本發(fā)明涉及一種用于露天煤礦改良替代表土材料的制備方法，特別涉及對于表土層較薄地區(qū)的露天礦土地復(fù)墾與生態(tài)重建中替代表土材料的改良，屬于土地復(fù)墾與生態(tài)重建技術(shù)領(lǐng)域和生態(tài)環(huán)境材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景
為了滿足中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，煤炭資源采掘業(yè)正以前所未有的速度迅猛發(fā)展，新中國成立以來，全國累計生產(chǎn)761億t煤炭，2015年全國煤炭產(chǎn)量為37.5億t，比2010年增長15.9％，比2013年的39.7億t減少2.2億t，其中露天煤礦煤炭產(chǎn)量約占煤炭產(chǎn)量的11％。相關(guān)研究表明，露天開采煤炭1萬t約破壞土地0.22hm2，包括挖掘損壞土地面積0.12hm2，外排土場約占用土地0.1hm2，對土地的損毀面積是井工開采損毀土地面積的2-11倍。我國大型的露天煤礦多處在干旱、半干旱的生態(tài)脆弱區(qū)，同時是我國重要的草原生長區(qū)之一，煤炭資源的開采造成了嚴(yán)重了生態(tài)環(huán)境和災(zāi)害問題。
露天煤礦開采時形成的內(nèi)外排土場呈臺階狀分布，同時形成較多的邊坡，造成土地復(fù)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，急需需要適宜的替代表土材料解決土地復(fù)墾過程中表土不足的問題。利用復(fù)合菌劑來提高土壤中微生物含量，改善土壤的物理化學(xué)性狀，促進(jìn)植物的生長，對于提高礦區(qū)土地復(fù)墾有積極的生態(tài)意義，為礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建提供了一種微生物技術(shù)支持，是實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提出一種用于露天煤礦改良替代表土材料的制備方法，以解決我國東部草原區(qū)開采損毀土地復(fù)墾中表土資源匱乏的問題，利用復(fù)合菌劑進(jìn)行替代表土材料改良，該改良配方具有原材料豐富、配置操作簡單、養(yǎng)分含量較高等特點(diǎn)，能夠滿足植物生長所需各種營養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)露天礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的快速恢復(fù)。
本發(fā)明提出的用于露天煤礦改良替代表土材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將表土、黃土和亞粘土風(fēng)干，使其中水含量小于5％，過2毫米篩，按以下質(zhì)量份混合，得到第一混合物：
表土 33％-40％
黃土 33％-40％
亞黏土 20％-33％；
(2)以上述第一混合物為100份，按以下質(zhì)量份將粉碎的牛羊糞便和切成1厘米長的玉米秸稈與第一混合物相混合，混合均勻，得到第二混合物：
牛羊糞便 0.1％-0.5％
玉米秸稈 0.1％-0.5％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水與第二混合物的比例為1:50，混合均勻，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入復(fù)合菌劑，第三混合物與復(fù)合菌劑的比例為1:(0.005％—1:0.01％，混合均勻，得到第四混合物；
(5)將上述第四混合物堆成長、寬、高各為0.9米的條垛進(jìn)行靜態(tài)堆肥，采用翻堆方式通風(fēng)供氧，當(dāng)堆體中心溫度達(dá)到55℃時翻堆一次，堆放0-20天，完成一次發(fā)酵；
(6)使上述步驟(5)的堆肥繼續(xù)發(fā)酵20-50天，完成二次發(fā)酵，溫度恢復(fù)常溫，標(biāo)志堆肥已經(jīng)腐熟，得到用于露天煤礦改良替代表土材料。
本發(fā)明提出的用于露天煤礦改良替代表土材料的制備方法其優(yōu)點(diǎn)是：
使用本發(fā)明方法制備的露天煤礦改良替代表土材料，是露天礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建的專用材料，可以明顯改善替代表土材料的物理、化學(xué)和生物特性，保證植被的正常生長，實(shí)現(xiàn)廢物的再利用，具有效果佳、無污染等特點(diǎn)，解決了露天煤礦排土場土地復(fù)墾與生態(tài)重建中急需表土的迫切要求。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的用于露天煤礦改良替代表土材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將表土、黃土和亞粘土風(fēng)干，使其中水含量小于5％，過2毫米篩，按以下質(zhì)量份混合，得到第一混合物：
