藻类-苔藓联合修复花岗岩废弃石粉的方法

本发明专利涉及环境工程，尤其是指一种藻类-苔藓联合修复花岗岩废弃石粉的方法。

背景技术：

1、花岗岩石材开采及加工过程中产生的大量废弃石粉的处置及资源化问题备受关注。由于花岗岩生产加工过程中产生约20％-30％的边角料和粉尘等，而废弃石粉是石材产业加工生产过程中的产物，每年因石材开采导致的废弃材料达到千万吨以上。其大量的废弃石粉被堆积在矿区周边，没有被合理利用，从而造成一系列的环境问题，如废弃石粉随雨水径流及风力输送，导致山体、水体和大气污染；大量的废弃花岗岩石粉占用农田，影响农作物正常生长等。因此，探究出一种花岗岩废弃石粉的合理利用方法来提高废弃石粉资源利用率成为我们亟需解决的问题。

2、目前，研究表明废弃花岗岩石粉主要应用于复合材料的制备、精细陶瓷和微晶玻璃的制造以及可作为绿色建材使用。在建筑材料方面，将大理石和花岗岩废弃石粉加入高密度聚乙烯中能够增加其复合材料的表面硬度，硬脂酸能够对花岗岩废渣进行表面改性，以更好地分散花岗岩废渣颗粒，减少团聚现象。在精细陶瓷和微晶玻璃的制造方面，陶瓷的生产需要使用选择一定黏度和表面具有张力的烧结助剂，而花岗岩中含有碱性氧化物和碱性金属氧化物，可作为烧结助剂应用于陶瓷生产。国内外研究者通常将花岗岩石粉作为建筑材料或者添加剂，代替一部分水泥或砂、代替细骨料等砂浆性能，开发成为一种新型混合材料，从而降低水泥在混泥土生产中的用量。另外，以花岗岩废弃石粉作为原料，烧结制空心砖、结砖等墙体的方法也产生了一定的经济效应。这些方法虽然可以使材料的机械性能和耐久性有所提升，但其附加值较低，花岗岩石粉的利用率较，无法满足大量花岗岩废石粉的快速利用，并且长期使用后，其稳定性及胶结强度欠缺，市场需求较少，添加胶结剂后容易造成环境的二次污染，危险组分重新进入环境可能造成不可预见的影响。因此，在实现碳达峰和碳中和的目标背景下，这些能耗较高，容易导致污染的方法的应用受到限制。

3、因此，探索废弃花岗岩石粉的新的应用显得很有必要。

技术实现思路

1、生物修复被认为是一种环境友好和可持续的方法。岩石经过漫长的物理化学作用破裂，再经过微生物的拓殖、降解，逐渐形成土壤，这一过程往往需要数百年的时间，而人工诱导生物结皮方法往往能够加速这一过程的进行。生物结皮是由藻类、地衣、苔藓和细菌的组合，通过细丝、多糖和土壤颗粒的相互作用形成的独特层状结构，不仅能够在严重干旱缺水的、营养贫瘠、极端ph和盐分等生境条件极端环境下生长，还能够通过其微生物的生活代谢方式改变环境。结皮通常覆盖在许多土壤表面植被之间的裸露斑块上，在某些干旱地区，它们占生物覆盖的70％以上。花岗岩废弃石粉主要成分为sio2和al2o3等氧化物，存在粒径较大、持水能力低、营养贫乏、不易胶结等一系列问题，无法直接进行植物定植。利用人工诱导生物结皮方法在花岗岩废弃石粉上进行原位苔藓生长从而加速花岗岩成土，是一种解决花岗岩废弃石粉资源浪费的有效手段。通过人工接种这些微生物在花岗岩石粉中形成结皮能够减少花岗岩土壤表面水分的蒸发，同时，微生物的生长所分泌的酸性物质能够让花岗岩石粉中的较大颗粒逐渐裂解成较小粉末。并且通过固定空气中氮气等方式增加土壤中的氮源，通过光合作用增加碳源，从而提高其肥力，使石粉改良成园林绿化用土。

