一种利用堆肥产物改良基坑土获得的生物有机土壤及其制备方法与流程

本发明属于城市建设废土和园林废弃物资源化综合利用工程
技术领域：
，具体涉及一种利用堆肥产物改良基坑土获得的生物有机土壤及其制备方法。
背景技术：
：随着我国城市绿化进程的加快，城市绿化对土壤的需求越来越大，从农田取土会破坏农业生态结构，对正常的农业生产构成威胁，另一方面城市建设中产生大量的城市建设废土，这些城市建设废土自身养分含量低，持水能力低，随意倾倒又会造成水土流失，污染环境，城市建设废土有的被用来回填到绿化带，极易引起植物生长营养不良，这主要是城市建设废土孔隙度少，有机质含量低，遇水易涝渍，遇旱易干，以及各种营养物质匮乏，导致植物根系生长较差，城市建设废土营养贫瘠的同时造成了土壤中微生物群落结构多样性低，各种有效菌活性低，各种绿化带和园林植物残体等废弃物掉落到地面后长期无法降解。技术实现要素：本发明的目的是提供了一种利用堆肥产物改良基坑土获得的生物有机土壤及其制备方法，本发明主要利用猪粪与园林废弃物（枯枝树叶）按照初始碳氮比25:1-30:1混合后，调节含水量到60%-65%进行发酵，在高温期后分批次加入一定量的具有降解木质纤维素的菌种。堆肥发酵成熟后按照堆肥产品和城市建设废土按一定比例混合，并接种功能微生物菌种，得到生物有机土壤。获得的所述生物有机土壤有机质含量丰富，养分全面，各种微量元素均衡，容重小，持水性能好，孔隙度大，微生物菌落结构合理，降解木质纤维素能力强，对于持续维持土壤有机质高含量和促进团粒结构土壤的形成有着重要的意义。为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：本发明提供了一种利用堆肥产物改良基坑土获得的生物有机土壤的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）发酵物料的配制：将猪粪和园林废弃物按照C/N=25:1~30:1混合均匀得到发酵物料，控制发酵物料的含水量在60%-65%，开始堆肥好氧发酵，保持11-14天的高温期发酵；（2）然后进入降温期，在堆肥的第12-15天进行第一次接菌发酵，接入黄孢原酶平革菌、变色栓菌和绿孢链霉菌；（3）在堆肥的第20-22天进行第二次接菌发酵，接入杂色云芝、黑曲霉和里氏木霉；发酵至堆肥的第38-41天，获得腐熟的堆肥产物；（4）生物有机土壤制备：将所述堆肥产物和基坑土按照重量比0.4-0.5:1的比例进行混合均匀，向混合后的土壤表面喷洒胶质芽孢杆菌，混匀后得到所述生物有机土壤。进一步的：堆肥发酵过程中所述高温期温度为55℃-70℃，降温期温度为40℃-50℃。进一步的：所述步骤（2）中菌种的密度分别为：绿孢链霉菌为0.8×1010CFU/1kg湿物料-1.5×1010CFU/1kg湿物料，黄孢原毛平革菌为0.8×1010CFU/1kg湿物料-1.5×1010CFU/1kg湿物料，变色栓菌为0.8×1010CFU/1kg湿物料-1.5×1010CFU/1kg湿物料。进一步的：所述步骤（3）中菌种的密度分别为：杂色云芝为0.8×1010CFU/1kg湿物料-1.5×1010CFU/1kg湿物料，黑曲霉为0.8×1010CFU/1kg湿物料-1.5×1010CFU/1kg湿物料，里氏木霉为0.8×1010CFU/1kg湿物料-1.5×1010CFU/1kg湿物料。进一步的：所述步骤（4）中菌种的密度为：胶质芽孢杆菌0.8×1010CFU/1kg湿样土-1.2×1010CFU/1kg湿样土。本发明还提供了所述的制备方法获得的生物有机土壤。进一步的：所述生物有机土壤容重在1.14-1.26Mg/m3。进一步的：所述生物有机土壤PH为6.5-7.5。进一步的：所述生物有机土壤有机质在≥30g/kg。进一步的：所述生物有机土壤有效磷含量达到10-50mg/kg，速效钾含量达到100-250mg/kg，水解性氮含量达到150-200mg/kg。