CN114097512A - 一种煤矿区生态修复基质及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种煤矿区生态修复基质及其制备方法与应用，涉及矿区生态修复技术领域。本发明的煤矿区生态修复基质包括如下质量份数的组分：煤矸石60～70份、粉煤灰20～30份、露天矿剥离废物40～50份、煤泥30～40份、秸秆20～30份、粪便20～30份、农田保水剂10～20份、微生物菌剂3～5份。本发明的生态修复基质配方合理，能显著提高沙棘的出苗率，减少死亡率。

Description

一种煤矿区生态修复基质及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及矿区生态修复技术领域，尤其涉及一种煤矿区生态修复基质及其制备方法与应用。
背景技术
沈阳煤矿区分为沈南和沈北两大矿区。煤矿开采后会造成地面坍塌，有机质含量降低，不利于作物生长发育。只有土壤的性状得到改良，植物才可以在此生长。目前主要采用客土填埋的方法进行土壤改良，如果客土来源于矿区，由于煤矿开采已经导致土地资源紧缺，没有多余的土来填补这种空缺，以至于无法实现土壤改良；如果客土从其他地区移来，会浪费许多物力、财力。并且煤矿开采后的固体废弃物的堆积会严重影响种植区的环境。如何利用采矿后的固体废弃物进行煤矿区作物生态基质修复现有技术并未报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用采矿后的固体废弃物进行煤矿区生态基质的修复，尤其涉及一种煤矿区生态修复基质及其制备方法与应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种煤矿区生态修复基质，包括如下质量份数的组分：
煤矸石60～70份、粉煤灰20～30份、露天矿剥离废物40～50份、煤泥30～40份、秸秆20～30份、粪便20～30份、农田保水剂10～20份、微生物菌剂3～5份。
作为优选，包括如下质量份数的组分：
煤矸石62～68份、粉煤灰22～28份、露天矿剥离废物42～48份、煤泥32～38份、秸秆22～28份、粪便22～28份、农田保水剂12～18份、微生物菌剂3.5～4.5份。
作为优选，包括如下质量份数的组分：
煤矸石65份、粉煤灰25份、露天矿剥离废物45份、煤泥35份、秸秆25份、粪便25份、农田保水剂15份、微生物菌剂4份。
作为优选，所述煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥、秸秆的粒径≤5cm；
所述秸秆为玉米、大豆和/或高粱秸秆；
所述粪便为鸡粪、羊粪和/或猪粪。
作为优选，所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌菌剂和哈茨木霉菌菌剂；
所述微生物菌剂中枯草芽孢杆菌菌剂与哈茨木霉菌菌剂的重量比为1:1～3；
每克枯草芽孢杆菌菌剂的活菌数>200亿；
每克哈茨木霉菌菌剂的活菌数>10亿。
本发明还提供了所述的生态修复基质的制备方法，包括如下步骤：
(1)将煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥混合，得到底层生态修复基质；
(2)将秸秆、粪便和微生物菌剂混合得发酵料，将所述发酵料堆积发酵20～26d，得到腐熟有机肥；
(3)将腐熟有机肥与农田保水剂混合后铺设于底层生态修复基质的上层，得到生态修复基质。
作为优选，所述堆积发酵时，发酵料的含水量为50～60％；
所述堆积发酵时发酵堆的中心温度为30～60℃，
当发酵堆的中心温度>60℃时立即翻堆。
本发明还提供了所述的生态修复基质在作物育苗方面的应用。
作为优选，所述作物为沙棘。
作为优选，所述生态修复基质在作物育苗时作为盆栽基质或大田基质使用。
本发明提供了一种煤矿区生态修复基质及其制备方法与应用，本发明利用采矿后剩余的固体废弃物，煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥以及生活废弃物秸秆、粪便，制备生态修复基质，盆栽培育沙棘种子，可以提高苗的生长性能，降低死亡率；将其作为矿区中的育苗基质，也可以提高其生长性能。
本发明中的煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥中含有丰富的微量元素，如：B、Zn、Co、Mo、Mn、Ca、Si、Mg、Al、Fe、K等，可以提供作物生长所需的微量元素；并且粉煤灰和煤泥疏松多孔，具有优良的保水和持水的功效，同时配施农田保水剂，进一步提高了生态修复基质的保水性能，为作物生长提供了所需的水环境。
秸秆和粪便中含有大量的有机物和无机物，将其发酵后不仅可以使有机物分解成可以利用的小分子物质，更利于作物吸收利用，促进作物生长。
本发明的枯草芽孢杆菌，还可产生类似细胞分裂素、植物生长激素的物质，促进植物的生长；还具有溶菌的作用，可以溶解植物病原菌的细胞壁。哈茨木霉菌可以用于预防如腐霉菌、立枯丝核菌、镰刀菌、黑根霉、柱孢霉、核盘菌、齐整小核菌等病原菌引起的植物病害。枯草芽孢杆菌与哈茨木霉菌协同作用可以预防植物病原菌的侵害。
具体实施方式
本发明提供了一种煤矿区生态修复基质，包括如下质量份数的组分：
煤矸石60～70份，优选为62～68份，进一步优选为65份；
粉煤灰20～30份，优选为22～28份，进一步优选为25份；
