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

技術背景

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，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?shù)氐牡匦蔚孛玻桓淖兺寥鲤B(yǎng)分條件和微生物組成，使土壤養(yǎng)分流失嚴重，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，露天煤礦的土地復墾與生態(tài)修復對于我國長期發(fā)展尤為重要。

露天煤礦土地復墾過程中表土分層剝離和回填構建適宜的土壤結構是土地復墾工作的關鍵，表土是新構造土壤中最重要一層。傳統(tǒng)的土地復墾需要將表土剝離然后進行回填，但當遇到表土層稀薄，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外排土場呈臺階狀分布，同時形成較多的邊坡，造成土地復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。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決露天煤礦土地復墾和生態(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，可以代替內蒙古東部露天煤礦排土場土地復墾中所需的表土，能夠保證植被的正常生長，從而盡快恢復露天礦生態(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?shù)乇硗翆儆诜凵巴?，容重、孔隙度和團聚體含量適中，有機質、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)境質量一級標準。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、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)境質量一級標準?；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，促進土壤團粒結構的形成，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、氮、磷、鉀，是我國干旱、半干旱地區(qū)農業(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，結合實施例詳細說明如下：

本發(fā)明的基質材料主要包括：表土、亞黏土、砂土、混排土、有機質(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(牛羊糞便)、改性秸稈(均為本領域公知材料請)均采用內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1％、改性秸稈1％。使用本實施例作為基質種植紫花苜蓿，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0.5％、改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質種植紫花苜蓿，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1％、改性秸稈1％。使用本實施例作為基質種植紫花苜蓿，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0.5％、改性秸稈0.5％。使用本實施例作為基質種植紫花苜蓿，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)。