CN114890832A - 一种利用煤矸石生态基质制备园林覆盖物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用煤矸石制备园林覆盖物的方法：80％的煤矸石粉碎物与20％的园林废弃物混合，加入复合菌剂(包括1种细菌：假单胞菌(Pseudomonas sp.)，2种霉菌：草酸青霉菌(Penicillium oxalicum)和日本曲霉菌(Aspergillus japonicus)，1种放线菌：嗜热淀粉酶链霉菌(Streptomyces thermodiastaticus))，堆肥后制成。本发明所制作的园林覆盖物具有安全无害、使用周期长、能够提高土壤肥力的优点，同时能够抗As³⁺、Pb³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺等多种重金属。本发明为园林覆盖物市场提供一种新产品，同时可以带动煤矸石和园林废弃物的消化处理。

Description

一种利用煤矸石生态基质制备园林覆盖物的方法

技术领域

本发明属于环境生物技术领域，具体涉及利用煤矸石，加入园林废弃物并经过菌剂 处理，从而制备出一种新型的园林覆盖物的方法。

技术背景

煤矸石是一种夹在煤层里的脉石，在矿区开采煤炭过程中，由于其达不到煤炭的利 用标准，往往会被剔除，一般能占到煤炭产量的10％～20％。其巨大的产量和较低的利用 处理率，导致其大量堆积在矿区。煤矸石一旦处理不当就会造成很严重的环境问题，例如：对水、土和大气的污染效应、自燃效应等，会严重威胁周围居民安全以及动、植物。 但是煤矸石介于煤炭与石材间的特性非常有利用转化的前景，若合理利用，可以使其成 为重要的资源。目前，对于煤矸石的再利用主要集中在用于生产化工原料、生产建筑材 料、制作有机肥等，但对于用煤矸石制作园林覆盖物的研究几乎没有。例如：中国发明 专利(申请号：CN202111471066.5)公开了一种从固废煤矸石中分离铝硅的方法；中国 发明专利(申请号：CN202111408034.0)公开了一种用煤矸石和粉煤灰制备的干混粘结 砂浆及其制备方法。

园林覆盖物是一种覆盖于土壤表面，保护和改善地面覆盖状况的一类物质，可以起 到保持土壤水分、吸附扬尘、调节土壤温度、增加土壤肥力、抑制杂草等作用。目前园 林废弃物主要分为两大类型：无机覆盖物和有机覆盖物。无机覆盖物通常是石子、砂砾、 塑料等材料制成，其优点在于维护费用低，且不易腐烂，缺点是不能为土壤提供养分， 且可能会释放不安全化学物质到土壤中。有机覆盖物主要为树木实木部分，或园林废弃 物经加工制成，其优点在于能完全分解，安全无害，并且能够提高土壤肥力，缺点是易 腐烂，需经常换新，且可能会带来害虫等问题。而基于煤矸石的特性，若能将其制成园 林覆盖物，可兼顾有机覆盖物与无机覆盖物的优点，制作出安全无害、使用周期长、且 能够提高土壤肥力的园林覆盖物。

本发明通过使用煤矸石制备园林覆盖物，加入抗重金属及有解磷功能的复合微生物 菌剂，对煤矸石进行堆肥处理，制备出安全无害、易于维护、不易腐烂、具有良好保水 性能、并且能够提高土壤肥力的园林覆盖物，也为煤矸石的消化处理提供一条新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用煤矸石制备出一种安全无害、易于维护、不易腐烂、具有 良好保水性能、并且能够提高土壤肥力的园林覆盖物的技术。其组分如下：煤矸石粉碎物60-80 份，园林废弃物15-20份，功能微生物菌剂0.02％-0.05％份。其中，园林废弃物包括园林绿化 修剪枝条、枯枝落叶等。功能微生物菌剂包括1种细菌：假单胞菌(Pseudomonas sp.)，菌种保 藏号为CGMCC.No.12894，保藏日期为2016年8月23日；2种霉菌：草酸青霉菌(Penicillium oxalicum)和日本曲霉菌(Aspergillus japonicus)，草酸青霉菌种保藏号为CGMCC.No.7699， 保藏日期为2013年6月14日，日本曲霉菌种保藏号为CGMCC No.7700，保藏日期为2013 年6月14日；1种放线菌：嗜热淀粉酶链霉菌(Streptomyces thermodiastaticus)，菌种保藏号为 CGMCC No.12134，保藏日期为2016年2月18日。上述菌均保藏于中国微生物菌种保藏管 理委员会普通微生物中心(保藏地址是：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮政编码： 100101)，检测各自没有拮抗作用，各自培养后按体积比1：1：1：1混合制成。

