一种用于稀土矿区松散砂土的生态草砖及制备和使用方法

摘要

本发明属于水土流失治理与土壤改良技术领域，具体涉及一种用于稀土矿区的生态草砖及方法。制备方法包括如下步骤：将玉米芯粉碎至粒径2cm以下在150‑180℃无氧热解形成玉米芯生物质炭；将松树皮粉碎至粒径在5cm以下；将粉碎松树皮：玉米芯生物质炭：树皮纤维按照质量比为5:3:2混合均匀得到混合材料A，将混合材料A在湿度大于70％的环境下存放2‑3天；按照质量比为凹凸棒土：石灰：保水剂：粘合剂＝35‑40:20‑25：10‑15：30‑35混合后，再与水混合后，再拌和到混合材料A中压制形成预设形状的生态草砖；所述的预设形状的生态草砖包括深扦插舌页和外延垛，所述的外延垛与所述的深扦插舌页的顶部连接并形成直角转折外延。本发明的生态草砖具有制作和使用简单、废弃物综合利用，在稀土矿区松散砂土边坡上治理上水土保持效果好、改善砂土物理化学性能、抵消滑坡等地质灾害风险等优点。

权利要求

1.一种用于稀土矿区松散砂土的生态草砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将玉米芯粉碎至粒径2cm以下，控制在150‑180℃相对低温下，无氧热解形成玉米芯生物质炭；

将松树皮粉碎至粒径在5cm以下；将松树皮粉碎物：玉米芯生物质炭：树皮纤维按照质量比为5:3:2充分混合均匀得到混合材料A，将混合材料A在湿度大于70%的环境下，或者隔

4‑6小时喷雾喷水保湿存放2‑3天软化；

将凹凸棒土：石灰：保水剂：粘合剂按照质量比35‑40:20‑25：10‑15：30‑35充分混合，将其与水充分搅拌形成粘稠状液体，再拌和到混合材料A中，然后压制形成预设形状的生态草砖；

所述的预设形状的生态草砖包括深扦插梯形体舌页和外延垛，所述的外延垛与所述的深扦插梯形体舌页的底部压制连接形成直角转折外延梯形体。

2.一种用于稀土矿区松散砂土的生态草砖，其特征在于，所述的生态草砖由权利要求1所述的制备方法制备而得。

3.根据权利要求2所述的用于稀土矿区松散砂土的生态草砖，其特征在于，所述的生态草砖的厚度为5cm。

4.根据权利要求3所述的用于稀土矿区松散砂土的生态草砖，其特征在于，所述的深扦插梯形体舌页靠近外延垛的一端的边长为25‑30cm，远离外延垛一端的边长为5cm；直角转折外延梯形体，底边长20‑25cm；上边长25‑30cm。

5.根据权利要求4所述的用于稀土矿区松散砂土的生态草砖，其特征在于，深扦插梯形体舌页高度40‑55cm；所述的外延垛的高度为5‑8cm。

6.根据权利要求5所述的用于稀土矿区松散砂土的生态草砖，其特征在于，所述的深扦插梯形体舌页包括开孔部，所述的开孔部的高度为深扦插梯形体舌页高度的三分之二，所述的开孔部的一端与所述的外延垛连接。

7.根据权利要求6所述的用于稀土矿区松散砂土的生态草砖，其特征在于，所述的开孔部设有直径小于2cm的圆孔。

8.一种用于稀土矿区松散砂土的生态草砖的使用方法，其特征在于，将权利要求2‑7任一项所述的生态草砖用于治理稀土矿区的水土流失和土壤的物理化学性质改良。

9.根据权利要求8所述的用于稀土矿区松散砂土的生态草砖的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：间隔1.5‑2m开成60cm深，10cm宽的槽，在槽中按照生态草砖直角转折外延底边长度固定竹竿，竹竿上沿着槽的走向固定铁丝，然后铺设生态砖，填沟土壤采用原始砂土和有机种植土按照质量比为60‑70:30‑40混合填埋后，浇水让生态草砖吃水后，等1天后再覆土浇水，以此反复2次后种植喜酸性、砂土的灌木，种植在生态砖在槽中的三角空隙中。

