CN108617465B - 一种植被恢复用生态基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植被恢复用生态基质及其制备方法。该植被恢复用生态基质，主要由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥20‑45％、腐熟脱水污泥20‑45％、椰纤维丝12‑20％、秸秆12‑20％；干燥污泥由脱水污泥干燥后制得。本发明提供的植被恢复用生态基质，主要以干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆为原料，基质渗滤液进入沙碱地土壤后可以为土壤微生物的生存和加速繁殖提供有利条件，可以改良沙质土壤团粒结构，降低沙质土壤的土壤容重，改善土壤的理化性状和生物学性状，促进土壤熟化，加速沙碱地等贫瘠土地建立植被，更新土壤生态系统。

Description

一种植被恢复用生态基质及其制备方法

技术领域

本发明属于植被恢复领域，具体涉及一种植被恢复用生态基质及其制备方法。

背景技术

我国西北部大部分地区的自然特点是干早、少雨、多风，土壤沙漠化、盐碱化和水土流失严重，改良土壤并进行植被重建是西北地区实现可持续发展的重要举措之一。借助植物措施进行生态环境的治理和修复是目前普遍采用的一项重要的技术措施。生态修复主要针对四荒地以及干涸的河道、废弃矿山、沙化土地、盐碱地等，这些区域一般立地条件较差，土壤贫瘠且缺乏养分，很难进行植被重建。

客土喷播是一项适合在贫瘠土地及边坡进行植被建植的新技术，其是将草种肥料、保水剂、土壤、有机基质、稳定剂等混合物充分混合后通过喷射机按设计厚度均匀喷到需建植植被的施工面，再经喷施植被种子后达到绿化的目的。培养基质是决定植被重建效果的重要因素。

公布号为CN106631471A的专利申请公开了一种植物培养基质及其制备方法，其由以下组分组成：污泥30-50％、椰土25-35％、蛭石10-30％、植物纤维吸水剂1-3％、椰子汁1-5％、玉米素1-3％、硅酸钠水溶液2-4％。现有营养基质虽含有较高的养分，具有一定的持水、保肥、透气性能，但在应用于沙碱地等贫瘠土地时，对土壤的改良效果有限，导致植被的重建效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植被恢复用生态基质，从而解决现有培养基质对沙碱地等贫瘠土地的土壤改良效果较差的问题。本发明还提供了上述植被恢复用生态基质的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种植被恢复用生态基质，主要由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥20-45％、腐熟脱水污泥20-45％、椰纤维丝12-20％、秸秆12-20％；干燥污泥由脱水污泥干燥后制得。

本发明提供的植被恢复用生态基质，主要以干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆为原料，椰纤维丝、秸秆共用具有良好的交织性能，经施工后可在施工面上形成鸟巢状地膜覆盖层，能有效抵抗风化、侵蚀，改良沙质土壤持水能力、饱和含水量、田间持水量和饱和导水率。基质渗滤液进入沙碱地土壤后可以为土壤微生物的生存和加速繁殖提供有利条件，可以改良沙质土壤团粒结构，降低沙质土壤的土壤容重，改善土壤的理化性状和生物学性状，促进土壤熟化，加速沙碱地等贫瘠土地建立植被，更新土壤生态系统。

所述脱水污泥由污水处理厂的剩余污泥经高干脱水工序处理后得到，其含量率一般为50-70％，pH值为中性。

干燥污泥的含水率不大于15％。可通过晾晒等常规干燥手段实现脱水污泥的干燥。

所述腐熟脱水污泥由脱水污泥、农林废弃物、动物粪便混合堆肥制得。为优化混合堆肥效果，优选的，脱水污泥、农林废弃物、动物粪便的质量比为10：(0.5-2)：(0.5-2)。混合堆肥时控制含水率为30％-70％。将原料堆置5-8天后，温度会上升至50-70℃，维持5-7天。混合堆肥的时间为30-50天，期间可定期翻堆，优选混合堆肥时的环境温度为25-35℃。农林废弃物为枯枝叶和/或秸秆。

干燥污泥和腐熟脱水污泥配合可以为植物提供丰富的营养元素(如氮、憐、钾等)和植物生长必需的微量元素(镁、铜、锌、铁)，可以使植物获得良好的生物效应增加植株叶绿素含量和地上生物量，促进植被形成。干燥污泥和腐熟脱水污泥合用还可提高植物的抗胁迫(干旱、寒冷、酷热、病害等)能力，减轻干旱胁迫对植物的氧化伤害，可以减少植物的细胞膜透性，增加植物抗寒性。

