CN117801827A - 一种高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，将污水厂剩余污泥与牛粪、餐厨垃圾类等有机质废物混合，依次添加膨化剂与调质剂，并将复合芽孢杆菌与复合真菌这两类微生物菌剂添加至混合料中，主发酵堆肥处理12~16 d，根据堆体升温情况适时调整供气充氧强度，将堆肥主发酵温度控制在48～56℃，此后继续后发酵处理，堆肥产物中添加丛枝菌根促进剂，制备的土壤调理剂能够有效缓解高原山区贫瘠土壤有机质含量低、矿质元素缺失、土壤板结、蓄水保墒效果差等问题，明显提升地力。
Description
技术领域
本发明属于矿区生态环境修复以及高原农业可持续发展技术领域，具体涉及一种高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法。
背景技术
云贵高原地区土壤化学风化与淋溶作用强烈，土壤肥力低下、“酸、粘、瘦”障碍特征突出，制约了高原特色农业的可持续发展。根据第二次全国土壤普查数据显示，我国大部分耕地有机质、全氮、有效磷含量缺乏，土壤贫瘠化现象严重。相比于平原地区，高原山区具有地形复杂、气候变化多样等特征，明显影响山区土壤的水热条件，进而影响土壤的形成发育，加之地形坡度和土地利用方式的不同，最终导致高原山区土层薄、易冲刷侵蚀、保水能力差，山体生态修复难度大。现今，常用的改善高原山区贫瘠土壤的主要方法为：增施有机肥或土壤改良剂，推行合理的间套耕作制度，其中施加土壤改良剂可以为土壤提供养分、有机质等，使土壤湿度增加，且不对土地的正常利用造成影响，因而得到广泛应用。
现阶段，市面上有不少土壤改良剂针对盐碱地、酸性土壤、重金属污染等而开发，但肥力水平参差不平，同时存在有机质含量低、效果不够稳定、生产成本偏高这类问题。现有专利CN113604224A提供了一种山区贫瘠土壤用复合改良剂及其使用方法，将保水剂、有机肥、稻壳生物炭、微生物菌剂按比例调配制得复合改良剂，利用腐熟鸡粪、园林废弃物、蛭石粉高温好氧发酵制得有机肥，并添加枯草芽孢杆菌、丛植菌根真菌、地衣芽孢杆菌、放线菌以及生物酶，所制备的复合改良剂撒施于贫瘠土壤表面，经翻耕松土，可增加草籽播种方式的植物成活率，提升山区生态景观修复效果。该专利实施过程中，直接添加聚丙烯酰胺与聚丙烯酸钠作为保水剂以提高土壤的保水、保湿能力，虽然两者均有很好的水溶性且具有良好的保湿效果，但其更多应用于水处理领域用作净水药剂，在贫瘠土壤改良过程的潜在风险如导致土壤颗粒粘结、生物毒性等方面尚不明确。开发出适用性强、效果稳定、售价适宜的土壤改良剂，实现贫瘠土壤的提质增效，这依然是高原山区生态环境修复以及农业可持续发展关注的重点内容。
发明内容
本发明提供一种高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，将污水处理厂剩余污泥与牛粪、餐厨垃圾这类有机废物均匀混合，并添加膨化剂、调质剂以及复合微生物菌剂，高温堆肥主发酵处理后，继续进行后发酵处理并将堆体含水率降低至36±2%，堆肥产物中添加丛枝菌根促进剂，所得产物适应于高原山区贫瘠土壤改良与调理。该技术所采用的有机质废物含有丰富的蛋白质、淀粉与多糖类组分，高温堆肥时释放更为丰富的有机质进而通过美拉德反应生成腐殖质；剩余污泥不仅氮磷含量丰富，而且具有良好的保水保墒效果；堆肥体系中同时添加调质剂与复合微生物菌剂，通过对硅酸盐矿物具有良好分解效果的细菌、真菌协同作用，促进矿物元素溶出。制备的土壤调理剂有机质与矿质元素含量高、透气性好、土壤蓄水保墒性能好，可有效缓解高原贫瘠土壤有机质含量低、营养元素缺失、土壤板结等问题，明显提升地力。
本发明实施步骤如下：
