CN101647385A - 一种轻型屋顶绿化预制景天毯的基质配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型屋顶绿化预制景天毯的基质配方，包括草炭、珍珠岩和棕榈丝，其中草炭、珍珠岩、棕榈丝的体积比为2～6∶1～3∶0～2。所述珍珠岩为膨胀珍珠岩，膨胀倍数K₀＞5～15倍，容重≤80kg/m³～200kg/m³，二氧化硅含量60－70％，水分含量4～6％；所述棕榈丝长度为2－10cm，占所述基质总体积的17％；所述棕榈丝长度为2－6cm，占所述基质总体积的22％；所述草炭、珍珠岩和棕榈丝的体积比为4∶1∶1；所述草炭、珍珠岩和棕榈丝的体积比为6∶1∶2；所述预制景天毯的长宽为40cm×40cm，基质厚度为2.5cm；所述基质配方在制备须根系植物栽培中的应用。本发明的基质配方可广泛应用于多形式的坡屋顶和薄板平屋面，在运输、铺装或替换植物材料时方便简捷，不仅节约时间，提高效率，而且可避免因栽培介质脱落而导致植物根系损伤、景观破坏乃至环境污染。

Description

一种轻型屋顶绿化预制景天毯的基质配方

技术领域

本发明涉及植物栽培技术，具体涉及一种园艺植物栽培基质，更具体涉及一种轻型屋顶绿化预制景天毯的基质配方。

背景技术

较薄的基质厚度是轻型屋顶绿化的最重要的特征，它既给轻型屋顶绿化系统带来了很多限制，同时也为整个系统的设计带来了很多可能。首先，较薄的基质厚度从建筑物的角度来考虑是有利的，它大大降低了覆盖在屋顶上的整个植被系统的重量，使得这种屋顶绿化形式可以实施到大部分现有的屋顶，而不需要进行重新改造。另一方面，从植物的角度讲，薄层基质是一个很大的限制，因为基质越薄，它的持水量越少，在夏天干的越快，会影响到植物的生长；而且，一般植物根系的生长对于栽培基质的厚度有一定的要求，薄层基质使得很多植物无法正常生长。据报道，现在德国轻型屋顶绿化的主流市场的基质厚度在10cm左右，而对于利用预制草毯拼装而成的轻型屋顶绿化，由于草毯的可移动性，对于基质层的厚度要求一般在3-5cm之间。

首先，基质材料的筛选原则主要包括如下四大因素：

(1)重量要轻，这是轻型屋顶绿化要考虑的关键问题。由于受建筑物屋面最大荷载的限制，栽培基质的重量不仅影响种植层厚度、植物材料的选择，而且直接关系到建筑物的安全。在一定允许荷载条件下，容重小的栽培基质，种植层可以设计厚些，选择的植物材料也可相应广些。从安全方面考虑，栽培基质不仅要了解它的干容重，更重要的是测定它浸水后的湿容重，作为设计时考虑荷载的依据。

(2)持水量要大，通气排水要好。由于屋顶绿化的种植层和大地之间隔有建筑物，导致缺乏地下毛管上升水的补充；另外，栽培基质形成的种植层薄，有效水分少；再加上外界气温和建筑物的热变化影响，使得种植层的温度变化较大。因此适合轻型屋顶绿化的栽培基质材料要有较高的持水量。栽培基质的通气排水不仅是屋顶绿化中植物生长所必需的，而且也是防止屋顶渗漏和因积水超载的必要条件。一般来讲，混合后的栽培基质，通气孔隙应当在10％～20％以上，饱和持水量在40％～60％为好，这样的栽培基质，水气比较协调，保温隔热性能也较好。

(3)稳定。一般来说，轻型屋顶绿化完成施工后，其寿命一般为5-20年才有推广价值。影响屋顶绿化寿命的因素主要有：建造材料的质量，施工工艺，以及植物特性，其中栽培基质性质的长期稳定是关键因素。屋顶绿化一旦建成，大幅度更换栽培基质的难度将会很大，因此要求基质物理结构、酸碱度、养分供应等方面具有一定的稳定性。