说明书

一种用于稀土矿区松散砂土的生态草砖及制备和使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水土流失及土壤改良治理技术领域，具体涉及一种用于稀土矿区的生态草砖及方法。

背景技术

[0002] 本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。

[0003] 我国离子型稀土矿的主要集中分布在江西赣州地区，其开采和提取的技术主要为池浸、堆浸和原地浸矿等工艺，浸矿的过程中大量使用高浓度的硫酸铵和硫酸溶液，回收率较低，彻底的改变了矿区的地球化学环境，加速了矿区的岩体风化，形成了以中细颗粒为主的松散堆积体，易形成不稳定的滑坡体和泥石流。整个矿区呈现出沟壑纵横，植被灭失，土壤沙化，酸化，有机质缺失，氨氮较为富集，水土流失严重。以往在离子型稀土矿区开展的土壤修复，植被恢复多以异地客土、少量的修复材料改良为主，没有从根本上改变砂质土壤的保水性，物理化学性能等突出性问题，大面积的水土流失局面没有改变，整体上的修复效果呈现不好，可持续性差，同时客土层后面都不同程度的流失或者酸化，修复投入成本高。

发明内容

[0004] 本发明实施例的目的是提供一种用于稀土矿区的生态草砖及方法，本发明的生态草砖以废弃的有机固废为主要材料制作，具有制作和使用简单、废弃物综合利用，在稀土矿区松散砂土边坡上治理上水土保持效果好、改善砂土物理化学性能、抵消滑坡等地质灾害风险等优点。生态草砖的连续铺设形成的地下墙能够优化灌木生存的生根与需水环境，通过长时间的腐化改善土壤、水文等物理化学条件从而优化植被恢复效果、促进条带状的灌木丛快速形成，达到一定的植被覆盖度，实现了以“废”修复“废”的生态经济模式。

[0005] 本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

[0006] 第一方面，一种用于稀土矿区的生态草砖的制备方法，包括如下步骤：

[0007] 将玉米芯粉碎至粒径2cm以下，控制在150‑180℃相对低温下，无氧热解形成玉米芯生物质炭；

[0008] 将松树皮粉碎至粒径在5cm以下；将松树皮粉碎物：玉米芯生物质炭：树皮纤维按照质量比为5:3:2充分混合均匀得到混合材料A，将混合材料A在湿度大于70％的环境下，或者隔4‑6小时喷雾喷水保湿存放2‑3天软化；

[0009] 将凹凸棒土：石灰：保水剂：粘合剂按照质量比35‑40:20‑25：10‑15：30‑35充分混合，将其与水充分搅拌形成粘稠状液体，再拌和到混合材料A中，然后压制形成预设形状的生态草砖；

[0010] 所述的预设形状的生态草砖包括深扦插梯形体舌页和外延垛，所述的外延垛与所述的深扦插梯形体舌页的底部压制连接形成直角转折外延部。

[0011] 第二方面，一种用于稀土矿区的生态草砖，所述的生态草砖由上述的制备方法制备而得。

[0012] 进一步的，所述的生态草砖的厚度为5cm。

[0013] 进一步的，所述的深扦插舌页为梯形体；所述的梯形体靠近外延垛的一端的边长为25‑30cm，远离外延垛一端的边长为5cm；直角转折外延梯形体，底边长20‑25cm；上边长25‑30cm。

