一种矿山生态修复用微生物复合肥及其制备方法

本发明属于环境修复，尤其涉及一种矿山生态修复用微生物复合肥及其制备方法。

背景技术：

1、矿山开采产生大量矿山废弃地，导致了矿区生态环境的极大破坏和土地资源的巨大浪费，矿山废弃地修复成为各国矿山开采中面临的共同难题。目前矿山复垦方法多属于防止水土流失、恢复简单植被的工程复垦，采用的方法包括场地平整、表土回填、客土覆盖、化学改良、栽培植被等多种手段。但由于矿山土壤往往具有土壤贫瘠、酸碱度和盐度高、重金属含量较高等极端理化性质，常规方法很难显现出明显的效果。因此，改善矿山尾矿土壤环境和质量以保证植物正常生长发育是促进生态系统快速恢复的前提。

2、目前作用于矿山土壤改良的技术包括添加物理基质、施用有机肥、喷洒化学试剂、添加微生物菌剂等几种手段，如专利cn108739255a公开了一种固体废弃物资源化应用于边坡修复基质中的方法，其是以腐熟污泥为基质，添加煤矸石粉、农作物秸秆等材料发酵而成的矿山土壤改良基质，但是该改良基质需要采用专用喷附机，通过高压气流将基质材料喷附在坡面上，与高强度镀锌网锚固坡面结合，采用无纺布进行覆盖，并进行后期养护管理，存在后期操作繁琐的缺点。专利cn115735461a公开了一种利用绿肥植物和磷尾矿修复矿山废弃地生态的方法，以磷尾矿粉为基质，添加畜禽粪便、有机质或市政污泥为有机源制成的修复基质土，在此基质土上种植植物并粉碎作为绿肥，代替天然土壤修复矿山废弃地的方法，但是该修复方法没有考虑基质的保水性，需要定期进行喷灌浇水，对水资源有一定要求。专利cn116064044a公开了一种以缓释沼液微生物复合肥和生物炭基双金属氢氧化物复配形成的，用于修复酸化板结及重金属污染的土壤改良剂，该改良剂对土壤环境有一定要求，仅仅适用于4.8≤ph<7的重金属污染酸性土壤。专利cn111957737a公开了一种以污泥、生物炭、植物废料按照一定比例发酵制成的用于矿山土壤肥力提升的配方，存该配方用料简单，仅用于提升土壤肥力，对土壤重金属的吸附和钝化治理效果不佳。公开号cn115462205a的专利公开了一种以改性生物炭、植被破碎物、粉煤灰和枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、哈茨木霉菌等微生物菌剂制成的矿区土壤复合改良剂，该复合改良剂依靠微生物活动对秸秆等植被废弃物后期降解供肥，肥效慢且养分含量低，对土壤肥力提升不明显，难以满足植被建植前期植被对养分的大量需求。

3、由此可见，现有技术多聚焦于矿山土壤改良的单一方面，应用不够全面，尤其是在干旱缺水的地区难以实现矿山生态修复过程中水分的保存与长期利用。因此现有技术亟需一种能够全面、快速修复矿山的生态修复用微生物复合肥。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种矿山生态修复用微生物复合肥及其制备方法。

2、本发明的技术方案之一：

3、一种矿山生态修复用微生物复合肥，包括以下重量份数的原料：基肥500-1000份、保水剂10-50份、微生物菌剂5-20份、生物炭改良剂200-400份和包膜剂50-100份。

4、进一步地，包括以下重量份数的原料：包括以下重量份数的原料：基肥600份、保水剂30份、微生物菌剂20份、生物炭改良剂400份和包膜剂100份。

5、进一步地，所述基肥由牛羊腐熟肥、坡缕石粉、腐殖酸、尿素和磷酸二氢钾组成。

6、更进一步地，所述牛羊腐熟肥、坡缕石粉、腐殖酸、尿素和磷酸二氢钾的重量比为50:30:10:7:3。

7、更进一步地，所述基肥的制备方法为：按重量比称取牛羊腐熟肥、坡缕石粉、腐殖酸、尿素和磷酸二氢钾，将尿素和磷酸二氢钾溶解于水中，之后加入牛羊腐熟肥，混匀后烘干粉碎过50目筛，之后加入坡缕石粉、腐殖酸混合均匀得到所述基肥。

