一种利用蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法 |
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| 申请号 | CN202311807068.6 | 申请日 | 2023-12-26 | 公开(公告)号 | CN117859608A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 桂林理工大学; 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所; | 发明人 | 廖建雄; 黄洪彬; 李卓楠; 莫凌; 蒋倩文; 冯晶晶; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种利用蓝花草快速绿化锰 尾矿 库的方法。本发明所述方法通过在定植穴的底部和穴壁垫竹 纤维 保 水 棉 ，加 有机肥 和用聚乳酸 无纺布 育苗袋培育的蓝花草苗进行定植，促进了蓝花草的生长，提高了种植于锰尾矿库的蓝花草的存活率。在此 基础 上，结合压埋地上茎节处进行扩繁，实现了对锰尾矿库的快速绿化，有利于锰尾矿库的生态修复。本发明所述方法实现了蓝花草在锰尾矿库的定植，定植成功率高，且定植成功后，后期无需再投入维护与管理成本，可通过地上部分刈割逐年削减锰尾矿库重金属含量，有利于重金属污染矿区的生态修复。此外，本发明所述方法无需客土 覆盖 ，节约了客土的挖掘、运输以及覆土成本，经济，有效。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种利用蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法技术领域[0001] 本发明属于矿业废弃地的生态修复技术领域。更具体地，涉及一种利用蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法。 背景技术[0002] 锰尾矿库是锰矿选矿与洗矿后露天堆放尾矿渣与洗矿渣的场所，不仅占用了大量的土地，其所含有的重金属等有害成分还易通过粉尘飘散或雨水淋溶污染附近的空气、土壤与水体，给周边工农业生产及居民健康造成严重威胁。锰尾矿库的生态修复是锰矿业及社会关注的重大生态环境问题。因此，在积极寻求锰尾矿渣综合利用途径的同时，也需开发有效的修复锰尾矿库生态的方法与技术。但锰尾矿库土壤层缺乏、养分贫瘠、持水保水能力差、重金属含量高，十分不利于植物的存活与生长。传统的生态修复模式是客土覆盖后种植耐性杂草，如商陆科与蓼科植物。然而，客土的挖掘、运输及覆盖成本高，且耐重金属杂草一般生物量小、根系浅、经济价值低，应用于锰尾矿库时很难产生明显的生态效益与经济效益。 [0003] 蓝花草(Ruellia simplex)又名翠芦莉，为爵床科芦莉草属多年生常绿草本植物，春季至秋季(3～10月)均能开花，花期极长，是园林景观美化不可多得的花材。此外，蓝花草还具有耐高温、耐涝、耐旱、耐盐碱、耐刈割、耐重金属等多种耐逆特性，已被用于多种不同生态环境的生态修复中。如有技术人员将其用于镉污染土壤的生态修复中，或用于污泥环境用于吸附其中的重金属(如Cd、Cu、Pb、Ni)，以及用于强碱赤泥堆场的快速绿化等。但上述场地的生态环境与锰尾矿库的差异巨大，蓝花草能否适应锰尾矿库，以及如何利用蓝花草实现对锰尾矿库的快速绿化，促进其生态修复，现有技术中并没有相关报道，仍需技术人员不断探究。 发明内容[0004] 本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种利用蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法。 [0005] 本发明上述目的通过以下技术方案实现： [0006] 本发明通过预实验，探究了更适合在锰尾矿库定植的用于培育蓝花草的基质和育苗袋，并在此基础上，通过盆栽实验，探究了不同定植处理方法对锰尾矿渣种植的蓝花草生长的影响，从中获得了一种最有利于蓝花草在锰尾矿库生长的定植处理方法。