采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置

摘要

本发明公开了一种采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置，包括以下原料组成：混合菌和石渣土；所述混合菌包含如下组份：黄孢原毛平革菌、粪产碱杆菌、硝化菌、巨大芽孢杆菌。本发明方法通过利用加入人工培育的混合菌的石渣土来栽培卷叶凤尾藓，混合菌环境适应能力较强，不仅可以促进卷叶凤尾藓的生长，还可以降解土壤残留火药，降低土壤中硫的含量，改善土质，也能吸收空气中氮氧化物，改善矿区空气质量；所用卷叶凤尾藓，环境适应能力强，不仅可以涵水固土，防止水土流失，吸收温室气体，一定程度上解决“温室效应”问题，还具有一定的景观效果。

说明书

技术领域

本发明涉及矿山生态修复工程技术领域，尤其涉及采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置。

背景技术

随着现在的矿产资源不断被开采，越来越多的土地被占用，而开采方式及恢复措施的选择不当，因而导致废弃石渣、土灰四处堆积，矿区内扬尘漫天，农田受到严重破坏，造成大量土地浪费。矿区的开采，造成地表物质的剥离、搬运，对山坡、土木、植被造成严重破坏，致使各种地质灾害频发，同时矿区工作还可能使有毒、有害物质渗漏，污染土壤、大气环境。

目前矿区的生态恢复工作往往采用传统施肥方式，虽然施用方便，但养分损失大，利用率低，植物摄取养分缓慢甚至不足，再加上矿区土壤普遍含有工程作业留下的废料，从而导致植物生长缓慢甚至枯萎，矿区生态恢复工作收效甚微，同时，现有微生物菌剂，施入土壤后需经历菌类从休眠状态恢复的较长过程，且对环境要求严苛，如石渣土这类有机质不充裕且含有工业废料的环境，则会阻碍菌类的繁殖和活动。因此，如何提供一种采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置，本发明所用混合菌使用前即为活跃状态，入土即繁殖、活动，缩短了恢复矿区环境所需时间，所用混合菌较现有微生物菌剂，环境适应能力强，更适用于爆后矿区土壤环境。

根据本发明实施例的一种采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置，包括以下原料组成：混合菌和石渣土；

所述混合菌包含如下组份：黄孢原毛平革菌、粪产碱杆菌、硝化菌、巨大芽孢杆菌。

优选的，所述混合菌的重量占比为：所述黄孢原毛平革菌8-12％、粪产碱杆菌33-37％、硝化菌23-27％、巨大芽孢杆菌28-32％。

优选的，包括如下培养步骤：

S1、将黄孢原毛平革菌、粪产碱杆菌、巨大芽孢杆菌加入至环境为pH＝6-7、温度为20-30℃的富集培养基中培养2-3天，将硝化菌于加入2-4mL酸奶的无机盐培养基中培养2-3天；

S2、将S1培养好的四种菌液取出并加入无机盐培养基中混合，用10-12％的NaOH和HCl调配pH至7-9、OD600至0.9-1.1，即得混合菌；

S3、将S2所得混合菌装入菌种袋第一空腔中；

S4、将矿区具有石渣土的土质处开挖出深为50-100cm，直径38-45cm的孔，孔间距为1-2m的预挖孔，在预挖孔内安装传送装置并利用传送装置将菌种袋送至目标位置，起爆菌种袋完成混合菌和石渣土的混合，回收传送装置后填孔，即形成栽培基质；

S5、将S4中填孔后的栽培基质表层清理干净，去除多余泥土和杂草，喷水2-3分钟，润湿栽培基质，挑选卷叶凤尾藓，并湿润配子体，将卷叶凤尾藓平铺于栽培基质，平铺面积占比为20％-40％，按压使卷叶凤尾藓紧贴栽培基质；

S6、每天早晚在栽培基质处清理杂草，并雾化喷水2-3分钟。

优选的，所述S3中的所述菌种袋包括球形的包覆层、分隔层以及贯穿包覆层与分隔层内腔的可降解导管，所述可降解导管一端设置在分隔层内，所述可降解导管另一端设置在包覆层外侧，所述包覆层内设置有球形的分隔层，所述分隔层内开设有第二空腔，所述分隔层表面开设有第二注射口，用于向第二空腔内填充水，所述包覆层与分隔层之间形成第一空腔，所述包覆层表面开设有第一注射口，用于向第一空腔内填充混合菌。

