本發(fā)明涉及微生物領(lǐng)域，特別是涉及一種城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、城市化是人類活動影響下自然生態(tài)系統(tǒng)向人工生態(tài)系統(tǒng)的急劇變化的形式，它會引起一系列生態(tài)環(huán)境條件的改變。不僅導(dǎo)致土壤地表的封閉，還會引起土壤生態(tài)功能部分或者徹底消失。

2、由于城市區(qū)域中地表封閉的普遍出現(xiàn)，城市土壤生長植物、過濾水分、交換熱量、凈化污染物等重要生態(tài)功能部分甚至完全消失。已有一些研究表明，由于機(jī)械壓實(shí)、人為擾動、踐踏等的影響，城市土壤的土壤物理性質(zhì)惡化，主要體現(xiàn)在土壤顆粒組成極端化、土壤結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重毀壞、容重增加、通氣和持水孔隙降低。在城市某些區(qū)域，裸露的土壤表面出現(xiàn)具有阻止水分滲透的結(jié)構(gòu)殼。甚至，在快速化城市建設(shè)過程中，部分城市區(qū)域的土壤由建筑垃圾、開挖原土和廢棄物等重新覆蓋形成的，其土壤結(jié)構(gòu)和土壤性狀完全或者部分喪失。這些特性往往影響樹木和園林綠化植被的生長，逐步降低城市土壤該有的生態(tài)服務(wù)功能。目前，應(yīng)對這些場地的土壤修復(fù)依據(jù)停留在土壤置換、回填土壤等工程措施，特別是這種建筑垃圾復(fù)墾地土壤的改良未見報(bào)道。

3、另外一方面，城市為降低洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，城市河床需要定期進(jìn)行清淤。然而，河床清淤過程中會產(chǎn)生大量的底泥，如果處理不當(dāng)，可能引起水體和土壤的二次污染，從而影響城市河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。此外，城市園林綠化過程中，修剪會產(chǎn)生大量的園林廢棄物。底泥和園林廢棄物中富含的大量礦質(zhì)元素和有機(jī)質(zhì)等多元營養(yǎng)組分，這些特有的性質(zhì)決定了其再利用的價(jià)值，如果能將這些廢棄物進(jìn)行預(yù)處理后作為城市土壤的改良基質(zhì)，不僅能實(shí)現(xiàn)城市土壤的改良，而且能把城市廢棄物的負(fù)面影響降低到盡可能小的程度，使其得以循環(huán)利用，符合生態(tài)文明的發(fā)展理念。再者，微生物菌群作為自然界物質(zhì)循環(huán)的“催化劑”，能夠通過酶促反應(yīng)加速基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)的腐殖化進(jìn)程，促進(jìn)纖維素、木質(zhì)素等大分子物質(zhì)的分解，并對土壤微生態(tài)重構(gòu)具有關(guān)鍵作用，若能應(yīng)用在改良基質(zhì)中，能夠進(jìn)一步提升城市土壤的改良效果。然而，現(xiàn)有技術(shù)往往對微生物菌群的作用關(guān)注不足或無法充分發(fā)揮其作用。

4、另外，城市土壤碳庫也是重要的土壤有機(jī)碳庫，并且這部分碳庫含量大，且在人類擾動下其碳庫封存和變動明顯。有研究表明土壤有機(jī)碳庫由活性有機(jī)碳和惰性有機(jī)碳組成?；钚杂袡C(jī)碳容易被微生物利用分解，是土壤碳庫中變化很大的一部分，同時(shí)也是重要的碳源。在當(dāng)前背景下，如何優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤有機(jī)碳庫，使得土壤有機(jī)碳的組分和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，惰性有機(jī)碳含量增加，對穩(wěn)定土壤碳庫意義非凡。有機(jī)碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本分為四個(gè)功能區(qū)，即烷基碳區(qū)、烷氧碳區(qū)、芳香碳區(qū)和羧基碳區(qū)。其中烷氧碳是易分解，而烷基碳是相對難分解的有機(jī)碳結(jié)構(gòu)組分。因此提升城市土壤固碳增匯的重要環(huán)節(jié)就是增加烷基碳比例，減少烷氧碳的比例，使得土壤有機(jī)碳更加穩(wěn)定。目前，關(guān)于城市土壤固碳增匯技術(shù)尚未見報(bào)道。

5、綜上所述，亟需研發(fā)一種新的技術(shù)方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明提供了一種城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料，并提供了城市廢棄物消納改良城市土壤的方法，一方面能夠解決城市廢物引發(fā)的環(huán)境問題，另一方面能夠優(yōu)化改良城市土壤結(jié)構(gòu)，還能夠提升城市土壤固碳增匯的方法。

2、本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料，所述城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料由質(zhì)量份數(shù)如下的成分組成：

