CN103270866B - 一种采用风干污泥作为草坪草栽培基质的应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用风干污泥直接作为草坪草栽培基质的应用方法。它是以风干污泥、大豆秸秆及细河沙以2:2:1比例混合作为草坪草栽培基质，以达到提高城市污泥的土地利用效率，降低成本和避免土壤资源浪费的目的。实验结果表明：经自然风干处理污泥与豆秸、细沙的组配基质对草坪草的生长起到了一定的促进作用。基质中含有大豆秸秆有助于黑麦草地下部分的生长，而基质中含有细沙有助于黑麦草和高羊茅萌发和地上部分的生长。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及城市绿化，特别是一种采用风干污泥直接作为草坪草栽培基质的应用方法。
背景技术
早期，美国环保署（1994）对污泥的定义是污水处理过程中产生的固体、半固体或液体残留物。世界水环境组织(Water Environment Federation，WEF)于1995年对污水污泥进行了重新定义，将污水污泥定义为“生物固体”(Biosolids)，这一概念重点强调了“生物固体”的资源化应用，更好的参与生态系统中的物质循环，人类社会与自然环境和谐共处、共同发展，同时也标志了人们对污水污泥处理与处置观念有了更深层认识。美国国家研究委员会（USNRC，United States National Research Council)(2002)为进一步提高污泥可利用的安全性和科学性，对“生物固体”从新定义为：经处理后符合503号文件中土地利用标准或其他类似标准的污泥（US Environmental Protection Agency，1993)。
我国多数研究者认为，城市污泥是城市污水处理厂在各级污水处理净化后所产生的含水量75%一99%的固体或者流体状物质。其固体成分主要包括有机残片、无机颗粒、细菌菌体、胶体及絮凝所用药剂等，它是一种以有机成分为主、组分复杂的混合物，其中包含有潜在利用价值的有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)和各种微量元素，同时也含有大量病原体、寄生虫(卵)、重金属和多种有毒有害有机污染物。
草坪对人类赖以生存的环境起着美化、保护和改善的良好作用。在城市绿地建设中，草坪成为绿地建设的重要部分，城市草坪需求量增加，也因此推动了以经营草坪事业为主的专业企业。目前国内草坪生产普遍采用成坪草皮卷直接铺设，可使业主在短期内获得成坪整齐的草坪，但这种方式会带走肥沃的表层土壤，造成了土壤耕作层的在传统的草皮生产中，为保证草皮品质，每完成一次草皮生产过程，至少要铲去2 cm以上的熟土，在同一地块连续生产3~4茬草皮之后，肥沃的农田即遭到破坏，土壤最肥沃的有机质层就被剥离干净，形成大量的低洼地，造成土地贫瘠；在一些地势低的地区，由于进一步下挖造成下部盐碱化。一座面积与北京相似的城市，一年草皮铺植面积为600万~700万m2，如果每次草皮出圃都起掉3cm厚土壤，其所使用的有土草皮一年就剥离土壤表土18万~21万m3，这给我们国家宝贵的土地资源造成了极大的浪费。草坪草栽培基质是草坪草生长的基础和介质，也是无土草皮种植成败的关键因素。
综上所述，由于城市污泥堆肥含有丰富的有机质和大量的植物生长所需营养元素，对污泥堆肥的园林绿地资源化利用已得到广泛报道。但对城市污泥利用于园林绿地的研究多集中于污泥经过有氧或无氧的堆肥发酵，形成腐熟堆肥，或单独施用污泥堆肥，或与其他废弃物，例如与垃圾堆肥、泥炭、珍珠岩、河沙等物质，按照相应比例混合后，形成植物的生长基质。
尽管如此，污泥堆肥化处理利用，存在耗时长，并需要大量的人类、物力和财力；同时，在处理工程中，污泥的营养成分也会存在损失。因此，污泥堆肥化处理利用，会大大增加了其利用成本，这也在很大程度上限制也高效和广泛的利用。可见，研制一种有效的低成本利用污泥的方法，已成为当务之急。
目前，在土壤替代基质研究中，国内一些学者对不同基质作为草皮土壤替代基质做了大量研究。邓蓉等通过研究表明，珍珠岩作为无土栽培基质效果最佳。王小山等对低成本无土草坪基质的理化特性及建坪效果研究表明，从生物量考虑低成本无土草坪基质均适合无土草皮卷生产，但综合考虑腐熟草质纤维+泥炭+炉渣为最佳混合处理。本发明将以风干污泥、大豆秸秆及细河沙以不同比例混合作为草坪草栽培基质，以达到提高城市污泥的土地利用效率，降低成本和避免土壤资源浪费的目的，这项技术在市场将有着广阔的应用空间。
发明内容
