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边坡绿化基质及其制备方法和应用

阅读:682发布:2023-01-26

专利汇可以提供边坡绿化基质及其制备方法和应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及矿山生态环境治理领域,具体涉及一种边坡绿化基质及其制备方法和应用,以干重计,该基质的原料主要包括以下重量份的组分:露天开采 煤 矿外排土800~1200份、畜禽 粪便 10~30份、 生物 质 炭0.5~1份、 微生物 发酵 菌剂0.25~0.75份、保 水 剂1~3.5份以及 粘合剂 0.05~0.25份。其制备方法包括:将生物质炭和畜禽粪便与微生物发酵菌剂进行混合发酵;将发酵产物与其他所述原料混合,得到所述边坡绿化基质。通过就地利用露天开采煤矿外排土作为绿化基质的主要原料,实现了外排土的资源化利用,该边坡绿化基质能够有效地为边坡植被生长提供丰富的养分以及水分,促进 植物 的生长、提高存活率。,下面是边坡绿化基质及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

1.一种边坡绿化基质,其特征在于,以干重计,其原料主要包括以下重量份的组分:露天开采矿外排土800~1200份、畜禽粪便10~30份、生物质炭0.5~1份、微生物发酵菌剂
0.25~0.75份、保剂1~3.5份以及粘合剂0.05~0.25份。
2.根据权利要求1所述的边坡绿化基质,其特征在于,所述边坡绿化基质还包括2~5重量份的腐植酸。
3.根据权利要求2所述的边坡绿化基质,其特征在于,所述边坡绿化基质的原料包括以下重量份的组分:所述露天开采煤矿外排土950~1150份、所述畜禽粪便23~27份、所述生物质炭0.7~0.9份、所述微生物发酵菌剂0.4~0.6份、所述腐植酸3~4份、所述保水剂2~3份以及所述粘合剂0.09~0.11份。
4.根据权利要求2所述的边坡绿化基质,其特征在于,所述腐植酸包括天然腐植酸和人造腐植酸中的至少一种。
5.根据权利要求1~4任一项所述的边坡绿化基质,其特征在于,所述露天开采煤矿外排土为去除石砾和有害重金属的外排土,优选地,所述露天开采煤矿外排土为过1.5~
2.5mm筛的外排土。
6.根据权利要求1~4任一项所述的边坡绿化基质,其特征在于,所述微生物发酵菌剂包括芽孢杆菌、双歧杆菌、乳酸菌、酵母菌、光合细菌、醋酸菌、和放线杆菌中的至少一种。
7.根据权利要求1~4任一项所述的边坡绿化基质,其特征在于,所述保水剂包括聚丙烯酸和可溶性淀粉类保水剂中的至少一种;
优选地,所述粘合剂包括羧甲基纤维素钠和β-环糊精中的至少一种;
优选地,所述生物质炭由秸秆废弃物、木屑、树皮、作物茎叶、果壳、米糠、农产品加工业有机废弃物、纸渣、畜禽养殖业废弃物、城市污泥和生活垃圾中至少一种经低温裂解炭化制备得到;
优选地,所述畜禽粪便包括羊粪、粪和禽类粪便中的至少一种。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的边坡绿化基质的制备方法,其特征在于,其包括:
将所述生物质炭和所述畜禽粪便与所述微生物发酵菌剂进行混合发酵;
将发酵产物与其他所述原料混合,得到所述边坡绿化基质。
9.根据权利要求8所述的边坡绿化基质的制备方法,其特征在于,进行混合发酵是加入水并使得发酵过程中混合物含水率控制在50~65%,在50~60℃的温度下发酵至腐熟;