（1）将污水厂剩余污泥与其他有机质固废混合，调整其初始含水率至61~65%，依次添加膨化剂、调质剂以及微生物菌剂，堆肥主发酵处理12~16 d，根据堆体升温速率适时调整供气充氧强度，将堆肥主发酵温度控制在48～56 ℃；
（2）继续后发酵处理15~20 d，并将堆体含水率控制在34~38%，部分堆肥产物返料至主发酵阶段堆肥混合物料并调配其初始含水率，其余堆肥产物中添加丛枝菌根促进剂，所得产物用于高原山区贫瘠土壤改良与调理。
进一步的，步骤（1）所述其他有机质固废为牛粪、餐厨垃圾、农作物秸秆中的任一种或多种；所述堆肥主发酵阶段混合物料中污泥比例为40~60%，牛粪比例为30~50%，餐厨垃圾比例为0~10%，农作物秸秆比例为0~15%。
进一步的，所述剩余污泥与牛粪在混合前需要进行预处理，具体为采用通风晾晒或快速风干方式将含水率降低至近65%，该过程处理时间控制为10~36 h。
进一步的，餐厨垃圾添加至堆肥混合料前进行预处理，将除去油污后的餐厨垃圾破碎处理并转移至48~60 ℃糖化罐，浆料pH值控制为5.5~6.5，按浆料中干固体物质0.8~1.8‰比例添加淀粉酶，保温处理1.6~2.0 h。
进一步的，所述膨化剂为松塔、花生壳、膨胀珍珠岩，其比例为质量比1：（0.8~1.2）：（0.05~0.3），膨化剂添加量为主发酵阶段混合物料质量的4 ~9%。
更进一步的，膨化剂添加量为主发酵阶段混合物料质量的4.5~7.5%
进一步的，所述调质剂由A、B两类物质组成，其质量比为（6~9）：1，调质剂添加量为主发酵阶段混合物料质量的1.5%~3.0%；所述A类调质剂为斜长石、钙长石、硅灰石中任意两种组合，其中长石矿粉的比例为60~100%，B类调质剂为粉煤灰与煤矸石按任意比例组成。
进一步的，主发酵阶段按堆肥混合物料质量的0.4~0.8‰添加复合芽孢杆菌，其主要由嗜热脂肪芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、嗜酸耐热芽孢菌、胶冻样芽孢杆菌组成，其中胶冻样芽孢杆菌数量不低于30%。
进一步的，主发酵阶段按堆肥混合物料质量的0.3~0.6‰添加曲霉类菌剂与灰色链霉菌组成的复合真菌，两类真菌的比例为（1~1.5）：1，所述曲霉类菌剂由黑曲霉与棘孢曲霉中任意一种或两种任意组合。
进一步的，后发酵完成后，所得堆肥产物中添加三叶草盆栽繁殖的丛枝菌根真菌作为土壤调理剂的促进剂，其用量为堆肥产物质量的0.6~1.0‰。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
（1）利用污水厂剩余污泥、牛粪、餐厨垃圾这类有机质固体废物添加膨化剂、调质剂以及微生物菌剂，高温堆肥处理获得有机质含量丰富、矿质元素含量高、保水保墒的高品质土壤调理剂，可有效缓解高原贫瘠土壤有机质含量低、营养元素缺失、土壤板结等问题，明显提升地力。
（2）污水处理厂的污泥有机质、氮磷含量丰富，且具有良好的吸水保湿效果，高温堆肥处理后土地利用时，具有很好的蓄水保墒效果；堆肥混合料中掺混作物秸秆、松塔、花生壳、粉煤灰、煤矸石等有机/无机固体废物，增强堆肥产品的透气性与土壤颗粒的团聚性，改善退化土壤的理化性状，同时很好实现了固体废物的资源化利用。
具体实施方式
以下具体实施实例对本发明作进一步说明，给出了详细的实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不仅限于所述内容。
实施例1