本发明公开了一种风干污泥组配草皮基质，其特征在于它是由下述任一项重量份数的材料组成：
（1）风干污泥：大豆秸秆：细河沙=2:2:1或
（2）风干污泥：细河沙=3-7:1或
（3）风干污泥：大豆秸秆3-7:1；
其中所述的大豆秸秆是将豆秸放人烘箱，50℃条件下烘干至恒重24 h ，然后粉碎制成粉末以用作施配材料；细河沙为工业用沙，人工去除细沙中的贝壳、石子，自然风干含水率在1%以下留存；供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干后污泥的有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。
本发明进一步公开了风干污泥组配草皮基质提高草坪草生长的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）将风干过筛后的污泥与相应配材重量分数比进行混合，每培养皿栽培基质总干重均为40g，混合培植基质置于培养皿中；
（2）选择籽粒饱满的黑麦草和高羊茅种子各100粒，均匀播于各培养皿，播种后及时浇灌水分，实验周期为30d；
（3）实验期间对基质进行充分浇水，保证种子萌发生长的正常需水量，萌发后保持基质70%持水量，试验于室内进行，将培养皿置于靠窗试验台，光线为射入室内的自然光，光照强度为450-700 μmol·m-2·s-1，湿度为30%-55%，温度为17℃-26℃；
（4）当种子开始萌发后进行植株生长状况的测定。
本发明更进一步公开了风干污泥组配草皮基质在制备作为提高草坪草生长基质中的应用。所述的草坪草生长指的是黑麦草萌发和地上部分的生长。以及高羊茅萌发情况、株高、地上生物量以及叶绿素含量的生长。
本发明更加详细的制备方法及试验情况如下：
1 研制材料和方法
1.1 试验材料
选用我国北方常见多年生黑麦草（Lolium perenne L.）和高羊茅（Festuca arundinacea L.）为试验材料。大豆秸秆取秸秆选用最常见的大豆秸秆，将豆秸放人烘箱，50℃条件下烘干至恒重(约24 h)，然后粉碎制成粉末以用作施配材料。细河沙为工业用沙，人工去除细沙中的贝壳、石子，自然风干含水率在1%以下留存待用。
供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干，风干后污泥的有机质含量18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。细沙：取自建筑工地，粒径较为均匀。
1.2 研制方法
实验设置5个处理，将风干过筛后的污泥与相应配材按S1：35g污泥+5g大豆秸秆，S2：30g污泥+10g大豆秸秆，S3：25g污泥+10g大豆秸秆+5g细沙，S4：35g污泥+5g细沙，S5：30g污泥+10g细沙的比例进行混合，每培养皿栽培基质总干重均为40g，每个样品设置3个重复，以40g纯污泥栽培基质作为对照。混合培植基质置于直径9 cm的培养皿中，选择籽粒饱满的黑麦草和高羊茅种子各100粒，每个草种均设5个处理，顺序排列，均匀播于各培养皿，播种后及时浇灌水分，实验周期为30d。各栽培组配基质见表1。
表1风干污泥、豆秸秆及细沙组配基质
| 组配基质名称 | 组配基质质量(g) | 质量比 |
| S1 | 污泥35g+大豆秸秆5g | 7:1 |
| S2 | 污泥30g+大豆秸秆10g | 3:1 |
| S3 | 污25g+大豆秸秆10g+细沙5g | 2:2:1 |
| S4 | 污泥35g+细沙 5g | 7:1 |
| S5 | 污泥30g+细沙 10g | 3:1 |
| CK | 污泥40g | —— |
1.3 环境条件
实验期间对基质进行充分浇水，保证种子萌发生长的正常需水量。萌发后保持基质70%持水量。试验于室内进行，将培养皿置于靠窗试验台，光线为射入室内的自然光，光照强度为450~700 μmol·m-2·s-1，湿度为30%~55%，温度为17℃~26℃。
1.4指标测定
1.4.1 种子萌发指标测定
萌发测定：发芽期间，每日记载种子萌发情况以及发芽粒数（以当天胚根、胚芽都达到种子本身长度为发芽标准），测定发芽率和发芽指数。发芽率：种子胚根长出并超过种子长度一半视为萌发，每天观察种子萌发情况并进行记录，以发芽末期连续7d发芽不超过1%时为限。考虑到两个不同种间的差异性，对发芽结束时间适当作了延长。统计发芽数黑麦草至8d结束，高羊茅至10天结束。
发芽数（GR）=(每天统计发芽种子数／供试种子数)×100%。