8、更进一步地，所述牛羊腐熟肥的制备方法包括以下步骤：

9、将秸秆、稻壳、锯末等植物废弃物切段，控制长度在3-5厘米，优选为3厘米，与牛羊粪便按照重量比为1:(5-10)混合得到牛羊粪便混合料，控制原料含水率为55％-60％，碳氮比为(25-40):1，之后接种腐熟预混剂(发酵菌剂按照1:(5-10)的重量比与米糠、锯末等搅拌均匀制成)，按照1:(3000-5000)的重量比将腐熟预混剂与牛羊粪便混合料混合搅拌均匀，发酵(发酵方式可选择条剁式、槽式或罐式发酵)，发酵过程根据堆体温度进行翻堆，在堆温升至50℃时进行第一次翻堆，升至65℃时进行第二次翻堆，在堆积发酵过程中控制温度≤70℃，维持堆体温度在55℃以上发酵至少7天，或45℃以上不少于14天，堆肥过程中可采用人工或者机械翻堆，补充所需氧气、控制堆肥温度，一次发酵周期应大于15天，待完全腐熟后的堆体温度下降至室温，外观呈棕褐色，无臭味，堆料松散、均匀无结块即可得到上述牛羊腐熟肥。

10、本发明所用基肥包含牛羊腐熟肥、坡缕石粉、腐殖酸、尿素和磷酸二氢钾，其中牛羊腐熟肥为牛羊粪便和植物残体混合发酵生成的腐熟肥，富含有机质，在矿山生态修复中施用可以有效改善土壤结构，提升土壤肥力，加速土壤团聚体形成，促进土壤微生物繁育，另外还能结合部分重金属离子，降低土壤重金属含量，为后续植物生长提供良好的土壤环境，可长期为植物生长提供养分，保证矿山生态修复的长期效果。添加的坡缕石粉表面有多孔结构，有褶皱，表面较疏松，这种疏松表面结构有利于水分子渗入，降低吸附过程中的阻力，提高重金属的吸附量，配合微生物菌剂、生物炭改良剂等，可以有效的吸附土壤中的重金属，并大大降低重金属的植物积累量，能够释放土壤中难溶矿质中的营养元素，提高植物的抗逆性，降解污染物，改良土壤，促进植物的生长。同时，坡缕石可以作为粘结剂，提升基肥颗粒的造粒效果。添加的尿素和磷酸二氢钾，可作为速效养分，满足矿山生态修复过程中种植植物后的早期养分要求。腐殖酸能增加土壤微团粒结构，促进土壤毛细管形成，增加土壤持水性和保肥性。腐殖酸具有多孔的特殊结构，可有效吸附土壤中的污染物，还可以通过络合或螯合作用，固定钝化土壤中重金属的迁移、固定和累积，此外腐殖酸本身为大分子有机物质，可以为微生物活动和植物生长长效缓慢地提供养分，腐殖酸施用后可改善矿山土壤理化结构、提升土壤肥力、促进微生物和制备生长、降低土壤中重金属毒害，加速矿山生态修复进程。

11、进一步地，所述保水剂为聚丙烯酰胺。

12、聚丙烯酰胺的吸水倍率约为100-120倍，可吸收大量水分储存并缓慢释放，和基肥共同使用时，还可吸收大量肥料，同水分一起缓释；在矿山生态修复中使用时可充分利用植被建植初期的灌溉用水，满足矿山生态修复过程中土壤和植被的长期水肥需求，聚丙烯酰胺吸水后形成凝胶絮状物，可改善土壤结构，促进土壤微生物发育，提高土壤有机物周转利用效率。聚丙烯酰胺可反复吸水和释放，使用寿命可达4年以上，可完全覆盖生态修复前期的植被初步建植阶段。

13、进一步地，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、硫酸盐还原菌和根瘤菌，总有效活菌数为80-120亿cfu/g。

14、更进一步地，所述微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、硫酸盐还原菌和根瘤菌按照重量比为20-30:15-30:10-30:10-25制成，具体为：分别将上述菌种活化后，培养48-72h，之后分别在6000r/min下离心8-10min，共离心两次，去除上清液后获得菌体，在45-55℃条件下低温烘干得到菌粉，将各个菌的菌粉按上述重量比混合均匀得到所述微生物菌剂。

15、微生物菌剂中枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌同属芽孢杆菌，施用于土壤时可以促进土壤中养分分解，提升土壤肥力，促进植物生长；同时芽孢杆菌可以分泌小分子有机酸，与重金属离子结合使之活化，强化重金属超积累植物对土壤重金属的吸收能力，此外芽孢杆菌还可通过胞外吸附、胞内积累和分泌高分子聚合物吸收钝化镉、铬、铅等重金属离子，缓解土壤重金属污染。硫酸盐还原菌可将硫酸盐还原成硫化物，再通过脱硫作用使硫离子分泌于体外，硫离子可与众多重金属离子形成金属硫化物沉淀，降低土壤中重金属离子的迁移性。根瘤菌可以与豆科植物共生形成根瘤，将空气中的氮还原成氨供植物生长，并提升土壤肥力，施用后有利于矿山生态修复过程中播种的豆科植物快速生长建植。

