1.本發(fā)明屬于露天煤礦生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種高寒地區(qū)露天煤礦土壤改良劑的制備方法與應(yīng)用。


背景技術(shù)：

2.由于生態(tài)修復(fù)的高效性、長期性和經(jīng)濟性等優(yōu)點，在礦山修復(fù)中得到了廣泛的應(yīng)用，但露天煤礦開采須經(jīng)歷“剝－采－運－排－復(fù)”等過程，導(dǎo)致大量的土地資源被損毀和占用，嚴重破壞了土壤肥力和各種理化性質(zhì)。煤礦露天開采形成排土場，排土場主要由粉砂巖、泥巖等組成，由于其為非耕作層表土，土壤尚未熟化，加之開采過程中大型機械設(shè)備頻繁往來及土方堆疊與積壓，故排土場的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)不良，缺乏植物生長所需要的有機質(zhì)、n、p、k及各種微量元素，土壤結(jié)構(gòu)被破壞，保水保肥性差，容重高、粘聚力低，易發(fā)生風(fēng)蝕等問題，缺乏土壤中的微生物及相關(guān)的酶，物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化的途徑不暢。而對于高寒地區(qū)排土場來說，由于其寒冷的氣候和嚴酷的自然條件，植物的生長期非常短，更加導(dǎo)致了其生態(tài)修復(fù)的困難。如何對土壤進行改善，恢復(fù)其物理結(jié)構(gòu)及肥力，是生態(tài)修復(fù)順利進行的必要條件。
3.目前，排土場的土壤改良主要有工程法、化學(xué)法和生物法，其中，工程法主要是取外界熟土進行表土覆蓋，該法成本較高，且由于運輸及搬運等過程，土壤物理結(jié)構(gòu)被破壞，需再次熟化；化學(xué)法主要是施用化肥，但由于土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤保肥能力差，不僅降低肥料利用率，未及時利用的肥料，還會隨降水進入水體中，造成二次污染；生物法主要是利用先鋒植物對土壤的改良作用，但該種方法見效較慢。


技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.有鑒于此，本發(fā)明提供一種高寒地區(qū)露天煤礦土壤改良劑的制備方法與應(yīng)用，該土壤改良劑可快速高效地修復(fù)土壤。
5.為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
6.一種高寒地區(qū)露天閉坑煤礦的土壤改良劑，包括以下質(zhì)量份原料：砒砂巖50
?
100份，生物炭30
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50份，牛羊糞有機肥20
?
40份，粉煤灰10
?
20份，聚丙烯酸鈉1
?
5份，菌劑0.5
?
1份。
7.優(yōu)選的，所述砒砂巖粒徑<20mm。
8.優(yōu)選的，所述牛羊糞有機肥由含水率70％的牛羊糞堆肥15
?
20天而成。
9.優(yōu)選的，所述生物炭是將粉碎后的植物秸稈進行炭化處理所得。所述植物秸稈為秸稈、草本、枯枝敗葉等原料構(gòu)成。
10.優(yōu)選的，所述生物炭粒徑為0.2
?
0.3mm。
11.優(yōu)選的，所述粉煤灰粒度為200
?
400目。所述粉煤灰為火電廠排放的工業(yè)廢棄物。
12.優(yōu)選的，所述菌劑為植物乳桿菌、約氏黃桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、放線菌、固氮菌組成，各菌劑等質(zhì)量混合；所述菌劑有效活菌數(shù)≧100億/g。
13.本發(fā)明還提供一種土壤改良劑的制備方法，包括以下步驟：將砒砂巖、粉煤灰、生物炭、牛羊糞有機肥、聚丙烯酸鈉混合，攪拌，然后加入菌劑，繼續(xù)攪拌，即得土壤改良劑。
14.本發(fā)明還提供一種土壤改良劑在高寒地區(qū)露天煤礦生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用。
15.優(yōu)選的，所述土壤改良劑施加量為800
?
