本发明属于赤泥的生态修复与土壤化，具体是一种促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法。
背景技术：
1、赤泥是氧化铝冶炼过程中排放的粉泥状碱性固体废弃物，每生产1.0吨氧化铝约排放0.8～2.0吨赤泥。因赤泥具有盐碱性、腐蚀性和放射性等不良理化特性，其综合利用效率低下，综合利用率低于6.0％，产生的赤泥多以筑坝堆存为主。在赤泥长期露天堆存过程中，各种重金属污染物及碱对堆存场地周边的地下水、地表水、土壤及区域生态功能造成严重负面影响，影响堆场周边区域的生态价值、经济价值与社会价值。
2、开展赤泥堆场生态修复技术研究与落地，实现赤泥堆场的植被重建和生态恢复是控制赤泥环境风险、实现赤泥规模化处置、落实氧化铝产业绿色可持续发展的重要环节，具有重大的现实意义。但是赤泥理化性质与普通土壤差异较大，其物理结构不良、盐碱性极高、营养元素匮乏等特点严重影响先锋物种定居及植物根系生长，因此将赤泥进行土壤化改良是植被重建及生态修复的基础。
3、目前赤泥土壤化改良采用的方法主要为表土覆盖法和基质改良法，表土覆盖是将其他地区的新鲜土壤运送并覆盖到赤泥堆场表面，配合植被种植以改善赤泥堆场极端环境的方法。但该方法不仅前期覆土时需要大量土壤，且还需定期补充新鲜土壤并进行长期监管，还易出现表层土壤盐碱化问题。基质改良法是通过向赤泥中添加外源改良剂从而改善赤泥理化特性，采用的改良剂主要包括石膏、有机肥料和无机肥料。石膏可以通过钙钠置换反应降低赤泥ph值和碱化度(esp)，改善赤泥物理结构，有机肥料如生物固体、堆肥、秸秆等可以增加赤泥有机质含量，降低赤泥容重和密度，无机肥料如磷酸氢二铵对赤泥堆场植被生长有促进效果。基质改良法的缺点是资源消耗大，投资花费高，易形成二次污染，且难以在赤泥堆场表面建立长久稳定的植被。
4、将赤泥从盐碱性废渣转变为类土壤基质的关键是赤泥中水稳性大团聚体的发育。土壤团聚体是矿物颗粒和有机物质等结合形成的不同尺度的多孔结构单元，是土壤结构的基本单元，也是土壤结构形成的基础。赤泥所含粉粒和黏粒含量高、碱化度高、团聚结构差，导致具备实现赤泥透水通气、持水保肥、抗旱保墒能力的水稳性大团聚体的含量极低且发育困难。目前赤泥土壤化改良常采用的表土覆盖法和基质改良法多以赤泥脱碱脱盐、降低铝毒、提升有机质含量、拓展植被覆盖为评价目标，但是水稳性大团聚体的成型及发育速度较慢，即使施用有机和无机改良剂及修复剂后发育形成的水稳性大团聚体也因改良剂与修复剂的分解和消失而发生结构退化现象，最终导致建立于赤泥表层的植被生态系统难以自我更新与维持。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明提供一种促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，该方法采用藻类、真菌与细菌联合修复促进赤泥土壤化过程中水稳性大团聚体的发育与成熟，该方法不仅生成的赤泥水稳性大团聚体结构稳定、不易退化，且具备抗旱性强、无需添加无机或有机改良剂与修复剂、无二次残留污染、操作简便、成本低廉、易于大规模应用的优点。
2、本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，主要包括以下步骤：
3、(1)在赤泥堆场中已放置3～10年堆层的赤泥表面刮取收集蓝绿色和深绿色的藻类结皮，藻类结皮所在的赤泥区域为未经人工修复处理的自然堆置的赤泥区域，采样时间优选为降雨后、白天平均气温超过20℃。
4、(2)将收集的藻类结皮研磨，用无菌蒸馏水稀释1000～10000倍，然后接种至含4～5％赤泥(质量百分数)的bg11固体培养基平板上，置于光照培养箱中培养，培养条件为：光照强度3000～4000lx，温度25～30℃，光暗比14h：10h，培养时间3～4周。然后从bg11固体培养基平板上分离出鞘丝藻和常丝藻，继续在含4～5％赤泥(质量百分数)的bg11固体培养基平板上纯化，直至获取纯化后的鞘丝藻和常丝藻。