(4)环保，不对环境造成污染是进行屋顶绿化的基本要求。过去的人工栽培基质原料大部分是选自天然无机和有机材料，但随着矿产资源的日益匮乏和栽培基质产业的本身发展，对工农业废弃物进行资源化再利用是栽培基质发展的重要趋势。因此，轻型屋顶绿化在人工基质的选择上要求要清洁材料或者具备无害化工艺，做到基质不会对环境造成污染。

其次，常用的轻型屋顶绿化基质材料有如下几种：

(1)堆腐木屑：具有容重小，持水量高和通气性好等特性。来源广泛，价格便宜，但对幼苗有毒害作用。因此，堆腐时，适当加入氮肥和过磷酸钙进行彻底腐熟，才能降低有毒物质含量并增加腐殖质含量。

(2)稻壳：容重小，通气孔隙大，是降低栽培基质容重、增强基质通气性和渗水性的好材料。屋顶绿化时，常铺设在栽培基质的下层，以改善基质的排水、渗水性能。

(3)浮石：它是天然的无机基质，富含钾、钙、镁、硫和硅等多种元素。容重小，通气性和吸水性好，稳定性强，用于屋顶绿化作排水垫层可降低屋顶荷载。

(4)松鳞片：经脱脂、消毒、杀菌，可应用于屋顶绿化。具有容重小，通气性好，美观、环保等优点。

(5)泥炭：呈褐色，容重小；有机质含量高，保水保肥性能好。但由于其吸水性能强，湿容重大，因此，不能单独在屋顶绿化上使用，应和其它轻质材料如蛭石、珍珠岩等混用，才能形成理想的屋顶绿化栽培基质。

(6)草炭：呈褐色，容重小，有机质含量高。来源广泛，价格便宜，是理想的轻型屋顶绿化基质材料。

(7)蛭石：容重小，疏松透气，保水排水性好，有一定的保肥能力，但稳定性差，容易崩解成粉末，破坏混合基质通气、渗水性能。一般宜与珍珠岩、腐殖土混合运用。

(8)珍珠岩：乳白色、孔隙多，结构稳定。其特点是容重小、保水保肥性差，但通气性好，用作栽培基质，宜与腐殖土、蛭石等混合运用，可弥补各自的不足。

(9)椰丝，棕榈丝：具有较多的纤维，有助于保持混合基质稳定。

由于不同植物对栽培基质的要求是有差异的，并且，各个地区材料获取的难易程度不一样，因此一般来说很难采用完全统一的配方来进行轻型屋顶绿化。但总的来说，轻型屋顶绿化栽培基质的混合配方要求是尽量降低混合基质的容重，提高孔隙度和保水性。但由于土壤容重过大，不利于轻型屋顶绿化草毯的成毯，因此需要开发新的栽培基质来改善这一不利条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轻型屋顶绿化预制景天毯基质配方，通过合理配比草炭、珍珠岩和棕榈丝，获得适宜景天毯的栽培基质；并且通过植物纤维(棕榈丝)使得植株根系与栽培基质形成紧密的整体，以简化园艺植物的搬迁和移栽过程，减少移栽过程中对植物生长产生的不利影响；所提供的基质厚度仅2.5cm就能够保证中华景天良好生长，该基质配方可用于须根系植物的栽培中。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种轻型屋顶绿化预制景天毯的基质配方，包括草炭、珍珠岩和棕榈丝，所述草炭、珍珠岩、棕榈丝的体积比为2～6∶1～3∶0～2。

所述珍珠岩为膨胀珍珠岩，膨胀倍数K₀＞5～15倍，容重≤80kg/m³～200kg/m³，二氧化硅含量60-70％，水分含量4～6％。

所述棕榈丝长度为2-10cm，占所述基质总体积的17％。

所述棕榈丝长度为2-6cm，占所述基质总体积的22％。

所述草炭、珍珠岩和棕榈丝的体积比为4∶1∶1。

所述草炭、珍珠岩和棕榈丝的体积比为6∶1∶2。

所述预制景天毯的长宽为40cm×40cm，基质厚度为2.5cm。

如上所述的基质配方的用途，在制备须根系植物栽培中的应用。以景天类(Sedum)植物为测试植物材料，对照本发明不同配方栽培基质，测试基质成型天数均比对照早。由于配方差异，所以成型时间不同。其中4∶1∶1和6∶1∶2两个配方的植物须根系发达，根冠比值大，成毯快，所以4∶1∶1和6∶1∶2两个配方所需要的成型时间大为缩短，效果好，根系与栽培基质一体化。这2个配比的基质均含有棕榈丝，增加混合基质的纤维含量可以加强基质间以及根系与基质间的相互作用力，对于根系与栽培基质的一体化起到很大的作用。