1000kg/hm2。使用時，將土壤改良劑施加到土壤表面，進行翻耕，與表土混合。
16.砒砂巖成巖的程度低、易風(fēng)蝕，各團聚體膠結(jié)程度差，易風(fēng)化，容易導(dǎo)致水土流失，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生不利的影響。然而砒砂巖和質(zhì)地較粗的排土場土壤相結(jié)合，砂粒與土壤團聚體之間就會形成很強的粘滯力，從而提高土壤水穩(wěn)性團聚體的含量，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，同時其含有大量的蒙脫石，具有很強的吸附能力和陽離子交換能力，能夠有效的阻滯土壤中na
+
、ca
2+
等陽離子的運移，從而解決土壤保水保肥能力低下、植物對養(yǎng)分難以吸收的問題。在改善土壤的同時，還能有效地實現(xiàn)廢物的資源化利用。
17.牛羊糞有機肥含大量的n、p、k及有機質(zhì)，營養(yǎng)元素釋放到土壤中，可解決土壤肥力低下的問題，有機組分與無機組分相互作用，影響土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤的理化性質(zhì)。
18.生物炭具有的孔隙度和比表面積較大，對銨離子和磷酸根離子的吸附能力較強，可有效改善土壤養(yǎng)分淋失的問題，增加土壤保水保肥的能力，同時，還可以顯著提高微生物的生物活性，提高土壤陽離子交換量，加快土壤的物質(zhì)與能量的循環(huán)。
19.粉煤灰會造成很多的環(huán)境污染問題，甚至影響動植物及人體的健康。將粉煤灰應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)中，粉煤灰的添加有助于改變土壤的顆粒級配，改善礦山土壤孔隙大、孔隙分布不均勻的問題，另一方面，粉煤灰可提供許多植物生長所需要的微量元素，如mg、n、b、fe、ca等，解決由于微量元素缺乏而導(dǎo)致的植物生長困難的難題。
20.約氏黃桿菌和植物乳桿菌可在較低溫度下對植物殘體進行降解，促進物質(zhì)循環(huán)；枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌可顯著提高植物的抗逆性，有效降低植物病蟲害，促進植物根毛發(fā)育；酵母菌、放線菌可加速有機質(zhì)腐解和氮礦化，增加生物可利用碳氮含量。
21.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
22.(1)施用本發(fā)明制備的土壤改良劑能明顯地對土壤結(jié)構(gòu)進行改善，增加其肥力，增強其保水保肥能力，根據(jù)實驗證明，實施例與對照組相比，土壤容重降低12％
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14％，土壤有機碳增加12％
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14％，土壤總氮增加17％
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21％，土壤總磷增加14％
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17％，種植牧草后生物量增加95％
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98％。(2)通過施加砒砂巖和粉煤灰，不僅增大土壤的密度和容重，增強其水土保持能力并提供植物所需要的微量元素，而且有效地實現(xiàn)了工業(yè)廢物的資源化。
23.(3)生物炭和牛羊糞有機肥的配施延長了肥料的施放時間，提高肥料利用率，有效避免了環(huán)境的污染和資源的浪費，生物量提高10％。
24.(4)本發(fā)明將所有原料合理的配伍，最終實現(xiàn)修復(fù)生態(tài)土壤的目的。該土壤改良劑經(jīng)濟環(huán)保，且能實現(xiàn)資源的合理利用。
具體實施方式
25.現(xiàn)詳細說明本發(fā)明的多種示例性實施方式，該詳細說明不應(yīng)認為是對本發(fā)明的限制，而應(yīng)理解為是對本發(fā)明的某些方面、特性和實施方案的更詳細的描述。
26.應(yīng)理解本發(fā)明中所述的術(shù)語僅僅是為描述特別的實施方式，并非用于限制本發(fā)明。另外，對于本發(fā)明中的數(shù)值范圍，應(yīng)理解為還具體公開了該范圍的上限和下限之間的每
個中間值。在任何陳述值或陳述范圍內(nèi)的中間值以及任何其他陳述值或在所述范圍內(nèi)的中間值之間的每個較小的范圍也包括在本發(fā)明內(nèi)。這些較小范圍的上限和下限可獨立地包括或排除在范圍內(nèi)。
27.除非另有說明，否則本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本發(fā)明所述領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)人員通常理解的相同含義。雖然本發(fā)明僅描述了優(yōu)選的方法和材料，但是在本發(fā)明的實施或測試中也可以使用與本文所述相似或等同的任何方法和材料。本說明書中提到的所有文獻通過引用并入，用以公開和描述與所述文獻相關(guān)的方法和/或材料。在與任何并入的文獻沖突時，以本說明書的內(nèi)容為準(zhǔn)。
