本发明涉及一种用于露天煤矿改良替代表土材料的制备方法，特别涉及对于表土层较薄地区的露天矿土地复垦与生态重建中替代表土材料的改良，属于土地复垦与生态重建技术领域和生态环境材料领域。
技术背景
为了满足中国经济快速发展的需要，煤炭资源采掘业正以前所未有的速度迅猛发展，新中国成立以来，全国累计生产761亿t煤炭，2015年全国煤炭产量为37.5亿t，比2010年增长15.9％，比2013年的39.7亿t减少2.2亿t，其中露天煤矿煤炭产量约占煤炭产量的11％。相关研究表明，露天开采煤炭1万t约破坏土地0.22hm2，包括挖掘损坏土地面积0.12hm2，外排土场约占用土地0.1hm2，对土地的损毁面积是井工开采损毁土地面积的2-11倍。我国大型的露天煤矿多处在干旱、半干旱的生态脆弱区，同时是我国重要的草原生长区之一，煤炭资源的开采造成了严重了生态环境和灾害问题。
露天煤矿开采时形成的内外排土场呈台阶状分布，同时形成较多的边坡，造成土地复垦面积明显多于原开采区的表面积，最终造成原表土数量的大量不足。因而，急需需要适宜的替代表土材料解决土地复垦过程中表土不足的问题。利用复合菌剂来提高土壤中微生物含量，改善土壤的物理化学性状，促进植物的生长，对于提高矿区土地复垦有积极的生态意义，为矿区土地复垦与生态重建提供了一种微生物技术支持，是实现矿区生态环境可持续发展的有效途径。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种用于露天煤矿改良替代表土材料的制备方法，以解决我国东部草原区开采损毁土地复垦中表土资源匮乏的问题，利用复合菌剂进行替代表土材料改良，该改良配方具有原材料丰富、配置操作简单、养分含量较高等特点，能够满足植物生长所需各种营养，实现露天矿区生态环境的快速恢复。
本发明提出的用于露天煤矿改良替代表土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将表土、黄土和亚粘土风干，使其中水含量小于5％，过2毫米筛，按以下质量份混合，得到第一混合物：
表土 33％-40％
黄土 33％-40％
亚黏土 20％-33％；
(2)以上述第一混合物为100份，按以下质量份将粉碎的牛羊粪便和切成1厘米长的玉米秸秆与第一混合物相混合，混合均匀，得到第二混合物：
牛羊粪便 0.1％-0.5％
玉米秸秆 0.1％-0.5％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水与第二混合物的比例为1:50，混合均匀，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入复合菌剂，第三混合物与复合菌剂的比例为1:(0.005％—1:0.01％，混合均匀，得到第四混合物；
(5)将上述第四混合物堆成长、宽、高各为0.9米的条垛进行静态堆肥，采用翻堆方式通风供氧，当堆体中心温度达到55℃时翻堆一次，堆放0-20天，完成一次发酵；
(6)使上述步骤(5)的堆肥继续发酵20-50天，完成二次发酵，温度恢复常温，标志堆肥已经腐熟，得到用于露天煤矿改良替代表土材料。
本发明提出的用于露天煤矿改良替代表土材料的制备方法其优点是：
使用本发明方法制备的露天煤矿改良替代表土材料，是露天矿区土地复垦与生态重建的专用材料，可以明显改善替代表土材料的物理、化学和生物特性，保证植被的正常生长，实现废物的再利用，具有效果佳、无污染等特点，解决了露天煤矿排土场土地复垦与生态重建中急需表土的迫切要求。
具体实施方式
本发明提出的用于露天煤矿改良替代表土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将表土、黄土和亚粘土风干，使其中水含量小于5％，过2毫米筛，按以下质量份混合，得到第一混合物：
表土 33％-40％
黄土 33％-40％
亚黏土 20％-33％；
(2)以上述第一混合物为100份，按以下质量份将粉碎的牛羊粪便和切成1厘米长的玉米秸秆与第一混合物相混合，混合均匀，得到第二混合物：