为了实现上述发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

(1)原料准备：将煤矸石粉碎后得到粒径2cm左右的煤矸石粉碎物，将园林废弃物粉碎 到4cm以下。60-80份煤矸石粉碎物与15-20份园林废弃物粉碎物混合，边混合向其中添加功 能微生物菌剂0.02％-0.05％份，在混匀的过程中向其中喷水，以保证原料的含水量为55％-60 ％；

(2)将上述混合物表面加一层塑料膜覆盖，期间每隔3-5天翻堆一次，然后再覆盖塑料膜， 保持10天左右；

(3)将步骤(2)制备得到的材料烘干得到成品。

本发明具有以下有益效果：

其一是原料园林废弃物与煤矸石均为工业、农业生产中的固体废弃物，原料易获取、成 本低，且操作简单，可为废弃物的再利用提供有效方案。其二是功能微生物菌剂的应用，复 合微生物菌剂能够高效降解纤维素，缩短发酵周期，提高转化效率；可将材料中难溶性磷化 合物降解为植物可利用的磷，提高土壤有效磷含量；具有良好的重金属抗性，能够防止重金 属对植物生长的影响。其三是煤矸石的理化性质优秀。煤矸石颗粒较大，在透水、透气性上 表现良好。且煤矸石作为煤炭生产的伴生矿物，含有大量有机质和丰富的微量元素，也含有 植物生长所需的碳、氮、磷、钾等元素，通过堆肥，能够释放被固定在煤矸石中的氮、磷、 钾及其微量元素，使其成为离子态被植物所吸收，从而促进植物生长。因此，利用本发明制 作出的园林覆盖物，既可以避免有机覆盖物易腐烂、易引来病虫害和无机覆盖物缺乏营养的 问题，又保有他们的优势，且可以大量消耗煤矸石和园林废弃物，为广阔的园林覆盖物市场 提供一种新产品，实现生态、社会和经济的多方共赢。

具体实施方式

根据下面实施例，可以使本领域的技术人员更好地理解本发明。实施例所描述的仅用于 说明本发明，但不作为对本发明实施范围的限定。

实施例1：菌株之间拮抗作用研究

将上述2株霉菌分别与放线菌两两划线在含有等体积的PDA和高氏I号固体培养基上， 2株霉菌分别与假单胞菌两两划线在含有等体积的PDA和LB固体培养基上，放线菌与假单 胞菌两两划线在含有等体积的高氏I号和LB固体培养基上，两两划线但不相交，30℃，培养 4d。两菌交叉处如形成无菌区，说明两菌之间产生了抑菌圈，两菌彼此拮抗，不能组合到一 起，如果两菌间没有形成无菌区，则说明两菌不彼此拮抗，可以组合。从结果来看，各个菌 株之间没有拮抗作用，不会互相干扰，影响菌种生长，因此可以混合制作为复合菌剂。

表1菌株拮抗实验结果

注：“+”表示阳性，有拮抗作用；“-”表示阴性，无拮抗作用

TJ1:Penicillium oxalicum；TJ2:Aspergillus japonicus；

ST1:Streptomyces thermodiastaticus；XKS1:Pseudomonas sp.

实施例2：复合菌剂的制备

(1)菌株活化：取本发明微生物4℃保存的斜面，1种放线菌接种至高氏I号固体平板培 养基，在50℃的恒箱中培养3d，1种细菌接种到LB固体平板培养基，在35℃的恒箱中培养2d，2种霉菌分别接种到PDA固体培养基，在28℃的恒箱中培养4d，实现菌株活化。

(2)种子液制备：将步骤(1)中经斜面活化的菌种平板，1种放线菌转接到200mL无菌ISP2 液体培养基中，pH 7.2-7.4，50℃、120rpm摇床条件下培养，1种细菌转接到200mL无菌LB 液体培养基中，pH 7.2-7.4，35℃、150rpm摇床条件下培养，2种霉菌分别转接到400mL无 菌PDA液体培养基中，自然pH，28℃、180rpm摇床条件下培养，嗜热淀粉酶链霉菌和假单胞菌培养12h，草酸青霉菌和日本曲霉菌培养96h，获得各菌的种子液。

(3)液体发酵复合菌剂的制备：上述种子液按10％(v/v)的接种量接种至已灭菌的发酵 罐中，进行扩大发酵培养，1种放线菌在温度50℃、振荡频率120rpm的条件下培养24h，假单胞菌在温度35℃、振荡频率150rpm的条件下培养24h，草酸青霉菌和日本曲霉菌在温度28℃、振荡频率170rpm的条件下培养120h，上述菌液按体积比1：1：1：1混合均匀， 即得到液体发酵的复合微生物菌剂。