优选地,在将所述发酵产物与其他所述原料混合之前,将所述发酵产物进行干燥、粉碎过筛,进一步优选,将所述发酵产物干燥至含水量为2.5~8%。
10.如权利要求1~7任一项所述的边坡绿化基质在露天开采煤矿边坡绿化种植中的应用。

说明书全文

边坡绿化基质及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及矿山生态环境治理领域,具体而言,涉及边坡绿化基质及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 随着经济发展对矿产资源需求的迅速增加,矿山资源的开发利用在为社会经济发展提供重要原材料和能源的同时,也带来了空气污染、体污染、土壤污染、植被破坏、土地退化和生态系统失调等一系列生态环境问题,进而限制了当地的社会与经济发展进程,甚至危害人体健康。因露天矿开采而产生的外排土场,会占用大量的土地,对环境产生污染,影响人类的正常生活,而且剥离表土后裸露的边坡,土壤物理结构不良、极端贫瘠和保水能差,不利于边坡绿化。

发明内容

[0003] 本发明的目的包括提供一种边坡绿化基质及其制备方法和应用,通过该基质的应用能够有效促进露天开采煤矿边坡生态的恢复。
[0004] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0005] 本发明提供的一种边坡绿化基质,以干重计,其原料主要包括以下重量份的组分:露天开采煤矿外排土800~1200份、畜禽粪便10~30份、生物质炭0.5~1份、微生物发酵菌剂0.25~0.75份、保水剂1~3.5份以及粘合剂0.05~0.25份。
[0006] 本发明还提供了一种上述边坡绿化基质的制备方法,其包括:
[0007] 将生物质炭和畜禽粪便与微生物发酵菌剂进行混合发酵;
[0008] 将发酵产物与其他所述原料混合,得到边坡绿化基质。
[0009] 本发明还提供了上述边坡绿化基质在露天开采煤矿边坡绿化种植中的应用。
[0010] 通过就地利用露天开采煤矿外排土作为绿化基质的主要成分,实现了外排土的资源化利用。利用微生物发酵菌剂对畜禽粪便炭进行发酵后,使得绿化基质具备有机质含量高、通气性好和透水性强的特点,且在生物质炭的存在下进行发酵可以避免氮素过度挥发,降低氮素的损失率,加快腐熟。此外,保水剂和粘合剂,可有效提高土壤团聚力,增强基质与边坡粘滞力,减小土面与流水之间的磨擦,有利于绿化基质稳固在边坡上,使地表径流造成的土壤损失减小,保墒保水保土保肥效果较好。从而该边坡绿化基质能够有效地为边坡植被生长提供丰富的养分以及水分,促进植物的生长并提高存活率。因此,使用该边坡绿化基质能够有效促进露天开采煤矿边坡生态的恢复。

具体实施方式

[0011] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0012] 下面对本发明实施方式的涉及边坡绿化基质及其制备方法和应用进行具体说明。
[0013] 发明人发现在露天开采煤矿后被剥离表土裸露的边坡,土壤物理结构不良、极端贫瘠和保水能力差,且恢复的难度较大。如果能够在排土场平台与边坡覆盖充足、优质的表土将可以缩短土壤的熟化期,迅速恢复、重构土壤肥力,为植物生长创造良好的土壤环境条件。但是目前矿区表土存量远不能满足土地复垦的需求量,若采用传统的客土边坡修复技术,势必会带来新的环境破坏,而且会大大增加边坡绿化的成本,不适宜在矿山边坡修复领域进行推广应用。因此,发明人提出了一种边坡绿化基质及其制备方法。
