CN102786328B - 发酵料、植生基材及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于环境保护技术领域，提供了一种发酵料、植生基材及制备方法。该发酵料包括鱼塘塘泥、动物粪便、秸秆粉、复合菌剂等。本发明发酵料，通过使用复合菌剂，将鱼塘塘泥及动物粪便中的有机物分解成为腐殖质、糖类、氨基酸、酶类和植物生长素等，同时将其中的有害微生物、杂草种子有效杀灭；通过使用适量的粉煤灰和膨润土，实现了植生基材在土壤、岩石上的粘结力及抗冲击强度，通过使用低品位磷矿粉、膨润土能够有效的防止磷元素在雨水侵蚀中流失，使植生基材具有良好的营养缓冲缓释功能。本发明植生基材制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业化生产和采石场及废弃矿山的生态治理。

Description

发酵料、植生基材及制备方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，尤其涉及一种发酵料、植生基材及制备方法。

背景技术

边坡生态防护技术的发展源于草坪技术的发展和应用。上世纪30年代以来，美、英、法、日等国家开始液压喷播植草技术在欧美以及东南亚地区迅速发展。到80年代，日本开始对岩质边坡生态防护技术进行深度研发，特别是1976年以来，日本对边坡生态植生基材进行了广泛研究，取得了巨大突破，较好地解决了贫瘠和高陡土岩边坡的生态防护问题。

我国的生态护坡技术应用研究起步较晚，上世纪90年代以前一般多采用撒草种，穴撒或沟播、铺草皮、片石骨架植草、空心六棱砖植草等比较简单的护坡方法。随着高速公路等基础设施的迅速发展，我国也引进和借鉴了国外先进的技术和成功经验，如今，像三维植被网、浆砌片石骨架、土工网、喷混植生、土工格栅等工程绿化技术，已在我国各地的高速公路、铁路以及废弃废旧矿山和垃圾填埋场处理中广泛应用。但无论哪种边坡生态修复技术都离不开大量植生基材的应用。

传统的植生基材包括草炭土、ABT生根粉、菌根菌、农菌及各种有机肥料、微生物肥料等，虽然能够一定程度上促进植物的生长和发育，但是造价都较高或是取材困难，耐旱保肥抗冲蚀性也难以兼得，而且植生基材营养不具有缓冲缓释的功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发酵料，解决现有技术中植生基材造价高和取材困难的技术问题及一种植生基材的制备方法。

本发明是这样实现的，

一种发酵料，由如下重量百分含量的组分构成：

所述复合菌剂包括重量比为1～3：2～5：0.5～1：3～6的纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母。

本发明进一步提供一种植生基材，包括如下重量百分含量的组分：

本发明还提供一种植生基材制备方法，包括如下步骤：

提供上述的发酵料；

将该发酵料在大于20℃条件下发酵10~15天，该发酵步骤中翻堆频率为1～2次/24小时；

将保水剂、粉煤灰、膨润土、低品位磷矿粉及该发酵处理后的发酵料混合，得到植生基材前体：

将该植生基材前体适度破碎筛分，得到植生基材。

本发明发酵料，通过鱼塘塘泥及动物粪便为植生基材提供丰富廉价的碳氮源，通过使用复合菌剂，将鱼塘塘泥及动物粪便中的有机物分解为形成腐殖质、糖类、氨基酸、酶类和植物生长素等，同时经高温发酵可将其中的有害微生物、杂草种子有效杀灭；本发明植生基材通过使用适量的粉煤灰，实现了植生基材在土壤、岩石上的粘结力及抗冲击强度，通过使用低品位磷矿粉、膨润土在植物生长过程中相互作用而使有效磷的释放与植物的营养需求相一致，使植生基材具有良好的缓冲缓释功能。本发明植生基材制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业化生产，可实现采石场和废弃矿山等生态治理中植被的低成本养护。

附图说明

图1是本发明实施例提供植生基材制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种发酵料，由如下重量百分含量的组分构成：

所述复合菌剂包括重量比为1～3：2～5：0.5～1：3～6的纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母。

该鱼塘塘泥是指养鱼池塘底下的塘泥，养鱼池塘所养的鱼类品种、养鱼年限没有特别限制，但优选为年限一年以上的养鱼池塘。该鱼塘塘泥的重量是指鱼塘塘泥的干基重量。鱼塘塘泥的来源广泛，而且营养物质丰富，能够为植生基材提供丰富、廉价的碳源和氮源。该鱼塘塘泥在本发明发酵料中所占的重量比为15~20%，例如15%、18%、20%。