（1）将新鲜的污水厂脱水剩余污泥以及湿牛粪于45℃温室大棚内晾晒24 h，将水分降低至近64%左右。此后，按45：50：5的比例将污泥、牛粪、玉米秸秆混合配制堆肥用有机质混合物料，添加堆肥后发酵产物以接种微生物并将混合料水分调整至62.5%。按主发酵阶段混合物料质量的5%加入膨化剂，其组成为松塔、花生壳、膨胀珍珠岩，质量比例为1：1：0.1。混合均匀后，按主发酵阶段混合物料质量的2.0%添加调质剂，调质剂A由60%斜长石与40%硅灰石组成，调质剂B由50%粉煤灰与50%煤矸石组成，调质剂A与B两者的比例为6：1。主发酵启动前，分别按堆体总质量的0.6‰、0.4‰添加复合芽孢杆菌微生物菌剂1与复合真菌微生物菌剂2，复合芽孢杆菌中典型微生物数量为嗜热脂肪芽孢杆菌20%、枯草芽孢杆菌40%、胶冻样芽孢杆菌40%，复合真菌中曲霉类菌剂与灰色链霉菌的比例为1.5：1，曲霉类菌剂中黑曲霉与棘孢曲霉数量大体为1：1。上述混合物料在滚筒式装置内堆肥发酵15 d，按照现有堆肥供气速率以及堆体中心部位升温速率情况稍微调整供气充氧强度，堆肥发酵温度控制在52～56 ℃。主发酵完成后，将堆肥产物平铺成18~25 cm进行后发酵处理16 d，间或翻堆，使物料水分降低至36±1%。少部分的堆肥干化产物返回主发酵阶段与废弃有机质湿物料混合并调配其初始含水率至设定范围；其余大部分的堆肥干化产物添加三叶草盆栽繁殖的丛枝菌根真菌作为土壤调理剂的促进剂，其用量为堆肥产物质量的0.8‰。丛枝菌根真菌的制备如下：将菌种Glomus mosseae和Glomus versiorm预先经三叶草盆栽繁殖，盆栽时添加稻壳粉、沸石粉与基质土，制成含有菌根真菌孢子、根外菌丝、感染的根段及根际土壤的菌根接种剂。
将制备的土壤调理剂按5%比例与高原山区的贫瘠土壤混合，并进行冬季牧草70的盆栽对照试验。加入土壤调理剂后，总营养成分提升18%，速效氮提升7.6%，土壤容重降低至1.42 g/cm3；种子发芽指数GI上升至115%，作物平均株高提升11%，作物干重增加15.1%。
表1 实施例1对照实验表
。
实施例2
将污水厂脱水剩余污泥以及湿牛粪于室外晾晒8 h，将水分降低至近65%左右。此后，将50 kg污泥与40 kg牛粪混合，并加入10 kg预处理后的餐厨垃圾予以均匀混合。餐厨垃圾预处理方式如下：将固体物含量为7.6%的餐厨垃圾除油后破碎处理，转移至糖化罐内，调整浆料pH值为5.8，按浆料中干固体物质1.0‰比例添加淀粉酶，于55 ℃条件下保温处理2.0 h。
配制好堆肥用有机质混合物料后，添加5~7 kg堆肥后发酵产物以接种微生物并调整混合物料的含水率。加入6.5 kg由松塔、花生壳、膨胀珍珠岩组成的膨化剂，其质量比例为1：0.8：0.25。再次添加2.5 kg调质剂，调质剂A由75%钙长石与25%硅灰石组成，调质剂B由80%粉煤灰与20%煤矸石组成，调质剂A与B两者的比例为9：1。主发酵启动前，分别按堆体总质量的0.8‰、0.5‰添加复合芽孢杆菌微生物菌剂1与复合真菌微生物菌剂2，复合芽孢杆菌中典型微生物数量为嗜热脂肪芽孢杆菌15%、枯草芽孢杆菌25%、嗜酸耐热芽孢菌25%、胶冻样芽孢杆菌35%，复合真菌中曲霉类菌剂与灰色链霉菌的比例为1.2：1，曲霉类菌剂中黑曲霉与棘孢曲霉数量分别为70%、30%。上述混合物料于50~55 ℃条件下堆肥发酵12 d。主发酵完成后，继续后发酵处理20 d。按堆肥干化产物质量的1.0‰比例添加三叶草盆栽繁殖的丛枝菌根真菌，制备得到适应于高原山区的贫瘠土壤调理剂。其余未提及的条件与实施例1相同。
将上述土壤调理剂按5%比例与高原山区的贫瘠土壤混合，并进行冬季牧草70的盆栽对照试验。加入土壤调理剂后，总营养成分提升15.2%，速效氮提升8.3%，土壤容重降低至1.31g/cm3；种子发芽指数GI上升至102%，作物平均株高提升9.8%，作物干重增加14.6%。
表2 实施例2对照实验表
。
Claims (10)