发芽势(GV)=(5天发芽种子数/供试种子数)×100%（张秀玲，2007）。
萌发7 d测定发芽指数，发芽指数GI=Σ(Gt/Dt)，其中GI为发芽指数，Gt为在t日的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数。
1.4.2 幼苗生长指标测定
动态株高：种子萌发后第7天开始进行株高的测量，每6、7天进行一次测量，直至第30天收割后进行最后一次株高测量；
地上鲜重和干重、根长、根干重测定方法：将草坪植物齐根剪下，用电子天平称量鲜重，80℃烘干至恒重，测量地上部干重。每个培养皿随机抽取10株的根，测量根长，然后置烘箱中80℃烘至恒重，测量根干重；
叶绿素含量的测定：取0.1 g叶片，剪成1-2 mm碎片，浸泡于丙酮:乙醇（V:V=1:1）溶液中24小时，浸泡液为待测液。用分光光度计于波长633 nm和645 nm下测量吸光值，并根据公式计算叶绿素含量（李合生，2000）
结果计算：
其中，A663、A645—分别为叶绿素提取液在663nm和645nm处的吸光率
V—叶绿素提取液体积 ml
W—材料重(g)。
1.5 数据分析和处理：数据分析采用EXCEL和SPSS12.0统计软件进行单因素Duncan的多重分析。
2 研制结果与分析
2.1 风干污泥豆秸组配基质对草坪草萌发的影响
2.1.1 风干污泥豆秸组配基质对草坪草发芽率的影响
试验设置不同组配基质对草坪植物种子萌发效果有所差异（表2）。试验进行第3天黑麦草种子开始萌发，高羊茅种子于试验进行第5天开始萌发。与对照相比，黑麦草的发芽率处理S1低于对照且呈显著性差异，S2、S5处理发芽率与对照间无显著差异，S4发芽率最高为84.3%，较对照提高了6.04%。与黑麦草相比，相同污泥、豆秸秆及细沙组配基质培植条件下，高羊茅发芽率低于黑麦草，其发芽率约为34%～58%，以处理S2发芽率最低仅为34%，处理S4与CK（纯污泥基质）相比，发芽率较对照高出26.09%。由此可见，风干污泥中添加细沙与添加大豆秸秆相比，前者更能促进草坪植物萌发。
2.1.2 风干污泥豆秸组配基质对草坪草发芽指数和发芽势的影响
风干污泥与大豆秸秆、细沙组配基质对黑麦草发芽指数和发芽势的影响与其对发芽率的影响有所差异（表2）。黑麦草的发芽指数处理与对照之间无显著性差异(P>0.05)，发芽势则以处理S3为最高，较对照高出11.21%，其他处理与对照间无显著性差异。说明实验设置组配基质条件下，对黑麦草发芽指数的影响较小，风干污泥基质中添加细沙和豆秸秆的基质可缩短黑麦草种子萌发时间。
污泥豆秸杆组配基质对高羊茅发芽指数和发芽势的影响与其对高羊茅发芽率的影响呈较为一致的趋势，以处理S4的发芽指数和发芽势为最高，分别高出对照39.41%和38.04%。由此说明，风干污泥中添加有一定量的细沙更有利于高羊茅种子的萌发。
表2 风干污泥豆秸杆组配基质对草坪草种子萌发的影响
注：同列数据不同字母表示表示显著性差异，即P<0.05
CK：纯污泥40g； S1：35g污泥+5g大豆秸秆； S2：30g污泥+10g大豆秸秆；S3：25g污泥+10g大豆秸秆+5g细沙；S4：35g污泥+5g细沙；S5：30污泥+10细沙；
2.2 风干污泥豆秸组配基质对草坪草株高的影响
培植期间对草坪植物进行株高测量，高羊茅较黑麦草晚两天萌发，因此株高测定相应推后两天。污泥豆秸杆基质对黑麦草株高影响见表3。如表3所示，播种第10天，基质中添加有豆秸秆的基质已表现出对黑麦草生长的促进作用，以处理S2的株高为最高，与对照（纯污泥）相比，提高了59.6%，且与其他处理之间呈显著性差异（P<0.05)。随栽培日期延长，其他处理与处理S2的黑麦草株高差距逐渐缩短，到生长后期，对照与各处理之间株高无显著性差异(P>0.05)。
污泥豆秸杆对高羊茅株高影响如表4。从萌发后第7天开始对高羊茅株高进行第一次测量到实验结束，对照与处理之间均无显著性（P>0.05)，但添加有细沙的栽培基质中高羊茅株高均高于基质中未含有细沙的高羊茅株高，培植后期，高羊茅株高以处理S4株高为最高，较对照增加15.21%。说明风干污泥与细沙的组配基质比风干污泥与豆秸秆的组配基质更有利于高羊茅生长。
表3 污泥豆秸组配基质对黑麦草株高的影响(cm)
注：同列数据不同字母表示表示显著性差异，即P<0.05
表4 风干污泥豆秸组配基质对高羊茅株高的影响(cm)
注：同列数据不同字母表示表示显著性差异，即P<0.05
2.3 风干污泥豆秸组配基质对草坪草地上生物量的影响