该动物粪便为各种动物的排泄物，优选为家畜、家禽的粪便、例如，猪粪、牛粪、鸡粪、羊粪等。该动物粪便的重量是指动物粪便的干基重量，动物粪便的来源广泛，而且营养物质丰富，也能够为植生基材提供丰富、廉价的碳源和氮源。该动物粪便在本发明发酵料中所占的重量比为55~65%，例如55%、60%、62%、65%等。

秸秆是指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分，秸秆粉则是将上述剩余部分粉碎，得到的粉料。具体地没有限制，例如水稻秸秆粉、小麦秸秆粉等。秸秆粉来源广泛，而且营养物质丰富，也能够为植生基材提供丰富、廉价的碳源和氮源。该秸秆粉在本发明发酵料中所占的重量比为15~25%，例如15%、20%、23%、25%等。

具体地，该复合菌剂包括纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母。其中，发酵酵母（yest）为低温菌，经驯化后其耐受温度为35℃以下；纤维素分解菌（cellulose decomposing bacteria）为中温菌，其耐受温度为55℃以下；嗜热芽孢杆菌、高温放线菌是高温菌，其耐受温度一般可以达到70℃。上述各菌种可以自行筛选匹配并经过了驯化，但也可以采用市面上生物发酵剂或复合菌剂。

通过将低温、中温及高温菌搭配使用，首先利用低温菌种在堆肥中的大量繁殖分解有机物释放热量，当发酵温度达到一定程度时，中温菌开始发挥作用，而低温菌在中温条件以上受到抑制，发酵温度继续升高，当温度达到55℃进入高温阶段，除可溶性有机物继续分解外，纤维素、半纤维素等复杂有机物也开始分解，腐殖质逐步形成。在此阶段中，嗜热菌特别是嗜热芽孢杆菌逐渐代替中温菌的活动，温度升到70℃时，微生物大量死亡或进入休眠状态，温度持续一段时间后开始下降，此时许多病原菌、虫卵及杂草种子都被杀灭，为植物生长提供一个优良的生长环境。

该纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母的重量比为1～3：2～5：0.5～1：3～6，，优选为1～2：2～4：0.5～1：4～5.5，例如，2：3：1：4。通过选用优选的重量比，低温菌(如发酵酵母)对温度较敏感，可以使发酵启动阶段的升温较快和发酵后期快速恢复分解能力。

该发酵料中，水的用量没有限制，在前面鱼塘塘泥、动物粪便、秸秆粉及复合菌剂混合成100%后，加水调节混合物含水量至55～60%。

进一步，该发酵料通过破碎处理，粒径小于5毫米，例如1~4毫米。如果发酵料的粒径过细，则待发酵物料的孔隙度不高，强制通风供氧效果不好；而过大，则物料比表面积过小，发酵不充分。

本发明发酵料，通过动物粪便、鱼塘塘泥及秸秆粉，为植生基材提供营养丰富、廉价、来源广泛的碳氮源；通过使用复合菌剂，能够有效地将上述动物粪便、鱼塘塘泥及秸秆粉转化为腐殖质，并且将其中的杂草种子和有害微生物杀灭，为植物生长提供优良的环境，使生态护坡的效果大大改善。

本发明还提供一种植生基材，包括如下重量百分含量的组分：

本植生基材中所使用的发酵料的组成和前述相同，在此不重复阐述。

该保水剂没有限制，例如，聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、淀粉接枝丙烯酸盐，优选为淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物(淀粉接枝丙烯酸盐)。淀粉接枝丙烯酸盐为白色或淡黄色颗粒状晶体，主要成分为：淀粉18%~27%+丙烯酸盐62%~71%+水10%+交联剂0.5%~1.0%，主要用于造林地蓄水保墒时，使用寿命一般为1年多的时间，但吸水倍率和吸水速度等性状极佳。据实验室对黄土浸提液的吸水对比试验，该类保水剂在遇水后的15~20分钟内即可吸收自重150~160倍的水分。该保水剂在植生基材中的重量百分含量为0.1~0.2%。

