CN108097709A - 一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种植物‑动物‑微生物联合修复废弃钢渣山的方法，属于生态修复技术领域。本发明将钢渣山分为钢渣山山脚修复区域、钢渣山山侧修复区域以及钢渣山山顶修复区域，每个区域采用不同的动物、植物以及微生物。对于山脚区域，选用文冠果、梭梭和VA菌根联合修复的方法；对于山侧区域，选用爬山虎和蚯蚓联合修复的方法；对于山顶区域，采用火炬树和AM菌根联合修复的方法。此方法不仅使得钢渣山及其周围的景观都得到美化，而且使得钢渣山周围的水体的水质得到很大改善。

Description

一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法
技术领域
本发明涉及一种利用植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，属于生态方法修复废弃钢渣山的技术领域。
背景技术
我国现在正处于工业化发展中后期阶段，钢铁需求巨大，钢铁行业具有较大的市场空间，这就产生了大量的废钢渣，而这些废钢渣一般都是堆砌放置，日积月累，钢渣堆积成山，从而形成钢渣山。废钢渣中含有CaO及Pb、Cr、Zn等重金属元素，这些氧化物以及重金属元素如果进入水体，会使得水中生物体内的污染物含量升高，如果人食用了这些水生生物，很可能会产生相应的中毒现象，甚至会危及生命；如果钢渣表面的粉质颗粒物，在风的作用下，飘散在空气当中，形成扬尘，就会污染大气环境，甚至会对人体呼吸道系统的健康造成威胁；如果钢渣一直堆积在土地表面，会造成土地资源的污染和浪费。钢渣浸出的重金属离子进入到土壤当中，使土壤中重金属离子含量超标，破坏土壤原有的生态环境，还会破坏我国的耕地土壤，使耕地土壤面积减小，影响人类的生存。
目前，废弃钢渣的处理方法有冷弃法、水淬法、风碎法、热泼法、热焖余热自解法、滚筒法、粒化法。目前比较先进的钢渣处理技术是滚筒法、粒化法和热闷余热自解法。以上介绍的几种废弃钢渣山的处理方法虽然排渣速率快、工艺较为成熟，但是其共有的缺点是工艺设备复杂、设备磨损较严重、处理成本较高、容易造成二次污染。现在一种新兴的废弃钢渣的修复方法逐渐发展起来，即植物修复法、微生物修复法等生物修复方法。这种修复方法的优点是修复效果明显、基本不会造成二次污染、修复成本低；而且种植的植物还有美化景观的作用，还能够调节小气候。因此，这种生物处理方法具有很高的生态效益、经济效益以及社会效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用植物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，该方法可以在不改变原有土质性质的情况下，采取经济、高效的原则，通过采取植被恢复技术来治理钢渣山的生态环境，从而达到改善钢渣山周边的水体的水质状况和绿化美化的环保技术要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，方法如下：将钢渣山生态修复区域分为钢渣山山脚修复区域、钢渣山山侧修复区域和钢渣山山顶修复区域。
(一)针对钢渣山山脚修复区域：种植文冠果和梭梭，种植土壤表面覆盖VA菌根。
选择树龄为10-15年的野生文冠果，挖取地表下30-40cm的根际和细根，获得VA菌根真菌；VA菌根真菌的繁殖基质为河砂+泥炭，扩繁载体为高丹草，扩繁在人工气候箱中，温度控制在20℃-30℃之间，光照控制在10000-13000lx之间，出苗后15-20天浇灌重量百分比浓度为20％的Hongland营养液，每30天浇灌一次，培养60天，将得到的根段及培养基质的混合物覆盖到文冠果和梭梭的种植土壤表面。
所述的文冠果种植方式，采用鱼鳞坑的整地方式，定植穴的深度为60-70cm；播种量为每亩40-50kg；栽植密度为2-4m×3-5m。
所述的梭梭种植方式，采用穴状的整地方式，植穴规格为40cm×40cm×40cm，布穴呈“品”字形排列；播种方式为条播，播种量为2-4kg/亩；栽植密度为2m×3-4m，每亩种植90-120株。