1.一种高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）将污水厂剩余污泥与其他有机质固废混合，调整其初始含水率至61~65%，依次添加膨化剂、调质剂以及微生物菌剂，堆肥主发酵处理12~16 d，根据堆体升温速率适时调整供气充氧强度，将堆肥主发酵温度控制在48～56 ℃；
（2）继续后发酵处理15~20 d，并将堆体含水率控制在34~38%，部分堆肥产物返料至主发酵阶段调配其初始含水率，其余堆肥产物中添加丛枝菌根促进剂，所得产物用于高原山区贫瘠土壤改良与调理。
2.根据权利要求1所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于步骤（1）所述其他有机质固废为牛粪、餐厨垃圾、农作物秸秆中的任一种或多种；所述混合后物料中剩余污泥比例为40~60%，牛粪比例为30~50%，餐厨垃圾比例为0~10%，农作物秸秆比例为0~15%。
3.根据权利要求2所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于所述剩余污泥与牛粪混合前需进行预处理，具体为采用通风晾晒或快速风干方式将含水率降低至65%，该过程处理时间控制为10~36 h。
4.根据权利要求2所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于所述餐厨垃圾混合前需进行预处理，将除去油污后的餐厨垃圾破碎处理并转移至48~60 ℃糖化罐，浆料pH值控制为5.5~6.5，按浆料中干固体物质0.8~1.8‰比例添加淀粉酶，并保温处理1.6~2.0 h。
5.根据权利要求1所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于所述膨化剂为松塔、花生壳、膨胀珍珠岩，其比例为1：（0.8~1.2）：（0.05~0.3），膨化剂添加量为主发酵阶段混合物料质量的4.5~7.5%。
6.根据权利要求1所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于所述调质剂由A、B两类物质组成，其质量比为（6~9）：1，调质剂添加量为主发酵阶段混合物料质量的1.5%~3.0%。
7.根据权利要求6所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于所述A类调质剂为斜长石、钙长石、硅灰石中任意两种组合，其中长石矿粉的比例为60~100%，B类调质剂为粉煤灰与煤矸石按任意比例组成。
8.根据权利要求1所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于步骤（1）中主发酵阶段按堆肥混合物料质量的0.4~0.8‰添加复合芽孢杆菌，所述复合芽孢杆菌由嗜热脂肪芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、嗜酸耐热芽孢菌、胶冻样芽孢杆菌组成，其中胶冻样芽孢杆菌数量不低于30%。
9.根据权利要求1所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于主发酵阶段按堆肥混合物料质量的0.3~0.6‰添加复合真菌，所述复合真菌由曲霉类菌剂与灰色链霉菌构成，两者比例为（1~1.5）：1，所述曲霉类菌剂由黑曲霉与棘孢曲霉中任意一种或两种任意组合。
10.根据权利要求1所述的高原山区贫瘠土壤调理剂制备技术方法，其特征在于步骤（2）中后发酵完成后，添加三叶草盆栽繁殖的丛枝菌根真菌作为土壤调理剂的促进剂，其用量为堆肥产物质量的0.6~1.0‰。
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