露天矿剥离废物40～50份，优选为42～48份，进一步优选为45份；
煤泥30～40份，优选为32～38份，进一步优选为35份；
秸秆20～30份，优选为22～28份，进一步优选为25份；
粪便20～30份，优选为22～28份，进一步优选为25份；
农田保水剂10～20份，优选为12～18份，进一步优选为15份；
微生物菌剂3～5份，优选为3.5～4.5份，进一步优选为4份。
在本发明中，所述煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥、秸秆的粒径≤5cm；
所述秸秆为玉米、大豆和/或高粱秸秆；
所述秸秆为玉米、大豆或玉米、高粱或大豆、高粱或玉米、大豆、高粱的组合时，按照任意重量比进行混合。
所述粪便为鸡粪、羊粪和/或猪粪。
所述粪便的组合为鸡粪、羊粪或鸡粪、猪粪或羊粪、猪粪或鸡粪、羊粪、猪粪时，按照任何重量比进行混合。
在本发明中，所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌菌剂和哈茨木霉菌菌剂；
所述微生物菌剂中枯草芽孢杆菌菌剂与哈茨木霉菌菌剂的重量比为1:1～3，优选为1:2；
每克枯草芽孢杆菌菌剂的活菌数>200亿；
每克哈茨木霉菌菌剂的活菌数>10亿。
本发明还提供了所述的生态修复基质的制备方法，包括如下步骤：
(1)将煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥混合，得到底层生态修复基质；
(2)将秸秆、粪便和微生物菌剂混合得发酵料，将所述发酵料堆积发酵20～26d，得到腐熟有机肥；
(3)将腐熟有机肥与农田保水剂混合后铺设于底层生态修复基质的上层，得到生态修复基质。
在本发明中，所述堆积发酵时，发酵料的含水量为50～60％，优选为52～58％，进一步优选为55％；
所述堆积发酵时发酵堆的中心温度为30～60℃，优选为40～50℃，进一步优选为45℃；
当发酵堆的中心温度>60℃时立即翻堆。
本发明还提供了所述的生态修复基质在作物育苗方面的应用。
在本发明中，所述作物为沙棘。
在本发明中，所述生态修复基质在作物育苗时作为盆栽基质或大田基质使用。
在本发明中，所述生态修复基质作为盆栽基质或大田基质使用时的铺设厚度为20～30cm，其中底层生态修复基质的铺设厚度为15～21cm。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例用到的原料的来源：
煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥来自于沈南矿区；
秸秆、粪便来自于矿区附近的生活区；
农田保水剂购自于河南万山新材料科技有限公司；
枯草芽孢杆菌菌剂和哈茨木霉菌菌剂购自于潍坊高邦农业服务有限公司。
本发明实施例中所用的基质盆的直径为25cm，盆深为30cm。
本发明实施例中的出苗率＝(出苗的株数/播种种子的粒数)×100％。
本发明实施例的大田实验在沈南矿区进行。
本发明实施例中的沙棘为蒙古沙棘。
实施例1
将煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥粉碎成粒径为5cm的粒状，按重量比为2:1:1.5:1的比例将煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥混合均匀，铺设于基质盆的最底部，铺设厚度为15cm。
将玉米秸秆粉碎成粒径为5cm的条块状，按重量比为10:10:1的比例将玉米秸秆、粪便、微生物菌剂混合得到发酵料，将发酵料在水含量为50％的情况下堆积发酵25d，得到腐熟有机肥。所述堆积发酵时当中心温度大于60℃时立即翻堆。
将腐熟有机肥与农田保水剂混合后铺设于基质盆的上层，得到生态修复基质。生态修复基质的总厚度为23cm。
秸秆与煤矸石的重量比为1:3；农田保水剂与煤矸石的重量比为1:6。
所述粪便为鸡粪和牛粪，鸡粪和牛粪的重量比为1:2。
将上述的生态修复基质浇透水，晾1d后，在基质盆中挖3cm的沟，在沟中播种沙棘种子，播种后填土。每个基质盆中播种5粒种子，共播种10个基质盆。以天然草炭土作为育苗基质培育的沙棘种子作为对照，10d后观察不同基质对沙棘种子出苗率的影响。结果如表1所示。所述每个对照的基质盆中也播种5粒种子，共播种10个基质盆。
所述沙棘种子为50℃水浸泡24h后的种子。
表1不同基质对沙棘种子出苗率的影响
基质 出苗数(株) 播种种子总数(个) 出苗率％
实施例1的基质 46 50 92
天然草炭土 47 50 94
每个基质盆中留生长旺盛的沙棘苗1株，继续培养观察，在播种后1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月时测定每盆基质中沙棘苗的株高、地径。比较不同基质对沙棘种子育苗的影响。结果如表2所示。
所述继续培养为按沙棘育苗的常规方法培养。
表2不同基质对沙棘种子育苗的影响
Figure BDA0003367896100000061
表1～2显示，本实施例1的生态修复基质用盆栽的方式培育沙棘苗时，其出苗率可以达到天然草炭土培育沙棘种子时的出苗率，但是在育苗的过程中，本发明的生态修复基质培育的沙棘苗的平均株高和平均地径都明显优于天然草炭土，这说明本发明的生态修复基质更适宜沙棘种子进行育苗，可以使沙棘苗提前出圃。
实施例1和天然草炭土培育的沙棘苗在播种6个月后主根长也有区别，本发明生态修复基质培育的沙棘苗播种6个月后的主根长26.7cm，而天然草炭土培育的沙棘苗播种6个月后的主根长仅为23.2cm。
