CN104145669B - 一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪及其制备方法，包括以下步骤：选取风干的已腐熟的城市污泥粗堆肥进行筛分，筛分后堆肥粒径在2mm～5mm之间；将堆肥与稻糠，蛭石，珍珠岩中的任意两种进行混合，搅拌均匀，得混合基质；平整土地；喷洒杀虫剂；铺设隔离层；将混合基质均匀地覆盖在隔离层上；均匀地播撒草种，播种完成后，覆盖混合基质0.5cm；覆盖遮阳网。本发明不仅可以提高草坪品质，降低生产及建植成本，节约土地和水资源，还可以巩固治水成果，促进节能减排，有效消纳伴随污水处理过程产生的大量剩余污泥，缓解园林基质逐渐匮乏、来源不稳定的压力，是一个极具应用价值，可持续的污泥资源化方法。

Description

一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无土草坪及其制备方法，是一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪及其制备方法。

背景技术

草坪在美化环境、保持水土、净化空气等方面发挥着不可替代的作用。随着城镇化的快速发展，人们对草坪需求量和档次要求日益提高。优质草皮的快速建植成为当今草坪研究的重要课题之一。优质草皮的生产不仅与草品种有关，而且与草坪栽培基质的选择也密切相关。传统草坪生产基质一般取自农田，对土壤结构破坏严重，而且病虫害和杂草难以控制，生产周期长。有些城市采用建筑垃圾作为种植土，但由于忽略园林绿化用土的标准和要求，营养物质匮乏，容重较大导致土壤质量普遍下降并出现植物长势不良、养护管理困难等问题。为有效解决传统草坪的弊病，无土草皮应运而生。常规的无土草坪栽培基质如蛭石、岩棉等虽具有理想的理化性状，但因其养分不足、价格昂贵，在实际生产中并未得到推广和普及。因此，草坪栽培基质的紧缺成为草坪业发展中亟待解决的重大问题。

随着城市人口的快速膨胀和生活污水的大量排放，污泥处理量大幅度提高，据估计2013年中国的污泥产量将达到3000万吨。而堆肥资源化利用成为污泥处理的主要方式之一。与泥炭相比，污泥堆肥具有轻质、无害、富含氮磷等养分的特点，是一种潜在的理想草坪基质。污泥堆肥混合基质包括有机-有机，有机-无机两种类型，这些复合基质综合了各种组成物料优良的理化性质，有利于提高栽培效果。选择能够循环利用、就地取材，不污染环境、栽培效果好的陪选料是污泥堆肥混合基质草坪利用的发展方向。但是，组成物料的选择必须具有科学性，并应根据不同基质材料理化性质及不同植物幼苗生物学特性进行配比，否则污泥堆肥混合基质生长效果不如单一基质。各地的气候、资源等因素不同，使得各地对基质的要求不同，陪选料的选用地域性很强。长途调运不仅增加成本，而且一种陪选料在某一地区使用较好不代表其具有普遍适用性。如黑龙江省，可以重点发展以木屑、稻壳、秸秆、落叶、炉渣等陪选料为主的污泥堆肥混合基质。既避免了环境污染及资源浪费，又能产生更多的经济效益、实现草业可持续发展。用污泥堆肥生产草坪时税后利润和净现值均为传统生产模式的3.3倍，从经济性上是显著可行的。因此，用污泥堆肥替代土壤或无机栽培基质生产无土草坪可提高草坪品质，节约成本，其在改善我们生活环境的同时，还可以有效消纳污泥，拓宽了无土草坪栽培基质的市场，也为污泥堆肥的最终处置提供了良好出路。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪及其制备方法，本无土草坪通过控制污泥堆肥与其他辅料的混合配比，调控混合基质的生产性能，使基质的理化性状满足草坪草生长的要求，不仅可以提高草坪品质，降低生产及建植成本，节约土地和水资源，还可以巩固治水成果，促进节能减排，有效消纳伴随污水处理过程产生的大量剩余污泥，缓解园林基质逐渐匮乏、来源不稳定的压力，是一个极具应用价值，可持续的污泥资源化方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪的制备方法，包括以下步骤：