与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：本发明提供的制作堆肥产物的原料来源广泛，堆肥过程操作简单，易操控，实现了农林废弃物快速降解，猪粪和农林废弃物一起发酵，尤其是和木屑等含木质纤维素丰富的园林废弃物发酵后，猪粪中的部分重金属会被钝化，重金属的生物有效性降低，同时猪粪和园林废弃物混合发酵与单一猪粪发酵相比氮素损失减小，之后利用生产的堆肥产品改良城市建设废土为生物有机土壤，实现城市建设废土（基坑土）变废为宝。本发明生物有机土壤的制备过程分为两步，首先是堆肥发酵，包括含水量的调试，温度的控制，通气（含氧量）的控制，降温期接种木质纤维素降解菌；其次，腐熟的堆肥产品和城市建设废土以及相应功能微生物菌种按照一定比例接种，通过测定生物有机土壤容重、生物有机土壤孔隙度、生物有机土壤阳离子交换量、生物有机土壤电导率，生物有机土壤有机质，生物有机土壤水解性氮来研究生物有机土壤是否达到标准。此方法与其他土壤改良方法相比实现了园林废弃物和城市建设废土的资源化利用，同时接种了具有降解木质纤维素的菌种，这对持续改善土壤结构，本发明对于提高土壤有机质含量有着重要意义。附图说明图1为所述生物有机土壤和城市建设废土(基坑土)有机质含量的对比结果；图2为所述生物有机土壤和基坑土非活性空隙、毛管空隙和通气空隙体积的对比结果；图3为所述生物有机土壤和基坑土容重的对比结果；图4为所述生物有机土壤和基坑土阳离子交换量（CEC）的对比结果；图5为所述生物有机土壤和基坑土土壤电导率的对比结果；图6为所述生物有机土壤和基坑土中水解性氮含量对比结果；图7为所述生物有机土壤和基坑土中微生物总量和优势微生物群落对比结果；图8为吊兰在所述生物有机土壤和基坑土种植条件下吊兰叶绿素含量的对比结果。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的说明。实施例1本发明的利用堆肥产物改良城市建设废土为生物有机土壤的制备方法包括以下步骤：1、堆肥产物的制备（1）将园林废弃物（枯枝树叶）粉碎成粒径在0.1-5mm大小的物料，通过分别测定新鲜猪粪和枯枝数叶的含氮量、含碳量，按照C/N=25:1混匀得到发酵物料，之后根据发酵中含水量设定，补水后使发酵物料的含水量保持在65%左右，开始进行堆肥发酵，同时每六天翻堆一次，保证堆肥为好氧发酵，对堆肥发酵进行温度分析，保持14天的高温期发酵，第14天从高温期慢慢进入降温期。（2）进入降温期，在堆肥的第15天加入降解木质纤维素能力强的菌种，加入的菌种为：黄孢原酶平革菌（购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号：40299），变色栓菌（购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号：50001），绿孢链霉菌（购买自中国普通微生物菌种保藏管理中心，编号：4.1770），菌种的密度分别为：绿孢链霉菌（1×1010CFU）/1kg湿物料，黄孢原毛平革菌（1×1010CFU）/1kg湿物料，变色栓菌（1×1010CFU）/1kg湿物料，进行加菌发酵。（3）在堆肥的第22天进行第二次接菌，接入杂色云芝（购买自中国农业微生物菌种保藏管理中心，编号：50435）、黑曲霉（购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号：2109）和里氏木霉（购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号：41494），按照杂色云芝（1×1010CFU）/1kg湿物料，黑曲霉（1×1010CFU）/1kg湿物料，里氏木霉（1×1010CFU）/1kg湿物料进行接菌发酵。发酵到堆肥的第38天，堆温下降到环境温度，堆肥基本腐熟。