(4)固态复合菌剂的制备：将步骤(3)中制得的复合菌液，通过真空冷冻干燥机进行浓缩 到原体积的二分之一，获得复合微生物菌剂浓缩液，将煤矸石粉、玉米面、米糠按照质量比 2:1:1混合后作为菌剂浓缩液的吸附剂，并与菌剂浓缩液按质量与体积比2:1混合，制作固态 复合微生物菌剂，黑暗放置10-15天，期间翻动1-2次，即获得固态复合菌剂，可用于煤矸 石制备园林覆盖物。

实施例3：功能菌剂对多种重金属的耐受性

分别配制含有不同浓度As³⁺、Pb³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Cr²⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Hg²⁺重金属的CDM 固体培养基，As³⁺、Pb³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Cr²⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Hg²⁺重金属浓度从200mg/L起， 依次为200mg/L、400mg/L、800mg/L、1200mg/L、1600mg/L、2000mg/L，以不加重金属的 处理作为对照。将复合菌剂接种到不含重金属的CDM培养基中活化培养48h，取0.1mL分 别接种于含有不同种类、不同浓度重金属的培养基中，置于30℃培养48h，观察菌体在含有 各种类、不同浓度重金属的培养基中生长情况，结果见表2。从表中可以看出，复合菌剂对 上述几种重金属均具有较强的耐受性，对As³⁺、Pb³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Cr²⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Hg²⁺的耐受浓度分别为2000mg/L，2000mg/L，2000mg/L，2000mg/L，2000ml/L，1600ml/L， 1200mg/L和800mg/L。

表2复合菌剂在不同重金属浓度下的生长情况

注：“+”表示生长良好；“-”表示不生长；“+/-”表示能长，但生长不良

实施例4：一种园林覆盖物的制备方法

(1)将放线菌接种到200mL无菌ISP2液体培养基中，pH 7.2-7.4，50℃、120rpm摇床条 件下培养12h，将细菌接种到200mL无菌LB液体培养基中，pH 7.2-7.4，35℃、150rpm摇床条件下培养12h，将2种霉菌分别接种到400mL无菌PDA液体培养基中，自然pH，28℃、 180rpm摇床条件下培养96h，获得各菌株的种子液。

(2)上述种子液按10％(v/v)的接种量接种至已灭菌的发酵罐中，进行扩大发酵培养，1 种放线菌在温度50℃、振荡频率120rpm的条件下培养24h，假单胞菌在温度35℃、振荡频率150rpm的条件下培养24h，草酸青霉菌和日本曲霉菌在温度28℃、振荡频率170rpm 的条件下培养120h，上述菌液按体积比1：1：1：1混合均匀，得到液体发酵的复合微生物 菌剂。

(3)将液体发酵的复合微生物菌剂添加到煤矸石与园林废弃物粉碎物混合基质上，菌 剂添加量为物料重量的0.03％。以不接菌剂的处理为对照，调整物质含水量为55％-60 ％，将上述原料表面加一层塑料膜覆盖，期间每隔3-5天翻堆一次，然后再覆盖塑料膜，保持12天。将上述步骤制备得到的材料烘干得到成品。

Claims (5)

1.一种利用煤矸石制作园林覆盖物的技术，其特征在于：其原料按质量比主要包括如下成分：煤矸石粉碎物60-80份、园林废弃物15-20份、功能微生物菌剂0.02％-0.05％份。其中，园林废弃物包括园林绿化修剪枝条、枯枝落叶等。

2.根据权利要求1所述的园林覆盖物，其特征在于：所述煤矸石粉碎物70份、园林废弃物18份、功能微生物菌剂0.03％份。

3.根据权利要求1所述的园林覆盖物，其特征在于：微生物菌剂为多种功能的复合微生物，包括1种细菌：假单胞菌(Pseudomonas sp.)，2种霉菌：草酸青霉菌(Penicilliumoxalicum)和日本曲霉菌(Aspergillus japonicus)，1种放线菌：嗜热淀粉酶链霉菌(Streptomyces thermodiastaticus)，各自培养后按体积比1：1：1：1混合制成。

4.根据权利要求1所述的园林覆盖物的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料准备：将煤矸石粉碎后得到粒径2cm左右的煤矸石粉碎物，将园林废弃物粉碎到4cm以下。60-80份煤矸石粉碎物与15-20份园林废弃物粉碎物混合，边混合向其中添加功能微生物菌剂0.02％-0.05％份，在混匀的过程中向其中喷水，以保证原料的含水量为55％-60％；

(2)将上述混合物表面加一层塑料膜覆盖，期间每隔3-5天翻堆一次，然后再覆盖塑料膜，保持10天左右；

(3)将步骤(2)制备得到的材料烘干得到成品。

5.根据权利要求1-4所述的园林覆盖物在园艺植物栽培中的应用。