一种以铁矿尾砂为土壤保墒层的复垦土壤及构造方法与流程

1.本发明涉及一种以铁矿尾砂为土壤保墒层的复垦土壤及构造方法，涉及土壤重构及土壤改良领域。


背景技术：

2.铁矿的大规模开采，造成大量的铁矿尾砂堆积成山，难以处置，随着风沙、水流被带入河道、农田，污染环境。另外，铁矿尾砂的堆放需要建设大规模的尾矿库，占地耗资，使企业盈利受损。随着开采规模的加大，我国的尾矿库已满足不了尾矿堆放要求，尾矿的资源化利用迫在眉睫。
3.利用铁矿尾砂重构复垦土壤并改良中低产田土壤的技术，是铁矿尾砂农业资源化利用最为经济便捷的方式。对于一些采坑废弃地，需要复垦成耕地，在土源稀缺的情况下，可选择利用铁矿尾砂构造复垦土壤，将铁矿尾砂作为土壤保墒层并形成适宜的土体构型，复垦为耕地，种植作物。一方面能使铁矿废弃物得到充分的资源化利用，另一方面能增加耕地面积，提升耕地质量。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种利用铁矿尾砂构造土壤保墒层的技术与方法，以解决矿区土地复垦土源紧缺及铁矿尾砂大量堆存的问题。
5.一种以铁矿尾砂为土壤保墒层的复垦土壤，所述土壤由下至上包括：
6.a.大块岩石基岩层
7.b.碎石底土层
8.c.红黏土心土层
9.d.铁矿尾砂保墒层
10.e.褐土或黄土表土层。
11.优选地，所述复垦土壤各层厚度如下：
12.大块岩石基岩层：3-8m，视地面高程而定；
13.碎石底土层的厚度：20-30cm；
14.红黏土心土层的厚度：20-30cm；
15.铁矿尾砂保墒层的厚度：20-30cm；
16.褐土或黄土表土层的厚度：20-50cm。
17.优选地，所述大块岩石基岩层由大块岩石构成。
18.进一步地，所述大块岩石基岩层来源于采矿剥离排放的废弃岩石。
19.本发明所述复垦土壤中，排弃大块岩石按原地层顺序进行堆积，是为了提高复垦场地的地面高程，使其在复垦后与周边其它地块处于同一水平高程。
20.优选地，所述碎石底土层由碎石构成。
21.进一步地，所述构造底土层的碎石来源于选矿过程中产生的废石。
22.更进一步地，所述碎石平均直径为4～6cm，优选为5cm.
23.本发明所述复垦土壤中，大块岩石堆积完毕后铺覆碎石灌缝压实，形成重构土壤的底土层，也为塑性固定层，以防止上层铺覆的土壤发生不均匀下漏。
24.优选地，所述构造心土层的红黏土来源于矿山采挖堆置的红黏土。
25.本发明所述复垦土壤中，在碎石上铺设红黏土灌缝压实作为重构土体的心土层，是为了防止漏水，起到塑性固定及保水保肥的作用。
26.优选地，所述铁矿尾砂源自铁矿选矿干排放尾砂。
27.进一步地，所述铁矿尾砂颗粒组成为：黏粒(《0.002mm)0.23％、粉粒(0.05～0.002mm)31.28％、砂粒(》0.05mm)68.42％，无2mm以上的砂粒和石砾。
28.本发明所述复垦土壤中，在耕作土壤层下铺覆铁矿尾砂，起到保水作用，铺覆大量尾砂能减少客土用量，同时能够大量消耗尾砂，减少尾砂大量堆存占地并污染环境。
29.优选地，所述褐土或黄土源于采矿剥离表层土源位置的褐土或黄土。
30.本发明所述复垦土壤中，尾砂碾压平整后在其上铺覆采矿剥离表层土源位置的褐土或黄土，用于作物种植。
31.本发明的另一目的是提供上述以铁矿尾砂为土壤保墒层的复垦土壤的构造方法。
32.一种以铁矿尾砂为土壤保墒层的复垦土壤的构造方法，包括下述步骤：
33.s1，将大块岩石按原地层顺序进行堆积，使其在复垦后与周边其它地块处于同一水平高程；
34.s2，大块岩石堆积完毕后铺覆碎石灌缝压实，形成重构土壤的底土层；
35.s3，在碎石上铺设红黏土灌缝压实作为重构土体的心土层；
36.s4，在心土层之上、耕作土壤层下铺覆铁矿尾砂构成铁矿尾砂保墒层；
37.s5，铁矿尾砂压平整后在其上铺覆采矿剥离表层土源位置的褐土或黄土。
38.本发明的有益效果是：铁矿选矿尾砂作为复垦土壤保水层的主要重构材料，增加了土层厚度，提升了复垦土壤保水蓄水能力，同时还能大量消耗铁矿采选产生的尾矿砂，节约了大量复垦土壤资源，避免了土地占用与尾砂集中堆存而造成的经济损失、生态环境破坏等问题，能够获得很好的经济、环境和社会效益。
附图说明