在堆肥发酵中定期翻堆或者曝气来通入氧气，通入氧气量以不显著降低堆温同时又能让堆肥按照好氧发酵进行为宜。2、堆肥产物与城市建设废土（基坑土）的混合和微生物的接种基坑土主要是在城市建设过程中或者是建筑建造中挖取出来的地下土，这些地下土一方面受人为干涉较少，另一方面由于这些土质表层植被稀疏，或者是这些土较深，植物根系一般难以到达，与植物根系作用较少，所以其特征主要是营养贫瘠，保水保肥性能差，土质致密，遇水易流失。将上述获得的堆肥产物和上述基坑土按照重量比为3:7进行混合后在土质表面喷洒胶质芽孢杆菌液，接种量为胶质芽孢杆菌（购买自广东省微生物菌种保藏中心，GIM编号：GIM1.16）（1×1010CFU）/1kg湿样土，直接混合均匀后得到本发明所述的生物有机土壤。3、将本发明获得的所述生物有机土壤和原来的基坑土进行比较，实验结果如下图1表明了基坑土和生物有机土壤的有机质含量，改良后的生物有机土壤有机质含量达到31.2g/kg，相对于基坑土13.2g/kg的有机质含量有了较大的改善。图2表明了基坑土和生物有机土壤的空隙分布状况，基坑土中非活性孔隙较多，达到11%，非活性孔隙对植物的生长是不利的，植物根系无法渗透进去来获取养分。而生物有机土壤非活性孔隙在4%，毛细管空隙较多，达到39%，这有利于土壤保水保肥，以及植物吸收养分，同时通气空隙达到12%，这有利于植物根系的呼吸。图3表明了基坑土和生物有机土壤容重情况，容重小的土壤，土质疏松，利于根系伸展，同时生物有机土壤容重在0.73左右，有利于植物生长固定。图4表明了基坑土和生物有机土壤CEC，改良的生物有机土壤CEC达到15.6cmol/kg，相比基坑土保肥能力较强。图5表明了基坑土和生物有机土壤电导率的对比，适宜的土壤电导率才能够保持微生物的活性，基坑土一方面营养贫瘠，另一方面土壤电导率不适合微生物活动，对于生物有机土壤，由于微生物种类多，群落结构复杂，同时土壤电导率在0.9mS·cm-1左右，可以维持土壤微生物较高活性。图6表明了基坑土和生物有机土壤水解性氮含量，氮元素是植物生长的大量元素，一定程度上反映了土壤的肥力，生物有机土壤水解性氮含量在189mg/kg左右，能够充分满足植物生长的氮营养需求。图7表明了基坑土和生物有机土壤微生物种多样性（以生物有机土壤中微生物总量为单位一），基坑土中总的微生物生物量较少，种类少，主要是一些土著型微生物。而生物有机土壤为典型的细菌型土壤，氨化细菌占到微生物总量56%左右，同时之前接种的各种分解纤维素和木质素的微生物种类都在生物有机土壤中有一定的丰度，除土著微生物外，一些发酵微生物种类也很丰富，群落结构合理。能反应出生物有机土壤营养水平高。图8表明了吊兰分别在两种土壤中种植，经过两个月的生长后，每种栽培土壤中分别抽取相同部位叶片测定其叶绿素含量，基坑土中栽植的吊兰整体比较瘦弱，叶色较浅，而栽种在生物有机土壤中的吊兰生理表现为叶色浓绿，叶绿素a含量在0.25mg/gFW，叶绿素b含量在1.11mg/gFW，叶绿素总量为1.36mg/gFW。实施例2、堆肥产物、生物有机土壤以及吊兰各种指标参数的测定实验一、本发明利用盆栽植物生产试验测试获得的生物有机土壤的性能。挑选生长状况基本一致的吊兰苗进行盆栽，堆肥产物和基坑土混匀的土样装盆后，按照接种量为胶质芽孢杆菌106cfu/g湿样土的量在盆钵土表喷洒菌液，植物生长期间保持土壤含水量在30%左右。生物有机土壤容重的测定盆栽实验开始10天后，盆钵土质形成自然垒结状态，开始测定土壤容重。测定方法为LY/T1215土壤容重的测定环刀法。生物有机土壤孔隙度的测定盆栽实验开始10天后，盆钵土质形成自然垒结状态，开始测定土壤孔隙度。测定方法为LY/T1215土壤孔隙度的测定环刀法。生物有机土壤阳离子交换量（CEC）的测定测定方法为LY/T1243森林土壤阳离子交换量的测定，乙酸铵交换法。