表土 33％-40％
黃土 33％-40％
亞黏土 20％-33％；
(2)以上述第一混合物為100份，按以下質(zhì)量份將粉碎的牛羊糞便和切成1厘米長的玉米秸稈與第一混合物相混合，混合均勻，得到第二混合物：
牛羊糞便 0.1％-0.5％
玉米秸稈 0.1％-0.5％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水與第二混合物的比例為1:50，混合均勻，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入復(fù)合菌劑，第三混合物與復(fù)合菌劑的比例為1:(0.005％—1:0.01％，混合均勻，得到第四混合物；
(5)將上述第四混合物堆成長、寬、高各為0.9米的條垛進(jìn)行靜態(tài)堆肥，采用翻堆方式通風(fēng)供氧，當(dāng)堆體中心溫度達(dá)到55℃時翻堆一次，堆放0-20天，完成一次發(fā)酵；
(6)使上述步驟(5)的堆肥繼續(xù)發(fā)酵20-50天，完成二次發(fā)酵，溫度恢復(fù)常溫，標(biāo)志堆肥已經(jīng)腐熟，得到用于露天煤礦改良替代表土材料。
本發(fā)明的用于露天煤礦改良替代表土材料，主要采用表土、黃土、亞黏土，三種土壤可以是采自內(nèi)蒙古呼和浩特市的神華寶日希勒煤礦區(qū)，風(fēng)干。試驗(yàn)用表土、黃土、亞黏土的顆粒粒度見表1、pH值與養(yǎng)分含量見表2、重金屬含量見表3。
表1不同基質(zhì)粒度組成含量(％)
表2不同基質(zhì)的pH值與養(yǎng)分含量
表3不同基質(zhì)中重金屬元素的檢出量以及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值
本發(fā)明制備方法的實(shí)施例中，采用的牛羊糞便和玉米秸稈，均采自內(nèi)蒙古呼和浩特市神華寶日希勒煤礦區(qū)，風(fēng)干。其中牛羊糞便來源廣，可以實(shí)現(xiàn)就地取材；且數(shù)量大、成本低，同時富含氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，可以有效促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增加土壤的保水、保肥能力。玉米秸稈剪切成1cm長進(jìn)行后續(xù)堆漚，堆漚后富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。
復(fù)合菌劑內(nèi)含枯草芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、涇陽鏈霉菌、菌根真菌、巨大芽孢桿菌、棕色固氮菌、光合菌群等，有效活菌數(shù)≥2.0億/克。復(fù)合菌購可以從臨沂市新綠農(nóng)資有限公司購買。
本發(fā)明提出的該改良替代表土材料，富含植物生長所必須的各種營養(yǎng)元素，通過盆栽試驗(yàn)顯示，在此改良配方材料中植物的長勢要好于對照，從而達(dá)到了替代表土的作用。
以下介紹本發(fā)明方法的實(shí)施例：
實(shí)施例一：
(1)將表土、黃土和亞粘土風(fēng)干，使其中水含量小于5％，過2mm篩，按以下質(zhì)量份混合，得到第一混合物：
表土為34％；黃土為33％；亞黏土為33％；
(2)以上述第一混合物為100份，按以下質(zhì)量份將粉碎的牛羊糞便和切成1cm長的玉米秸稈與第一混合物相混合，混合均勻，得到第二混合物：
牛羊糞便為0.5％；玉米秸稈為0.5％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水與第二混合物的比例為1:50，混合均勻，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入復(fù)合菌劑，第三混合物與復(fù)合菌劑的比例為1:0.01％，混合均勻，得到第四混合物；
(5)將上述混合物堆成長、寬、高各0.9m的條垛進(jìn)行靜態(tài)堆肥，采用翻堆方式通風(fēng)供氧，當(dāng)堆體中心溫度達(dá)到55℃時翻堆一次，堆放0-20天，完成一次發(fā)酵；
(6)使上述步驟(5)的堆肥繼續(xù)發(fā)酵20-50天，完成二次發(fā)酵，溫度恢復(fù)常溫，標(biāo)志堆肥已經(jīng)腐熟，得到用于露天煤礦改良替代表土材料。
(7)進(jìn)行室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，采用口徑為15cm的塑料盆，每盆裝土1kg，加入去離子水澆水使含水量為田間持水量的70％，平衡兩周后播種紫花苜蓿種子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播種八周后收獲。
實(shí)施例二：
(1)將表土、黃土和亞粘土風(fēng)干，使其中水含量小于5％，過2mm篩，按以下質(zhì)量份混合，得到第一混合物：
表土為34％；黃土為33％；亞黏土為33％；
(2)以上述第一混合物為100份，按以下質(zhì)量份將粉碎的牛羊糞便和切成1cm長的玉米秸稈與第一混合物相混合，混合均勻，得到第二混合物：