2、本研究中，将花岗岩原位结皮置于培养液中进行分离纯化筛选生物结皮中已有的藻种和苔藓，经大量培养技术后，选择具有良好促生作用的功能性微生物(细菌、真菌、藻类、苔藓)、规模化培养技术以及接种技术；以喷洒方式接种在花岗岩废弃石粉表面，结合土壤肥力调节，形成人工生物土壤结皮。本研究通过花岗岩石粉中生长培养的扇带藻和念珠藻的混合藻与苔藓形成混合生物原材料接种到花岗岩石粉中，生物结皮能够适应花岗岩基质并且快速生长，微生物生长过程中能够有效改善花岗岩土壤的理化性质，增加花岗岩土壤中的营养成分，加速人工诱导花岗岩石粉成土技术。

3、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，由此，在本发明的第一方面，本发明提供一种藻类-苔藓联合修复花岗岩废弃石粉的方法，包括如下步骤：

4、步骤1)：将花岗岩废弃石粉平铺，加入无菌水；

5、步骤2)：均匀撒播苔藓；

6、步骤3)：喷洒藻液，培养，得到修复花岗岩石粉。

7、在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤1)中，所述花岗岩废弃石粉与所述无菌水的质量比为5.5-6.5：1。

8、在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤2)中，所述苔藓的获得包括：在步骤1)所述花岗岩废弃石粉的来源尾矿处取苔藓结皮层，晾干，破碎，得到所述苔藓。

9、在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤2)中，所述苔藓的撒播密度为0.55-0.65ug/cm2。

10、在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤3)中，所述藻为扇带藻和念珠藻。

11、在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤3)中，所述藻筛选自所述花岗岩废弃石粉的来源尾矿原位结皮，将结皮置于培养液中直至出现藻类生长，筛选出扇带藻和念珠藻，分别接种至培养液中扩大化培养至稳定期，然后，按照体积比为1:1进行混合，得到藻，所述培养液为bg-11培养液。

12、在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤3)中，所述藻液中叶绿素a的浓度为0.4-1.2ug/ml。

13、优选地，将藻稀释至叶绿素a的浓度为0.4-1.2ug/ml，即得到藻液。

14、在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤3)中，所述藻液的喷洒密度为0.007-0.024ug叶绿素a/cm2。

15、在本发明的第二方面，本发明提供一种修复花岗岩废弃石粉的组合物，包括苔藓和藻液，所述藻为扇带藻和念珠藻，所述藻液为将所述藻稀释至叶绿素a的浓度为0.4-1.2ug/ml得到。

16、在本发明的第三方面，本发明提供一种在本发明第一方面所述的方法和/或在本发明第二方面所述的修复花岗岩废弃石粉的组合物在改善花岗岩废弃石粉持水率和/或提升花岗岩废弃石粉营养元素含量和/或增强花岗岩废弃石粉酶活中的应用。

17、本发明的有益效果在于：

18、1、本发明提供一种藻类-苔藓联合修复花岗岩废弃石粉的方法，通过藻类-苔藓联合接种在花岗岩废弃石粉表面，生物结皮能够适应花岗岩基质并且快速生长，微生物生长过程中能够有效改善花岗岩废弃石粉的理化性质，增加花岗岩废弃石粉中的营养成分，加速人工诱导花岗岩废弃石粉成土。

19、2、本发明提供一种修复花岗岩废弃石粉的组合物，通过人工接种这些微生物在花岗岩废弃石粉中形成结皮能够减少花岗岩土壤表面水分的蒸发，同时，微生物的生长所分泌的酸性物质能够让花岗岩废弃石粉中的较大颗粒逐渐裂解成较小粉末。并且通过固定空气中氮气等方式增加花岗岩废弃石粉中的氮源，通过光合作用增加碳源，从而提高其肥力，使花岗岩废弃石粉改良成园林绿化用土。

20、3、本发明提供一种上述方法及上述修复花岗岩废弃石粉的组合物在改善花岗岩废弃石粉持水率和/或提升花岗岩废弃石粉营养元素含量和/或增强花岗岩废弃石粉酶活中的应用。