5、(3)将纯化后的鞘丝藻和常丝藻分别在无菌的bg11液体培养基中扩繁，接种密度均为0.8～1.2mg/l，培养条件均为：光照强度3000～4000lx，温度25～30℃，光暗比12h：12h；培养至藻细胞干重超过0.12g/l(藻细胞干重测定方法：取一定体积的培养液烘干后称重，计算每升培养液的藻细胞干重)时结束培养，将含藻细胞的液体培养基进行离心或过滤，收集滤出物，得鞘丝藻的扩繁浓缩液和常丝藻的扩繁浓缩液。
6、(4)将鞘丝藻的扩繁浓缩液和常丝藻的扩繁浓缩液按照体积比1：1混合均匀后得到藻细胞密度为2.0～3.0g/l的藻类促进液，将该藻类促进液均匀喷洒或浇灌于赤泥堆表面；每平方米赤泥堆表面所需喷洒或浇灌的藻类促进液的体积等于每平方米赤泥堆表面所含的藻细胞质量除以藻类促进液中藻细胞密度，每平方米赤泥堆表面所含的藻细胞质量按如下公式计算：
7、ρ＝k×(1-wsa)×(1-tn×100)
8、其中，ρ为每平方米赤泥堆表面所含的藻细胞质量(单位：g/m2)；k为换算系数，其值为7.73g/m2；wsa为赤泥中水稳性大团聚体含量；tn为赤泥中总氮含量(％)。wsa按照国标ny/t 1121.19-2008进行测定，tn按照国标ny/t53-1987进行测定。
9、定期洒水喷淋从而湿润赤泥，使赤泥堆表面含水率不低于30％，当外界平均温度低于8℃时需在赤泥表面覆盖地膜。
10、(5)当经过步骤(4)处理的赤泥堆表面长出明显蓝绿色藻类结皮，赤泥中总氮含量(tn)≥0.1％且总有机碳含量(toc)≥1.0％时(tn按照国标ny/t53-1987进行测定，toc按照国标hj 658-2013进行测定)，初次翻耕表层赤泥将藻类结皮与表层赤泥混合均匀，在初次翻耕后的赤泥堆表面喷洒或浇灌细菌促进液和真菌促进液，并进行第二次翻耕，将表层赤泥、藻类结皮、细菌促进液、真菌促进液混合均匀。定期洒水喷淋从而湿润赤泥，使赤泥堆表面含水率不低于30％。当外界平均温度低于8℃时需在赤泥表面覆盖地膜。
11、赤泥堆表面喷洒或浇灌细菌促进液的用量为每平方米8～12l。
12、赤泥堆表面喷洒或浇灌真菌促进液的最低用量按如下公式计算：
13、
14、其中，x1为每平方米赤泥堆表面喷洒或浇灌的真菌促进液的体积(单位：l/m2)；wsa为赤泥中水稳性大团聚体含量；anc为赤泥的酸中和容量(单位：mmol h+·g-1)；m是换算系数，其值为0.48mmol h+·g-1·m2·l-1。wsa按照国标ny/t1121.19-2008进行测定，anc的测定可以采用长期滴定法，例如：将5g赤泥与25ml去离子水置于玻璃容器中混合，使用0.01mol/l的hcl进行滴定，滴定的ph值终点为4.5。若第2天ph值超过4.5，继续采用0.01mol/l的hcl滴定，使ph值再次降低为4.5。重复这个过程，直到ph值不再变化，滴定的氢离子的物质的量为anc。
15、该步骤中所使用的细菌促进液可以按照以下方法制备：
16、(5.1)将诺尔氏菌接种于灭菌后的含0.5％赤泥颗粒(质量百分数)的高氏一号培养基中，30～35℃振荡培养至吸光度od600≥1.3后停止培养，得到诺尔氏菌活细胞液；
17、(5.2)将乳酸杆菌接种于灭菌后的含0.5％赤泥颗粒(质量百分数)的牛肉膏蛋白胨培养基中，30～35℃振荡培养至吸光度od600≥1.2后停止培养，得到乳酸杆菌活细胞液；
18、(5.3)将多粘类芽孢杆菌接种于灭菌后的培养基a中，30～35℃振荡培养至吸光度od600≥1.5后停止培养，得到多粘类芽孢杆菌活细胞液，该培养基a以去离子水为溶剂，其成分包括：葡萄糖150g/l、酵母浸膏3.0g/l、k2hpo4 2.0g/l、赤泥颗粒5g/l；
19、(5.4)将诺尔氏菌活细胞液、乳酸杆菌活细胞液、多粘类芽孢杆菌活细胞液按照体积比为1:(1.4～1.6):2的比例混合均匀后加入海藻糖(海藻糖投加质量为乳酸杆菌活细胞液投加质量的1/20)，制成细菌促进液。
20、该步骤中所使用的真菌促进液可以按照以下方法制备：将木霉菌或曲霉菌的孢子或菌丝片段接种于灭菌后的马铃薯葡萄糖琼脂固体培养基中，30～35℃震荡培养96～108h，收集马铃薯葡萄糖琼脂固体培养基表面成熟的木霉菌或曲霉菌孢子并置于灭菌后的去离子水中制成孢子浓缩液，每毫升孢子浓缩液中孢子数约为1.0×107个，此孢子浓缩液即为真菌促进液。