牛羊糞便為0.1％；玉米秸稈為0.1％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水與第二混合物的比例為1:50，混合均勻，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入復(fù)合菌劑，第三混合物與復(fù)合菌劑的比例為1:0.005％，混合均勻，得到第四混合物；
(5)將上述混合物堆成長、寬、高各0.9m的條垛進(jìn)行靜態(tài)堆肥，采用翻堆方式通風(fēng)供氧，當(dāng)堆體中心溫度達(dá)到55℃時翻堆一次，堆放0-20天，完成一次發(fā)酵；
(6)使上述步驟(5)的堆肥繼續(xù)發(fā)酵20-50天，完成二次發(fā)酵，溫度恢復(fù)常溫，標(biāo)志堆肥已經(jīng)腐熟，得到用于露天煤礦改良替代表土材料。
(7)進(jìn)行室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，采用口徑為15cm的塑料盆，每盆裝土1kg，加入去離子水澆水使含水量為田間持水量的70％，平衡兩周后播種紫花苜蓿種子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播種八周后收獲。
實(shí)施例三：
(1)將表土、黃土和亞粘土風(fēng)干，使其中水含量小于5％，過2mm篩，按以下質(zhì)量份混合，得到第一混合物：
表土為40％；黃土為40％；亞黏土為20％；
(2)以上述第一混合物為100份，按以下質(zhì)量份將粉碎的牛羊糞便和切成1cm長的玉米秸稈與第一混合物相混合，混合均勻，得到第二混合物：
牛羊糞便為0.1％；玉米秸稈為0.1％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水與第二混合物的比例為1:50，混合均勻，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入復(fù)合菌劑，第三混合物與復(fù)合菌劑的比例為1:0.01％，混合均勻，得到第四混合物；
(5)將上述混合物堆成長、寬、高各0.9m的條垛進(jìn)行靜態(tài)堆肥，采用翻堆方式通風(fēng)供氧，當(dāng)堆體中心溫度達(dá)到55℃時翻堆一次，堆放0-20天，完成一次發(fā)酵；
(6)使上述步驟(5)的堆肥繼續(xù)發(fā)酵20-50天，完成二次發(fā)酵，溫度恢復(fù)常溫，標(biāo)志堆肥已經(jīng)腐熟，得到用于露天煤礦改良替代表土材料。
(7)進(jìn)行室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，采用口徑為15cm的塑料盆，每盆裝土1kg，加入去離子水澆水使含水量為田間持水量的70％，平衡兩周后播種紫花苜蓿種子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播種八周后收獲。
實(shí)施例四：(1)將表土、黃土和亞粘土風(fēng)干，使其中水含量小于5％，過2mm篩，按以下質(zhì)量份混合，得到第一混合物：
表土為40％；黃土為40％；亞黏土為20％；
(2)以上述第一混合物為100份，按以下質(zhì)量份將粉碎的牛羊糞便和切成1cm長的玉米秸稈與第一混合物相混合，混合均勻，得到第二混合物：
牛羊糞便為0.1％；玉米秸稈為0.1％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水與第二混合物的比例為1:50，混合均勻，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入復(fù)合菌劑，第三混合物與復(fù)合菌劑的比例為1:0.005％，混合均勻，得到第四混合物；
(5)將上述混合物堆成長、寬、高各0.9m的條垛進(jìn)行靜態(tài)堆肥，采用翻堆方式通風(fēng)供氧，當(dāng)堆體中心溫度達(dá)到55℃時翻堆一次，堆放0-20天，完成一次發(fā)酵；
(6)使上述步驟(5)的堆肥繼續(xù)發(fā)酵20-50天，完成二次發(fā)酵，溫度恢復(fù)常溫，標(biāo)志堆肥已經(jīng)腐熟，得到用于露天煤礦改良替代表土材料。
(7)進(jìn)行室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，采用口徑為15cm的塑料盆，每盆裝土1kg，加入去離子水澆水使含水量為田間持水量的70％，平衡兩周后播種紫花苜蓿種子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播種八周后收獲。
具體實(shí)施結(jié)果分析：
收獲時用剪刀在紫花苜蓿出土點(diǎn)剪斷，分為地上部和地下部。地上部和地下部取出后，用清水沖洗表面，而后用去離子水沖洗，并用吸水紙吸干表面水分，用直尺測其株高；隨后將植株樣本放入烘箱，105℃殺青30min，調(diào)溫至70℃，烘干至恒重，測定干質(zhì)量，具體見表4。
表4不同處理植被株高及生物量