[0014] 进一步的，深扦插舌页高度40‑55cm；所述的外延垛的高度为5‑8cm。

[0015] 进一步的，所述的深扦插舌页包括开孔部，所述的开孔部的高度为深扦插舌页高度的三分之二，所述的开孔部的一端与所述的外延垛连接。

[0016] 进一步的，所述的开孔部设有直径小于3cm的圆孔。

[0017] 第三方面，一种用于稀土矿区的生态草砖的使用方法，其特征在于，将上述的生态草砖用于治理稀土矿区的水土流失。

[0018] 进一步的，包括如下步骤：

[0019] 间隔1.5‑2m开成60cm深，10cm宽的槽，在槽中按照生态草砖直角转折外延底边长度固定竹竿，竹竿上沿着槽的走向固定铁丝，然后铺设生态砖，填沟土壤采用原始砂土和种植土按照质量比为60‑70:30‑40混合填埋后，浇水让生态草砖吃水后，等1天后再覆土浇水，以此反复2次后扦插或种植喜酸性、砂土的灌木，扦插或者种植在生态砖在槽中的三角空隙中。

[0020] 本发明实施例具有如下有益效果：

[0021] 本发明的生态草砖使用形成草砖地下墙后，经过2‑3年的生长，灌木的根系与生态草砖交叉融合，形成了更加稳固的生态固土槽后，边坡砂土固土效应明显，砂土的物理化学性能也得到了一定的改变，可以考虑在生态草砖连续墙位置点植蓝莓、脐橙、百香果等经济作物。

[0022] 生态草砖固土槽不仅可以极大程度的吸水与保水，抵消坡面瞬时面流，吸水放水形成的海绵体可以供扦插灌木生根，草砖本身的腐化改善周围砂土的物理化学性能，调理土壤性能能够满足灌木、小乔木的种植条件。草砖的外延垛可以阻挡瞬时大雨形成的面流，让顺坡面流变成横向沿垛汇流而逐渐被生态砖彻底吸收，起到阻水防止冲蚀沟形成。1‑2年后在灌木根系扎进草砖里面后，草砖有机质彻底的腐化，砂土中的有机质、微生物、胶体、团粒体增多，物理化学性能得到改善。稀土废弃矿区砂土裸露废弃地的水土流失得到根本上改善，植被覆盖率变高，废弃坡地综合利用的经济效益、生态效益提高。草砖的制作原料主要为玉米芯、树皮等废弃有机质，实现了固体废弃有机质的还地循环利用，且能够产生一定的经济效益。

附图说明

[0023] 图1为本发明实施例中生态草砖的结构示意图；

[0024] 图2为本发明实施例中生态草砖竖面示意图；

[0025] 图3为本发明实施例中草砖铺设平面示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。

[0028] 第一方面，一种用于稀土矿区的生态草砖的制备方法，包括如下步骤：

[0029] 将玉米芯粉碎至粒径2cm以下，控制在150‑180℃相对低温下，无氧热解形成玉米芯生物质炭；

[0030] 将松树皮粉碎至粒径在5cm以下；将松树皮粉碎物：玉米芯生物质炭：树皮纤维按照质量比为5:3:2充分混合均匀得到混合材料A，将混合材料A在湿度大于70％的环境下，或者隔4‑6小时喷雾喷水保湿存放2‑3天软化；

[0031] 将凹凸棒土：石灰：保水剂(聚丙烯酸钠)：粘合剂(豆精胶、皮骨胶)按照质量比35‑40:20‑25：10‑15：30‑35充分混合，将其与水充分搅拌形成粘稠状液体，再拌和到混合材料A中，然后压制形成预设形状的生态草砖；

[0032] 所述的预设形状的生态草砖包括深扦插梯形体舌页和外延垛，所述的外延垛与所述的深扦插梯形体舌页的底部压制连接形成直角转折外延部。

[0033] 第二方面，一种用于稀土矿区的生态草砖，所述的生态草砖由上述的制备方法制备而得。

[0034] 在本发明的一些实施例中，所述的生态草砖的厚度为5cm，厚度主要是考虑到松散边坡开沟宽度难度大，稳定性差，开槽的宽度10cm左右在施工过程中较为容易和方便，且对边坡上的松散砂土扰动较小，槽宽一般为草砖厚度的2倍，方便生态草砖的铺设和后面填土施工。