如表5所示，草坪植物地上鲜重在不同比例污泥豆秸杆组配基质条件下并无显著性差异，无论是黑麦草还是高羊茅均以处理S4地上鲜重最重，较对照分别高出29.28%和80.33%。黑麦草地上干重最大值出现在S4处理，较对照高出45.45%。其他各处理之间差异不显著。高羊茅地上干重以处理S4为最高，且与对照和其他各处理之间差异显著。说明实验设置处理S4条件下对草坪植物生物量积累的促进作用。
表5 风干污泥豆秸组配基质对草坪草地上生物量的影响
注：同列数据不同字母表示表示显著性差异，即P<0.05
2.4 风干污泥豆秸组配基质对草坪草根长和根重的影响
风干污泥豆秸组配基质对草坪草根长和根干重的影响见表6。黑麦草各处理根长均高于对照，以处理S2为最好，较对照高出72.58%。黑麦草根干重对照与处理间差异不显著。相同处理下高羊茅根长和根干重均低于黑麦草，其中高羊茅根长以处理S2为最好，高出对照22.75%。根干重在各处理之间并无明显差异。风干污泥、大豆秸秆混合基质对草坪植物根长的促进作用优于风干污泥与细沙组配基质，但对草坪植物根干重作用效果并不显著。
表6 风干污泥豆秸组配基质对草坪草根长和根重的影响
注：同列数据不同字母表示表示显著性差异，即P<0.05
2.5 风干污泥豆秸组配基质对草坪草叶绿素含量的影响
植物叶片的叶绿素含量提高或减少，表明其光合机能增强、减弱，可作为判断植株生长健壮与否，生理代谢强弱的重要标志。由表7可知，黑麦草处理S1、S2、S4略微高于对照，但处理与对照无明显区别，以处理S5总叶绿素含量为最高，较对照提高12.62%，处理S3低于对照且达到显著水平。组配基质对高羊茅叶绿素含量的影响与黑麦草有所差异，处理S3叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量均高于对照，较对照分别提高了7.89%、14.58%和13.50%，其他处理均低于对照。以S2处理叶绿素含量为最低。
表7 风干污泥豆秸组配基质对黑麦草和高羊茅叶绿素含量的影响（mg.g-1 FW）
注：同列数据不同字母表示表示显著性差异，即P<0.05
3 研制结论
经自然风干处理污泥与豆秸、细沙的组配基质对草坪草的生长起到了一定的促进作用，对不同草坪草的影响效果不同。与纯风干污泥基质相比，风干污泥中混有少量豆秸和细沙的组配基质对草坪植物的作用效果更为明显。基质中含有大豆秸秆有助于黑麦草地下部分的生长，而基质中含有细沙有助于黑麦草萌发和地上部分的生长。综合考虑高羊茅的萌发情况、株高、地上生物量以及叶绿素含量等生长指标，高羊茅更适合在试验设置的S4条件下，即35g污泥与5g细沙的组配基质中进行栽培。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。
实施例1
风干污泥：大豆秸秆：细河沙=2:2:1
其中所述的大豆秸秆是将豆秸放人烘箱，50℃条件下烘干至恒重24 h ，然后粉碎制成粉末以用作施配材料；细河沙为工业用沙，人工去除细沙中的贝壳、石子，自然风干含水率在1%以下留存；供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干后污泥的有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。
实施例2
风干污泥：细河沙=7:1
细河沙为工业用沙，人工去除细沙中的贝壳、石子，自然风干含水率在1%以下留存；供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干后污泥的有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。
实施例3
风干污泥：细河沙=3:1
细河沙为工业用沙，人工去除细沙中的贝壳、石子，自然风干含水率在1%以下留存；供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干后污泥的有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。
实施例4
风干污泥：大豆秸秆7:1；
其中所述的大豆秸秆是将豆秸放人烘箱，50℃条件下烘干至恒重24 h ，然后粉碎制成粉末以用作施配材料；供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干后污泥的有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。
实施例5
风干污泥：大豆秸秆3:1；