16、进一步地，所述生物炭改良剂由市政污泥热解制成，具体包括以下步骤：将市政污泥在100-110℃条件下烘干24h，烘干后粉碎至0.5-1mm制得污泥生物炭颗粒，按照10:1的重量比将污泥生物炭颗粒与硫酸钙混合，混匀后置入炭化炉，在炉内填充氮气，升温至400℃，恒温1h，之后升温至500℃，恒温4-5h，之后自然降温，得到所述生物炭改良剂。

17、生物炭改良剂表面有大量官能团如羧酸、羰基，这些物质对重金属以及其他有机污染物的吸附能力强，从而减少污染物的环境生态风险，生物炭改良剂不仅可以通过静电吸附、离子交换、络合反应等途径直接吸附钝化土壤中的重金属，还可以通过改善土壤物理结构、调控土壤酶活性来促进土壤微生物活动和植物根系生长。

18、进一步地，所述包膜剂为树脂包膜剂。

19、本发明的技术方案之二：

20、一种所述的矿山生态修复用微生物复合肥的制备方法，包括以下步骤：

21、按重量份数称取所述原料，将基肥与保水剂、微生物菌剂、生物炭改良剂混合均匀，造粒后得到基肥颗粒，将包膜剂喷洒到所述基肥颗粒表面，得到所述矿山生态修复用微生物复合肥。

22、进一步地，所述基肥颗粒的粒径为2-4mm。

23、进一步地，所述基肥颗粒的水分低于10％。

24、进一步地，经过包膜剂喷洒，使矿山生态修复用微生物复合肥形成由核心层和包膜层组成的核壳结构，所述核心层由基肥、保水剂、微生物菌剂、生物炭改良剂组成；所述包膜层由包膜剂组成。

25、使用树脂包膜剂对基肥颗粒进行包膜，树脂包膜剂由高分子树脂聚合成膜，具有可降解、无毒副作用的特点，通过包膜处理后可以减少肥料在生产、储藏、运输环节的养分流失和微生物失活，还可以对肥料颗粒增大塑型，方便后续机械操作施肥。

26、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

27、本发明中用到的基肥中含有有机腐熟肥、化肥和腐殖酸，可满足植物短期迅速生长、长期可持续维持的养分要求，同时还可以提高植物的抗逆性。施用后可加速生态修复植被的短期建植效率和生态修复长期维持效果。

28、在相对干旱的北方矿区，水资源缺乏，降水量少且集中，难以覆盖植被整个生长季，因此水分是生态修复成功与否的关键限制因子。本发明的复合肥中添加保水剂，可充分吸收生态修复初期的建植水和雨季降水，降低水分损耗，长期缓释供水，满足植被生长期水分需求，提升植被建植成活率。

29、本发明各原料协同发挥作用实现矿山生态修复，具体如下：

30、本发明中添加的基肥可为微生物菌剂中的微生物活动提供养分和基质；而生物炭改良剂的孔隙结构和高比表面积则为微生物活动提供庇护，同时可以吸附土壤中游离重金属离子，改善土壤物理结构，为微生物提供相对适宜的生存环境。本发明中添加的保水剂吸水膨胀成凝胶状，大量吸附基肥中溶于水分中的养分，形成水合聚合物，然后缓慢释放，保证了缺水条件下矿山生态修复的微生物活动和植被建植的水分和养分需求。本发明中的微生物菌剂依赖于基肥、生物炭改良剂和保水剂提供的适宜活动环境，可于贫瘠且污染严重的矿区土壤成功建植和繁衍；之后通过微生物不断活动对矿区土壤的改良，以及对基肥中有机质的分解，为植被建植提供了条件，提升了矿区生态修复的成功率。

31、本发明将基肥、保水剂、微生物菌剂、生物炭改良剂、包膜剂按一定比例制备成微生物复合肥，用于矿山生态修复，可以改善矿山地区土壤理化结构，提高土壤肥力和肥期，促进植物生长，提高植物抗逆性，可长期维持矿山生态修复的效果，有效解决生态脆弱区矿山废弃地生态恢复初期植被建植困难、覆盖率偏低、水土流失严重等问题。