利用该方法对锰尾矿库进行绿化发现，所述方法定植的蓝花草的存活率高，常规浇水管理条件下，生长4个月时，其平均株高已超过60cm，新生茎秆或分枝2～8个。压埋地上茎节处并常规浇水5个月后，观察压埋处发现已长出新生茎秆或分枝，试验区植被覆盖率超过80％，并有本土植物迁入。即本发明所述方法可以实现对锰尾矿库的快速绿化，有利于其生态修复。 [0007] 本发明提供了一种利用蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法，所述方法包括以下步骤： [0008] S1.在锰尾矿库上挖定植穴，定植穴中放入用可降解无纺布育苗袋加基质培育的未脱袋蓝花草苗，回填尾矿渣完成定植；培育蓝花草苗所用基质为营养土和蛭石的混合物； [0009] S2.待蓝花草株高不低于60cm时，用锰尾矿渣压埋地上茎节进行扩繁，压埋时使茎梢保持斜向上或垂直向上。具体地，本发明使用的蓝花草苗的株高为20～25cm。 [0010] 本发明所述用可降解无纺布育苗袋加基质培育的蓝花草苗的培育方法为：将蓝花草的茎秆或枝条剪成5～10cm长的插条，扦插于装有基质的可降解无纺布育苗袋中；浇透水，置半阴处常规管理。 [0011] 具体地，所述可降解无纺布育苗袋为聚乳酸无纺布育苗袋。 [0012] 更具体地，所述聚乳酸无纺布育苗袋长16cm，宽14cm，装袋后的规格为高12cm，口径8cm。 [0013] 具体地，培育蓝花草苗所用基质由营养土和蛭石按体积比为2～4:0.8～1.2的比例混合得到。 [0014] 更具体地，所用基质由营养土和蛭石按体积比为3:1的比例混合得到。 [0015] 具体地，所用营养土为园林绿化工程用营养土。 [0017] 具体地，步骤S1中，在定植穴底部及穴壁垫上的保水棉层数为2～3层。 [0018] 具体地，回填的锰尾矿渣的用量为定植穴深度的1/4～1/3。 [0020] 具体地，所述有机肥为生物有机残体与畜禽粪便的混合物。 [0022] 具体地，本发明所使用的有机肥为主要成分是大豆粕与海藻酸且呈弱碱性的生物有机残体与猪粪的混合物。 [0023] 具体地，本发明所用的有机肥为购自广西大华肥业有限公司的华富田海藻型有机肥与猪粪的混合物。 [0024] 具体地，所述华富田海藻型有机肥与猪粪按体积比为2～4:0.8～1.2的比例混合。 [0025] 更具体地，所述华富田海藻型有机肥与猪粪按体积比为3:1的比例混合。 [0026] 具体地，所述有机肥的用量为定植穴深度的1/3～1/2。 [0027] 具体地，加有机肥并回填部分矿渣后，放置至少6天再定植蓝花草。 [0028] 具体地，所述定植穴的直径为20～30cm，深度为20～30cm。 [0029] 具体地，定植穴的横向穴间距为30～40cm，纵向穴间距60～80cm。 [0030] 具体地，步骤S2中，用锰尾矿渣压埋地上茎节进行扩繁前，先用竹纤维保水棉缠绕距茎梢10～20cm的茎节，随后将茎秆沿纵向弯至与地表平行，在茎秆缠绕处附近的地表挖一个凹面，将茎秆缠绕处按压至凹面，用锰尾矿渣压埋，保持茎梢斜向上或垂直向上，踏实并用水浇透。 [0031] 具体地，缠绕所用竹纤维保水棉的尺寸为：长24cm×宽8cm×厚2mm。 [0032] 具体地，所述凹面为长宽为15～20cm的凹面。 [0033] 更具体地，所述凹面为长宽为18cm的凹面。 [0034] 具体地，用锰尾矿渣压埋时，埋深为8～12cm。 [0035] 更具体地，埋深为10cm。 [0036] 具体地，所述锰尾矿库的锰浓度>18000mg kg‑1。 [0037] 本发明具有以下有益效果： [0038] 本发明提供了一种利用蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法，通过在定植穴的底部和穴壁垫竹纤维保水棉，加有机肥和用聚乳酸无纺布育苗袋培育的蓝花草苗进行定植，促进了蓝花草的生长，提高了种植于锰尾矿库的蓝花草的存活率。