生物有机土壤电导率的测定测定方法为LY/T1251森林土壤电导率的测定，电导法（水土质量比5:1）。生物有机土壤有机质的测定测定方法为LY/T1237森林土壤有机质的测定，重铬酸钾氧化-外加热法。生物有机土壤水解性氮的测定测定方法为LY/T1229森林土壤水解性氮的测定，碱解-扩散法。生物有机土壤总生物量和生物群落的测定盆栽试验开始30天后测定。测定方法为高通量测序法。生物有机土壤盆栽植物叶绿素含量的测定盆栽实验开始60天后测定。称取0.5g材料，切成宽度为1mm的细丝；上述材料放入10mL具塞试管中，直接用10mL80%丙酮4℃下暗处浸泡提取一周左右，至叶片无色或白色，然后测定叶绿素溶液在663nm、645nm的吸光度。计算：Ca(mg/L)=12.71A663-2.59A645；Cb(mg/L)=22.88A645-4.67A663CT=Ca+Cb。二、通过分析结果：利用堆肥产物改良基坑土为生物有机土壤的判定标准如下：2.1堆肥发酵物料配比：结果表明堆肥时设计猪粪和园林废弃物的碳氮比25-30:1为宜，碳氮比过低，造成氮素的损失严重，碳氮比过高时，堆肥发酵缓慢，堆温低。按照微生物同化5份碳时需要同化1份氮来构成自身细胞体，因为微生物自身碳氮比为5:1，同时同化（吸收利用）1份碳时需要消耗4份有机碳来取得能量，所以微生物吸收1份氮时需要消耗利用25份有机碳。堆肥发酵温度：堆肥发酵过程中高温期的持续，有助于杀灭蛔虫卵和各种病原微生物，降温期的持续有助于堆肥中难降解有机物进一步降解，促进堆肥腐熟，其中本发明的高温期以55℃-70℃为宜，超过70℃的温度对于堆肥中营养和微生物都会造成不良影响，本发明的降温期以40℃-50℃为宜，为降解木质纤维素的真菌提供适宜的温度。生物有机土壤容重：容重反映了土壤的密度，是土壤质地和土壤孔隙度的综合表现，沙土空隙粗大，总孔隙量少，容重大，黏土空隙小，总孔隙量多，容重小，团粒结构的土壤比板结土壤的容重小，容重过大一定程度上能反应土壤孔隙度小，不利于植物根系穿插和呼吸，容重过小则土壤过松，不利于植物根系固定，所以本发明所述生物有机土壤的容重在1.14-1.26Mg/m3最适宜植物生长。生物有机土壤孔隙度：良好的土壤中土壤粒子（固相），土壤水分（液相）、土壤空气（气相）比例对于植物和微生物为4:3:3，液相和气相都表示土壤中空隙的含量，液相表示的是保持毛细管水分的小空隙的含量，而气相表示的是具有促使空气流通以及排水作用的大孔隙的量，所以本发明所述生物有机土壤的非毛管孔隙度12%-16%时，毛管孔隙度在40%-50%时最适宜植物生长。生物有机土壤阳离子交换量：CEC的大小，代表了土壤可能保持的养分数量，即保肥性的高低。阳离子交换量的大小，可作为评价土壤保肥能力的指标。阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据，当阳离子交换量高时，土壤保肥能力强，同时对高浓度的化肥可以起到缓冲作用，避免植物被烧伤。本发明所述生物有机土壤的阳离子交换量为≥15cmol(+)/kg。生物有机土壤PH：pH是限制土壤生物和化学活性的阈值，微生物的活动、营养物质的吸收都是在一定的PH下进行的，过酸或者过碱都会对土壤微生物生命活动和栽植植物的根系营养吸收产生巨大影响，其中中性土壤适合绝大多数植物的生长，所以本发明所述生物有机土壤的PH以6.5-7.5为宜。生物有机土壤电导率：电导率是限制植物和微生物活性的阈值，本发明所述生物有机土壤的电导率范围为：0.1-1.20mS.cm-1。生物有机土壤有机质：有机物被微生物分解的过程中产生的腐殖质促进了土壤团粒化的形成，土壤中出现了大大小小的孔隙，改善土壤的通气性，土壤水分过多时随空隙排走，同时产生的小的空隙具有保水性。同时有机质提高后，以有机物为饵的土壤生物的种类和数量都大幅增加，生物变得多样化，从而更多有机物被降解为腐殖质，促进了土壤良性循环，所以本发明所述生物有机土壤的土壤中有机质在≥30g/kg时为优质土壤。