3、

4、其中，

5、所述改性膨潤土為鐵柱撐膨潤土，經(jīng)氨基改性后與氨基活性炭、殼聚糖共混，然后用戊二醛交聯(lián)得到；

6、所述氨基活性炭為將城市園林廢棄物和河床污泥制備成活性炭，然后與氨水反應(yīng)得到。

7、進(jìn)一步地，所述城市園林廢棄物選自園林修剪過程中樹枝、枯黃落葉、腐葉、預(yù)制菜廢物或雜草廢棄物中的一種或多種；機(jī)械粉碎后過5目篩，調(diào)節(jié)含水率為55％，按照質(zhì)量比加入1-2％的尿素。

8、進(jìn)一步地，所述河床底泥經(jīng)過脫水機(jī)械現(xiàn)場脫水后，使得含量降低至60％以下，以質(zhì)量百分比計(jì)，底泥含氮10-12％、磷9-12％、鉀12-13％、腐殖質(zhì)15-23％、菌絲1.13％，余量為污泥。

9、進(jìn)一步地，所述畜禽堆肥，采集養(yǎng)殖場的畜禽糞便，用尿素調(diào)節(jié)畜禽糞便的c/n為20-28，含水率為55-60％，再添加畜禽糞便好氧堆肥混菌，混勻后進(jìn)行好氧堆肥10-15d；最優(yōu)條件為：c/n為20-28、含水率為55-60％，混菌質(zhì)量比為芽孢桿菌:黑曲霉菌＝1:(2-4)。

10、優(yōu)選地，所述畜禽糞便選自豬糞、羊糞、牛糞或雞糞中的一種或多種。

11、進(jìn)一步地，所述殺菌劑選自土菌靈、井岡霉素、多菌靈、百菌殺、百菌清、噻菌靈或腐霉利中的一種或多種；施用方式為噴灑、澆灌、淋濾；本發(fā)明使用殺菌劑主要是為減少土壤中的有害病蟲，降低因園林廢物中殘留病原菌導(dǎo)致綠植染病致死的概率。

12、進(jìn)一步地，所述合成菌劑選自腐熟降解菌、半纖維素高效降解菌株、木質(zhì)素降解菌或哈茨木霉菌中的多種進(jìn)行組合互配；優(yōu)選腐熟降解菌為芽孢桿菌(x1-2)、半纖維素高效降解菌株(j-25)、木質(zhì)素降解菌(byl-7)以及哈茨木霉菌(t-22)混合形成的合成菌群，混合菌液培養(yǎng)最優(yōu)條件為：初始ph?6.7，溫度25℃，質(zhì)量比為芽孢桿菌(x1-2):半纖維素高效降解菌株(j-25):木質(zhì)素降解菌(byl-7):哈茨木霉菌(t-22)＝1:(2-5):(3-8):(1-5)。

13、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供上述城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料的制備方法，包括如下步驟：

14、s1、將fe(no3)3·9h2o、無水碳酸鈉共混，加熱攪拌并陳化，然后加入膨潤土懸濁液中，加熱攪拌反應(yīng)并陳化，得到鐵柱撐膨潤土；

15、s2、將所述鐵柱撐膨潤土與4,4-二氨基聯(lián)苯-2,2-二羧酸共混，加熱反應(yīng)，得到氨基化鐵柱撐膨潤土；

16、s3、將城市園林廢棄物和河床污泥共混，加入硝酸鹽，隔絕空氣加熱制備成活性炭，然后浸入氨水中，加熱攪拌反應(yīng)，得到氨基活性炭；

17、s4、將所述氨基化鐵柱撐膨潤土、氨基活性炭和殼聚糖共混，加入戊二醛，凍干后得到改性膨潤土；

18、s5、將所述改性膨潤土、城市園林廢棄物、河床污泥、畜禽堆肥、聚馬來酸酐、鈣鎂磷肥、硫酸鐵和殺菌劑共混，得到預(yù)裝配材料；

19、s6、在所述預(yù)裝配材料中加入合成菌劑，通過固定化微生物技術(shù)裝配，形成城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料。

20、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述膨潤土選自鈉基膨潤土、鈣基膨潤土、天然漂白土或有機(jī)膨潤土中的一種或多種。

21、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述fe(no3)3·9h2o、無水碳酸鈉和膨潤土的質(zhì)量比為(2-5):(0.5-2):1。

22、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述加熱的溫度為50-70℃。

23、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述鐵柱撐膨潤土和4,4-二氨基聯(lián)苯-2,2-二羧酸的質(zhì)量比為1:(2-5)。

24、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述加熱的溫度為70-90℃。

25、進(jìn)一步地，步驟s3中，所述城市園林廢棄物、河床污泥和硝酸鹽的質(zhì)量比為(20-60):(40-80):(1-10)。

26、進(jìn)一步地，步驟s4中，所述氨基化鐵柱撐膨潤土、氨基活性炭、殼聚糖和戊二醛的質(zhì)量比為(0.5-1):(0.5-1.5):(1-3):(0.01-0.05)。