本发明中所采用的各种物质的特点分别如下：

1)植物纤维是植物生长过程中所具有的天然形成的纤维，属于植物的附属结构。棕榈丝是包裹棕榈树(Fortunes Windmill Plam)主干的外层棕色丝状纤维。椰壳纤维(coir fiber)是包裹于椰树果实并紧贴于果壳最外层的棕色丝状纤维。

2)草炭是沼泽植物遗体转变成的具有多组分、多级分、半胶体特性的高分子复杂汽水体系。草炭的有机质、腐殖酸含量高，纤维含量丰富，疏松多孔，通气透水性好，比表面积大，吸收螯合能力强，有较强的离子交换能力、盐分平衡控制能力以及较高的生物活性和生理刺激作用，是迄今为止最好的有机介质，也是目前绿化最常用的轻质基质。

3)珍珠岩是一种类似流纹岩的酸性火山喷发熔岩，由于喷发后急速冷却，形成球粒状玻璃质岩石，有弧形或圆形裂纹。其一般为浅灰色、淡绿色和褐色，二氧化硅含量达70％，水分含量为3-5％，当将珍珠岩加热到850-900℃时，由于玻璃质软化，其中水分蒸发，造成体积膨胀，可以达到原有体积的7-16倍，此为膨胀珍珠岩，其孔隙多，结构稳定，虽然容重小、保水保肥性差，但通气性好。

本发明的基质配方，采用轻型有机基质和无机基质混配而成，其中有机基质成分为草炭，无机基质成分为珍珠岩。另外，为了使草毯根系一体化达到完整成块的要求，还通过增加混合基质的纤维含量来加强基质之间以及根系之间的相互牵引力，来促进草毯的生成，该混合基质为棕榈丝。将草炭、珍珠岩和棕榈丝按照一定的体积比例加料搅拌混匀，其中保证棕榈丝长度为2～10cm，即得本发明的景天毯基质。它是利用植物纤维所具有的拉力作用制造成一次成坪的栽培基质，通过增加混合基质的纤维含量来加强基质之间以及根系之间的相互牵引力，以促进草毯的生成。

本发明为轻型屋顶绿化新技术提供了一种快速一体化成型的栽培基质，利用基质添加的纤维材料，随着植物根系的自然生长，植物纤维发挥拉力，完成一体化，是一种利用植物自然生长特征的生物固化过程。与化学和物理固化相比，其成分可控性高，可根据植物需要，选择结构性质不同的材料混合而成，充分协调水肥气状况，有机物阳离子交换能量大，缓冲性能好，且含有大量营养成分。本栽培基质可广泛应用于多形式的坡屋顶和薄板平屋面。

本发明的基质配方克服了传统的屋顶绿化荷载重、造价高、维护成本高，轻型基质配方模糊、易松散脱落、易滋生病虫害等不足之处，形成理化性质优良的一次成毯模块化植物栽培基质，提供了适宜中华景天生长的仅2.5cm厚的栽培基质。可广泛应用于多形式的坡屋顶和薄板平屋面，在运输、铺装或替换植物材料时方便简捷，不仅节约时间，提高效率，而且可避免因栽培介质脱落而导致植物根系损伤、景观破坏乃至环境污染。

附图说明

图1为中华景天草毯(maps of S.polytrichoides)的正面、背面、侧面示意图。

图2为50天时中花景天草毯覆盖度。

图3为不同栽培基质处理中华景天草毯的满盖时间。

图4为不同基质配方对中华景天草毯根冠比的影响。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。

本发明所用的试剂若未明确指明，则均购自西格玛-奥德里奇(Sigma-Aldrich)。

实施例1景天耐旱植物

选择景天类耐旱植物，其根系特征属须根系。

取根系具有一定代表性的中华景天(Sedum polytrichoides Hemsl)，其须根系繁密发达，单条根直径较细。

以草炭、珍珠岩、棕榈丝为基质材料，按L₉(3⁴)安排3因素，3水平的正交试验，，试验共计9个处理，对照设为上海植物园的苗圃地表层土，其具体配方和实验结果见表1，其中表中数字代表草毯、珍珠岩和棕榈丝的体积比。