该粉煤灰在植生基材中的主要作用为粘合剂，促使植生基材与岩面粘结以及增加植生层的抗剪切强和抗拉强，从而增加其抗冲蚀强度，一般来说，粉煤灰越多，土壤粘结力越强，抗冲蚀性越好。但是，粉煤灰过多容易造成植生层板结，种子发芽率降低，植物根系难以正常伸展，土壤pH值失衡。因此结合植生基材在岩面的结合力及植物生长两方面的因素，经过试验，该粉煤灰占植生基材的重量百分含量为8~15%，例如，12%，一方面能够使植生基材有效的粘接在岩面上，另一方面保证植生基材适当的pH值使植物或其种子能够正常生长。

该膨润土主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等微量元素。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍；膨润土在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质溶液具有一定的黏滞性、能变性和润滑性，有较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量，它与水、泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性，具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色离子。本发明植生基材通过使用膨润土，能够显著提高植生基材的保水、抗旱能力，为植物或其种子的生长提供良好的环境。进一步，本发明的植生基材中还包括低品位磷矿粉，膨润土与低品位磷矿粉混合，能够对低品位磷矿粉中的磷进行活化，从而提高植物或其种子对低品位磷矿粉中磷的利用率。由于膨润土具有较大的离子交换能力，当植生基材进行客土喷播后，植物生长发育过程中会在其根际附近形成微酸性环境，并且这种微酸性环境会随着植物不同时期对营养的需求而发生动态变化，膨润土和磷矿粉的相互作用即膨润土对磷矿粉的活化效果也会随着此酸性环境的pH值变化代换出不同浓度的有效磷以满足不同时期植物对营养的需求。该膨润土为粉末状，粒径为过20目筛，该膨润土占植生基材的重量百分含量为2~3％，例如2.5%。

该低品位磷矿粉的全磷量为26～34%（P₂O₅%），有效磷含量小于3%，该低品位磷矿粉过80～100目筛。该膨润土和低品位磷矿粉的重量比为：0.5～1：3~4。该发酵料的重量百分含量没有限制，将上述保水剂、膨润土、低品位磷矿粉混合后，用发酵料将总量调整至100%，该发酵料的重量百分含量优选为75~85%。

进一步，该植生基材还包括重量百分含量为6~8%的尿素、重量百分含量为4~6%的硫酸钾；通过该尿素和硫酸钾，为植生基材提供一定量的氮源及钾源，有利于种子前期快速发芽和成苗。

本发明实施例植生基材，选用低品位磷矿粉，该低品位磷矿粉中，有效磷的含量很低，即使植生基材经历日晒雨淋，其中的磷元素也牢牢稳定在低品位磷矿粉中，不会出现流失现象；但是，在一般情况下，植物难以从中或其有效磷加以利用。本发明实施例的植生基材，通过膨润土在根际微酸性环境条件下的活化作用，能够大大增加磷的供给，使植物在生长过程中能够获得所需的磷营养。

图1显示本发明实施例植生基材制备方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S01，提供原料

提供上述的发酵料；

步骤S02，发酵

将该发酵料在大于20℃的条件下发酵10~15天，该发酵步骤中翻堆频率为1～2次/24小时；

步骤S03，混合

将保水剂、粉煤灰、膨润土、低品位磷矿粉及该发酵处理后的发酵料混合，得到植生基材前体：

步骤04，粉碎处理

将该植生基材前体破碎，得到植生基材。

步骤S01及S03中，该发酵料、保水剂、粉煤灰、膨润土、低品位磷矿粉等和前述的组分、含量相同，在此不重复阐述。

步骤S02中，将发酵料在室温为20℃以上的条件下发酵10~15天，翻堆频率为1～2次/24小时，发酵期间通过发酵物料温度和氧浓度反馈进行间歇式鼓风供氧降温，达到充分溶氧的目的。经过好氧发酵后，水分降至40%以下；各种病原菌、蛔虫卵死亡率达到99%以上；完全去除臭味；各种有机物、纤维素、木质素得到分解；有益微生物大量繁殖、生长；分泌的代谢产物可促进促进作物生长和拮抗土传病害的发生。

通过步骤S02的发酵处理，将畜、禽粪便、鱼塘塘泥作为主要原材料与秸秆粉作为辅料调节为满足发酵的适宜C/N比：25~35。这样，复合腐熟菌剂能在合适的水分，C/N比条件下快速发挥功效。

