本發(fā)明涉及微生物領域，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用。

背景技術：

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，由于機械壓實、人為擾動、踐踏等的影響，城市土壤的土壤物理性質惡化，主要體現(xiàn)在土壤顆粒組成極端化、土壤結構受到嚴重毀壞、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構殼。甚至，在快速化城市建設過程中，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，其土壤結構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)服務功能。目前，應對這些場地的土壤修復依據停留在土壤置換、回填土壤等工程措施，特別是這種建筑垃圾復墾地土壤的改良未見報道。

3、另外一方面，城市為降低洪澇災害的風險，城市河床需要定期進行清淤。然而，河床清淤過程中會產生大量的底泥，如果處理不當，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元素和有機質等多元營養(yǎng)組分，這些特有的性質決定了其再利用的價值，如果能將這些廢棄物進行預處理后作為城市土壤的改良基質，不僅能實現(xiàn)城市土壤的改良，而且能把城市廢棄物的負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循環(huán)的“催化劑”，能夠通過酶促反應加速基質中有機質的腐殖化進程，促進纖維素、木質素等大分子物質的分解，并對土壤微生態(tài)重構具有關鍵作用，若能應用在改良基質中，能夠進一步提升城市土壤的改良效果。然而，現(xiàn)有技術往往對微生物菌群的作用關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碳庫由活性有機碳和惰性有機碳組成?；钚杂袡C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，同時也是重要的碳源。在當前背景下，如何優(yōu)化土壤結構，改善土壤有機碳庫，使得土壤有機碳的組分和結構發(fā)生變化，惰性有機碳含量增加，對穩(wěn)定土壤碳庫意義非凡。有機碳的化學結構基本分為四個功能區(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碳結構組分。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，使得土壤有機碳更加穩(wěn)定。目前，關于城市土壤固碳增匯技術尚未見報道。

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

技術實現(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)化改良城市土壤結構，還能夠提升城市土壤固碳增匯的方法。

2、本發(fā)明的一個目的在于，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，然后與氨水反應得到。

7、進一步地，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、預制菜廢物或雜草廢棄物中的一種或多種；機械粉碎后過5目篩，調節(jié)含水率為55％，按照質量比加入1-2％的尿素。

8、進一步地，所述河床底泥經過脫水機械現(xiàn)場脫水后，使得含量降低至60％以下，以質量百分比計，底泥含氮10-12％、磷9-12％、鉀12-13％、腐殖質15-23％、菌絲1.13％，余量為污泥。

9、進一步地，所述畜禽堆肥，采集養(yǎng)殖場的畜禽糞便，用尿素調節(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致綠植染病致死的概率。

12、進一步地，所述合成菌劑選自腐熟降解菌、半纖維素高效降解菌株、木質素降解菌或哈茨木霉菌中的多種進行組合互配；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℃，質量比為芽孢桿菌(x1-2):半纖維素高效降解菌株(j-25):木質素降解菌(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，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，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，得到預裝配材料；

19、s6、在所述預裝配材料中加入合成菌劑，通過固定化微生物技術裝配，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、天然漂白土或有機膨潤土中的一種或多種。

21、進一步地，步驟s1中，所述fe(no3)3·9h2o、無水碳酸鈉和膨潤土的質量比為(2-5):(0.5-2):1。

22、進一步地，步驟s1中，所述加熱的溫度為50-70℃。

23、進一步地，步驟s2中，所述鐵柱撐膨潤土和4,4-二氨基聯(lián)苯-2,2-二羧酸的質量比為1:(2-5)。

24、進一步地，步驟s2中，所述加熱的溫度為70-90℃。

25、進一步地，步驟s3中，所述城市園林廢棄物、河床污泥和硝酸鹽的質量比為(20-60):(40-80):(1-10)。

26、進一步地，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量比為(0.5-1):(0.5-1.5):(1-3):(0.01-0.05)。

27、進一步地，步驟s6中，所述固定化微生物技術選自吸附法、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用。

29、進一步地，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用的其中一個方法，包括如下步驟：

30、l1、對城市土壤進行平整/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空穴土壤內，樹木經過修剪、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，改變城市土壤的土體結構和群落結構。

32、進一步地，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進行土壤置換。

33、進一步地，所述城市土壤進行平整/穴挖：對綠地平整土地采用挖掘機深翻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，以樹原點為中心，開挖2-8m3土壤。

34、進一步地，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，機械混勻后，回填至樹穴內，在回填土壤前需要對樹進行病蟲害清殺和修剪，然后回填土壤并澆水，恢復樹木的種植，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構的鐵柱撐膨潤土；隨后在所述鐵柱撐膨潤土和活性炭引入氨基基團，增強其反應活性，其中，活性炭由城市園林廢棄物和河床污泥經熱解活化制備，其天然組分與污泥礦物質的協(xié)同作用形成多級孔網絡，且與城市園林廢棄物、河床污泥及膨潤土基質的化學相容性良好；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構建三維互穿網絡。所得改性膨潤土具有層柱結構與多孔纖維交織的復合架構，兼具擴展的層間距及多尺度貫通孔道，結合活性炭與其他成分的相容性，能夠吸附大量營養(yǎng)物質，并為菌群生長和繁殖提供合適的場所，顯著增強合成菌劑的生物強化效果。

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，提升城市土壤生態(tài)服務功能。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，實現(xiàn)其生態(tài)服務功能的提升。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，增大土壤有機質含量。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、畜禽糞便進一步增加土壤有機質；使用改性膨潤土改變土壤結構，降低壓實土壤的容重，使土壤孔隙度和滲透性增強。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，能夠作為螯合劑與重金屬離子結合，改善土壤質量，降低污染土壤重金屬的遷移轉化。