21、(6)当赤泥堆表层赤泥ph值低于9.0、水稳性大团聚体含量大于70％时即可播种耐盐碱植物进行植被重建，所述的耐盐碱植物包括但不限于碱蓬草。
22、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：
23、(1)本发明采用藻类、细菌、真菌联用技术促进赤泥中水稳性团聚体的构建与发育。在前期投加赤泥自然成土过程中的关键藻类鞘丝藻和常丝藻，通过固氮与固碳作用向赤泥中注入有机碳氮，为下一步异养菌群的发育提供养分与栖息地，同时藻类结皮能够初步捆绑固定赤泥堆表层赤泥，使其不被水力与风力侵蚀并保持水分，促进水稳性团聚体的初步发育。在后期投加赤泥自然成土过程中的关键真菌木霉菌或曲霉菌、关键放线菌诺尔氏菌、关键细菌乳酸杆菌与多粘类芽孢杆菌，真菌与细菌利用藻类注入的有机营养物质分泌有机酸降低赤泥盐碱性，真菌与放线菌的菌丝捆绑赤泥黏粒和粉粒使其聚合为大尺寸颗粒，微生物分泌的胞外多聚物(eps)包裹赤泥颗粒进一步形成具有稳定机械结构的水稳性大团聚体。
24、(2)本发明通过对实验数据进行线性拟合分析提供了藻类促进液及真菌促进液最低用量的计算公式，因此能够降低微生物试剂的用量，节约成本。
25、(3)本发明模拟赤泥在露天堆置过程中的自然成土进程，以赤泥自然成土过程中微生物的原生演替规律及赤泥成土不同阶段的关键菌种为依据，选择在赤泥自然成土前期与后期分别占据优势地位的藻类、细菌、真菌为促进液组分，并在赤泥成土的前期和后期分别投加对应的关键菌种，符合自然成土过程的原生演替规律，因此能够在开放条件下在赤泥堆表面建立稳定、自我维持的微生物生态系统。不添加有机和无机改良剂或修复剂(例如石膏、活性炭、秸秆)，基本无二次污染，不存在因有机和无机改良剂或修复剂降解消耗而出现水稳性团聚体退化的现象。通过本发明方法生成的赤泥水稳性大团聚体结构稳定、不易退化，播种后能够在赤泥表层迅速建立植被。
1.一种促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，步骤(2)的培养条件为：光照强度3000～4000lx，温度25～30℃，光暗比14h：10h。
3.如权利要求1所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，步骤(3)中扩繁时鞘丝藻和常丝藻的接种密度均为0.8～1.2mg/l，培养条件均为：光照强度3000～4000lx，温度25～30℃，光暗比12h：12h。
4.如权利要求1所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，步骤(4)所得到的藻类促进液中藻细胞密度为2.0～3.0g/l，每平方米赤泥堆表面所需喷洒或浇灌的藻类促进液的体积等于每平方米赤泥堆表面所含的藻细胞质量除以藻类促进液中藻细胞密度，每平方米赤泥堆表面所含的藻细胞质量按如下公式计算：
5.如权利要求1所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，步骤(5)中赤泥堆表面喷洒或浇灌的细菌促进液的用量为8～12l/m2。
6.如权利要求1或5所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，所述的细菌促进液按照以下方法制备：
7.如权利要求1所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，赤泥堆表面喷洒或浇灌的真菌促进液的用量按如下公式计算：
8.如权利要求1或7所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，所述的真菌促进液按照以下方法制备：将木霉菌或曲霉菌的孢子或菌丝片段接种于灭菌后的马铃薯葡萄糖琼脂固体培养基中，30～35℃震荡培养96～108h，收集马铃薯葡萄糖琼脂固体培养基表面成熟的木霉菌或曲霉菌孢子并置于灭菌后的去离子水中制成孢子浓缩液，每毫升孢子浓缩液中孢子数为1.0×107个，得到真菌促进液。
9.如权利要求1所述的促进赤泥中水稳性大团聚体发育的方法，其特征在于，所述的耐盐碱植物包括碱蓬草。