优选的，所述S4中的所述传送装置包括安装在预挖孔内的传送通道和爆炸舱，所述传送通道外侧设置有操作柄，所述爆炸舱通过设置在外侧的滑轮在传送通道上下滑动设置，所述传送通道顶部安装有封盖，所述封盖上方设置有升降控制装置，所述升降控制装置通过绳索控制连接爆炸舱顶板上的连接杆，所述升降控制装置通过导线与电控开关电性连接。

优选的，所述爆炸舱由顶板、放置板以及连接顶板与放置板的支撑杆组成，所述支撑杆之间三面固定安装有挡杆，所述支撑杆之间的第四面通过插销可拆卸安装有移动杆，所述顶板上开设有通孔。

优选的，所述可降解导管内插接安装有导爆管雷管，所述导爆管雷管与发爆器电性连接。

优选的，所述S4中的传送装置包括如下控制方法：

S41、将爆炸舱从传送通道上部开口取出，将传送通道放入地面的预挖孔内，从爆炸舱侧面取下挡杆，将菌种袋装入爆炸舱后安装挡杆，导爆管雷管穿过爆炸舱顶部通孔插接安装在可降解导管内；

S42、将滑轮的绳索与爆炸舱顶部的升降控制装置进行连接；

S43、用电控开关启动升降控制装置将爆炸舱送至目标位置，关掉升降控制装置，起爆导爆管雷管；

S44、用升降控制装置将爆炸舱拉升，通过操作柄取出传送通道，回收破片、余料以及清理现场。

优选的，所述爆炸舱的起爆网路连接为单爆炸舱网络连接、多爆炸舱逐舱延期起爆网络连接中的一种。

优选的，所述菌种袋中的分隔层以及包覆层均采用可降解塑料制成，所述可降解导管与分隔层以及包覆层接触位置均密封设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明方法通过利用加入人工培育的混合菌的石渣土来栽培卷叶凤尾藓，混合菌环境适应能力较强，不仅可以促进卷叶凤尾藓的生长，还可以降解土壤残留火药，降低土壤中硫的含量，改善土质，也能吸收空气中氮氧化物，改善矿区空气质量；所用卷叶凤尾藓，环境适应能力强，不仅可以涵水固土，防止水土流失，吸收温室气体，一定程度上解决“温室效应”问题，还具有一定的景观效果；

(2)本发明所用混合菌使用前即为活跃状态，入土即繁殖、活动，缩短了恢复矿区环境所需时间，所用混合菌较现有微生物菌剂，环境适应能力强，更适用于爆后矿区土壤环境；

(3)本发明提出的传送装置能方便运输菌种袋，同时爆炸舱能很好的对菌种袋进行保护使得菌种袋在到达底端前不受外力的破坏，爆炸后可以对传送装置进行回收，能够重复使用，提高了整体培养的效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置中传送装置的结构示意图；

图2为本发明图1中提出的爆炸舱的结构示意图；

图3为本发明提出的采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置中菌种袋的结构示意图；

图4为本发明提出的采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置中单爆炸舱起爆网路连接图；

图5为本发明提出的采用生物菌和藓修复矿山爆后环境的方法和装置中多爆炸舱逐舱延期起爆网路连接图。

图中：1-传送通道、2-爆炸舱、21-顶板、22-支撑杆、23-放置板、24-挡杆、25-移动杆、26-插销、27-通孔、28-连接杆、3-滚轮、4-操作柄、5-升降控制装置、6-封盖、7-菌种袋、71-分隔层、72-包覆层、73-第二注射口、74-第一注射口、75-可降解导管、8-电控开关、9-导线、10-导爆管雷管、11-发爆器、12-反射四通、13-延期雷管、14-栽培基质、15-绳索。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种栽培基质14，包括以下原料组成：混合菌和石渣土；

混合菌包括黄孢原毛平革菌、粪产碱杆菌、硝化菌、巨大芽孢杆菌。

其中，黄孢原毛平革菌菌液的制备过程：取4℃下保存的驯化菌株黄孢原毛平革菌的孢子(105个/mL)，室温活化24h，将活化后黄孢原毛平革菌在富集培养基中，初始pH＝7，温度20-30℃，150r/min摇床培养2-3天，在高速离心机中离心(4500r/min)，弃上清液，所得沉淀用磷酸盐缓冲液淋洗，再离心，重复三次，弃上清液即得湿菌体。

