本发明涉及铁尾矿砂土修复
技术领域：
，尤其是涉及一种利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法。
背景技术：
：据中国资源综合利用协会2009年发展报告，2012年我国尾矿总产生量达到了11.92亿吨，占全国工业固体废弃物的45％以上，而综合利用率只13.3％，且目前已累积堆存100多亿吨。由于我国铁尾矿利用率低，大量的尾矿堆存在尾矿库中，这不仅是对矿产资源的巨大浪费，而且排放和储存尾矿耗用大量的资金。将尾矿砂土进行适当的改良，以土壤的形式进行利用，这不仅能够解决尾矿堆存占用大量土地的问题，还有益于绿色矿山的建设，更能缓解我国所面临的日益严重的耕地短缺的问题。目前，改良铁尾矿砂土的方法主要是矿山生态修复，包括植被恢复、矿区复垦、尾矿利用技术，土壤改良中各种添加剂、微生物菌剂及保水剂等的应用技术多有报道，例如：cn201611072217公开了一种利用铁尾矿制备复垦土壤的方法，包括：分别收集铁尾矿、第四系次生黄土和有机物料，备用；将铁尾矿、第四系次生黄土和有机物料按45～55:40～50:5的质量比例混匀，即得到复垦土壤；所述有机物料为腐熟的畜禽养殖业废弃物或城镇生活污水处理厂排放的腐熟的污泥。本发明的利用铁尾矿制备复垦土壤的方法以铁尾矿、污泥和畜禽养殖废弃物为原料制备复垦土壤，不仅绿化了矿山，而且使铁尾矿和污泥等废弃物得到了综合利用，缓解了对土地资源的压占，保护了环境。cn202010194028.9公开了一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：(1)将酒糟、甘蔗渣、硅藻土、粉煤灰研磨，过筛得到预制料a；(2)将城市污泥浓缩脱水，干燥，粉碎，加入铁尾矿砂混合均匀，调节含水量，然后加入粘结剂，造粒，然后送入回转窑中，500-600℃碳化20-30min，冷却，加入活性炭、腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；(3)将预制料a、预制料b混合均匀，然后向混合料中加入发酵菌液腐熟，腐熟温度为40-50℃，腐熟时间为20-40天，腐熟过程保持混合物含水量为16-20wt％，干燥，然后加入聚马来酸酐、聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。cn201911344547.2提供了一种含有微生物的苏打盐碱地改良剂及改良方法。该苏打盐碱地改良剂，由巴西固氮螺菌、铁尾矿和有机肥组成，三个组分的比例为1800ml～2000ml：4000g～4500g：1200～1500g，巴西固氮螺菌菌液的浓度为1～9×107cfu/ml。通过巴西固氮螺菌与铁尾矿的复合施用，能够进一步降低土壤盐分，平衡土壤的酸碱度，促进作物生长，实现盐碱地的长效改良。cn201911220687.9提供了一种采用铁尾矿制备的绿化土，所述绿化土的原料包括以下质量份的组分：7.4～9.6份的铁尾矿，0.3～2.1份的食用菌菌渣，0.1～1.6份的稻壳；本申请还提供了一种采用铁尾矿制备的绿化土的制备方法；本发明提供的绿化土以铁尾矿为主料，以食用菌菌渣和稻壳为辅料，一方面解决了工业废弃物铁尾矿的资源化回收利用，另一方面解决了农业废弃物食用菌菌渣和稻壳的资源化回收利用，缓解了资源与环境压力；绿化土营养丰富，无需再额外添加肥料，能满足绿化植物持续营养需求，并能降低后期养护成本；绿化土大部分材料可就地取材，且操作方法简单，原料来源广泛，可以降低成本，具有显著的经济效益和生态效益。现有的尾矿修复技术发明中，多采用单项修复技术，并结合复混肥、营养添加剂等改善土壤理化性质，增加其有机养分含量。复混肥和营养添加剂作为外来化学添加剂，能在短期范围内发挥其有效性，从长远的角度来看，可能会产生一定的负面作用。为了解决尾矿砂土化利用过程中尾矿粒径细小、容易流失的问题，寻找长效修复铁尾矿砂土的方法。本发明人探索了一种利用尾矿砂土和废石进行混合，同时添加微生物菌剂，增加土壤透气性又改良土壤环境，终于找到了一种利用微生物菌剂、废石及栽种植物修复铁尾矿砂土的方法。技术实现要素：本发明的目的是提供一种利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：按照本发明所述的利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法，其特征在于，如下步骤：(1)、将按照重量百分比10％～30％、粒径为0.5～1.5cm的废石添加到25～40cm深度尾矿砂土中，翻耕混匀，再覆盖1～3cm的客土；(2)、施加0.1～0.5kg/m2有机肥、10～20g/m2微生物菌剂，然后翻耕10～30cm；(3)、栽种草本植物，进行田间管理；其中所述的微生物菌剂是分别进行活化、扩繁并稀释成有效菌的数量浓度为：1×107～9×107cfu/ml、并按照体积比为：6～8:2～4:2～4的淡紫拟青霉菌保藏编号cgmccno.60794、氧化假节杆菌保藏编号atcc14358和铜绿假单胞菌保藏编号atcc9027的菌液混合制成；所述的客土为自然土壤或农田种植土；所述的有机肥为发酵的豆栢、秸秆、鸡粪和牛羊粪中的一种或多种。进一步，所述的微生物菌剂：淡紫拟青霉菌保藏编号cgmccno.60794、氧化假节杆菌保藏编号atcc14358和铜绿假单胞菌保藏编号atcc9027按照体积比为：7～8:3～4:3～4混合。