27、進(jìn)一步地，步驟s6中，所述固定化微生物技術(shù)選自吸附法、包埋法或噴淋法中的一種或多種。

28、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供上述城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料在城市土壤改良方面的應(yīng)用。

29、進(jìn)一步地，所述城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料在城市土壤改良方面的應(yīng)用的其中一個(gè)方法，包括如下步驟：

30、l1、對城市土壤進(jìn)行平整/穴挖，然后深犁或挖穴；

31、l2、將所述城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料混入表層土壤，混勻、澆水后即可種植綠植；或?qū)⑺龀鞘型寥郎鷳B(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料混入空穴土壤內(nèi)，樹木經(jīng)過修剪、殺毒等措施即可覆土，并澆水保持弱樹或者移栽樹木生長。在此基礎(chǔ)上利用城市土壤根系微生境對所述城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料添加的響應(yīng)，改變城市土壤的土體結(jié)構(gòu)和群落結(jié)構(gòu)。

32、進(jìn)一步地，步驟l1中，還包括將置換土壤均勻地撒在平整的土壤表面上或空穴內(nèi)進(jìn)行土壤置換。

33、進(jìn)一步地，所述城市土壤進(jìn)行平整/穴挖：對綠地平整土地采用挖掘機(jī)深翻20-40cm；對于種樹城市土壤，分有弱樹土壤改良和無樹土壤改良，土壤改良方式為穴挖，以樹原點(diǎn)為中心，開挖2-8m3土壤。

34、進(jìn)一步地，所述土壤置換，采用干凈無污染土壤作為置換土壤進(jìn)行置換，綠地土壤換土量為0.1-20m3/畝，翻耕混勻；種植樹木的城市土壤，按照樹穴換土量0.1-2m3/穴；所述的城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料施用量，綠地土壤用量為10-15t/畝，機(jī)械混勻、澆水即可種植綠植；種樹城市的城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料的添加量為200-300kg/穴，機(jī)械混勻后，回填至樹穴內(nèi)，在回填土壤前需要對樹進(jìn)行病蟲害清殺和修剪，然后回填土壤并澆水，恢復(fù)樹木的種植，并遵循常規(guī)城市園林管理方式。

35、本發(fā)明具有以下有益效果：

36、(1)本發(fā)明首先將fe3+水解聚合形成金屬多聚羥基陽離子，然后將其引入膨潤土的層間，形成具有高比表面積和多孔狀結(jié)構(gòu)的鐵柱撐膨潤土；隨后在所述鐵柱撐膨潤土和活性炭引入氨基基團(tuán)，增強(qiáng)其反應(yīng)活性，其中，活性炭由城市園林廢棄物和河床污泥經(jīng)熱解活化制備，其天然組分與污泥礦物質(zhì)的協(xié)同作用形成多級孔網(wǎng)絡(luò)，且與城市園林廢棄物、河床污泥及膨潤土基質(zhì)的化學(xué)相容性良好；最終以戊二醛為交聯(lián)劑，通過氨基與殼聚糖分子間的反應(yīng)構(gòu)建三維互穿網(wǎng)絡(luò)。所得改性膨潤土具有層柱結(jié)構(gòu)與多孔纖維交織的復(fù)合架構(gòu)，兼具擴(kuò)展的層間距及多尺度貫通孔道，結(jié)合活性炭與其他成分的相容性，能夠吸附大量營養(yǎng)物質(zhì)，并為菌群生長和繁殖提供合適的場所，顯著增強(qiáng)合成菌劑的生物強(qiáng)化效果。

37、(2)本發(fā)明通過城市園林廢棄物、河床底泥、畜禽糞便等廢棄資源來改良城市土壤基質(zhì)，提升城市土壤生態(tài)服務(wù)功能。廢物利用，解決了城市河床底泥、園林廢棄物的二次污染問題，又改良城市土壤基質(zhì)，實(shí)現(xiàn)其生態(tài)服務(wù)功能的提升。河床底泥、園林廢棄物和畜禽糞便中含有大量的氮磷鉀等有機(jī)成分，以及多種菌種，可在不過度施用化肥的前提下增加土壤中的養(yǎng)分，提升土壤養(yǎng)分的供給和利用。本發(fā)明可以使土壤肥力顯著提高，增大土壤有機(jī)質(zhì)含量。即使在土壤灌溉淋洗的條件下，肥力也不會有明顯的損失，使用園林廢棄物、河床底泥、畜禽糞便進(jìn)一步增加土壤有機(jī)質(zhì)；使用改性膨潤土改變土壤結(jié)構(gòu)，降低壓實(shí)土壤的容重，使土壤孔隙度和滲透性增強(qiáng)。此外本發(fā)明制備的城市土壤生態(tài)功能提升的園林廢棄物快速裝配材料含有多種低分子蛋白、氨基酸成分，此外其富含的多種官能團(tuán)，能夠作為螯合劑與重金屬離子結(jié)合，改善土壤質(zhì)量，降低污染土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化。