(二)针对钢渣山山侧修复区域：种植爬山虎，土壤中养殖动物品种为蚯蚓。
所述的爬山虎种植方式，采用在钢渣山坡脚设置种植槽，槽深50-70cm，边长70-90cm，间距2.0-2.5m，填土深50-60cm，采用扦插法种植，每槽种植4-6株爬山虎。
所述的用于养殖蚯蚓的养殖料，由牛粪40％-50％、猪粪30％-40％、稻草或食物垃圾10％-20％制成；将牛粪、猪粪、稻草或食物垃圾加发酵水混合均匀，制成粪料堆，粪料堆高0.6-1m，用农膜盖严发酵20-30天，发酵完成后在粪料堆中添加营养促食液，摊开透气2天后即可使用。
所述的发酵水是：100kg水中加入1kg EM有益微生物。
所述的营养促食液的组成为：90-100kg水、2-3kg尿素、3-5g糖精、3-5mL菠萝香精、35-45mL醋精。
(三)针对钢渣山山顶修复区域：种植火炬树，种植土壤中混有AM菌根。
选择树龄为20-30年的野生火炬树，挖取地表下30-40cm的根际和细根，获得AM菌根真菌；AM菌根真菌的繁殖基质为蛭石+草炭土，扩繁载体为苏丹草，扩繁在人工气候箱中，温度控制在20℃-30℃之间，光照控制在10000-13000lx之间，出苗后15-20天浇灌重量百分比浓度为10％的Hongland营养液，每20天浇灌一次，培养60天，将得到的根段及培养基质的混合物用于种植火炬树的土壤中。
所述的火炬树的种植方式：在山顶挖出一系列间隔10cm，顶圆直径3cm，底圆直径38cm，高75cm的花盆形状的穴，种植火炬树；火炬树种子的播种量为每穴播种1粒种子，每穴中的接种体为，将得到的根段及培养基质的混合物与天然土按一层土一层混合物，共分3层制成。
上述的利用植物-动物-微生物修复钢渣山的方法，设计合理，与现有技术相比存在以下
有益效果：
1、本发明属于利用生态方法修复钢渣山，与传统的滚筒法、粒化法相比，基本上没有二次污染，而且能够达到改善钢渣山周边水体水质以及美化景观的效果。
2、本发明所选择的植物文冠果、梭梭、爬山虎和火炬树都具有很强的抗逆性，它们的抗寒、抗旱、耐瘠薄的能力都很强，因此它们可以在钢渣山上长期生长，从而使得钢渣山及其周边的环境得到不断改善。
3、本发明所选择的微生物VA菌根和AM菌根都可以促进植物生长，促进植物对矿质养分的吸收，尤其是促进对磷的吸收，因此可以使植物生长得更为迅速。
4、本发明所选择的动物蚯蚓加速土壤结构的形成，促进土肥相融，加速有机物质的分解转化，提高植物营养，改善土壤通透性和提高蓄水、保肥能力。因此将其用在钢渣山中可以降低其中有害物质的含量，改善钢渣山整体环境。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例为植物、动物和微生物在本溪太子河流域钢渣山修复中的应用。
(一)修复方法
根据本溪太子河流域钢渣山不同位置的特点不同，将钢渣山生态修复区域分为钢渣山山脚修复区域，包括钢渣山之间的间隙，地势较为平坦；钢渣山山侧修复区域，地势较陡；钢渣山山顶修复区域，地势平坦，但宽度较窄。
针对钢渣山山脚修复区域(A区域)
1、VA菌根的接种
选择树龄为15年的野生文冠果，挖取地表下35cm的根际和细根，获得VA菌根真菌；VA菌根真菌的繁殖基质为河砂+泥炭，扩繁载体为高丹草，扩繁在人工气候箱中，温度控制在25℃，光照控制在12000lx左右，出苗后20天浇灌重量百分比浓度为20％的Hongland营养液，然后每30天浇灌一次，培养60天，将得到的根段及培养基质的混合物覆盖到文冠果和梭梭的种植土壤表面。
2、文冠果和梭梭的种植
文冠果种植采用鱼鳞坑的整地方式，定植穴的深度为65cm；播种量为每亩45kg；栽植密度为2m×4m。
梭梭种植采用穴状的整地方式，植穴规格为40cm×40cm×40cm，布穴呈“品”字形排列；播种方式为条播，播种量为4kg/亩；栽植密度为2m×3m，每亩种植100株。
针对钢渣山山侧修复区域(B区域)
1、蚯蚓的引入：