粪产碱杆菌菌液的制备过程：取4℃下保存的驯化菌株粪产碱杆菌的孢子(105个/mL)，室温活化24h，将活化后粪产碱杆菌在富集培养基中，初始pH＝7，温度20-30℃，150r/min摇床培养2-3天，在高速离心机中离心(4500r/min)，弃上清液，所得沉淀用磷酸盐缓冲液淋洗，再离心，重复三次，弃上清液即得湿菌体。

巨大芽孢杆菌制备过程：取保藏号：GMCC No：1259的巨大芽孢杆菌，将其接种于在富集培养基中，初始pH＝7，温度20-30℃，150r/min摇床培养2-3天，在高速离心机中离心(4500r/min)，弃上清液，所得沉淀用磷酸盐缓冲液淋洗，再离心，重复三次，弃上清液即得湿菌体。

硝化菌菌液的制备过程：硝化菌直接在温度20-30℃下，于无机盐培养基中培养，培养基中加入20mL酸奶，初始pH＝7-8。最终将四种混合菌于无机盐培养基中混合，调整pH＝7-9，调整OD600为1.0。

黄孢原毛平革菌、粪产碱杆菌、巨大芽孢杆菌加入至环境为pH＝6-7、温度为20-30℃的富集培养基中培养2-3天，硝化菌于加入2-4mL酸奶的无机盐培养基中培养2-3天。

本发明所用混合菌使用前即为活跃状态，入土即繁殖、活动，缩短了恢复矿区环境所需时间，所用混合菌较现有微生物菌剂，环境适应能力强，更适用于爆后矿区土壤环境。

富集培养基成分为蛋白胨10g、牛肉膏5g、NaCl 5g、水1000ml；

无机盐培养基成分为KH2PO40.5g、K2HPO40.5g、NaCl 0.2g、MgSO40.2g、CaCl20.1g、FeSO4·7H2O 0.005g、MnSO40.0003g、(NH4)2SO41.0g、水1000ml。

参考图1，传送装置包括安装在预挖孔内的传送通道1和爆炸舱2，传送装置采用10-30mm厚高强度钢条焊接而成，传送通道1外侧设置有操作柄4，爆炸舱2通过设置在外侧的滑轮在传送通道1上下滑动设置，滚轮3焊接在爆炸舱2的八个顶角处，传送通道1顶部安装有封盖6，封盖6上方设置有升降控制装置5，升降控制装置5通过绳索15控制连接爆炸舱2顶板21上的连接杆28，升降控制装置5通过导线9与电控开关8电性连接。

升降控制装置5包括电机，电机装有绳索15盘，通过绳索15连接滑轮，滑轮通过绳索15连接至爆炸舱2连接杆28，

参考图2，爆炸舱2由顶板21、放置板23以及连接顶板21与放置板23的支撑杆22组成，爆炸舱2四面镂空，支撑杆22之间三面固定安装有挡杆24，挡杆24为焊接结构，支撑杆22之间的第四面通过插销26可拆卸安装有移动杆25，移动杆25为为插销26结构，顶板21上开设有通孔27。

可降解导管75内插接安装有导爆管雷管10，导爆管雷管10与发爆器11电性连接。

参考图3，S3中的菌种袋7包括球形的包覆层72、分隔层71以及贯穿包覆层72与分隔层71内腔的可降解导管75，可降解导管75一端设置在分隔层71内，可降解导管75另一端设置在包覆层72外侧，包覆层72内设置有球形的分隔层71，分隔层71内开设有第二空腔，分隔层71表面开设有第二注射口73，用于向第二空腔内填充水，包覆层72与分隔层71之间形成第一空腔，包覆层72表面开设有第一注射口74，用于向第一空腔内填充混合菌。

菌种袋7中的分隔层71以及包覆层72均采用可降解塑料制成，可降解导管75与分隔层71以及包覆层72接触位置均密封设置。

本发明提出的传送装置能方便运输菌种袋7，同时爆炸舱2能很好的对菌种袋7进行保护使得菌种袋7在到达底端前不受外力的破坏，爆炸后可以对传送装置进行回收，能够重复使用，提高了整体培养的效率。