按照本发明所述的利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法，其特征在于，所述的草本植物为龙葵、波斯菊和高羊茅中的一种或多种，种植密度为20～25株/m2。按照本发明所述的利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法，其特征在于，所述的客土为农田种植土，覆盖2.0～3.0cm；所述的有机肥为鸡粪肥，施加量为：0.25～0.4kg/m2。按照本发明所述的利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法，其特征在于，微生物菌剂中淡紫拟青霉菌、氧化假节杆菌及铜绿假单胞菌的菌液的制备方法为如下步骤：(1)无菌条件下，采用活化培养基接种菌种的一级种子，在23～27℃、180～230r·min-1的摇床上培养7-10天，获得菌种的二级种子；(2)将活化后的菌株采用扩繁培养基在30～32℃，180～230r·min-1的摇床上培养5～8天，进行扩繁；(3)再用无菌水将活化与扩繁的菌株分别稀释至1×107～9×107cfu/ml的菌液，即得；其中所述的活化与扩繁培养基成分为：氮源：1.0～3.0g/l、碳源：1.0～3.0g/l、酵母浸膏：1.0～3.0g/l、蛋白胨：2.0～5.0g/l、磷酸氢二钾：0.5～1.0g/l、硫酸镁：0.03～0.05g/l、ph＝6.0～7.0。本发明所述的利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法中添加物作用：本发明主要添加物为所述的废石，废石来自选厂细碎产品经磁滑轮磁选后的尾矿石，经过筛分获得。本发明将废石与铁尾矿砂土及自然土复合制备新型土壤，能够增加复合体系的透气性，改善铁尾矿砂土的性能。本发明另一添加剂是所述的微生物菌剂，是由淡紫拟青霉菌、氧化假节杆菌及铜绿假单胞菌组成。淡紫拟青霉菌分泌物可以粘结土壤，增加土壤的孔隙度，并且能够产生类似于吲哚乙酸产物，它最显著的生理功效是促进植物根系与植株营养器官的生长，同时对种子的萌发与生长也有促进作用，并且，淡紫拟青霉菌还可以与植物生成菌根共生体系，强化植物根系固定养分和吸收养分的能力，使得有机物营养化循环利用。氧化假节杆菌可以对土壤中污染物进行修复，主要能够对有机物进行降解，对重金属进行吸附，并减弱重金属的有效形态含量。铜绿假单胞菌一方面同样可以对土壤中的重金属有机物进行修复，另一方面主要可以生产生物表面活性剂鼠李糖脂，鼠李糖脂可以对农作物、蔬菜、水果的生长产生刺激作用，辅助吸收营养、增加农药及肥料作用效果等，并经证实对人及动物无毒副作用，并且可以对碱性土壤进行改良。本发明所述的三种菌剂是在多种菌剂中通过不同处理组合进行研究后，筛选出的效果较好的一种组合。由于此三种菌剂每种都发挥不同的效果，联合施用通过本发明实施试验结果表明可以同时改善土壤环境，修复土壤污染，促进植物生长，发挥协同效果。本发明修复尾矿砂土的方法是通过栽种植物。栽种的龙葵、高羊茅是一种重金属超累积植物，对土壤中的重金属有良好的吸附效果，在保证自身生长的情况下可以最大限度的修复土壤环境。栽种的龙葵、波斯菊、高羊茅根系作用能显著提高土壤的粘聚力，并且根系的分泌物可以增加土壤中养分，提高土壤含水量，并且植物根系对土壤穿插导致土壤孔隙度变大，可以改善土壤生态环境。本发明所述的利用微生物菌剂及废石修复铁尾矿砂土的方法具有如下的特点：1、本发明采用植物与微生物联合修复技术，实现了铁尾矿的长效修复，解决了矿山砂土和废石大规模堆积的问题，同时缓解了矿区周围的大气扬尘及土壤污，减少了尾矿库塌坝、生态滑坡等风险。2、将铁尾矿砂土和废石进行土壤化利用，解决了尾矿砂土孔隙度低、易于流失的问题，使矿区生态修复的长效稳定和环境的持续改善。3、本发明采用了微生物菌剂、废石及有机肥修复尾矿砂土理化性质，提高种植的植物生物量与生存性，方法简单、使用方便。具体实施方式以下各实施例仅用于对本发明进行解释说明，并不构成对权利要求范围的限定，本领域技术人员根据说明书内容可以想到的其它替代手段，均应在本发明权利要求的保护范围之内。本发明试施地点为位于大孤山尾矿库东南侧一块平整的空地。此处地势高，光照充足，地势平坦，近年无其他用处，适合于尾矿库进行模拟生态修复试验，尾矿砂土背景区性能指标数值状况如下：指标检测值容重(g/cm3)1.57总孔隙度(％)44.68含水率(％)11.88ph值8.75有机质含量(g/kg)1.15cu(mg/kg)12.5mn(mg/kg)1070cd(mg/kg)0.69实施例与对比例中所述的微生物菌剂：淡紫拟青霉菌保藏编号cgmccno.60794、氧化假节杆菌保藏编号atcc14358和铜绿假单胞菌保藏编号atcc9027制备菌液的方法：(1)无菌条件下，采用活化培养基接种菌种的一级种子，在30℃、220r·min-1的摇床上培养8天，获得菌种的二级种子；(2)将活化后的菌株采用扩繁培养基在30℃，220r·min-1的摇床上培养8天，进行扩繁；(3)再用无菌水将活化与扩繁的菌株分别稀释至5×106～1.1×108cfu/ml的菌液，即得；其中所述的活化与扩繁培养基成分为，氮源：2.0g/l、碳源：2.0g/l、酵母浸膏：2.0g/l、蛋白胨：3.0g/l、磷酸氢二钾：1.0g/l、硫酸镁：0.03g/l、ph＝6.5。