实施例2
将煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥粉碎成粒径为4cm的粒状，按重量比为7:2:4:4的比例将煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥混合均匀，铺设于采矿后的煤矿区，铺设面积10平方米，铺设厚度21cm，铺设于煤矿区采矿后的最底部得到底层生态修复基质。
将玉米秸秆粉碎成粒径为4cm的条块状，按重量比为4:4:1的比例将玉米秸秆、粪便、微生物菌剂混合得到发酵料，将发酵料在水含量为60％的情况下堆积发酵20d，得到腐熟有机肥。所述堆积发酵时当中心温度大于60℃时立即翻堆。
将腐熟有机肥与农田保水剂混合后铺设于底层生态修复基质的上层，得到生态修复基质。生态修复基质的总厚度为30cm。
秸秆与煤矸石的重量比为3:7；农田保水剂与煤矸石的重量比为2:7。
所述粪便为猪粪。
铺设好后浇透水，晾地1d，在基质盆中开3cm深的条沟，沟与沟之间的距离为20cm，将沙棘种子均匀的撒播于沟中，覆土。共播种200粒沙棘种子。10d后观察沙棘种子在大田种植时的出苗率。结果如表3所示。
所述沙棘种子为50℃浸泡2d的种子。
表3大田培育沙棘种子的出苗率
基质 出苗数(株) 播种种子总数(个) 出苗率％
实施例2的基质 183 200 91.5
种子出苗后搭建拱棚，按常规沙棘育苗的方法管理沙棘苗。在播种后1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月时在4个不同方向分别选取10株沙棘苗测定沙棘苗的株高、地径，得到平均值。结果如表4所示。
表4大田培育沙棘苗时对沙棘苗生长的影响
Figure BDA0003367896100000071
表3～4显示，采用本发明的生态修复基质在大田中培育沙棘苗，与盆栽培育沙棘苗的出苗率和生长结果一致。这一结果表明本发明的生态修复基质不仅可以利用盆栽的方式培育沙棘苗，还可利用大田种植方式培育沙棘苗。
由以上实施例可知，本发明提供了一种煤矿区生态修复基质及其制备方法与应用，本发明利用采矿后剩余的固体废弃物，煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥以及生活废弃物秸秆、粪便，制备生态修复基质，盆栽培育沙棘种子，可以其生长性能；将其作为矿区中的育苗基质，也可以提高苗的生长性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤矿区生态修复基质，其特征在于，包括如下质量份数的组分：
煤矸石60～70份、粉煤灰20～30份、露天矿剥离废物40～50份、煤泥30～40份、秸秆20～30份、粪便20～30份、农田保水剂10～20份、微生物菌剂3～5份。
2.根据权利要求1所述的生态修复基质，其特征在于，包括如下质量份数的组分：
煤矸石62～68份、粉煤灰22～28份、露天矿剥离废物42～48份、煤泥32～38份、秸秆22～28份、粪便22～28份、农田保水剂12～18份、微生物菌剂3.5～4.5份。
3.根据权利要求2所述的生态修复基质，其特征在于，包括如下质量份数的组分：
煤矸石65份、粉煤灰25份、露天矿剥离废物45份、煤泥35份、秸秆25份、粪便25份、农田保水剂15份、微生物菌剂4份。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的生态修复基质，其特征在于，所述煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥、秸秆的粒径≤5cm；
所述秸秆为玉米、大豆和/或高粱秸秆；
所述粪便为鸡粪、羊粪和/或猪粪。
5.根据权利要求4所述的生态修复基质，其特征在于，所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌菌剂和哈茨木霉菌菌剂；
所述微生物菌剂中枯草芽孢杆菌菌剂与哈茨木霉菌菌剂的重量比为1:1～3；
每克枯草芽孢杆菌菌剂的活菌数>200亿；
每克哈茨木霉菌菌剂的活菌数>10亿。
6.权利要求1～5任意一项所述的生态修复基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物、煤泥混合，得到底层生态修复基质；
(2)将秸秆、粪便和微生物菌剂混合得发酵料，将所述发酵料堆积发酵20～26d，得到腐熟有机肥；
(3)将腐熟有机肥与农田保水剂混合后铺设于底层生态修复基质的上层，得到生态修复基质。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述堆积发酵时，发酵料的含水量为50～60％；
所述堆积发酵时发酵堆的中心温度为30～60℃，
当发酵堆的中心温度>60℃时立即翻堆。
8.权利要求1～5任意一项所述的生态修复基质在作物育苗方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述作物为沙棘。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述生态修复基质在作物育苗时作为盆栽基质或大田基质使用。
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