(1)养殖料配方和调制：牛粪45％，猪粪35％，稻草或食物垃圾20％。把以上粪料一边混合一边加入发酵水，粪料堆成0.8米高度，用农膜盖严发酵20天，发酵完成后在粪料中添加营养促食液，摊开透气2天后即可使用。
发酵水的配比为100kg生水中加入1kg EM有益微生物；
营养促食液的配比为100kg水、2.5kg尿素、4g糖精、3mL菠萝香精、45mL醋精。
将上述养殖料在钢渣山上堆放成厚度为15厘米的养料层，每7天浇一次水，20天时，种蚓在箱中产下大量的蚓茧，此时分离种蚓。
蚓茧的处理方法为：把蚓茧进行混拌，然后堆成厚20厘米堆行状，在堆上再盖上一层15厘米厚的新粪料，20天左右蚓茧完全孵化。此时把一层孵化堆分成2层，再在每层上加上2倍数量的新粪料，每7天淋一次水，直至蚯蚓全部长大。
种蚓的处理方法为：把从种蚓堆中分离出来的种蚓高密度地混养在一起3天，3天后再把种蚓重新搭配放入不同的粪堆中加入新粪料，让他们又再次繁殖出蚓茧。20天后再分离，重复分离种蚓的过程。
2、爬山虎的种植：
采用在钢渣山坡脚设置种植槽，槽深50cm，边长90cm，间距2.5m，填土深55m，采用扦插法种植，每槽种植5株爬山虎。
钢渣山山顶修复区域(C区域)
选择树龄为20-30年的野生火炬树，挖取地表下30-40cm的根际和细根，获得AM菌根真菌；AM菌根真菌的繁殖基质为蛭石+草炭土，扩繁载体为苏丹草，扩繁在人工气候箱中，温度控制在20℃-30℃之间，光照控制在10000-13000lx之间，出苗后15-20天浇灌重量百分比浓度为10％的Hongland营养液，每20天浇灌一次，培养60天，将得到的根段及培养基质的混合物用于种植火炬树的土壤中。
火炬树的种植方式：在山顶挖出一系列间隔10cm，顶圆直径3cm，底圆直径38cm，高75cm的花盆形状的穴，种植火炬树；火炬树种子的播种量为每穴播种1粒种子，每穴中的接种体为，将得到的根段及培养基质的混合物与天然土按一层土一层混合物，共分3层制成。
(二)水样采集：
(1)采样点的设置：A区域总长约12km，宽约8m，在宽度的中间设置采样点，沿长度方向，每隔1km设置一个采样点，一共设置12个采样点；B区域长约12km，高约10m，在钢渣山山脚，及B区域的最低点设置采样点，沿宽度方向每隔1km设置一个采样点，一共设置12个采样点；C区域长约12km，宽约5m，在宽度的中间位置设置采样点，沿长度方向，每隔1km设置一个采样点，一共设置12个采样点。天然降雨收集的雨水为空白对照。
(2)采样方法：在地表径流采样点旁约40cm处相应布设土壤溶液取样器，用于采集土壤水。在试验区域共布设36根取样器，釆样深度设计为30cm。土壤溶液取样器选用压气式土壤溶液取样器。
(3)测定结果：
①下面是对A区域所采水样水质的分析结果
表1化学需氧量(COD)净化数据
表2生化需氧量(BOD)净化数据
表3总磷净化数据
表4总氮净化数据
表5A区域修复方案对水质的影响
②下面是对B区域所采水样水质的分析结果
表6化学需氧量(COD)净化数据
表7生化需氧量(BOD)净化数据
表8总磷净化数据
表9总氮净化数据
表10 B区域修复方案对水质的影响
③下面是对C区域所采水样水质的分析结果
表11化学需氧量(COD)净化数据
表12生化需氧量(BOD)净化数据
表13总磷净化数据
表14总氮净化数据
表15 C区域修复方案对水质的影响
由表1-表15的结果可知，采用植物-动物-微生物联合修复钢渣山对于本溪太子河流域的水质有很大程度的改善，其中化学需氧量最大可削减68.7％，生化需氧量最大可削减70.0％，总磷最大可削减86.3％，总氮最大可削减55.5％。因此，这种植物-动物-微生物联合修复钢渣山的方法对于钢渣山周边水体的水质有很大的改善。
除了水质有所改善以外，太子河本溪段钢渣山及其周边环境也得到了很大程度的美化，从修复之前的钢渣山大面积暴露于太子河边到现在的植被林立、郁郁葱葱，而且这些植被也适当调节了太子河本溪段的小气候，使得此区域的气候更加适宜。

Claims (10)

1.一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，方法如下：将废弃钢渣山修复区域分为钢渣山山脚修复区域、钢渣山山侧修复区域和钢渣山山顶修复区域；