[0035] 在本发明的一些实施例中，所述的深扦插舌页为梯形体；所述的梯形体靠近外延垛的一端的边长为25‑30cm，远离外延垛一端的边长为5cm；直角转折外延梯形体，底边长20‑25cm；上边长25‑30cm。底边长的尺寸设计主要考虑到扦插灌木的间距，且容易制作不失刚性。外延梯形体的上边比底边长5cm，主要是能在两草砖之间产生三角空隙，留出扦插灌木的空间。

[0036] 在本发明的一些实施例中，深扦插梯形体高度40‑55cm，刚好能扦插固定稀土矿区边坡松散砂土的深度，如果有特殊情况可根据砂土松散层实际深度情况确定，梯形体的高度一般比松散层平均深度小5cm‑10cm；所述的外延垛的高度为5‑8cm，外延垛的高度主要作用在于吸收和阻挡松散砂土的水土流失，起到吸水而传递到埋入土中的梯形体中，起到海绵的作用。外延垛的高度对流沙的阻挡十分有效，沙量大的地方考虑适当的增高到10cm，5‑8cm是基于在2年时间中，稀土矿区松散砂土植被恢复的实践中给的平均值，且直立的外延垛在一定的时间内具有一定的刚度。

[0037] 在本发明的一些实施例中，所述的深扦插舌页包括开孔部，所述的开孔部的高度为深扦插舌页高度的三分之二以内，主要是为了不丢失梯形体整体的刚度，又能在上部开孔方便扦插灌木根系的穿插附着。

[0038] 所述的开孔部的一端与所述的外延垛连接。

[0039] 在本发明的一些实施例中，所述的开孔部设有直径小于2cm的圆孔，开孔便于扦插灌木根系的附着，加强生态砖墙的整体刚性，且在两年后由于根系部分微生物的作用计算生态草砖的腐化，达到调理周边酸性砂质松散土壤有机质含量、胶体与团粒体。

[0040] 第三方面，一种用于稀土矿区的生态草砖的使用方法，其特征在于，将上述的生态草砖用于治理稀土矿区松散的砂土边坡水土流失和在2‑3年内腐化调理改善砂土土壤的物理化学性能。稀土矿区多原位浸矿、池浸或者堆浸留下的废弃土地，废弃的坡面大多为松散缺少有机质的酸性砂土，客土喷播、格构压坡等方式没有解决松散层砂土的稳定性以及土壤机能问题，容易形成大的冲沟、空心塌陷、甚至滑坡、泥石流等灾害。生态草砖的分坡段铺设成地下草砖连续墙，可以适应复杂的地形，且开挖工程量小，不大规模的扰动松散层砂土，主要成分也是为砂土增加有机质、中和酸性、增加微生物多样性等作用。治理后期可以沿着生态砖墙带再点植蓝莓、脐橙、百香果等经济作物，让废弃矿区坡地产生经济效益。

[0041] 在本发明的一些实施例中，包括如下步骤：

[0042] 间隔1.5‑2m开成50‑55cm深，10cm宽的槽，在槽中按照生态草砖直角转折外延底边长20‑25cm间隔固定竹竿，竹竿作为固定连结铁丝网，竹竿上沿着开槽的走向固定铁丝，铁丝用于连结生态砖，形成连结性的整体，然后铺设生态砖，生态草砖的直角转折外延底边长压在铁丝上连续铺设，形成松散边坡多段的地下连续生态砖墙，由于改善周边砂土的物理化学性能，且为坡面保水，为扦插的灌木提供适宜的生长环境。填沟土壤采用原始砂土、碱性石材废弃粉碎物和有机种植土按照质量比为4‑5:2:3‑4:充分混合填埋后，浇水让生态草砖充分吸水后，等4‑7天后再用混合土覆土浇水，以此反复2‑3次后扦插或种植喜酸性、喜砂土的灌木，扦插或者种植在铺设的生态砖墙砖与砖之间三角空隙中，生态草砖的底边长20‑25cm整好符合灌木的扦插或者栽植间隔，扦插时根部由中心向外发散，让其生根时更加靠近生态草砖的开孔部位。

