基于高硫煤矸石的盐碱地生物改良肥及其制备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种盐碱地生物改良肥，特别是涉及一种适合于我国内陆盐碱地使用 的专用生物改良肥，以及该生物改良肥的制备方法。
【背景技术】
[0002] 煤矸石是煤炭生产和清选过程中产生的固体废弃物，其主要成分是SiOjPA1 203， 另外还含有数量不等的Fe203、CaO、MgO、K20、P205、503及Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素，同时含 有一定量的腐植酸。煤矸石的排放量相当于煤炭产量的10%左右，我国每年排放出近1亿 吨煤矸石，目前已累计堆存30多亿吨，占地约1. 2万公顷，是目前我国排放量最大的工业固 体废弃物之一。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，而且有可能污染土壤和地下水，同时自 燃后排放出大量二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体，产生严重的环境问题， 亟待治理。
[0003] 高硫煤矸石是高含硫量煤矿在生产和清选过程中产生的矸石，因其含有的硫元素 在2%以上，自燃风险较大，而且自燃后释放出大量的二氧化硫，污染极其严重。
[0004] 目前我国高硫煤矸石主要用于发电、生产建筑材料、回收生产硫酸等。由于煤矸石 中碳含量较高，生产硫酸的效益较低。而生产矸石砖时，又因泛霜及生产过程中产生酸雾腐 蚀设备等原因也很难被利用。
[0005] 煤矸石内含有植物生长所必需的氮、磷、钾、钙、镁、硫、硅、铁、锰、铜、锌等营养元 素，而且含有大量腐植酸，是土壤改良的理想材料。但高硫煤矸石目前在农业上的应用较 少，效果也不十分明显。
[0006] 我国共有盐碱地9913万公顷，其中内陆型盐碱地面积最大，约占全国盐碱地的 69%。内陆盐碱地具有土壤碱性强、代换性钠离子含量高、土壤物理性状差、土壤养分有效性 低、肥力低等特征，改良盐碱地对保障粮食安全和生态安全具有重要意义。
[0007] 目前改良盐碱地常用的技术措施有水利工程措施、生物措施、农艺措施和化学改 良措施。其中化学改良措施在内陆盐碱地改良中具有重要作用，脱硫石膏、磷石膏、风化煤、 有机粪肥、糠醛渣、有机酸、硫磺、硫酸亚铁、硫酸铝等物料是较为常用的化学改良材料。
[0008] CN102219614B"一种盐碱地专用生物改良肥及其制备方法"公开了一种盐碱地专 用生物改良肥，以草炭、松针、牛粪、生物肥(诺沃肥)、磷肥、氮肥和脱硫渣或硫磺为原料，主 要考虑了生物肥、有机肥和化肥的配合。CN103553808A"一种腐植酸盐碱地改良剂及其制 备方法"公开了一种以低阶煤为主要制备的腐植酸盐碱地改良剂，主要成分包括低阶煤、尿 素、磷矿粉、黄腐酸等，采用烘干造粒的方法生产，作用效果并不显著。
[0009] 煤矸石作为堆放量较大的一种工业固体废弃物，在盐碱地改良中有所应用。如《盐 碱地土壤改良试验研宄一以粉煤灰和煤矸石改良盐碱土为例》（《河南师范大学学报（自然 科学版)2011年第39卷第4期，赵旭，彭培好，李景吉，成都理工大学)公开了使用粉煤灰和 煤矸石改良银川盐渍土的效果，认为粉煤灰和煤矸石对盐碱地改良均有一定效果，但煤矸 石的效果差于粉煤灰，其原因在于煤矸石未做任何活化处理而直接施入土壤中。《利用巨大 芽孢杆菌制备高硫煤矸石肥料》（《环境工程学报》2015年第2期，袁向芬，谢承卫，贵州大 学）公开了一种利用巨大芽孢杆菌将高硫煤矸石制备成肥料的方法，通过微生物培养使各 种营养元素有效性提高，但使用的菌剂为单一菌剂，也没有添加其他有机物和化学肥料，作 用较为有限。CN1740122A"一种以煤矸石为基质的复合微生物肥料及其生产方法"公开了 一种利用煤矸石为基质的复合微生物肥料，是以煤矸石为基质和载体，添加一定量的鸡粪 等有机肥和化肥，同时接入微生物菌剂生产复合微生物肥料。该专利将煤矸石作为微生物 载体，同时添加了有机肥和化肥，实现了有机、无机、生物的结合，但所用煤矸石没有经过超 声波处理和微生物活化处理，而且主要用于普通农田上，没有考虑盐碱地的特征。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种基于高硫煤矸石的盐碱地生物改良肥，为高硫煤矸石寻 求一种新的资源利用方式，同时为内陆盐碱地改良提供新的化学改良材料。
[0011] 提供一种上述盐碱地生物改良肥的制备方法，是本发明的另一发明目的。
[0012] 本发明所述的基于高硫煤矸石的盐碱地生物改良肥是由以下重量份数的组分混 合制成：高硫煤矸石微生物发酵产物50~60份，腐熟的牛粪或鸡粪20~30份，柠檬酸1~ 2份，草酸1~2份，尿素2~4份，硫铵2~4份，磷酸一铵2~4份，硫酸钾1~3份，硫 酸亚铁2~5份，硫酸锌1~2份，硫酸猛1~2份，膨润土1~10份。