实施例1铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：(1)将按照重量百分比20％、粒径为0.5～1.5cm的废石添加到25～40cm深度尾矿砂土中，翻耕混匀，在其上覆盖2.5cm的客土；再按照0.3kg/m2的标准施加市售发酵的鸡粪有机肥；(2)按照15g/m2施加，其数量浓度为4.5×107cfu/ml的淡紫拟青霉菌、氧化假节杆菌和铜绿假单胞菌按照体积比为7:3:3混合制成的微生物菌剂；(3)对其进行翻耕，翻耕深度为30cm；老化一周后进行植物种子的播种，龙葵种子播种前一天选种并浸泡过夜，按照20株/m2的标准于第二天早上进行播种，进行上述三个重复试验，施行田间管理；熟化一周后尾矿砂土性能指标数值状况如下：指标检测值容重(g/cm3)1.2～1.5总孔隙度(％)50％～65％含水率(％)15％～20％ph值6～8有机质含量(g/kg)5～15尾矿砂土性能指标数值：容重、总孔隙度、含水率、ph值和有机质含量达到了适于栽种植物土壤范围。(4)播种后分别在1个月、2个月、3个月后进行取样分析，测定土壤的含水率、孔隙度、有机质、过氧化物歧化酶(pod)和超氧化物歧化酶(sod)。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表1所示。实施例2铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：(1)选用粒径为0.5～1.5cm的废石，将按照质量百分比10％与铁尾矿砂土混合，其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表2所示。实施例3铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：(1)选用粒径为0.5～1.5cm的废石，将按照质量百分比30％与铁尾矿砂土混合，其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表3所示。实施例4铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：其中(2)按照10g/m2施加微生物菌剂；其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表4所示。实施例5铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：其中(2)按照20g/m2施加微生物菌剂；其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表5所示。实施例6铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：其中(2)按照15g/m2施加数量浓度为1×107cfu/ml由淡紫拟青霉菌、氧化假节杆菌和铜绿假单胞菌按照体积比为7:3:3混合制成的微生物菌剂；其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表6所示。实施例7铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：其中(2)按照15g/m2施加数量浓度为9×107cfu/ml由淡紫拟青霉菌、氧化假节杆菌和铜绿假单胞菌按照体积比为7:3:3混合制成的微生物菌剂；其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表7所示。实施例8铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：其中(3)采用波斯菊种子进行种植；其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表8所示。实施例9铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：其中(3)采用高羊茅种子进行种植；其余方法与步骤同实施例1。3个月内对土壤的各项理化指标测试结果如表9所示。表1表2表3表4表5表6表7表8表9对比例1铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：施加数量浓度4.5×107cfu/ml的淡紫拟青霉菌一种菌液，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例2铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：施加数量浓度4.5×107cfu/ml的氧化假节杆菌一种菌液，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例3铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：施加数量浓度4.5×107cfu/ml的铜绿假单胞菌一种菌液，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例4铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：施加数量浓度4.5×107cfu/ml的淡紫拟青霉菌菌和铜绿假单胞菌按照体积比为7:3混合制成的微生物菌剂，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例5铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：施加有