其中所述的大豆秸秆是将豆秸放人烘箱，50℃条件下烘干至恒重24 h ，然后粉碎制成粉末以用作施配材料；供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干后污泥的有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。
实施例1-5的使用方法：
（1）将风干过筛后的污泥与相应配材重量分数比进行混合，每培养皿栽培基质总干重均为40g，混合培植基质置于培养皿中；
（2）选择籽粒饱满的黑麦草和高羊茅种子各100粒，均匀播于各培养皿，播种后及时浇灌水分，实验周期为30d；
（3）实验期间对基质进行充分浇水，保证种子萌发生长的正常需水量，萌发后保持基质70%持水量，试验于室内进行，将培养皿置于靠窗试验台，光线为射入室内的自然光，光照强度为700 μmol·m-2·s-1，湿度为50%，温度为25℃；
（4）当种子开始萌发后进行植株生长状况的测定。
Claims (2)
1.一种采用风干污泥组配草皮基质提高草坪草生长的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）将风干过筛后的污泥与相应配材按重量分数比进行混合，每培养皿栽培基质总干重均为40g，混合培植基质置于培养皿中；所述的风干污泥组配草皮基质为
1）风干污泥：大豆秸秆：细河沙=2:2:1或
2）风干污泥：细河沙=3-7:1或
3）风干污泥：大豆秸秆=3-7:1；
其中所述的大豆秸秆是将豆秸放入烘箱，50℃条件下烘干至恒重24 h ，然后粉碎制成粉末以用作施配材料；细河沙为工业用沙，人工去除细沙中的贝壳、石子，自然风干含水率在1%以下留存；供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干；其中风干后污泥的有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%；
（2）选择籽粒饱满的黑麦草和高羊茅种子各100粒，均匀播于各培养皿，播种后及时浇灌水分，实验周期为30d；
（3）实验期间对基质进行充分浇水，保证种子萌发生长的正常需水量，萌发后保持基质70%持水量，试验于室内进行，将培养皿置于靠窗试验台，光线为射入室内的自然光，光照强度为450-700 μmol·m-2·s-1，湿度为30%-55%，温度为17℃-26℃；
（4）当种子开始萌发后，进行草坪植物的生长状况测定。
2.权利要求1所述采用风干污泥组配草皮基质提高草坪草生长的方法在制备作为提高草坪草生长基质中的应用，其中所述的草坪草生长指的是黑麦草和高羊茅萌发情况、株高、地上生物量以及叶绿素含量的生长。
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| CN1505920A (zh) * | 2002-12-11 | 2004-06-23 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种地毯式草皮基质的制备方法 |
| CN1749218A (zh) * | 2005-03-14 | 2006-03-22 | 王其传 | 可再生性植物废弃物和污泥混合型基质及其生产方法 |
-
2013
- 2013-05-15 CN CN201310178179.5A patent/CN103270866B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1505920A (zh) * | 2002-12-11 | 2004-06-23 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种地毯式草皮基质的制备方法 |
| CN1749218A (zh) * | 2005-03-14 | 2006-03-22 | 王其传 | 可再生性植物废弃物和污泥混合型基质及其生产方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 利用城市污水厂脱水污泥直接生产草坪的研究;丘锦荣等;《中国给水排水》;20090731;第25卷(第13期);第52-54和57页 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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