牛羊粪便 0.1％-0.5％
玉米秸秆 0.1％-0.5％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水与第二混合物的比例为1:50，混合均匀，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入复合菌剂，第三混合物与复合菌剂的比例为1:(0.005％—1:0.01％，混合均匀，得到第四混合物；
(5)将上述第四混合物堆成长、宽、高各为0.9米的条垛进行静态堆肥，采用翻堆方式通风供氧，当堆体中心温度达到55℃时翻堆一次，堆放0-20天，完成一次发酵；
(6)使上述步骤(5)的堆肥继续发酵20-50天，完成二次发酵，温度恢复常温，标志堆肥已经腐熟，得到用于露天煤矿改良替代表土材料。
本发明的用于露天煤矿改良替代表土材料，主要采用表土、黄土、亚黏土，三种土壤可以是采自内蒙古呼和浩特市的神华宝日希勒煤矿区，风干。试验用表土、黄土、亚黏土的颗粒粒度见表1、pH值与养分含量见表2、重金属含量见表3。
表1不同基质粒度组成含量(％)
表2不同基质的pH值与养分含量
表3不同基质中重金属元素的检出量以及环境标准值
本发明制备方法的实施例中，采用的牛羊粪便和玉米秸秆，均采自内蒙古呼和浩特市神华宝日希勒煤矿区，风干。其中牛羊粪便来源广，可以实现就地取材；且数量大、成本低，同时富含氮、磷、钾等营养元素，可以有效促进土壤团粒结构的形成，增加土壤的保水、保肥能力。玉米秸秆剪切成1cm长进行后续堆沤，堆沤后富含有机质、氮、磷、钾等营养元素。
复合菌剂内含枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、泾阳链霉菌、菌根真菌、巨大芽孢杆菌、棕色固氮菌、光合菌群等，有效活菌数≥2.0亿/克。复合菌购可以从临沂市新绿农资有限公司购买。
本发明提出的该改良替代表土材料，富含植物生长所必须的各种营养元素，通过盆栽试验显示，在此改良配方材料中植物的长势要好于对照，从而达到了替代表土的作用。
以下介绍本发明方法的实施例：
实施例一：
(1)将表土、黄土和亚粘土风干，使其中水含量小于5％，过2mm筛，按以下质量份混合，得到第一混合物：
表土为34％；黄土为33％；亚黏土为33％；
(2)以上述第一混合物为100份，按以下质量份将粉碎的牛羊粪便和切成1cm长的玉米秸秆与第一混合物相混合，混合均匀，得到第二混合物：
牛羊粪便为0.5％；玉米秸秆为0.5％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水与第二混合物的比例为1:50，混合均匀，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入复合菌剂，第三混合物与复合菌剂的比例为1:0.01％，混合均匀，得到第四混合物；
(5)将上述混合物堆成长、宽、高各0.9m的条垛进行静态堆肥，采用翻堆方式通风供氧，当堆体中心温度达到55℃时翻堆一次，堆放0-20天，完成一次发酵；
(6)使上述步骤(5)的堆肥继续发酵20-50天，完成二次发酵，温度恢复常温，标志堆肥已经腐熟，得到用于露天煤矿改良替代表土材料。
(7)进行室内盆栽试验，采用口径为15cm的塑料盆，每盆装土1kg，加入去离子水浇水使含水量为田间持水量的70％，平衡两周后播种紫花苜蓿种子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播种八周后收获。
实施例二：
(1)将表土、黄土和亚粘土风干，使其中水含量小于5％，过2mm筛，按以下质量份混合，得到第一混合物：
表土为34％；黄土为33％；亚黏土为33％；
(2)以上述第一混合物为100份，按以下质量份将粉碎的牛羊粪便和切成1cm长的玉米秸秆与第一混合物相混合，混合均匀，得到第二混合物：
