速效氮磷的含量甚至超過表層土壤。顯然，富營養(yǎng)化水體底泥中較高的營養(yǎng)物質(zhì)含量為其基質(zhì)化開發(fā)提供了極大的可能。底泥多為以粉砂和粘土為主的巖性材料，系來自流域的土壤流失，因此其主要物理性質(zhì)與土壤相近。另一方面，由于長期與富營養(yǎng)化水體接觸和對水體中營養(yǎng)物的吸收以至達到平衡，使其本身也富含營養(yǎng)物，因此利用上述性質(zhì)，可對疏浚底泥進行土質(zhì)化改造， 為養(yǎng)分貧瘠的裸露坡面提供植物生長的適生性基質(zhì)。除此之外，依據(jù)土質(zhì)的干濕程度和坡面的陡峭程度不同，植物對基質(zhì)的涵水性和在裸露面上的粘附性也有一定要求。一定的輔材是基質(zhì)化所需要的，添加輔材可使得基質(zhì)具有抗剪切力，適當?shù)目紫堵屎秃?，提供必要的碳源及調(diào)節(jié)系統(tǒng)PH以適應(yīng)植物生長等等。本發(fā)明正是基于疏浚底泥具有類似土壤的特征，充分利用其具有的高氮磷肥力， 以及可以添加輔助材料使其植物的適生性得到改良的特點，將疏浚底泥資源化利用，將其改造成裸露坡面的植生性基質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于疏浚底泥的植生粘附基質(zhì)及其在裸露坡面生態(tài)修復中的應(yīng)用，一方面為裸露的山體坡面生態(tài)修復提供一種成本較為低廉、材料易得、制作方法簡單的植生性基質(zhì)，另一方面本發(fā)明同時是一種疏浚底泥的資源化利用方法，能解決疏浚底泥處理處置中存在的諸多問題。本發(fā)明的植生性基質(zhì)，是將營養(yǎng)物富集的湖泊、水庫和河道的疏浚底泥作為主要成份，添加一定比例的植物秸稈、硅酸鹽水泥和草木灰混合而成，是一種粘附性好、可應(yīng)用于山體裸露坡面生態(tài)修復的植生性基質(zhì)。疏浚底泥本身已富含氮、磷等營養(yǎng)元素，加入易分
4解的作物秸稈和草木灰，以提供疏浚底泥中相對缺乏的有機碳和鉀等植物所需量元素，滿足植物發(fā)芽和生長所需的營養(yǎng)供給。同時，采用秸稈還可使相對密實的疏浚底泥的孔隙率增加，在其分解過程中產(chǎn)生的有機酸可以一定程度改善硅酸鹽水泥造成的基質(zhì)PH偏高問題。在實際應(yīng)用中，還可以同時加入少量有機肥或緩釋肥、保水劑等材料，加入少量有機肥 /緩釋肥和保水劑，將使得所施肥及肥效和水分的供應(yīng)得以延長，利于植物的萌發(fā)和生長。實現(xiàn)本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種基于疏浚底泥的植生性基質(zhì)，其特征在于采用疏浚底泥作為骨料，包含植物秸稈、草木灰和硅酸鹽水泥。所述的植生性基質(zhì)還可以包含有機肥或緩釋肥。所述的植生性基質(zhì)還可以包含保水劑。本發(fā)明提出的基于疏浚底泥的坡面植生性粘附基質(zhì)，為多種材料按一定比例均勻混合而成的組合物，具體包括如下組分(百分數(shù)為體積百分比)
疏浚底泥60 70% 植物秸稈10 20% 草木灰5 10% 硅酸鹽水泥5 10% 有機肥或緩釋肥0 10% 保水劑(Tl50g/m3。本發(fā)明所述的坡面植生粘附基質(zhì)是由各組分按比例均勻混合而成。基質(zhì)混合過程中是否添加水份取決于坡面修復實施工藝。所述的疏浚底泥為來自于富營養(yǎng)狀態(tài)的淡水湖泊、水庫或河道的底泥，這些底泥多以粉砂和粘土為主，可進行土質(zhì)化改造，且含有較高含量的氮磷等營養(yǎng)物而滿足植物對基質(zhì)中氮磷吸收的需要。本發(fā)明采用的疏浚底泥在使用前宜首先測定營養(yǎng)鹽、有毒有害物質(zhì)的含量。有毒有害物質(zhì)含量符合環(huán)境要求的疏浚底泥方可用于本發(fā)明的基質(zhì)配比。為達到均勻混合的目的，疏浚底泥于排放堆場采集后可先進行風干，含水率< 15%，后通過土壤破碎機等設(shè)備進行機械破碎，破碎后的疏浚底泥顆粒粒徑宜小于4 mm。所述的植物秸稈可為稻草秸稈、小麥秸稈及其它農(nóng)作物植物殘體。植物秸稈在基質(zhì)配比中的作用有(1)在坡面修復的初期，通過宏觀層面的架橋連結(jié)作用，提高植生基質(zhì)的抗剪切力，減輕其因各配比組分顆粒松散而易受侵蝕的風險；(2)為植物的種子萌發(fā)和植株生長提供必要的孔隙率，并能夠保持較適宜的基質(zhì)含水率，添加10%秸桿后可使基質(zhì)含水率較穩(wěn)定地保持在30%左右，而僅使用疏浚底泥和/或水泥配比的基質(zhì)其含水率極易降至20%以下；(3)為植物生長、土壤微生態(tài)系統(tǒng)提供必要的有機碳源；(4)秸稈降解過程中產(chǎn)生的有機酸可緩解修復初期添加硅酸鹽水泥粘結(jié)劑所導致的PH偏高現(xiàn)象。如表1所示，添加植物秸稈可有效降低基質(zhì)的PH，含10%水泥基質(zhì)的pH值從開始的8. 5左右在15日內(nèi)降至7.2左右。進行基質(zhì)配制時，宜將植物秸稈破碎成約3 cm長的片段。表1不同添加物對基質(zhì)pH值影響