[0014] 本发明的一些实施方式提供了一种边坡绿化基质,以干重计,其原料主要包括以下重量份的组分:露天开采煤矿外排土800~1200份、畜禽粪便10~30份、生物质炭0.5~1份、微生物发酵菌剂0.25~0.75份、保水剂1~3.5份以及粘合剂0.05~0.25份。
[0015] 上述边坡绿化基质采用了露天开采煤矿外排土作为主要原料,进而可以就地对外排土进行充分利用生产边坡绿化基质,而不用采集矿区表土或远距离运输客土来进行修复,进而降低了生态重建的成本并减少了外排土的堆置占地。
[0016] 基质制备过程中,由于生物质炭、保水剂和粘合剂的加入进一步提高了边坡绿化基质的整体性能,能够有效促进植物在该绿化基质上生长。
[0017] 进一步地,一些实施方式中,边坡绿化基质还包括2~5重量份的腐植酸。腐植酸可以进一步增强边坡绿化基质的透水性和透气性,同时也能增加绿化基质的有机质含量和养分,从而提高绿化基质的性能。具体地,腐植酸可以包括天然腐植酸和人造腐植酸中的至少一种,例如,腐植酸可以是单独的天然腐植酸,也可以是人造腐植酸,也可以是天然腐植酸和人造腐植酸的混合物。其中,腐植酸也可以通过微生物降解褐煤制备得到。
[0018] 一些实施方式中,为了进一步提高边坡绿化基质的性能,对上述物质的配比进行了进一步优化,边坡绿化基质的原料包括以下重量份的组分:露天开采煤矿外排土950~1150份、畜禽粪便23~27份、生物质炭0.7~0.9份、微生物菌剂0.4~0.6份、腐植酸3~4份、保水剂2~3份以及粘合剂0.09~0.11份。优选地,边坡绿化基质的原料包括露天开采煤矿外排土1000份,羊粪25份,生物质炭0.8份,微生物菌剂0.5份,腐植酸3.5份,保水剂2.5,粘合剂0.1份。
[0019] 进一步地,一些实施方式中,露天开采煤矿外排土为去除石砾和有害重金属的外排土,优选地,露天开采煤矿外排土为过1.5~2.5mm筛的外排土。通过去除石砾和有害重金属能够提高绿化基质的品质,避免对植物生长造成影响。
[0020] 根据一些实施方式,微生物发酵菌剂包括芽孢杆菌、双歧杆菌、乳酸菌、酵母菌、光合细菌、醋酸菌和放线杆菌中的至少一种。例如,微生物发酵菌剂可以选用上述微生物中的任意一种,也可以选用其中两种或两种以上的组合。一些实施方式中,保水剂可以包括聚丙烯酸和可溶性淀粉类保水剂中的至少一种。例如,保水剂可以为可溶性淀粉类保水剂,如淀粉接枝丙烯酸盐,主要成分为:淀粉18%-27%+丙烯酸盐62%-71%+水10%+粘合剂0.5%-1.0%。保水剂也可以为聚丙烯酸钾,或聚丙烯酸钾和可溶性淀粉类保水剂的混合物。
[0021] 一些实施方式中,粘合剂可以包括羧甲基纤维素钠和β-环糊精中的至少一种。例如,粘合剂可以单独为羧甲基纤维素钠或β-环糊精,也可以为二者的混合物。
[0022] 一些实施方式中,生物质炭包括但不限于由秸秆废弃物、木屑、树皮、作物茎叶、果壳、米糠、农产品加工业有机废弃物、纸渣、畜禽养殖业废弃物、城市污泥和生活垃圾中至少一种经低温裂解炭化制备得到。
[0023] 一些实施方式中,畜禽粪便包括羊粪、粪和禽类粪便中的至少一种。例如,畜禽粪便可以为羊粪或牛粪,也可以为鸡粪或鸭粪,也可以为多种畜禽粪便的混合物。
[0024] 本发明的一些实施方式还提供了上述的边坡绿化基质的制备方法,其包括:
[0025] S1、将生物质炭和畜禽粪便与微生物发酵菌剂进行混合发酵。
[0026] 具体地,进行混合发酵将按照配比将生物质炭和畜禽粪便放置于发酵池内,添加腐植酸,一并放入发酵池内。然后,再加入水,使得发酵过程中混合物含水率控制在50~65%,并在50~60℃的温度下发酵直至腐熟。通过对含水率以及发酵温度的控制,达到了较佳的发酵效果,使得畜禽粪便转化为优质的有机肥