[0013] 本发明上述组分中，所述的高硫煤矸石微生物发酵产物是以复合微生物菌液对 破碎的高硫煤矸石进行活化处理后的产物。其中，所述的复合微生物菌液是由氧化硫硫 杆菌（从^ioiarit/a/751)、枯草芽抱杆菌巨大芽抱杆菌 (ifeciBys 胶冻样芽抱杆菌（ifeciBys 和乳酸奠肠球菌 (i&Verococctts/aeca/is)共同组成的混合菌液。其中各种微生物的菌数量比满足氧化 硫硫杆菌：枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶冻样芽孢杆菌：乳酸粪肠球菌=4 : 1~ 1. 5 : 1~1. 5 : 1~1. 5 : 1~1. 5,且菌液浓度不低于101Qcfu/ml。
[0014] 本发明中，用于培养氧化硫硫杆菌的培养基为：(NH4) 2S04 0? 2g，KH2P04 3g，元素S 10g，MgS04?7H20 0? 5g，CaCl2?2H20 0? 25g，微量元素液5ml，pH=2. 4,蒸馏水1000ml;培养 条件：30°C，120r/min恒温摇床；培养3~5天。培养枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样 芽孢杆菌和乳酸粪肠球菌的培养基为：牛肉膏5. 0g，蛋白胨10. 0g，NaCl5g，水1000ml;培 养条件：pH=7. 0, 30°C，120r/min恒温摇床液体培养；培养48小时。
[0015] 本发明优选将所述高硫煤矸石破碎成150~200目的细度。
[0016] 更优选地，将破碎的高硫煤矸石经过超声波处理，进行处理的超声波频率为40~ 60KHz〇
[0017] 具体地，本发明还提供了一种基于高硫煤矸石的盐碱地生物改良肥的制备方法， 是将高硫煤矸石破碎成150~200目的细粉，以频率40~60KHz的超声波处理20~30分 钟，接入占高硫煤矸石细粉重量1~5%的复合微生物菌液，30~35°C下间歇式搅拌培养 20~30天，得到高硫煤矸石微生物发酵产物。将所述重量份数的高硫煤矸石微生物发酵产 物与所述重量份数的腐熟的牛粪或鸡粪、柠檬酸、草酸混合均匀，静止培养10~15天，再加 入所述重量份数的尿素、硫铵、磷酸一铵、硫酸钾、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸锰和膨润土搅拌 均匀，挤压造粒制成所述盐碱地生物改良肥。
[0018] 其中，优选将超声波处理后的高硫煤矸石细粉调节至水分含量20~40wt%，再接 入复合微生物菌液。
[0019] 本发明使用对辊挤压造粒机对所述盐碱地生物改良肥进行挤压造粒，造粒时调节 物料的含水量为15~20%。
[0020] 本发明将所述盐碱地生物改良肥制成粒径1. 00~4. 75mm的产品。
[0021] 进一步地，本发明提供了上述基于高硫煤矸石的盐碱地生物改良肥在内陆盐碱地 上的使用方法：在播种前，结合整地，每亩基施生物改良肥500~600公斤，旋耕耙耱，使其 与土壤充分混合。
[0022] 本发明针对盐碱地特别是内陆盐碱地的土壤特点，结合高硫煤矸石贮量大、农业 利用率低、养分活性差的问题，利用超声波处理技术和复合微生物菌剂活化处理技术，在微 生物的作用下，将高硫煤矸石中的难溶性营养元素活化成植物容易吸收的水溶性或枸溶性 成分，同时再添加有机肥、硫酸亚铁、草酸、柠檬酸等盐碱地改良材料及植物生长所需要的 氮、磷、钾、铁、锰、锌等元素，制备成盐碱地生物改良肥，有机、无机、生物成分相结合，大量、 中量、微量元素相结合，施用于盐碱地土壤，调节土壤离子代换过程，降低土壤pH值，改善 土壤养分状况和通透性，提高土壤肥力，改善盐碱地理化性状，实现了煤矸石的资源化利 用，对促进我国内陆盐碱地改良，提高作物产量，改善生态环境具有重要意义。
[0023] 本发明制备的盐碱地生物改良肥的特点体现在以下方面。
[0024] 1、应用超声波技术和复合微生物菌剂发酵技术对高硫煤矸石中有效成分进行分 离降解。
[0025] 1)、首先将高硫煤矸石进行超微细度粉碎（150~200目），提高了其比表面积和可 塑性，打破了难溶性硅、铝、钙、镁、钾等元素的晶格结构，为煤矸石进一步活化奠定了基础。
[0026] 2)、粉碎后的煤矸石再经过超声波处理，利用超声波的空化作用，使介质能够均匀 混合，消除局部浓度不匀，提高反应速度，促进新相的形成，并对可能形成的团聚体起到剪 切破碎作用，有利于生物活化。
[0027] 3)、经氧化硫硫杆菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌和乳酸粪肠 球菌等的共同作用，将高硫煤矸石中含有大量的硅、铝、硫、钙、镁、磷、钾等难溶性矿物营养 元素活化释放出来，变为有利于植物吸收的水溶性或枸溶性形态，增加土壤有效元素含量， 补充植物营养，加强植物抗盐碱能力。同时，生物活化后的煤矸石作为盐碱地改良材料施入 土壤后，释放出的硫元素在氧化硫硫杆菌作用下释放出H+，有效降低盐碱土壤的pH值，达到 改良盐碱地的目的；释放出的铝离子既可以置换土壤胶体代换性Na+，又可以通过水解作用 产生H+，达到降低土壤pH值的效果；释放出的硅、钙、镁、钾、铜、锌、铁、锰等元素可以与土 壤中的Na+发生代换反应，有效降低土壤中代换性Na+的含量，降低pH值、碱化度以