牛羊粪便为0.1％；玉米秸秆为0.1％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水与第二混合物的比例为1:50，混合均匀，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入复合菌剂，第三混合物与复合菌剂的比例为1:0.005％，混合均匀，得到第四混合物；
(5)将上述混合物堆成长、宽、高各0.9m的条垛进行静态堆肥，采用翻堆方式通风供氧，当堆体中心温度达到55℃时翻堆一次，堆放0-20天，完成一次发酵；
(6)使上述步骤(5)的堆肥继续发酵20-50天，完成二次发酵，温度恢复常温，标志堆肥已经腐熟，得到用于露天煤矿改良替代表土材料。
(7)进行室内盆栽试验，采用口径为15cm的塑料盆，每盆装土1kg，加入去离子水浇水使含水量为田间持水量的70％，平衡两周后播种紫花苜蓿种子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播种八周后收获。
实施例三：
(1)将表土、黄土和亚粘土风干，使其中水含量小于5％，过2mm筛，按以下质量份混合，得到第一混合物：
表土为40％；黄土为40％；亚黏土为20％；
(2)以上述第一混合物为100份，按以下质量份将粉碎的牛羊粪便和切成1cm长的玉米秸秆与第一混合物相混合，混合均匀，得到第二混合物：
牛羊粪便为0.1％；玉米秸秆为0.1％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水与第二混合物的比例为1:50，混合均匀，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入复合菌剂，第三混合物与复合菌剂的比例为1:0.01％，混合均匀，得到第四混合物；
(5)将上述混合物堆成长、宽、高各0.9m的条垛进行静态堆肥，采用翻堆方式通风供氧，当堆体中心温度达到55℃时翻堆一次，堆放0-20天，完成一次发酵；
(6)使上述步骤(5)的堆肥继续发酵20-50天，完成二次发酵，温度恢复常温，标志堆肥已经腐熟，得到用于露天煤矿改良替代表土材料。
(7)进行室内盆栽试验，采用口径为15cm的塑料盆，每盆装土1kg，加入去离子水浇水使含水量为田间持水量的70％，平衡两周后播种紫花苜蓿种子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播种八周后收获。
实施例四：(1)将表土、黄土和亚粘土风干，使其中水含量小于5％，过2mm筛，按以下质量份混合，得到第一混合物：
表土为40％；黄土为40％；亚黏土为20％；
(2)以上述第一混合物为100份，按以下质量份将粉碎的牛羊粪便和切成1cm长的玉米秸秆与第一混合物相混合，混合均匀，得到第二混合物：
牛羊粪便为0.1％；玉米秸秆为0.1％；
(3)在上述第二混合物中添加水，水与第二混合物的比例为1:50，混合均匀，得到第三混合物；
(4)在上述第三混合物中加入复合菌剂，第三混合物与复合菌剂的比例为1:0.005％，混合均匀，得到第四混合物；
(5)将上述混合物堆成长、宽、高各0.9m的条垛进行静态堆肥，采用翻堆方式通风供氧，当堆体中心温度达到55℃时翻堆一次，堆放0-20天，完成一次发酵；
(6)使上述步骤(5)的堆肥继续发酵20-50天，完成二次发酵，温度恢复常温，标志堆肥已经腐熟，得到用于露天煤矿改良替代表土材料。
(7)进行室内盆栽试验，采用口径为15cm的塑料盆，每盆装土1kg，加入去离子水浇水使含水量为田间持水量的70％，平衡两周后播种紫花苜蓿种子，出苗一周后每盆定苗10株。植物播种八周后收获。
具体实施结果分析：
收获时用剪刀在紫花苜蓿出土点剪断，分为地上部和地下部。地上部和地下部取出后，用清水冲洗表面，而后用去离子水冲洗，并用吸水纸吸干表面水分，用直尺测其株高；随后将植株样本放入烘箱，105℃杀青30min，调温至70℃，烘干至恒重，测定干质量，具体见表4。
表4不同处理植被株高及生物量