[0027] S2、将发酵产物与其他原料混合,得到边坡绿化基质。
[0028] 具体地,在将发酵产物与其他原料混合之前,将发酵产物进行干燥、粉碎过筛,干燥的方法可以是自然干,干燥至含水量为2.5~8%。然后对干燥的发酵产物进行粉碎,过0.5~1mm的筛。
[0029] 然后,将粉碎过筛后的发酵产物与保水剂、粘合剂混合,再与露天开采煤矿外排土按比例混合均匀。
[0030] 上述边坡绿化基质的制备过程工艺简单、操作方便,适合推广应用。
[0031] 本发明的一些实施方式还涉及边坡绿化基质在露天开采煤矿边坡绿化种植中的应用,特别适用于华北地区露天煤矿开采活动产生的坡面植被绿化。
[0032] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0033] 实施例1
[0034] 本实施例的边坡绿化基质其原料包括以下干重份量的组分:露天开采煤矿外排土1000份、羊粪25份、生物质炭0.8份、微生物菌剂0.5份、腐植酸3.5份、保水剂2.5份和粘合剂
0.1份。
[0035] 其中,露天开采煤矿外排土用人工筛过2mm筛,并去除石砾等杂质且不含限制植物生长的有害重金属等物质。生物质炭由玉米秸秆经低温热裂解炭化工艺制备得到。微生物发酵菌剂为芽孢杆菌属和双歧杆菌的混合物,混合比例为1:1。腐植酸由微生物降解褐煤制备得到。保水剂为聚丙烯酸钾。粘合剂为羧甲基纤维素钠与β-环糊精1:1比例的混合物。
[0036] 该边坡绿化基质的制备方法为:
[0037] 称取生物质炭、羊粪和腐植酸,按配比加入到发酵池中备用;
[0038] 按照配比在发酵池中加入微生物发酵菌剂搅拌均匀,再加入水,进行高温发酵直至腐熟,过程中混合物含水率控制在60%。
[0039] 将腐熟的发酵产物自然风干至含水量为5%、粉碎过0.5mm筛并添加保水剂与粘合剂,再与露天开采煤矿外排土按比例混合均匀,即得边坡绿化基质。
[0040] 实施例2
[0041] 本实施例的边坡绿化基质其原料包括以下干重份量的组分:露天开采煤矿外排土1000份、羊粪30份、生物质炭0.8份、微生物菌剂0.5份、腐植酸3.5份、保水剂2.5份和粘合剂
0.1份。
[0042] 其中,露天开采煤矿外排土用人工筛过2mm筛,并去除石砾等杂质且不含限制植物生长的有害重金属等物质。生物质炭由玉米秸秆经低温热裂解炭化工艺制备得到。微生物发酵菌剂为芽孢杆菌属和双歧杆菌的混合物,混合比例为1:1。腐植酸由微生物降解褐煤制备得到。保水剂为聚丙烯酸钾。粘合剂为羧甲基纤维素钠与β-环糊精1:1比例的混合物。
[0043] 该边坡绿化基质的制备方法为:
[0044] 称取生物质炭、羊粪和腐植酸,按配比加入到发酵池中备用;
[0045] 按照配比在发酵池中加入微生物发酵菌剂搅拌均匀,再加入水,进行高温发酵直至腐熟,过程中混合物含水率控制在60%。
[0046] 将腐熟的发酵产物自然风干至含水量为5%、粉碎过0.5mm筛并添加保水剂与粘合剂,再与露天开采煤矿外排土按比例混合均匀,即得边坡绿化基质。
[0047] 实施例3
[0048] 本实施例的边坡绿化基质其原料包括以下干重份量的组分:露天开采煤矿外排土1000份、羊粪20份、生物质炭0.5份、微生物菌剂0.3份、腐植酸2.5份、保水剂1.5份和粘合剂
0.05份。