39.图1为复垦土壤重构程序示意图；
40.图中，附图标号如下：a基岩层、b底土层、c心土层、d保墒层、e表土层。
41.图2试验小区不同土壤剖面构造措施
42.图3各构造措施的效果(1)容重(2)田间持水量(3)土壤水分含量(4)土壤电导率(5)株高(6)茎粗(7)玉米产量
具体实施方式
43.下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
44.下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
45.具体实施方案之一：
46.在矿区待复垦场地上，在排弃岩土的基础上利用铁矿尾砂进行耕作土壤层构造，首先堆积大块采矿排弃岩石以提高地面高程，然后铺覆碎石灌缝压实，形成重构土壤的底土层，以防止上层铺覆的土壤发生不均匀下漏；其次在碎石上铺设红黏土灌缝压实，作为重构土体的心土层，起到保水保肥作用，接着铺覆铁矿尾砂，起到保墒作用，在红黏土土源紧缺时，可选择直接铺覆大量尾砂作为保墒层，最后将尾砂碾压平整后铺覆土源位置的褐土或黄土，用于种植作物。
47.下述实施例中，铁矿尾砂来源于盛德日新矿业有限公司铁矿选矿干排放尾砂，其主要组成如下：铁矿选矿干排铁尾矿(铁矿尾砂)的化学成分主要有sio2、caco3、a12o3、p2o5、fe2o3、feo、na2o、mgo、na2co3、k2o、baco3和h2o等，尾砂中还含有多种微量元素。
48.所述铁矿尾砂颗粒组成为：黏粒(《0.002mm)0.23％、粉粒(0.05～0.002mm)31.28％、砂粒(》0.05mm)68.42％，无2mm以上的砂粒和石砾。
49.所述构造底土层的碎石来源于选矿过程中产生的废石，直径约为5cm。
50.所述构造心土层的红黏土来源于矿山采挖堆置的红黏土。
51.所述褐土或黄土源于采矿剥离表层土源位置的褐土或黄土。
52.所述大块岩石基岩层来源于采矿剥离排放的废弃岩石，直径约为50cm。
53.实施例1
54.s1，铺覆大块岩石层。在待复垦地上将排弃大块岩石按原地层顺序进行堆积，提高复垦场地的地面高程，使其在复垦后与周边其它地块处于同一水平高程。
55.s2，铺覆碎石层。大块岩石堆积完毕后铺覆碎石灌缝压实，形成重构土壤的底土层，也为塑性固定层，以防止上层铺覆的土壤发生不均匀下漏。
56.s3，铺覆红黏土层。在碎石上铺设红黏土灌缝压实，作为重构土体的心土层，以防止漏水，起到塑性固定及保水保肥的作用。
57.s4，铺覆铁矿尾砂层。在耕作土壤层下铺覆铁矿尾砂，起到保水作用，铺覆大量尾砂能减少客土用量，同时能够大量消耗尾砂，减少尾砂大量堆存占地并污染环境。
58.s5，铺覆耕层土壤。尾砂碾压平整后在其上铺覆采矿剥离表层土源位置的褐土或黄土，用于作物种植。该环节同时结合了铁矿尾砂表层掺混改良中低产田的技术，在土壤表层施用5cm的铁矿尾砂后翻耕混匀，以改良复垦覆盖土壤黏重的质地。
59.田间小区试验
60.于2020年在辽宁省朝阳市建平县小唐镇新城村一处废弃河道上建立试验小区，共构造10种对比措施(表1)。对比分析各构造措施的效果(图3)。
61.从土壤性质对比分析结果可以出，将铁矿尾砂作为土壤剖面构造中的保墒层，能有效提高构造土壤的田间持水量和土壤水分含量，铁矿尾砂能有效储存水分，在区域降雨较少时为表土提供水分，使构造土壤的含水率高于当地正常农田土壤，且不会造成作物盐害。在构造当年，构造土壤的玉米生长水平与当地正常农田基本一致，玉米产量相当甚至优于当地正常农田。以上充分说明，在辽西半干旱区大量使用铁矿尾砂进行农田土壤剖面构造时，用一定厚度的铁矿尾砂代替土壤作为保墒层，是一种有效改善复垦土壤水分特性的适宜方法。此外，在土壤表层施用5cm的铁矿尾砂后翻耕混匀后的土壤容重明显降低，且田间持水量、土壤含水量均优于表土不掺混铁矿尾砂的措施。对于辽西半干旱区原生表土之
地黏重的特点，在表土上施用5cm铁矿尾砂并充分混合，能通过铁矿尾砂不规则的砂粒改变表土层机械组成，进而改变土壤孔隙度，有效降低表层土壤容重。
62.表1试验小区10种对比措施
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