进一步，经过步骤S02的发酵处理后，将发酵腐熟好的物料再进行粉碎处理使其细度小于5mm。

步骤S03中，将保水剂、粉煤灰、膨润土、低品位磷矿粉及该发酵处理后的发酵料混合，得到植生基材前体：将该植生基材前体经过步骤S04的粉碎，使其粒径小于5毫米，再将粉碎后的植生基材的水分调整至30%以下，装入内衬有聚乙烯内袋的塑料编织袋中，即得到可随时使用的植生基材。

本发明实施例植生基材制备方法，操作简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。

以下结合具体实施例对上述植生基材制备方法进行详细阐述。

实施例1

植生基材的制备方法它包括以下步骤：

1、物料配制：按如下重量百分含量配制发酵料，鱼塘塘泥15%（以干基计）、畜、禽粪便60%、秸秆粉24%、复合腐熟菌剂1%，上述重量为100%后，然后加水调节含水量为58%并与复合腐熟菌剂搅拌混合，复合腐熟菌剂的重量配比如下：包括纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母，其重量比依次为2：3:1:4;

2、发酵腐熟：将上述处理好的混合料装入发酵池进行堆垛，使用移动式抛翻机每天将物料翻抛一次，同时通过预埋在堆垛下方氧浓度电极和温度电极的数据反馈对堆垛进行补充通风供氧，设置氧浓度>10%，温度范围为50~60℃，以达到充分溶氧的目的，发酵12天；

3、粉碎处理：将上述充分发酵腐熟好的物料再进行粉碎处理使其粒度为4mm；

4、基材配制：将重量百分含量为0.1%的保水剂、重量百分含量为8%的粉煤灰、重量百分含量为2%的膨润土、重量百分含量为7%的磷矿粉、重量百分含量为6%的尿素、重量百分含量为4%的硫酸钾添加到上述粉碎处理后的物料中；

5、细化筛分：将上述物料搅拌混合、粉碎过5mm筛后用塑料编织袋衬聚乙烯内袋包装，成品水分控制在30%以下，制成含有一定功能微生物的耐旱抗冲蚀型植生基材。

实施例2

植生基材的制备方法，包括以下步骤：

1、物料配制：按如下重量百分含量配制发酵料，鱼塘塘泥18%、畜、禽粪便56%、秸秆粉24%、复合腐熟菌剂2%，上述重量为100%后，然后加水调节含水量为55%并与复合腐熟菌剂搅拌混合，复合腐熟菌剂的重量配比如下：包括纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母，其重量比依次为：2：2：0.5：5.5;

2、发酵腐熟：将上述处理好的混合料装入发酵池进行堆垛，使用移动式抛翻机每天将物料翻抛一次，同时通过预埋在堆垛下方氧浓度电极和温度电极的数据反馈对堆垛进行补充通风供氧，设置氧浓度>10%，温度范围为50~60℃，以达到充分溶氧的目的，发酵15天；

3、粉碎处理：将上述充分发酵腐熟好的物料再进行粉碎处理使其粒度为4mm；

4、基材配制：将重量百分含量为0.15%的保水剂、重量百分含量为10%的粉煤灰、重量百分含量为2.5%的膨润土、重量百分含量为8%的磷矿粉、重量百分含量为6.5%的尿素、重量百分含量为5%的硫酸钾添加到上述粉碎处理后的物料中；

5、细化筛分：将上述物料搅拌混合、粉碎过5mm筛后用塑料编织袋衬聚乙烯内袋包装，成品水分控制在30%以下，制成含有一定功能微生物的耐旱抗冲蚀型植生基材。

实施例3

植生基材的制备方法，包括以下步骤：

1、物料配制：按如下重量百分含量配制发酵料，鱼塘塘泥20%、畜、禽粪便55%、秸秆粉23%、复合腐熟菌剂2%，上述重量为100%后，然后加水调节含水量为60%并与复合腐熟菌剂搅拌混合，复合腐熟菌剂的重量配比如下：包括纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母，其重量比依次为：1:4:1:4；

2、发酵腐熟：将上述处理好的混合料装入发酵池进行堆垛，使用移动式抛翻机每天将物料翻抛一次，同时通过预埋在堆垛下方氧浓度电极和温度电极的数据反馈对堆垛进行补充通风供氧，设置氧浓度>10%，温度范围为50~60℃，以达到充分溶氧的目的，发酵12天；

3、粉碎处理：将上述充分发酵腐熟好的物料再进行粉碎处理使其粒度为4mm；

4、基材配制：将重量百分含量为0.2%的保水剂、重量百分含量为12%的粉煤灰、重量百分含量为2%的膨润土、重量百分含量为8%的磷矿粉、重量百分含量为7%的尿素、重量百分含量为5.5%的硫酸钾添加到上述粉碎处理后的物料中；