表1正交试验表设计

Tab.1Orthogonal experimental design

将表1中的草炭、珍珠岩和棕榈丝按照上述比例加料搅拌混匀，并且棕榈丝长度为2-10厘米。草毯大小为40*40厘米，厚度为2.5厘米。混合后各基质的理化性质测定结果见表2。选取生长一致的中华景天穴盘苗和花叶垂盆草穴盘苗，按10cm×10cm的株行距进行草毯种植，不同处理的草毯均做3个重复。

由表2混合基质理化性质可以看出：与对照园土相比，混合基质的干容重和湿容重明显较小，干容重均小于0.2g/cm³，不到园土的1/5，湿容重处于0.5-0.8g/cm³之间，是园土的1/3-1/2。由于屋顶绿化要尽量减轻荷载，因此，实际中尽量选用容重小的轻基质。一般要求超轻量基质的干容重应该0.12-0.15g/cm³之间，湿容重在0.45-0.65之间，试验中的混合基质大部分符合此要求。并且混合基质的总孔隙度都在大于对照园土总孔隙度(45.30％)，最高的高达75.22％，表明混合基质的透气性较好。混合基质的毛管孔隙度在40％-60％之间，最高的是9号混合基质，达62.41％，是对照园土毛管孔隙度的1.7倍，这表明混合基质的总体保水性较好，其中，4、7、8、9号混合基质的毛管孔隙度比其他混合基质要高，保水性更好。

一般来说pH值在5.5-7.0都能适合各种植物生长。混合基质的pH值处于6.11-6.44之间，呈微酸性，符合屋顶绿化对基质pH的要求。不同混合基质之间pH值差别不大。

9个混合基质的有机质总量远大于对照园土的有机质含量。其中，1、2、3号的有机质含量＜4、5、6号的有机质含量＜7、8、9号的有机质含量，含量最高的是7号混合基质，有机物含量为58.92％，最低的是3号为31.77％。另外，通过对各基质的碱解氮含量的测量对比，发现9个混合基质的碱解氮含量大致趋势为：4、5、6号＞7、8、9号＞1、2、3号，其中最高的6号混合基质的碱解氮含量达442.33mg/kg，最低的为3号混合基质，其碱解氮含量为79mg/kg。速效磷含量不同混合基质间差异不大，含量处于27.43-36.41mg/kg，均小于对照园土的速效磷含量(53.73mg/kg)。另外，2、3号混合基质的速效钾含量相比其他混合基质高，2号最高，为速效钾含量为126.21mg/kg，最低为7号(92.21mg/kg)，与对照园土速效钾含量较为接近。

将上述各草毯种植后，对每块草毯任意选取3棵植株，每隔10天对其高度进行测量。第40天时，利用四分法，选取中华景天和花叶垂盆草草块，通过称量地上地下部分干重来对其生物量进行测定；用同样的方法在中华景天满盖时对其地上地下部分生物量进行测定。并利用SAS软件，通过新复极差法对其株高和生物量进行组间多重分析。

利用网格法，对中华景天和花叶垂盆草毯50天时草毯植物覆盖率进行测定。

利用SAS软件，通过新复极差法对中华景天生物量进行分析得到结果如表3。可以看出，不同配比基质处理下的中华景天根系生物量存在极显著性差异。其中，4号和7号处理的根系生物量最大，比最低的6号处理高出66.4％。除了6号基质，其他8种处理中华景天的根系干重均大于对照。同样可以看到，不同配比基质对中华景天地上部分生物量的影响也存在极显著差异。对中华景天地上部分生长影响最为显著的是8号配比基质，比最低的6号配比基质提高了44.8％。另外，对照园土处理下的中华景天地上部分生物量较大，仅次于8号处理。