效菌剂的数量浓度4.5×107cfu/ml的淡紫拟青霉菌和氧化假节杆菌按照体积比为7:3混合制成的微生物菌剂；其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例6铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：施加有效菌剂的数量浓度4.5×107cfu/ml的氧化假节杆菌和铜绿假单胞菌按照体积比为3:3混合制成的微生物菌剂；其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例7铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：将粒径为0.5～1.5cm废石按照重量百分比5％添加到铁尾矿砂土中，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例8铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：将粒径为0.5～1.5cm废石按照重量百分比40％添加到铁尾矿砂土中，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例9铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：按照2g/m2施加微生物菌剂，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例10铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：按照30g/m2施加微生物菌剂，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例11铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：数量浓度为5×106cfu/ml的淡紫拟青霉菌、氧化假节杆菌和铜绿假单胞菌按照体积比为7:3:3混合制成的微生物菌剂，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例12铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：有效菌剂的数量浓度为1.1×108cfu/ml由淡紫拟青霉菌、氧化假节杆菌和铜绿假单胞菌按照体积比为7:3:3混合制成的微生物菌剂，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：对比例13铁尾矿砂土修复方法为如下步骤：将种植龙葵改为种植辣椒，其余方法与步骤同实施例1，结果如下表所示：根据土壤理化性质指标测定标准，其中含水率达到15％～20％时，土壤孔隙度在50％～65％时，土壤有机质在5～15g/kg时为适于植物和生物生长的土壤生态环境。本发明实施例1～9试验数据结果显示，修复3个月后的铁尾矿砂土，其含水率为15.66～17.44％，孔隙率为48.23～65.42％，土壤有机质为6.93～7.49％，植物pod为30.08～47.04，植物sod为374.45～452.97。土壤的理化性质更好，ph降低、孔隙度和含水率处于适于植物生长范围、有机质含量较高；同时，植物的抗逆性有所提高、植物生长状况较好。然而，对比例1～13的土壤理化性质较差、养分贫瘠，植物的抗逆性较差，而且株高和出苗率及植物长势较差。实施例1和对比例1～6在结果说明了三种菌剂混合对土壤的改良效果明显好于一种或两种菌剂的改良效果。淡紫拟青霉菌剂、氧化假节杆菌剂和铜绿假单胞菌剂的共同施入使得三种菌剂共同发挥协同效果。实施例1～3和对比例7、8数据结果看出，废石施加的最佳比例为10％～30％，当废石添加量少说10％时，尾矿粒径较小、密度较大，体系的透气性较差，土壤较为粘结，不利于植物扎根土壤。而当废石含量大于30％时，废石粒径大，使水分流失较多，土壤质地疏松，植物扎根不稳。实施例1、4、5和对比例9、10数据结果看出，微生物菌剂播撒的最佳范围是10～20g/m2，对比例9中的播撒微生物菌剂仅为2g/m2，含量过低，很难发挥效果；而对比例10中播撒微生物菌剂为30g/m2，含量过高，微生物会与植物竞争养分，从而产生了拮抗作用，影响植物的生长。实施例1、6、7和对比例11、12数据结果看出，微生物菌剂最佳范围是1×107～9×107cfu/ml。对比例11中微生物菌剂含量仅为5×106cfu/ml，含量过低，不利于菌剂效果的发挥。而对比例12中微生物菌剂含量为1.1×108cfu/ml，含量较高，这可能是导致菌剂浓度出现饱和的情况，对土壤的改良效果并没有出现明显的增加，并且另一方面来说，较高浓度的微生物菌剂还会增加成本，导致土壤改良的代价增加。由实施例1、8、9可以看出，三种植物的菌根侵染率在28.14％～37.54％之内，说明微生物与植物之间建立了共生关系，并且通过土壤和植物的理化性质指标数据可以看到，植物-菌根协同发挥作用，可以更好地改善铁尾矿砂土的理化性质。而对比例13将种植的龙葵、波斯菊、高羊茅换成辣椒时，菌根侵染率很低，仅为1.37％～2.98％，并且土壤和植物的理化性质比实施例1、8、9也要差，这说明本发明所用微生物可能较难与其他某些植物建立共生关系，从而无法协同发挥作用。除此之外，本发明的方法在三个月的时间内效果显著，能够有效缩短尾矿砂土治理周期。当前第1页12