在此基础上，结合压埋地上茎节处进行扩繁，实现了对锰尾矿库的快速绿化，有利于锰尾矿库的生态修复。本发明所述方法实现了蓝花草在锰尾矿库的定植，定植成功率高，且定植成功后，后期无需再投入维护与管理成本，可通过地上部分刈割逐年削减锰尾矿库重金属含量，有利于重金属污染矿区的生态修复。 [0039] 此外，本发明所述方法无需客土覆盖，节约了客土的挖掘、运输以及覆土成本，经济，有效。 具体实施方式[0041] 除非特别说明，以下实施例所用材料均为市购。 [0042] 实施例1蓝花草袋装苗的培养及不同定植处理对蓝花草生长的影响[0043] 1、蓝花草袋装苗的培养 [0044] 本发明通过预实验，探究了更适合在锰尾矿库定植的用于培育蓝花草的基质和育苗袋，由此得到了一种蓝花草袋装苗的培养方法。具体为： [0045] 将蓝花草健壮的茎秆或枝条剪成5～10cm长的插条，扦插于装有基质(营养土和蛭石按体积比为3:1的比例混合得到)的育苗袋(长16cm×宽14cm，装袋后规格为高12cm×口径8cm)中，浇透水，置半阴处常规管理，2个月后选择大小相似(株高20～25cm)的健壮苗使用。其中，育苗袋为购自苏州长晟无纺科技有限公司的聚乳酸无纺布育苗袋，营养土为购自济南佰倍增生物科技有限公司的园林绿化工程用营养土。 [0046] 2、不同定植处理对蓝花草生长的影响 [0047] 为开发得到最有利于蓝花草快速绿化锰尾矿库的方法，本发明通过盆栽实验探究了不同定植处理对蓝花草生长的影响。 [0048] 购置24cm×24cm(口径×高)花盆(带托盘)若干，设置4个基质(锰尾矿渣、锰尾矿渣+垫保水棉、锰尾矿渣+有机肥、锰尾矿渣+垫保水棉+有机肥)×2种定植方法(直接定植与育苗袋定植)，共8个处理；每处理5个重复(即5个花盆)，置于遮雨大棚中，进行相同的常规管理。其中，锰尾矿渣采自广西崇左市大新县下雷镇的锰尾矿库，所述有机肥为购自广西大华肥业有限公司的华富田海藻型有机肥，所述保水棉为购自东莞市莲诚纤维棉制品厂的竹纤维保水棉(厚2mm，可自然降解)；所述渣+垫保水棉+有机肥+育苗袋定植处理为先在盆底排水孔处垫2层竹纤维保水棉，然后依次加有机肥(8cm厚)以及锰尾矿渣(6cm厚)，将不脱袋的蓝花草苗置于花盆中间后，加锰尾矿渣直至低于盆口1cm；不添加有机肥的定植处理组，有机肥部分直接以锰尾矿渣代替；直接定植为脱袋后祼根定植。 [0049] 每隔2天浇一次水，每次浇水量以“渣+垫保水棉+有机肥+育苗袋”定植处理花盆为基准(其余处理浇与“渣+垫无纺布+有机肥+育苗袋”定植处理相同的水量)；培养100天后，收获蓝花草，测量不同定植处理组培养所得的蓝花草的株高、基径和总干重，计算其相对生长速率(单位时间内的生物量增量占原生物量的比值)，结果如表1所示。 [0050] 表1不同定植处理对蓝花草生长的影响 [0051] [0052] 注：数据为单因素协方差分析后的修正平均值±标准误差，其中株高与基径分别以初始株高与初始基径为协变量，总干重与相对生长速率以初始鲜重为协变量；同列不同字母表示差异显著(P＜0.05)。 [0053] 由表1所示结果可知，直接定植时，加有机肥显著提高了蓝花草的株高、总干重和相对生长速率。而相较于直接定植，育苗袋定植又显著提高了蓝花草的株高、总干重和相对生长速率。育苗袋定植时，加有机肥仅显著提高了蓝花草的株高，但垫保水棉并加有机肥处理显著增加了蓝花草的株高、总干重与相对生长速率。以上结果说明，加有机肥可促进直接定植的蓝花草在锰尾矿渣中生长；育苗袋定植显著优于直接定植；使用育苗袋定植时，垫保水棉并加有机肥对蓝花草生长的促进效果最佳。 [0054] 实施例2施加不同有机肥对蓝花草生长的影响 [0055] 本发明基于实施例1所述方法(垫保水棉+有机肥+袋植)，利用蓝花草对锰尾矿库进行了快速绿化，结果发现定植的蓝花草的存活率并未达到100％。经探究发现，施加不同有机肥对蓝花草存活率的影响不同，调整施加的有机肥可以进一步提高蓝花草的存活率，使其达到100％。 [0056] 本实施例所述锰尾矿库位于广西崇左市大新县下雷镇，属南亚热带季风气候，冬春微寒，夏季炎热，秋季凉爽；年均温度为21.3℃，降雨多集中在夏秋两季，冬春较少。