[0043] 在一些实施例中，喜酸性、砂土的灌木为迎春花、杜鹃花或栀子花等。

[0044] 如图1‑3所示，其中1—草砖的深扦插梯形体高度40‑55cm；2—草砖的直角转折外延长5cm；3—草砖的外延垛高度5‑8cm；4—草砖的厚度5cm；5—草砖的深扦插梯形体顶部无孔舌尖高度10‑15cm；6—草砖的梯形体顶边长5cm；7—草砖的深扦插梯形体底部三分之二处进行圆状开孔，直径控制在2cm以内；8—草砖的外垛高5‑8cm，边长(上边长)在25‑30cm，为长方体；9—草砖的直角转折外延，为梯形体，底边长20‑25cm；上边长25‑30cm；10—草砖的下插舌页，为梯形体，底边长20‑25cm；顶边长5cm(6)；11—草砖铺设示意；12—固定竹竿，长超过60cm；13—竹竿固定拉草砖的铁丝；14—矿区废弃地开槽沟，铺设草砖，深度在55‑60cm，宽度10cm左右；15—矿区废弃地开槽沟间距，在150cm—200cm之间；16—草砖扦插三角空隙，用混合土填充，可扦插或者点植灌木类植物。

[0045] 实施例1：在稀土矿区坡长5米的松散边坡上，坡长间距为1.5米，开了4条横向槽，槽深50cm，宽8cm，铺设生态草砖的扦插梯形体舌页高45cm，垛高5cm，顶边长5cm，底边长25cm，上边长(外垛长边长)30cm，固定用的竹竿长60cm，生态草砖压铁丝铺设，填沟土壤采用原始砂土、碱性石材废弃粉碎物和有机种植土按照质量比为4:2:4充分混合填埋后，浇水让生态草砖充分吸水后，等5天后再用混合土覆土浇水，以此反复3次后扦插迎春花，扦插迎春花的间距为25cm，刚好扦插在铺设的生态砖墙砖与砖之间三角空隙中，迎春花成活率大致在95％以上，长势良好。

[0046] 使用效果：松散砂土坡面上的大型冲蚀沟得到彻底解决，坡面上没有形成空心滑坡等灾害，扦插的灌木成活率高，补植的不超过10％，根系也扎到生态草砖里面，草砖墙周边也衍生出本地草本植物。两年后坡面靠近草砖墙的砂土有机质含量增加到3‑4％，两个草砖墙中间的砂土有机质也有一定的增加，大约有0.5‑1％，而背景砂土的有机质含量小于0.1％。如果草砖墙的间距大于2m以上，护坡的效果不是很好，草砖墙中间的砂土的有机质增量效果不是很好，在条件容许下，间隔控制在0.8‑1.5m之间效果好(表1)。

[0047] 表1生态草砖腐化过程中离草砖墙间距的土壤有机质含量变化一览表[0048]

[0049] 土壤的微生物环境得到改善，团粒体增多，达到可以点植经济作物的种植条件(灌木或者小乔木)。生态草砖墙前期完全是有机质、碱性矿物及微生物的储藏区，也是吸收水分的海绵，有效的抵消坡面的瞬时面流。

[0050] 对比例：稀土矿区水泥格构压坡，格室内上部采用客土喷薄，下部采用生态袋压坡脚，绿化采用草本：灌木＝1:1混合。

[0051] 对比结果：客土层在1年内水土流失较为严重，草本植物生长一季后退化现象严重，灌木生长需要的根系扎根深度不够。坡面的冲蚀沟较重，格构下部的砂土流失形成空心，水泥格构结构有些部分发生物理损坏，下部生态袋也有一定的破损，整体的刚性有所减弱。砂土土壤的物理化学性能未得到根本性改善，由于客土层与原地酸化砂土中间未设置隔离层，后期表面的客土层也容易酸化和流失，造成坡面植物退化或者死亡，坡面重新裸露(表2)。

[0052] 表2效果对比一览表

[0053]

[0054] 应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。