爆炸舱2的起爆网路连接为单爆炸舱2网络连接、多爆炸舱2逐舱延期起爆网络连接中的一种。

参考图4，实施例1：

包括如下培养步骤：

S1、将重量占比为：黄孢原毛平革菌8％、粪产碱杆菌33％、硝化菌27％、巨大芽孢杆菌32％，加入至环境为pH＝6、温度为20℃的富集培养基中培养2天，将硝化菌于加入2mL酸奶的无机盐培养基中培养2天；

S2、将S1培养好的四种菌液取出并加入无机盐培养基中混合，用10％的NaOH和HCl调配pH至7、OD600至0.9，即得混合菌；

S3、将S2所得混合菌装入菌种袋7第一空腔中；

S4、将矿区具有石渣土的土质处开挖出深为50cm，直径38cm的孔，孔间距为1m的预挖孔，在预挖孔内安装传送装置并利用传送装置将菌种袋7送至目标位置，起爆菌种袋7完成混合菌和石渣土的混合，回收传送装置后填孔，即形成栽培基质14；

S41、将爆炸舱2从传送通道1上部开口取出，将传送通道1放入地面的预挖孔内，从爆炸舱2侧面取下挡杆24，将菌种袋7装入爆炸舱2后安装挡杆24，导爆管雷管10穿过爆炸舱2顶部通孔27插接安装在可降解导管75内；

S42、将滑轮的绳索15与爆炸舱2顶部的升降控制装置5进行连接；

S43、用电控开关8启动升降控制装置5将爆炸舱2送至目标位置，关掉升降控制装置5，起爆导爆管雷管10；

S44、用升降控制装置5将爆炸舱2拉升，通过操作柄4取出传送通道1，回收破片、余料以及清理现场。

S5、将S4中填孔后的栽培基质14表层清理干净，去除多余泥土和杂草，喷水2分钟，润湿栽培基质14，挑选卷叶凤尾藓，并湿润配子体，将卷叶凤尾藓平铺于栽培基质14，平铺面积占比为20％％，按压使卷叶凤尾藓紧贴栽培基质14；

S5中卷叶凤尾藓的移植方式为片状移植、断茎移植的一种。

S5中卷叶凤尾藓的移植根据绿化工程需要可铺设为各种形状、面积、坡度。

S6、每天早晚在栽培基质14处清理杂草，并雾化喷水2分钟。

参考图4，实施例2：

包括如下培养步骤：

S1、将重量占比为黄孢原毛平革菌8％、粪产碱杆菌37％、硝化菌27％、巨大芽孢杆菌28％加入至环境为pH＝7、温度为30℃的富集培养基中培养3天，将硝化菌于加入4mL酸奶的无机盐培养基中培养3天；

S2、将S1培养好的四种菌液取出并加入无机盐培养基中混合，用12％的NaOH和HCl调配pH至9、OD600至1.1，即得混合菌；

S3、将S2所得混合菌装入菌种袋7第一空腔中；

S4、将矿区具有石渣土的土质处开挖出深为100cm，直径45cm的孔，孔间距为2m的预挖孔，在预挖孔内安装传送装置并利用传送装置将菌种袋7送至目标位置，起爆菌种袋7完成混合菌和石渣土的混合，回收传送装置后填孔，即形成栽培基质14；

S5、将S4中填孔后的栽培基质14表层清理干净，去除多余泥土和杂草，喷水3分钟，润湿栽培基质14，挑选卷叶凤尾藓，并湿润配子体，将卷叶凤尾藓平铺于栽培基质14，平铺面积占比为40％，按压使卷叶凤尾藓紧贴栽培基质14；

S6、每天早晚在栽培基质14处清理杂草，并雾化喷水3分钟。

参考图4，实施例3：

包括如下培养步骤：

S1、将原料组成为黄孢原毛平革菌10％、粪产碱杆菌35％、硝化菌25％、巨大芽孢杆菌30％加入至环境为pH＝6.5、温度为25℃的富集培养基中培养2.5天，将硝化菌于加入3mL酸奶的无机盐培养基中培养2.5天；