S1、选取风干的已腐熟的城市污泥粗堆肥进行筛分，筛分后堆肥，粒径在2mm～5mm之间；

S2、将步骤S1所得的与常用栽培基质粒径的堆肥与稻糠，蛭石，珍珠岩中的任意两种进行混合，搅拌均匀，得混合基质；

S3、平整土地，去除杂草，削高填洼，目的是使草坪平整，铺设基质时厚度均匀；

S4、喷洒杀虫剂，防止土壤害虫蝼蛄破坏隔离层和草坪；

S5、铺设隔离层，防止草坪根系扎入土壤中，促使根系相互交接成网；

S6、将步骤S2所得的混合基质均匀地覆盖在隔离层上，确保基质厚度均在2～2.5cm；

S7、均匀地播撒草种，播种量25g/m²，播种量可视草种种类有所变化，播种完成后，覆盖步骤2所得的混合基质0.5cm；

S8、覆盖遮阳网，防止大风将混合基质刮飞，同时也可避免阳光直曝混合基质，降低水分的蒸腾作用。用草坪辊碾轧基质，确保草种与基质充分接触，可提高草种的发芽率。

其中，草种发芽以后可揭除遮阳网。

其中，当生产周期较短，即为18～20天时，所述混合基质中堆肥的体积百分数为2％-39％，稻糠的体积百分数为0～98％，蛭石的体积百分数为0～93％。

其中，当生产周期较短，即为18～20天时所述混合基质中蛭石体积百分数为0～92％，堆肥体积百分数为8％～35％，珍珠岩体积百分数为0～64％。

其中，当生产周期较短，即为18～20天时所述混合基质中稻糠体积百分数为10％～98％，堆肥体积百分数为2％～37％，珍珠岩体积百分数为0～69％。

本发明还提供了一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪，通过上述制备方法制备。

本发明具有以下有益效果：

(1)为污泥堆肥的资源化利用提供新的出路，可以巩固治水成果，促进节能减排，有效消纳伴随污水处理过程产生的大量剩余污泥，缓解园林基质逐渐匮乏的压力。

(2)污泥堆肥富含氮磷钾和各种微量元素，有利于植物的生长，但污泥中含有重金属等有毒物质，用于农业生产存在一定的风险，用作生产草坪，可避免污染食物链，降低环境风险。

(3)筛选出了生产周期较短，成坪质量较优的污泥堆肥混合基质配比范围。

(4)与常规无土草坪栽培基质相比，混合基质所用物料污泥堆肥，稻糠等来源广泛，成本低廉。

(5)城市污泥堆肥混合基质生产的无土草坪，对场地无特殊要求，生产占地面积小，可循环使用，因此，不存在传统草坪生产占用大量肥沃土地，破坏土壤结构等问题，有利于保护土壤生态环境。

(6)城市污泥堆肥混合基质生产的无土草坪，适合大多数草坪草的建植，且病虫害及杂草侵害明显比传统草坪少，可有效降低养护及管理成本。

(7)污泥堆肥混合基质生产的无土草坪根系相互缠结，移植时根系几乎100％保留，与传统草坪相比，缓苗期明显缩短。

(8)与土壤相比，污泥堆肥混合基质的容重较小，重量较轻，可降低运输成本。

(9)与传统草坪以小方块移植方式相比，混合基质无土草坪是成卷出售，大大降低了铺设成本。

附图说明

图1各基质草坪草株高随时间的变化图。

图2各基质草坪草根系活力的变化图。

图3各基质草坪草叶片内过氧化氢酶的变化图。

图4播种21天时各基质草坪草叶片内叶绿素含量的变化图。

图5各基质草坪草叶片内游离脯氨酸含量的变化图。

图6稻糠、蛭石和污泥堆肥三组分混合基质生产周期程序运行截图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所使用的城市污泥堆肥混合基质采用的是经过风干，筛分的河南省郑州八岗污泥处置厂生产的污泥堆肥，与农业废弃物稻糠，无极栽培基质蛭石、珍珠岩等按一定配比混合均匀得到的污泥堆肥混合基质。所用污泥堆肥及其陪选料的各种指标理化具体如表1所示：

表1 各组分的理化指标

本研究根据混料设计的{3，2}单形格子理论，利用混合基质对碱茅草进行了栽培发明，旨在探讨珍珠岩、稻糠、蛭石和污泥堆肥开发无土草皮栽培基质的可行性以及其与污泥堆肥不同体积配比组合与碱茅草无土草皮生产周期之间的关系，以其为相关研究在基质选配上提供科学依据。