[0049] 其中,露天开采煤矿外排土用人工筛过2mm筛,并去除石砾等杂质且不含限制植物生长的有害重金属等物质。生物质炭由玉米秸秆经低温热裂解炭化工艺制备得到。微生物发酵菌剂为芽孢杆菌属和双歧杆菌的混合物,混合比例为1:1。腐植酸由微生物降解褐煤制备得到。保水剂为聚丙烯酸钾。粘合剂为羧甲基纤维素钠与β-环糊精1:1比例的混合物。
[0050] 该边坡绿化基质的制备方法为:
[0051] 称取生物质炭、羊粪和腐植酸,按配比加入到发酵池中备用;
[0052] 按照配比在发酵池中加入微生物发酵菌剂搅拌均匀,再加入水,进行高温发酵直至腐熟,过程中混合物含水率控制在60%。
[0053] 将腐熟的发酵产物自然风干至含水量为4%~6%、粉碎过0.5mm筛并添加保水剂与粘合剂,再与露天开采煤矿外排土按比例混合均匀,即得边坡绿化基质。
[0054] 实施例4
[0055] 本实施例的边坡绿化基质其原料包括以下干重份量的组分:露天开采煤矿外排土1000份、羊粪30份、生物质炭0.8份、微生物菌剂0.5份、腐植酸3.5份、保水剂2.5份和粘合剂
0.1份。
[0056] 其中,露天开采煤矿外排土用人工筛过2mm筛,并去除石砾等杂质且不含限制植物生长的有害重金属等物质。生物质炭由甘蔗渣和油菜饼按1:1混合后经低温热裂解炭化工艺制备得到。微生物发酵菌剂为芽孢杆菌属和双歧杆菌的混合物,混合比例为1:1。腐植酸由微生物降解褐煤制备得到。保水剂为聚丙烯酸钾。粘合剂为羧甲基纤维素钠。
[0057] 该边坡绿化基质的制备方法为:
[0058] 称取生物质炭、羊粪和腐植酸,按配比加入到发酵池中备用;
[0059] 按照配比在发酵池中加入微生物发酵菌剂搅拌均匀,再加入水,进行高温发酵直至腐熟,过程中混合物含水率控制在65%。
[0060] 将腐熟的发酵产物自然风干至含水量为7%、粉碎过1mm筛并添加保水剂与粘合剂,再与露天开采煤矿外排土按比例混合均匀,即得边坡绿化基质。
[0061] 实施例5
[0062] 本实施例的边坡绿化基质其原料包括以下干重份量的组分:露天开采煤矿外排土1000份、羊粪20份、生物质炭0.5份、微生物菌剂0.3份、腐植酸2.5份、保水剂1.5份和粘合剂
0.05份。
[0063] 其中,露天开采煤矿外排土用人工筛过2mm筛,并去除石砾等杂质且不含限制植物生长的有害重金属等物质。生物质炭由玉米秸秆经低温热裂解炭化工艺制备得到。微生物发酵菌剂为芽孢杆菌属和双歧杆菌的混合物,混合比例为1:1。腐植酸由微生物降解褐煤制备得到。保水剂为淀粉接枝丙烯酸盐。粘合剂为β-环糊精。
[0064] 该边坡绿化基质的制备方法为:
[0065] 称取生物质炭、羊粪和腐植酸,按配比加入到发酵池中备用;
[0066] 按照配比在发酵池中加入微生物发酵菌剂搅拌均匀,再加入水,进行高温发酵直至腐熟,过程中混合物含水率控制在55%。
[0067] 将腐熟的发酵产物自然风干至含水量为3%、粉碎过0.5mm筛并添加保水剂与粘合剂,再与露天开采煤矿外排土按比例混合均匀,即得边坡绿化基质。
[0068] 实施例6
[0069] 本实施例不同于实施例5仅在于,本实施例的边坡绿化基质其原料包括以下干重份量的组分:露天开采煤矿外排土1000份、羊粪24份、生物质炭0.8份、微生物菌剂0.5份、腐植酸3份、保水剂3份以及粘合剂0.11份。
[0070] 对比例1
[0071] 本对比例不同于实施例5之处仅在于,本对比例不含有生物质炭。
[0072] 对比例2
[0073] 本对比例不同于实施例5之处仅在于,本对比例以等量的粘合剂替换保水剂。
[0074] 对比例3
[0075] 本对比例不同于实施例5之处仅在于,本对比例以等量的保水剂替换粘合剂。