S2、将S1培养好的四种菌液取出并加入无机盐培养基中混合，用11％的NaOH和HCl调配pH至8、OD600至1，即得混合菌；

S3、将S2所得混合菌装入菌种袋7第一空腔中；

S4、将矿区具有石渣土的土质处开挖出深为80cm，直径40cm的孔，孔间距为1.5m的预挖孔，在预挖孔内安装传送装置并利用传送装置将菌种袋7送至目标位置，起爆菌种袋7完成混合菌和石渣土的混合，回收传送装置后填孔，即形成栽培基质14；

S5、将S4中填孔后的栽培基质14表层清理干净，去除多余泥土和杂草，喷水2.5分钟，润湿栽培基质14，挑选卷叶凤尾藓，并湿润配子体，将卷叶凤尾藓平铺于栽培基质14，平铺面积占比为30％，按压使卷叶凤尾藓紧贴栽培基质14；

S6、每天早晚在栽培基质14处清理杂草，并雾化喷水2.5分钟。

实施例4：

与实施例3不同之处在于：如图5所示采用多爆炸舱2、逐舱延期起爆连接网路，且应用于坡度为30°的山坡，对于矿区绿化修复工程需求量大时，一次可实施多个孔进行起爆，提高工作效率，对于不同的工程实际需求，此外，为了降低爆炸可能的危害，采用逐舱延期起爆，网路连接如图5所示，发爆器11激发导爆管雷管10，延期雷管13采用相同段别的导爆管雷管10，这样各爆炸舱2依次起爆，减小了爆炸振动和噪声危害。

上述实施例1-3为单爆炸舱2网络连接，实施例4为多爆炸舱2逐舱延期起爆网络连接，且在单爆炸舱2网络连接的实施例中，经实验实施例3为优选的实施例。

根据实施例3的培养叶凤尾藓的方法对矿山土壤生态进行修复，30天后进行土壤采集，并对土壤中的水分、铵态氮、硝态氮、硫、磷、钾进行成分含量监测对比实施前的土壤数据进行对比，并附属下表1：

表1

从上表1中可以看出：

(1)卷叶凤尾藓于加入了混合菌的石渣土中栽培30天后，石渣土中水分含量由11-25％增加至43-49％，说明卷叶凤尾藓起到了涵水固土的作用；

(2)由于炸药组分硝酸铵的残留导致含量过高的铵态氮和硝态氮，也分别从39-51mg/kg，31-43mg/kg减少至30-41mg/kg，22-33mg/kg，说明混合菌和卷叶凤尾藓对残留炸药起到了降解作用；

(3)煤矿开挖导致含量过高的硫，由390-520mg/kg减少至160-250mg/kg，说明混合菌具有土壤脱硫作用；

(4)磷含量由10-20mg/kg增加至15-25mg/kg，钾含量由50-75mg/kg增加至60-90mg/kg，说明混合菌和卷叶凤尾藓共同作用下，能够增加土壤有机质含量。

同时，对30天后矿山空气中一氧化氮、二氧化氮、二氧化碳进行进行检测，对比实施前的空气数据进行对比，并附属下表2：

表2

从上表2中可以看出：

(1)卷叶凤尾藓于加入了混合菌的石渣土中栽培30天后，矿区空气中因炸药爆炸导致含量过高的一氧化氮由0.08-0.11ppm降至0.001-0.01ppm；

(2)二氧化氮由0.21-0.37ppm降至0.01-0.06pm，说明混合菌和卷叶凤尾藓起到了吸收空气氮氧化物的作用；

(3)由于炸药爆炸导致含量过高的二氧化碳，也从750-1100ppm减少至340-450ppm，说明混合菌和卷叶凤尾藓起到了吸收二氧化碳的作用；

由此可以看出，本发明方法通过利用加入人工培育的混合菌的石渣土来栽培卷叶凤尾藓，混合菌环境适应能力较强，不仅可以促进卷叶凤尾藓的生长，还可以降解土壤残留火药，降低土壤中硫的含量，改善土质，也能吸收空气中氮氧化物，改善矿区空气质量；混合菌和卷叶凤尾藓的共同作用下，环境适应能力强，不仅可以涵水固土，防止水土流失，吸收温室气体，一定程度上解决“温室效应”问题，还具有一定的景观效果。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述，本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。