三组分混料实验设计又称配方设计，是研究配方配比问题的一种重要发明方法。混料实验设计中的单形格子设计具有以下特点：(1){p，d}设计要作的发明次数恰好等于响应方程中系数个数(回归自由度与总体自由度相)。发明点是对称排列在单形上，各成分值加起来会等于1。(2)发明点的成分与模型的次数d有关，每个成分xi的取值为1/d的倍数，xi＝0，1/d，2/d……(d-1)/d，1。在设计中，因子成分量的各种配合都使用到。(3)方程中二次项β_ijx_ix_j不能理解为x_i与x_j的交互作用，这是因为x_i与x_j受条件的限制，不能独立变动的缘故。以稻糠，蛭石和污泥堆肥混合基质为例，其配方如表2所示。

表2 污泥堆肥混合基质配方

对于草坪质量的评价，本发明在对各指标进行量化处理的基础之上，引入模糊数学综合评判法对决定草坪质量的各主要指标进行综合评价。主要包括外观质量，生态质量，实用性指标评价三个方面。(1)草坪外观质量草坪外观质量是草坪在人们视觉中好差的反应。城市草坪主要具有美化环境的作用，所以其外观质量评价是草坪评价的一个重要方面。草坪密度、色泽、质地和均一性等构成草坪的外观质量，因而不少学者在评价过程中，均把这些指标作为首选指标。本文选用草坪密度、色泽、质地和均一性作为外观质量评价指标。

采用NTEP(The National Turfgrass Evaluation Program)9分制评分法，评定指标包括：密度、色泽、质地和均一性。以9代表可能的最高得分，以1作为最差的得分，以6作为最低合格质量得分，具体见表3

表3 草坪外观质量评分标准

草坪综合质量评价利用层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简记为AHP)中有关原理，根据T.L.Satty的1-9尺度法来确定各指标对综合评价目标的权重值。

权重的确定与计算：

草坪质量的综合评价过程中，在作比较、判断、评价、决策时，密度、质地、色泽、均一度等指标的重要性或影响力(即通常所说的权重值问题)，往往难以量化，人的主观选择起着相当重要的作用，这就给应用一般的数学方法解决草坪质量评价问题带来本质上的困难。目前，已有的草坪质量评价方法中，权重的确定都是由有关专家评估给出的，专家实际评估过程中，由于没有统一的参照标准，意见往往不一致，使权重值的确定带有较大的主观性。为此，本文利用层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简记为AHP)中有关原理，根据T.L.Satty的1-9尺度法来确定各指标对综合评价目标的权重值。

该方法不是把所有因素放在一起进行比较，而是两两相互对比，同时，对比时采用相对尺度，以尽可能地减少性质不同的诸因素相互比较的困难，提高精度。

比较尺度：为了易于确定a_ij在比较过程，引入Satty1-9尺度方法，这种方法能很好地使思维判断数量化。

对建植草坪以外观质量密度、质地、色泽、均一性4个指标构建判断矩阵A1；以抗逆性、分蘖数、盖度3个评价指标构建判断矩阵A2；以草坪实用质量成坪时间、出苗势、生长速率3个评价指标构建判断矩阵A3

其特征根分别为λA1_max＝4.1135 λA2_max＝3.007 λA3_max＝3.0012

W_A1＝(0.521 0.216 0.216 0.047)

W_A2＝(0.669 0.243 0.088)

W_A3＝(0.761 0.157 0.082)

由一致性检验CR_A1＝0.042＜0.1 CR_A2＝0＜0.1 CR_A3＝0＜0.1

表明A1、A2和A3通过一致性检验，其相应的特征向量作为草坪评价指标权重是可以接受的。

综合质量评价的录属函数的建立和综合指标评语集的划分，建立指标数据与其对应的录属函数。

若希望指标值越大越好，采用上限线性录属函数，函数如下

若希望指标值越小越好，采用下限线性录属函数，函数如下

其中U_ij(χ_i)表示第j个待评草坪对应第i个评价指标的录属函数，maxχ_i，minχ_i分别表示各评价指标在评语集划分中的上限与下限。用U_ij(χ_i)进行模糊化计算，得到模糊关系矩阵。而草坪质量的评价指标集及评语集的划分具体如表4所示。