一般来讲，对于中华景天成毯来说，促进地下根系的生长可以使植物聚集更多的栽培基质，增加根系盘结力，从而促进根系一体化；而抑制地上部分的生长，可以使根系能够负荷整个植株的重量，提高草毯完整成块的成功率。因此，可以得出：植株根冠比越大，成毯可能性越高。通过表3可知，9种人工配置基质处理下中华景天的根冠比都比对照要高，其中，根冠比较大的1号，4号，7号处理成毯可能性更高。

表3不同栽培基质对40d中华景天生物量影响的组间多重分析

Tab.3 Multi-group analysis of the influence of the substrates on the biomassof S.polvtrichoides

^*显著水平α＝0.05，不同字母表示处理间差异显著。

通过计算，可以得出50天时中华景天草毯的覆盖度，其结果如图2所示。从图2可以看出：50天时，中华景天草毯的覆盖率达到了77％-92％之间，其中覆盖率最高的是6号配比基质为92％，最低是3号基质，为76％，与园土的覆盖率相近。

各个处理中华景天草毯的满盖时间如图3所示。从图3可以看到：满盖时间最短的是6号处理，只有55天，其次是8号和5号处理，平均63天就能达到满盖；1号、2号、4号、7号处理满盖时间处于中游水平，平均满盖时间为73天；而满盖时间最长的是3号、9号处理和对照，平均在85天达到满盖。一般来讲，满盖时间短，有利于降低中华景天草毯生产的经济成本。

一般来讲，用于屋顶绿化的预制草毯栽培基质厚度在3-5cm之间。但是，本试验的研究结果证明了景天科植物中的中华景天可以在2.5cm厚的栽培基质中生长，大大节省了预制草毯生产的栽培基质用量，并减轻了屋顶的负荷，对于屋顶绿化的推广具有重要的意义。

在上述10个处理结果中，其中4号、7号中华景天草毯成毯效果最好，达到根系和栽培基质一体化。图4列出了不同基质配方对中华景天草毯根冠比的影响。由图4可以看到，4号和7号处理中华景天的根冠比在10个处理中处于前列，较大的根冠比有利于中华景天草毯的生成。另外，这2个配比的基质均含有棕榈丝，增加混合基质的纤维含量可以加强基质间以及根系与基质间的相互作用力，对于根系与栽培基质的一体化起到很大的作用。本试验中棕榈丝的成功使用为屋顶绿化预制草毯的生产技术提供了一个方向，在栽培基质中增加具有较强纤维含量的基质材料，可以增加基质间的盘结力，促进植物根系和栽培基质的一体化。除了棕榈丝以外，椰丝等材料也可以考虑作为草毯生产的基质材料。

综上研究结果表明：中华景天可以作为屋顶绿化草毯的植物材料，并且4号配方(草炭∶珍珠岩∶棕榈丝为4∶1∶1)和7号配方(草炭∶珍珠岩∶棕榈丝为6∶1∶2)在屋顶绿化草毯的栽培基质中最好。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种轻型屋顶绿化预制景天毯的基质配方，包括草炭、珍珠岩和棕榈丝，所述草炭、珍珠岩、棕榈丝的体积比为2～6∶1～3∶0～2。

2.根据权利要求1所述的基质配方，其特征在于，所述珍珠岩为膨胀珍珠岩，膨胀倍数K₀＞5～15倍，容重≤80kg/m³～200kg/m³，二氧化硅含量60-70％，水分含量4～6％。

3.根据权利要求1所述的基质配方，其特征在于，所述棕榈丝长度为2-10cm，占所述基质总体积的17％。

4.根据权利要求1所述的基质配方，其特征在于，所述棕榈丝长度为2-6cm，占所述基质总体积的22％。

5.根据权利要求1或3所述的基质配方，其特征在于，所述草炭、珍珠岩和棕榈丝的体积比为4∶1∶1。

6.根据权利要求1或4所述的基质配方，其特征在于，所述草炭、珍珠岩和棕榈丝的体积比为6∶1∶2。

7.根据权利要求1所述的基质配方，其特征在于，所述预制景天毯的长宽为40cm×40cm，基质厚度为2.5cm。

8.根据权利要求1所述的基质配方的用途，在制备须根系植物栽培中的应用。

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