选取‑1 ‑1的锰尾矿库试验地pH 6.43；锰浓度>18000mg kg ，远高于全国土壤背景值482mg kg ；镉‑1 ‑1 浓度>2mg kg 、铜浓度>50mg kg ，分别大于农用地土壤污染风险管制值与筛选值(GB ‑1 ‑1 15618‑2018，5.5 [0057] (1)育蓝花草苗：将蓝花草健壮的茎秆或枝条剪成8cm长的插条，扦插于装有基质(营养土和蛭石按体积比为3:1的比例混合得到)的聚乳酸无纺布育苗袋(长16cm×宽14cm，装袋后规格为高12cm×口径8cm)中；浇透水，置半阴处常规管理，2个月后选择株高22cm的袋装苗使用； [0058] (2)挖定植穴：在试验地挖圆柱形定植穴，控制定植穴的直径为25cm，深度为25cm，横向穴间距为35cm，纵向穴间距70cm； [0059] (3)加有机肥：在定植穴底及穴壁垫竹纤维保水棉2层，然后进行4种不同的处理：①不加任何肥(作为对照)；②加海藻型有机肥(购自广西大华肥业有限公司的华富田海藻型有机肥，主要成分是大豆粕与海藻酸，弱碱性)；③加猪粪；④加海藻型有机肥与猪粪(按体积比1:3的比例混合)的混合物；所加海藻型有机肥、猪粪及二者的混合物的厚度控制为 8cm，加完后回填部分锰尾矿渣，控制回填尾矿渣厚度为6cm；放置6天后定植蓝花草； [0060] (4)定植蓝花草：将(1)中所述蓝花草袋装苗2袋，连育苗袋和基质摆放于一个定植穴中，然后回填锰尾矿渣并踏实，直至与穴面水平或稍向内倾斜，最后用水浇透； [0061] (5)压埋地上茎：待蓝花草平均株高超过60cm时，每定植穴选择1个健壮的茎秆，用尺寸为长24cm×宽8cm×厚2mm的竹纤维保水棉条缠绕距茎梢10cm的某茎节，然后将茎秆沿纵向弯至与地表平行；在茎秆缠绕处附近的地表挖一个长宽均为18cm的凹面，将茎秆缠绕处按压至凹面，用锰尾矿渣压埋，埋深10cm，保持茎梢斜向上或垂直向上，最后踏实并用水浇透。 [0062] 其中，在(4)定植蓝花草后，4种处理方式各标记20株并测量其初始株高与分枝数。常规浇水(每隔3天浇一次水)4个月后，测量蓝花草的存活率、株高增量与新生分枝数，结果如表2所示。 [0064] [0065] 根据表2所示结果可知，4种处理的存活率均超过80％，表明基于本发明所述方法，即使不加有机肥也可以使蓝花草在锰尾矿库存活，也表明蓝花草对锰尾矿库的不良生境有很强的耐受性，适于锰尾矿库的生态修复。但与不加有机肥①相比，施加弱碱性有机肥②显著增加了蓝花草的株高增量与新生分枝数。猪粪③未显著促进蓝花草的生长，但与弱碱性有机肥共同施用④后，显著促进了后者对蓝花草生长的促进作用。 [0066] 分析原因可能是，猪粪富含氮磷及多种营养元素，能为植物生长提供所需的营养。虽单独使用猪粪易释放对植物不利的氨气与硫化氢等气体，但与富含纤维素的有机肥共同施用后，猪粪在厌氧条件下不但能缓冲有机肥的酸化，而且能降低锰尾矿渣的酸性及重金属的活性，从而促进植物的生长。因此，本发明后续选用生物有机残体与畜禽粪便的混合物(海藻型有机肥+猪粪)作为有机肥进行锰尾矿库的快速绿化。 [0067] 实施例3锰尾矿库的快速绿化 [0068] 本实施例所用锰尾矿库与实施例2相同，利用蓝花草对其进行快速绿化的方法如下： [0069] 方法一： [0070] (1)育蓝花草苗：将蓝花草健壮的茎秆剪成10cm长的插条，扦插于装有栽培基质(营养土和蛭石按体积比为3:1的比例混合得到)的聚乳酸无纺布育苗袋(长16cm×宽14cm，装袋后规格为高12cm×口径8cm)中；浇透水，置半阴处常规管理，2个月后选择株高25cm的袋装苗使用； [0071] (2)挖定植穴：在试验地挖圆柱形定植穴，控制定植穴的直径为20cm，深度为20cm，横向穴间距为30cm，纵向穴间距60cm； [0072] (3)加有机肥：在定植穴底及穴壁垫竹纤维保水棉2层，加海藻型有机肥与猪粪(按体积比为1:3的比例混合)的混合物；控制混合物的厚度为8cm，回填部分锰尾矿渣，控制回填尾矿渣的厚度为6cm，放置6天后定植蓝花草； [0073] (4)定植蓝花草：将(1)中所述蓝花草袋装苗3袋，连育苗袋和基质摆放于一个定植穴中，回填锰尾矿渣并踏实，直至与穴面水平或稍向内倾斜，最后用水浇透； [0074] (5)压埋地上茎：待蓝花草平均株高超过60cm时，每定植穴选择2个健壮的茎秆，用尺寸为长24cm×宽8cm×厚2mm的竹纤维保水棉条缠绕距茎梢10cm的某茎节，将茎秆沿纵向弯至与地表平行；在茎秆缠绕处附近的地表挖一个长宽均为18cm的凹面，将茎秆缠绕处按压至凹面，用锰尾矿渣压埋，埋深10cm并保持茎梢斜向上或垂直向上，最后踏实并用水浇透。 [0075] 方法二： [0076] (1)育蓝花草苗：将蓝花草健壮的茎秆剪成8cm长的插条，扦插于装有基质(营养土和蛭石按体积比为3:1的比例混合得到)的聚乳酸无纺布育苗袋(长16cm×宽14cm，装袋后规格为高12cm×口径8cm)中；浇透水，置半阴处常规管理，2个月后选择株高22cm的袋装苗使用； [0077] (2)挖定植穴：在试验地挖圆柱形定植穴，控制定植穴的直径为25cm，深度为25cm，横向穴间距为35cm，纵向穴间距70cm； [0078] (3)加有机肥：在定植穴底及穴壁垫竹纤维保水棉2层，加海藻型有机肥与猪粪(按体积比为1:3的比例混合)的混合物；控制混合物的厚度为8cm，回填部分锰尾矿渣，控制回填尾矿渣厚度为6cm，放置6天后定植蓝花草； [0079] (4)定植蓝花草：将(1)中所述蓝花草袋装苗2袋，连育苗袋和基质摆放于一个定植穴中，回填锰尾矿渣并踏实，直至与穴面水平或稍向内倾斜，最后用水浇透； [0080] (5)压埋地上茎：待蓝花草平均株高超过60cm时，每定植穴选择1个健壮的茎秆，用尺寸为长24cm×宽8cm×厚2mm的竹纤维保水棉条缠绕距茎梢15cm的某茎节，将茎秆沿纵向弯至与地表平行；在茎秆缠绕处附近的地表挖一个长宽均为18cm的凹面，将茎秆缠绕处按压至凹面，用锰尾矿渣压埋，埋深10cm并保持茎梢斜向上或垂直向上，最后踏实并用水浇透。 [0081] 方法三： [0082] (1)育蓝花草苗：将蓝花草健壮的茎秆剪成5cm长的插条，扦插于装有栽培基质(营养土和蛭石按体积比为3:1的比例混合得到)的聚乳酸无纺布育苗袋(长16cm×宽14cm，装袋后规格为高12cm×口径8cm)中；浇透水，置半阴处常规管理，2个月后选择株高20cm的袋装苗使用； [0083] (2)挖定植穴：在试验地挖圆柱形定植穴，控制定植穴的直径为30cm，深度为30cm，横向穴间距为40cm，纵向穴间距80cm； [0084] (3)加有机肥：在定植穴底及穴壁垫竹纤维保水棉3层，加海藻型有机肥与猪粪(按体积比为1:3的比例混合)的混合物；控制有机肥的厚度为8cm，回填部分锰尾矿渣，控制回填尾矿渣厚度为6cm，放置6天后定植蓝花草； [0085] (4)定植蓝花草：将(1)中所述蓝花草袋装苗3袋，连育苗袋和基质摆放于一个定植穴中，回填锰尾矿渣并踏实，直至与穴面水平或稍向内倾斜，最后用水浇透； [0086] (5)压埋地上茎：待蓝花草平均株高超过60cm时，每定植穴选择2个健壮的茎秆，用尺寸为长24cm×宽8cm×厚2mm的竹纤维保水棉条缠绕距茎梢20cm的某茎节，将茎秆沿纵向弯至与地表平行；在茎秆缠绕处附近的地表挖一个长宽均为18cm的凹面，将茎秆缠绕处按压至凹面，用锰尾矿渣压埋，埋深10cm并保持茎梢斜向上或垂直向上，最后踏实并用水浇透。 [0087] 压埋地上茎节处并常规浇水5个月后，上述三种方法的压埋处已长出新生茎秆或分枝，蓝花草的株高及新生分枝数没有显著差异，试验区的植被覆盖率均超过80％，并有本土植物迁入，具体有白茅、飞蓬、青葙、类芦和狗牙根等。 [0088] 在后续的管理中，如压埋处蓝花草的平均株高超过60cm，可继续按上述方法压埋，以绿化附近裸露的地表。如蓝花草达到一定密度后，可采用间苗的方式进行地上部分刈割，以逐年削减锰尾矿库重金属含量。 [0089] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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