表4 草坪质量的评价指标集及评语集的划分

各个指标的模糊函数建立如下：

表5 各基质的草坪指标

将各指标评价值分目标层与其对应的录属函数进行模糊化，得到如下模糊关系矩阵R1、R2、R3

在得出所有指标对草坪质量的综合影响的同时，为避免丢失各单项指标的许多信息，在模糊评判的种种数学模型当中选用模型M(·，+)，其公式可用B＝WAi·Ri表示(i＝1，2，3)(其中，W是各指标的权重向量，可视为一行模糊矩阵，R是测定结果经模糊化所得。模糊矩阵B＝(bj)(j＝1，2……6)是模糊综合评判集，bj(j＝1，2……6)是模糊综合评判指标。)

由此计算得到草坪外观质量、草坪生态质量和草坪实用质量的综合评价集B1，B2，B3

B1＝WA1·R1＝(0.741 0.509 0.452 0.579 0.663 0.457 0.892 0.567)

B2＝WA2·R2＝(0.723 0.912 0.809 0.751 0.314 0.667 1.000 0.492)

B3＝WA3·R3＝(0.862 0.037 0.995 0.174 0.992 0.480 0.512 0.933)

由B1、B2、B3组成综合评价模糊矩阵C

由D＝WA·C得出草坪综合评价集D

D＝(0.751 0.545 0.599 0.570 0.622 0.555 0.871 0.593)

通过模糊数学和权重分析法以及层次分析法得到草坪质量指标如表6所示

表6 草坪综合质量评价表

综合评价结果分析，将各处理成坪后的综合评价值由大到小的顺序进行排序为CK1＞T1＞T5＞T3＞CK2＞T4＞T6＞T2

草坪的质量分级为

I级 无

II级 无

III级：为T2、T3、T4、T6、CK2，其综合评价值分别为0.545、0.599、0.570、0.555和0.593

IV级：为T1、T5，其综合评价值分别为0.751、0.622

V级：为CK1，其综合评价值为0.871

当碱茅草草皮，覆盖均匀致密、根系发达、草皮能够卷起且无病斑即可认为草皮成坪。

以稻糠，污泥堆肥和蛭石混合基质为例，x1代表稻糠的体积分数，x2代表污泥堆肥的体积分数，x3代表蛭石的体积分数。而且x1+x2+x3＝1。

对于基质组成对生产周期的影响分析可采用C语言编辑的程序软件，建立P{3，2}单形格子二次曲面模型：

y代表生产周期，A＝y1、B＝y2、C＝y3、D＝4y12-2(y1+y2)、E＝4y13-2(y1+y3)、F＝4y23-2(y2+y3)，y1、y2、y3、y12、y13、y23分别代表T1、T2、T3、T4、T5、T6的生产周期。

成分的取值为：xi＝0、1/2、1。将生产周期换算出A、B、C、D、E、F后带入相应方程方程：

A＝y1＝21；

B＝y2＝75；

C＝y3＝23；

D＝4y12-2(y1+y2)＝-88；

E＝4y13-2(y1+y3)＝0；

F＝4y23-2(y2+y3)＝-96；

点击回车，运行程序，即可显示5151套数据，包含每一组分含量变化0.01相对应的生产周期。

各基质生产周期的实测值与建模的预测值的对比，如表7所示。

表7 各基质生产周期的实测值与建模的预测值对比

注：CK1用于回归方程适合度检验，CK2作为对比生长实验。

由生产周期明显看出，纯污泥堆肥基质的生产周期最长，而其他含肥混合基质的生产周期明显缩短，这对指导生产有重要的作用，生产周期的长短不仅与基质的理化性状有关，与外界的环境特点，水肥条件控制也密切相关。

回归式显著性分析主要检验回归方程式能否反映实际情况，即计算值与实际值是否吻合，用χ²测定法测定该回归式的显著性：查χ²表，当f＝6-1＝5时，χ² _0.05＝11.1，χ²＜χ² _0.05，差异不显著，理论值与实际值吻合，回归方程式可以很好地反映实际情况。