5、细化筛分：将上述物料搅拌混合、粉碎过5mm筛后用塑料编织袋衬聚乙烯内袋包装，成品水分控制在30%以下，制成含有一定功能微生物的耐旱抗冲蚀型植生基材。

应用例

本发明植生基材在岩质坡面喷混植生中的应用，以深圳市布吉郁南、吉冈采石场边坡整治绿化工程为例：

深圳市布吉郁南、吉冈采石场由于开山取石造成的裸露边坡约35万㎡，本工程面积大，坡度陡，部分岩石边坡陡直90度直角，甚至部分区域出现倒坡，垂直坡高甚至超过160米，级数达到14级，为施工、客土的附着、植物的生长和后期植被养护都带来了极大的困难。

岩质坡面喷混植生料的组成，以每1m³土壤加入以下组分计算：

所述的土壤由当地的赤红壤和菜园土过筛后以3:1混合而成。

岩质坡面喷混植生料的制备，将上述配比的土壤、植生基材、石膏在常温下搅拌均匀制成混合植生干料后，备用；

施工顺序如下：

喷混：

将上述制备的岩质坡面喷混用的混合植生干料置于湿喷机的搅拌斗内，并加入水调制成浆状，通过湿喷机内柱塞泵的作用将其喷射到挂有镀锌铁丝网的岩质坡面上。喷射量为上述植生料的70%，喷射在岩面上的厚度为7~10㎝，使岩面形成喷混植生层；

喷播：

将植物种子掺入剩余的喷混植生干料中，并搅拌均匀成为含有种子的岩质坡面植生料，再利用湿喷机将其喷射覆盖在上述植生层上，喷射的平均厚度为2~3㎝。分开喷射上述两种植生料的目的是使得含有种子的植生料位于基质表面2~3㎝层内，有利于提高种子发芽率和成活率。

效果：施工后6~8天种子出芽率达到80%，1个月基本成坪，至2个月后草的地上部分生物量为12厘米以上，覆盖度92%以上，草苗生长青翠茂盛，外表美观。灌木银合欢平均陈苗率0.6~1.2株/㎡。由于坡陡山高，养护极其困难，但尽管养护期间深圳地区2010年4月~6月期间发生了多次暴雨和特大暴雨，植生层受侵蚀却较轻，未发生大面积的崩塌和剥落，同年11月~12月连续干旱天数达到40天左右，植被也未发生严重的枯萎或败死，植生层的耐旱抗冲蚀效果非常明显，整体稳定性较好。养护成本较使用传统植生基材相比节约资金1/3左右。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发酵料，由如下重量百分含量的组分构成：

所述复合菌剂包括重量比为1-3∶2-5∶0.5-1∶3-6的纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母。

2.如权利要求1所述的发酵料，其特征在于，所述复合菌剂中纤维素分解菌、嗜热芽孢杆菌、高温放线菌和发酵酵母的重量比为1-2∶2-4∶0.5-1∶4-5.5。

3.如权利要求1所述的发酵料，其特征在于，所述发酵料的粒径小于5毫米。

4.一种植生基材，包括如下重量百分含量的组分：

所述低品位磷矿粉中全磷量为26-34%，有效磷含量小于3%，且所述低品位磷矿粉过80-100目筛。

5.如权利要求4所述的植生基材，其特征在于，所述膨润土和低品位磷矿粉的重量比为0.5-1∶3-4。

6.如权利要求4所述的植生基材，其特征在于，所述植生基材还包括重量百分含量为6-8%的尿素、重量百分含量为4-6%的硫酸钾。

7.如权利要求4所述的植生基材的制备方法，包括如下步骤：

提供权利要求1-3任一项所述的发酵料；

将所述发酵料在大于20℃条件下发酵10-15天，所述发酵过程中翻堆频率为1-2次/24小时；

将所述保水剂、粉煤灰、膨润土、低品位磷矿粉及所述发酵处理后的发酵料混合，得到植生基材前体;

将所述植生基材前体破碎，得到植生基材。

8.如权利要求7所述的植生基材的制备方法，其特征在于，在制备所述植生基材前体的步骤前，还包括将所述发酵处理后的发酵料进行破碎至粒径小于5毫米。

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