28.在不背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可對本發(fā)明說明書的具體實施方式做多種改進和變化，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。由本發(fā)明的說明書得到的其他實施方式對技術(shù)人員而言是顯而易見的。本技術(shù)說明書和實施例僅是示例性的。
29.關(guān)于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限于。
30.以下實施例所用原料：
31.1、砒砂巖粒徑<20mm，砒砂巖中蒙脫石含量大概在30％左右，在改善土壤物理結(jié)構(gòu)的同時還可以增強土壤的陽離子交換量，促進植物對土壤養(yǎng)分的吸收。
32.2、牛羊糞有機肥由含水率70％的牛羊糞堆肥15
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20天而成，牛羊糞的ph在7.5
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8.5之間，含氮量2％以上，含磷量0.6％以上，有機質(zhì)含量30％以上。
33.3、生物炭是將粉碎后的植物秸稈進行炭化處理所得。所述植物秸稈為秸稈、草本、枯枝敗葉等原料構(gòu)成，這些原料可就地取材，實現(xiàn)資源的高效利用。熱解溫度為400℃，該溫度下生物炭的總體孔隙率大、比表面積大，適合作為土壤改良劑。生物炭粒徑為0.2
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0.3mm。
34.4、粉煤灰粒度為200
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400目，較大顆粒需進行研磨破碎等預(yù)處理，ph為7
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9，含水率<4％，氧化鈣含量>15％。
35.5、菌劑為植物乳桿菌、約氏黃桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、放線菌、固氮菌組成，各菌劑等質(zhì)量混合；所述菌劑有效活菌數(shù)≧100億/g。上述菌劑均為商購的現(xiàn)有菌劑。
36.實施例1
37.一種高寒地區(qū)露天閉坑煤礦的土壤改良劑，由以下質(zhì)量份原料組成：砒砂巖70份，生物炭45份，牛羊糞有機肥30份，粉煤灰10份，聚丙烯酸鈉2份，菌劑0.5份。
38.將上述原料均勻混合，得到土壤改良劑。
39.施用方法：將所得土壤改良劑施加到土壤表面，進行翻耕，翻耕深度20cm，與表土混合，施加量為1000kg/hm2，與表土混合均勻后，撒播牧草草種。
40.實施例2
41.一種高寒地區(qū)露天閉坑煤礦的土壤改良劑，由以下質(zhì)量份原料組成：砒砂巖50份，生物炭50份，牛羊糞有機肥40份，粉煤灰20份，聚丙烯酸鈉1份，菌劑0.5份。
42.將上述原料均勻混合，得到土壤改良劑。
43.施用方法：將所得土壤改良劑施加到土壤表面，進行翻耕，翻耕深度20cm，與表土混合，施加量為900kg/hm2，與表土混合均勻后，撒播牧草草種。
44.實施例3
45.一種高寒地區(qū)露天閉坑煤礦的土壤改良劑，由以下質(zhì)量份原料組成：砒砂巖100份，生物炭30份，牛羊糞有機肥20份，粉煤灰15份，聚丙烯酸鈉5份，菌劑1份。
46.將上述原料均勻混合，得到土壤改良劑。
47.施用方法：將所得土壤改良劑施加到土壤表面，進行翻耕，翻耕深度20cm，與表土混合，施加量為850kg/hm2，與表土混合均勻后，撒播牧草草種。
48.對比例1
49.同實施例1，區(qū)別在于，土壤改良劑僅含牛羊糞有機肥。
50.對比例2
51.同實施例1，區(qū)別在于，不添加砒砂巖。
52.對比例3
53.同實施例1，區(qū)別在于，不添加生物炭和粉煤灰。
54.對比例4
55.同實施例1，區(qū)別在于，不添加牛羊糞有機肥。
56.對比例5
57.同實施例1，區(qū)別在于，將菌劑替換成枯草芽孢桿菌。
58.將實施例1
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3與對比例1
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5制備的土壤改良劑以及對照組(未施加任何改良劑的土壤)在實驗種植后進行性能測試，結(jié)果如表1所示。
59.表1
60.61.從表1中可以看出，各原料相互協(xié)調(diào)，共同作用，可有效改善土壤的理化性質(zhì)，與對照組相比，實施例1
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3與對照組相比，土壤容重降低12.6％
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14.0％，土壤有機碳增加12.5％
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14.4％，土壤總氮增加17.2％
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21.8％，土壤總磷增加14.2％
?