(一)针对钢渣山山脚修复区域：种植文冠果和梭梭，种植土壤表面覆盖VA菌根；
(二)针对钢渣山山侧修复区域：种植爬山虎，土壤中养殖动物品种为蚯蚓；
(三)针对钢渣山山顶修复区域：种植火炬树，种植土壤中混有AM菌根。
2.根据权利要求1所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，步骤(一)中，选择树龄为10-15年的野生文冠果，挖取地表下30-40cm的根际和细根，获得VA菌根真菌；VA菌根真菌的繁殖基质为河砂+泥炭，扩繁载体为高丹草，扩繁在人工气候箱中，温度控制在20℃-30℃之间，光照控制在10000-13000lx之间，出苗后15-20天浇灌重量百分比浓度为20％的Hongland营养液，每30天浇灌一次，培养60天，将得到的根段及培养基质的混合物覆盖到文冠果和梭梭的种植土壤表面。
3.根据权利要求1所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，文冠果种植方式，采用鱼鳞坑的整地方式，定植穴的深度为60-70cm；播种量为每亩40-50kg；栽植密度为2-4m×3-5m。
4.根据权利要求1所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，梭梭种植方式，采用穴状的整地方式，植穴规格为40cm×40cm×40cm，布穴呈“品”字形排列；播种方式为条播，播种量为2-4kg/亩；栽植密度为2m×3-4m，每亩种植90-120株。
5.根据权利要求1所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，用于养殖蚯蚓的养殖料，由牛粪40％-50％、猪粪30％-40％、稻草或食物垃圾10％-20％制成；将牛粪、猪粪、稻草或食物垃圾加发酵水混合均匀，堆成粪料堆，粪料堆高0.6-1m，用农膜盖严发酵20-30天，发酵完成后在粪料堆中添加营养促食液，摊开透气2天后即可使用。
6.根据权利要求5所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，所述的发酵水是：100kg水中加入1kg EM有益微生物。
7.根据权利要求5所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，所述的营养促食液的组成为：90-100kg水、2-3kg尿素、3-5g糖精、3-5mL菠萝香精、35-45mL醋精。
8.根据权利要求1所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，爬山虎种植方式，采用在钢渣山坡脚设置种植槽，槽深50-70cm，边长70-90cm，间距2.0-2.5m，填土深50-60cm，采用扦插法种植，每槽种植4-6株爬山虎。
9.根据权利要求1所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，步骤(三)中，选择树龄为20-30年的野生火炬树，挖取地表下30-40cm的根际和细根，获得AM菌根真菌；AM菌根真菌的繁殖基质为蛭石+草炭土，扩繁载体为苏丹草，扩繁在人工气候箱中，温度控制在20℃-30℃之间，光照控制在10000-13000lx之间，出苗后15-20天浇灌重量百分比浓度为10％的Hongland营养液，每20天浇灌一次，培养60天，将得到的根段及培养基质的混合物用于种植火炬树的土壤中。
10.根据权利要求9所述的一种植物-动物-微生物联合修复废弃钢渣山的方法，其特征在于，火炬树的种植方式：在山顶挖出一系列间隔10cm，顶圆直径3cm，底圆直径38cm，高75cm的花盆形状的穴，种植火炬树；火炬树种子的播种量为每穴播种1粒种子，每穴中的接种体为，将得到的根段及培养基质的混合物与天然土壤按一层土一层混合物，共分3层制成。
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