生物有机土壤有效磷：土壤中的有效磷是土壤中可被植物吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷，土壤有效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标，土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的贮藏和供应能力，本发明所述生物有机土壤的有效磷含量达到10-50mg/kg时，达到优质土壤标准。生物有机土壤速效钾：易被植物吸收利用的钾，包括交换性钾和水溶性钾，本发明所述生物有机土壤的速效钾含量达到100-250mg/kg为优质土壤。生物有机土壤水解性氮：亦称作土壤有效性氮，它是铵态氮，硝态氮，氨基酸、酰胺和易水解的蛋白氮的总和，是土壤氮素的有效组成部分，能较好反映出近期内土壤氮素的供应情况，在衡量土壤氮素供应水平上占有重要的地位，本发明所述生物有机土壤的水解性氮含量达到150-200mg/kg时为优质土壤。石砾含量：土壤中的石砾会影响土壤微生物的活动和植物根系的穿插生长。当本发明所述生物有机土壤的石砾粒径≥30mm占总土壤质量分数≤5%时比较好。生物有机土壤各种重金属含量如表1所示：表1各种重金属含量应达到的标准为（mg/kg）：PH值总镉≤总汞≤总铅≤总铬≤总砷≤总镍≤总锌≤总铜≤＜6.50.40.42001503550250150≥6.50.61.030020060803002002.14生物有机土壤种子发芽指数：土壤种子发芽指数是为了测定土壤中有无抑制植物生长的物质存在，当本发明所述生物有机土壤的种子发芽指数大于80%，表示土壤中无抑制植物生长的物质存在。生物有机土壤微生物总量：土壤生物是土壤中具有生命力的主要部分，其中绝大部分为微生物，微生物的生物量代表了参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化为相对应的微生物的数量，与有机质含量密切相关，土壤中微生物通过生长，产生了各种氨基酸、维生素、酶等对植物具有营养的物质，同时微生物产生的粘性物质、排泄物、遗骸等成为土壤粒子的粘结剂，其中真菌促进了土壤的团粒化，同时土壤中微生物对施入土壤的植物残体和土壤有机质及其他有害化合物的分解、生物化学循环和土壤结构的形成过程起调节作用，微生物总重量占土壤重量的0.1‰左右，而微生物总重量占有机质重量1%左右。生物有机土壤微生物群落：土壤中微生物组成复杂，其中大部分属于有活性但不可培养型，99.5%-99.9%左右的土壤细菌无法在实验室用培养基进行分离，土壤微生物的多样性能敏感地反映出土壤质量的好坏，稳定的微生物群落组成和生物多样性是高质量的土壤应具有的必要因素，良好的土壤呈现“细菌型”，即具有较低真菌与细菌比率的土壤较为健康。肥沃土壤中细菌占土壤微生物总数量的80%左右，菌落密度为2×106个/g土壤，绝大多数为异养型，氨化细菌占细菌总量的70%左右，菌落密度为1.5×106个/g土壤，其他的细菌种类主要是硝化细菌，硫酸盐还原细菌等，其中色杆菌、芽孢杆菌、分枝杆菌、青霉、曲霉和丛霉等为土著微生物区系，一些发酵性微生物区系受土壤有机质变化较为敏感，如无芽孢杆菌、链霉属、根霉、曲霉、木霉，镰刀霉等。有害种类的细菌由于受到真菌优势菌种如木霉属的拮抗而含量较低；占据土壤微生物第二大类的是放线菌类，占土壤微生物总数量的6%～15%左右，优势菌主要是链霉菌的一些种属，真菌就密度而言，一般土壤中真菌密度在104～105，由于其菌丝体宽，真菌的总生物量并不比放线菌少，种类主要是藻状菌，子囊菌，担子菌和一些半知菌类，半知菌在真菌中数量最多，其他种类的微生物如一些藻类和原生动物占据较少。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3