17.4％，種植牧草后生物量增加95％
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98.6％，說明該改良劑可以有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高氮磷及有機物等養(yǎng)分指標(biāo)的含量，增強土壤的保水保肥能力，促進植物生長，提高區(qū)域內(nèi)的生物量；實施例1
?
3與對比例1相比，土壤容重降低10％
?
11.5％，土壤總有機碳增加5.7％
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7.5％，土壤總氮增長7.1％
?
11.4％，土壤總磷增長7.5％
?
10.4％，這說明原土壤對肥力各元素的固持能力差，施加的有機肥不能充分利用，由于降水及地表徑流等作用造成淋失，生物炭、砒砂巖及粉煤灰可有效地改善土壤結(jié)構(gòu)，加強土壤的吸附作用，提高土壤內(nèi)養(yǎng)分的利用率；實施例1
?
3與對比例2相比，土壤容重降低8.1％
?
9.6％，土壤有機碳增加3.9％—5.7％，土壤總氮增加2.7％
?
6.8％，土壤總磷增加4.3％
?
7.2％，種植牧草后生物量增加29.1％
?
31.5％，這說明砒砂巖能夠降低土壤容重，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，促進植物對營養(yǎng)元素的利用；實施例1
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3與對比例3相比，土壤容重降低6.7％
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8.2％，土壤有機碳增加4.9％
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6.7％，土壤總氮增加5.6％
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9.9％，土壤總磷增加5.9％
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8.8％，種植牧草后生物量增加30.2％
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32.6％，該步驟說明生物炭與粉煤灰具有很強的吸附作用，可以使肥料緩釋，增大肥料的利用率，還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于植物的生長發(fā)育；實施例1
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3與對比例4相比，土壤容重降低3.1％
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4.7％，土壤有機碳增加6.8％
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8.6％，土壤總氮增加13.6％
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18.2％，土壤總磷增加10.8％
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13.8％，種植牧草后生物量增加45.4％
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48.1％，對比說明原排土場土壤肥力低，缺乏氮磷及有機質(zhì)等植物生長必需元素，而牛羊糞有機肥含有大量的營養(yǎng)成分，可有效改善土壤肥力低的問題，增強土壤養(yǎng)分，進而促進植物生長發(fā)育；實施例1
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3與對比例5相比，土壤有機碳增加4.1％
?
5.9％，種植牧草后生物量增加32.6％
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35％，這主要是因為菌劑中的植物乳桿菌、約氏黃桿菌能在較低的溫度下對植物殘體進行降解，促進物質(zhì)循環(huán)；枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌可顯著提高植物的抗逆性，有效降低植物病蟲害，促進植物根毛發(fā)育；酵母菌、放線菌可加速有機質(zhì)腐解和氮礦化，增加生物可利用碳氮有機質(zhì)含量。
62.以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。