对数据进行统计分析，可得：

生产周期y∈[18，20]时：0≤x1≤98％且2％≤x2≤39％且0≤x3≤93％，共2710组配方；

生产周期y∈[21，30]时：0≤x1≤100％且0≤x2≤59％且0≤x3≤100％，共1525组配方；

生产周期y∈[31，40]时：0≤x1≤42％且58％≤x2≤71％且0≤x3≤40％，共461组配方；

生产周期y∈(40，75]时：0≤x1≤29％且71％≤x2≤100％且0≤x3≤28％，共455组配方；

因此，将来可分别从生产周期越短越好的角度，或尽量使用污泥同时周期又短的角度，或从混合基质成本的角度或草坪质量等方面选择基质的配比。

将本发明得到的无土草皮栽培基质用于栽培碱茅草无土草皮

(1)草种选择：本发明所用草种为碱茅草，草种发芽率≥95％，实际生产时，可根据情况选择草种。

(2)坪床准备：对土地进行平整，去除杂草，削高填洼。喷洒杀虫剂，防止土壤中的蝼蛄等害虫破坏坪床。

(3)铺设基质：铺设隔离层一塑料薄膜，目的防止水分下渗和根系扎入土壤中，铺设混合基质，厚度需均匀；

(4)播种建植：碱茅草播种量为25g/m²，在草坪生产中可根据实际情况有所变动。

(5)严格控制水肥条件。

(6)指标测定：7天后基质中发芽率可达80％以上。此后定期测定基质pH值、EC值，草坪草的株高等变化。如图1-6所示，待所有草皮都可成卷时比较测定不同草皮的密度、盖度、均一性，叶片叶绿素、游离脯氨酸、丙二醛的含量，根系活力等草坪质量评价指标。并记录各基质中碱茅草的成卷时间。各基质草坪草数据整理如表8，表9所示。

表8 草坪草株高及基质pH值、EC值随时间的变化

表9 部分草坪质量评价指标

综上所述，调节稻糠，堆肥，蛭石三组分混合基质的比例可在较短时间内获得成坪质量良好的无土草坪。即在18～20天内成坪，其混合基质中污泥堆肥体积百分数为2％～39％，稻糠的体积百分数为0～98％，蛭石的体积百分数为0～93％。该基质不仅可以提高草坪品质，降低生产及建植成本，节约土地和水资源，是一个极具应用价值，可持续的污泥资源化途径。采用城市污泥堆肥替代广泛的常规栽培基质作为无土基质草坪，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。本产品属于新型产品，与传统有土草坪相比，污泥基质无土草坪具有成坪时间短，生产成本低廉，草坪质量优，观赏性好等特点，可根据不同的用途分别建植观赏草坪草，运动场草坪草，交通安全草坪草和保土护坡草坪草等，在城市、园林及保水护坡等方面可发挥积极的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取风干的已腐熟的城市污泥粗堆肥进行筛分，筛分后堆肥，粒径在2mm～5mm之间；

S2、将步骤S1所得的堆肥与稻糠，蛭石，珍珠岩中的任意两种进行混合，搅拌均匀，得混合基质；

S3、平整土地，去除杂草，削高填洼，使草坪平整，铺设基质时厚度均匀；

S4、喷洒杀虫剂，防止土壤害虫蝼蛄破坏隔离层和草坪；

S5、铺设隔离层，防止草坪根系扎入土壤中，促使根系相互交接成网；

S6、将步骤S2所得的混合基质均匀地覆盖在隔离层上，确保基质厚度均在2～2.5cm；

S7、均匀地播撒草种，播种量25g/m²，播种完成后，用步骤S2所得混合基质覆盖草种，厚度约0.5cm；

S8、覆盖遮阳网，防止大风将混合基质刮飞，同时也可避免阳光直曝混合基质，降低水分的蒸腾作用；用草坪辊碾轧基质，确保草种与基质充分接触，可提高草种的发芽率；

当生产周期为18～20天时，所述混合基质中堆肥的体积百分数为2％～39％，稻糠的体积百分数为0～98％，蛭石的体积百分数为0～93％；

或所述混合基质中蛭石体积百分数为0～92％，堆肥体积百分数为8％～35％，珍珠岩体积百分数为0～64％；

或所述混合基质中稻糠体积百分数为10％～98％，堆肥体积百分数为2％～37％，珍珠岩体积百分数为0～69％。

2.一种利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪，其特征在于，通过如权利要求1所述的利用城市污泥堆肥混合基质生产的草坪的制备方法制备。