[0076] 对比例4
[0077] 本对比例不同于实施例5之处仅在于,本对比例不含有保水剂和粘合剂。
[0078] 对比例5
[0079] 矿区附近表层种植土。
[0080] 试验例1
[0081] 室内模拟试验:试验于温室内进行,试验所用的盆钵为35cm×25cm且底部开口的素烧花盆。分别将实施例1~6和对比例1~5的基质装盆。首先对草种进行催芽,采用草种为披草,然后等量均匀撒于11个花盆,将草种与表层基质混匀,浇水。试验期间适时补充必要的水分,如有病虫害的发生,必要时使用杀虫剂防治。以后每天观察记录草的生长情况(包括发芽率,株高等)。60天后,得到生长的结果如表1所示。
[0082] 表1
[0083]组别 出苗率% 平均株高cm 覆盖率%
实施例1 89 9.2 100
实施例2 88 9.1 98
实施例3 87 9.0 99
实施例4 90 9.3 98
实施例5 86 8.9 99
实施例6 85 8.8 98
对比例1 83 8.6 96
对比例2 82 8.2 94
对比例3 83 8.3 95
对比例4 75 7.7 91
对比例5 69 7.3 43
[0084] 通过表中结果可以看出,本发明实施例中的边坡绿化基质相对于矿区表层的种植土,能够更好地促进植物生长,提高发芽率。进一步通过对比实施例1、实施例2和实施例3以及对比实施例5和实施例6,可以看出边坡绿化基质的原料按照露天开采煤矿外排土950~1150份、畜禽粪便23~27份、生物质炭0.7~0.9份、微生物菌剂0.4~0.6份、腐植酸3~4份、保水剂2~3份以及粘合剂0.09~0.11份的配比能够具有较佳的促进植物生长的效果。通过对比实施例5和对比例1可以看出,添加生物质炭能够有效提升边坡绿化基质的性能。通过对比实施例5和对比例2-4,可以看出保水剂和粘合剂有利于改善绿化基质的整体性能,从而促进植物生长并提高存活率。
[0085] 试验例2
[0086] 霍林河矿区边坡绿化工程-露天开采煤矿边坡绿化基质在露天开采煤矿边坡绿化中的应用。试验地位于霍林河矿区排土场边坡,边坡坡度介于30-40度之间,应用面积1000m2,施工季节为6月中旬。
[0087] 该露天开采煤矿边坡采用的边坡绿化基质为实施例1得到的边坡绿化基质。试验所用的草种为披碱草,用量20g/m2。播种前测定草种发芽率,并进行浸种催芽处理。
[0088] 种植披碱草,在试验选取地上将实施例1的边坡绿化基质和种子用量配制的基质和种子混合物,在边坡上覆盖5cm厚度,之后用绿化草帘覆盖,并浇水养护。
[0089] 试验效果:播种后7天发芽,2个月后基本成坪,覆盖率达90%。试验后,种植基质层经过多次的自然降雨及人工浇水,整体稳定性良好,减少绿化成本10%-20%,经济、社会和生态效益显著。
[0090] 综上所述,通过本发明实施方式的制备得到的边坡绿化基质不仅能够为边坡植被生长提供丰富的养分及水分,还能有效防止土壤流失,且所述绿化基质绿色环保,具有较好的生态经济效益。同时也充分利用露天开采煤矿外排土,可以就地生产边坡绿化基质,减少外排土占地,降低客土远距离运输成本,保护土地与植被资源。该边坡绿化基质制作工艺简单、操作方便,适合推广应用。通过使用该边坡绿化基质能够有效促进露天开采煤矿边坡生态的恢复。
[0091] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
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