權(quán)利要求
1.一種基于疏浚底泥的植生性基質(zhì)，其特征在于采用疏浚底泥作為骨料，包含植物秸稈、草木灰和硅酸鹽水泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植生性基質(zhì)，其特征在于所述的植生性基質(zhì)包含有機肥或緩釋肥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植生性基質(zhì)，其特征在于所述的植生性基質(zhì)包含保水劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植生性基質(zhì)，其特征在于所述的植生性基質(zhì)包括如下組分疏浚底泥60 70%植物秸稈10 20%草木灰5 10%硅酸鹽水泥5 10%有機肥或緩釋肥0 10%保水劑(Tl50g/m3上述百分數(shù)為體積百分比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植生性基質(zhì)，其特征在于所述的疏浚底泥為來自于富營養(yǎng)狀態(tài)的淡水湖泊、水庫或河道的底泥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植生性基質(zhì)，其特征在于所述的疏浚底泥含水率<15%，顆粒粒徑小于4 mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植生性基質(zhì)，其特征在于所述的植物秸稈破碎成約3cm長的片段。
8.一種利用權(quán)利要求1所述的植生性基質(zhì)進行裸露坡面生態(tài)修復的方法，其特征在于采用濕式噴漿工藝在裸露坡面進行植生性基質(zhì)噴漿作業(yè)，基質(zhì)噴漿分兩層進行，其中第一層噴漿基質(zhì)中不添加植物種子，厚度不小于5cm，為植物根系生長的營養(yǎng)基質(zhì)；第二層噴漿基質(zhì)厚度約5cm，為植物播種層，在基質(zhì)中加入植物種子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裸露坡面生態(tài)修復的方法，其特征在于所述的播種層中，植物種子的添加量為700g/m3。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裸露坡面生態(tài)修復的方法，其特征在于所述的方法包括以下步驟(1)坡面平整清理裸露坡面殘留的碎石、雜物，機械整理后壓實成較為平整或雖有起伏但適合構(gòu)建基質(zhì)層的坡面；(2)固著金屬絲網(wǎng)在整理完畢的坡面上，鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)通過鐵制錨桿進行固定；(3)疏浚底泥準備疏浚底泥于排放堆場風干后，通過土壤破碎機進行機械破碎；(4)底層基質(zhì)噴覆將基質(zhì)組分按照比例置于攪拌機內(nèi)充分混勻，利用濕式噴漿系統(tǒng)噴射至坡面，形成一層潮濕的粘附基質(zhì)層；(5)三維植被網(wǎng)鋪設(shè)第一層粘附基質(zhì)表面稍干后，在第一層基質(zhì)層上方鋪設(shè)三維植被網(wǎng)，三維植被網(wǎng)通過開叉竹簽固定；(6)表層基質(zhì)噴覆將基質(zhì)組分按照比例置于攪拌機內(nèi)，加入植物種子后充分攪拌混合均勻，利用濕式噴漿系統(tǒng)將基質(zhì)噴射至三維植被網(wǎng)孔內(nèi)，直至基質(zhì)完全填充三維植被網(wǎng)孔， 形成植被播種層。
全文摘要
本發(fā)明利用富營養(yǎng)河湖等水體的疏浚淤泥作為骨料，添加植物秸稈、草木灰、普通硅酸鹽水泥、有機肥、緩釋肥、保水劑等，均勻混合形成具有一定粘附性能的裸露坡面植物適生性基質(zhì)。所述的植生性基質(zhì)采用濕式噴漿工藝分兩層進行基質(zhì)噴漿，用于裸露山體坡面進行植物修復，可在短期內(nèi)形成新的植被覆蓋層。將疏浚底泥進行基質(zhì)化利用，控制水土流失，不僅減少了坡面修復中對黏土資源的依賴和修復成本，而且以資源化方式解決了疏浚底泥的處置，具有較高的環(huán)境、生態(tài)和經(jīng)濟效益。
文檔編號E02D17/20GK102229485SQ201110090030
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者周麒麟, 王兆德, 范成新 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所