为进一步优化基质的交织性能，提高抗风化、侵蚀能力，改良土壤持水性，优选的，所述椰纤维丝的直径为0.3-1.0mm，长度为40-60mm。所述秸秆可选择麦秸等，优选的，麦秸的长度为10-30mm。

为进一步提高基质的保水性，所述植被恢复用生态基质还包括保水剂，保水剂的用量为干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆总重量的0.1％-0.2％。保水剂可选择聚丙烯酸钾和/或聚丙烯酸铵，该类保水剂在土壤中如遇充分给水，0.5-1.0小时后便迅速吸收自重的130-140倍的水分。

为进一步促进植物的生长，所述植被恢复用生态基质还包括植物生长调节剂。所述植物生长调节剂的用量不大于椰纤维丝、秸秆总重量的0.02‰。所述植物生长调节剂为植物生长促进剂，植物生长促进剂可选择吲哚乙酸、吲哚丁酸等。

最优选的，上述植被恢复用生态基质，由主料和辅料组成，主料由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥20-45％、腐熟脱水污泥20-45％、椰纤维丝12-20％、秸秆12-20％；辅料含有保水剂和植物生长调节剂，保水剂的用量为干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆总重量的0.1％-0.2％，植物生长调节剂的用量不大于椰纤维丝、秸秆总重量的0.02‰。

上述植被恢复用生态基质的制备方法，包括将干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆混合均匀的步骤。

所述腐熟脱水污泥由脱水污泥、农林废弃物、动物粪便混合堆肥制得。脱水污泥、农林废弃物、动物粪便的质量比为10：(0.5-2)：(0.5-2)。混合堆肥时控制含水率为30％-70％。将原料堆置5-8天后，温度会上升至50-70℃，维持5-7天。混合堆肥的时间为30-50天，期间可定期翻堆，优选混合堆肥时的环境温度为25-35℃。农林废弃物为枯枝叶和/或秸秆。

所述椰纤维丝的直径为0.3-1.0mm，长度为40-60mm。所述秸秆的长度为10-30mm。

可在干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆混合的过程中，加入保水剂、植物生长调节剂混合均匀，经干燥、包装得到成品。

本发明的植被恢复用生态基质的制备方法，大量使用椰丝、秸秆、牛粪(羊粪、猪粪、鸡粪)等农业废弃物为主要原料，可以减少农业废弃物焚烧造成的大气污染，变废为宝，化害为利，为结合实际条件进行农村环境治理探索了新途径，而且制备工艺简单，生产成本低，适合工业化生产。

该方法以城市污泥为主要原料生产复合基质，一方面可以消耗大量的城市污水污泥，另一方面可大大改善土壤结构，促进土壤熟化，加速沙碱地建立植被，更新沙碱地土壤生态系统，不仅具有良好的经济效益，更有显著的环境效益和社会效益。

在本发明的生态基质的基础上，可结合客土喷播技术可以对沙化地、盐碱地进行机械化、大面积的土壤改良、植被恢复，对于推动我国土壤修复及沙碱地治理产业发展意义重大。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，脱水污泥为污水处理厂的剩余污泥经高干脱水工序处理后得到的产品，其含水率一般为50％-70％，pH值呈中性。

实施例1

本实施例的植被恢复用生态基质，由主料和辅料组成，主料由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥32％、腐熟脱水污泥35％、椰纤维丝20％、麦秸13％，辅料由保水剂和植物生长调节剂组成，保水剂为聚丙烯酸钾，用量为主料质量的0.1％，植物生长调节剂为吲哚乙酸，用量为椰纤维丝、麦秸质量总和的0.02‰。

本实施例的植被恢复用生态基质的制备方法，采用以下步骤：

1)将新出厂的脱水污泥破碎至粒径不大于2cm，在空旷场地内均匀摊平，晾晒45天后至含水率不大于15％，期间定期翻动，得到干燥污泥；

将新出厂的脱水污泥(不经晾晒)粉碎后与长度不大于5cm的麦秸秆、牛粪按质量比10:1:1混合堆肥，堆肥时无需调节pH值，初始含水率为60％，堆置一周后温度上升至55-65℃，在该温度下维持5-7天，堆肥期间适当翻堆，视情况补充水分(控制含水率不低于20％)，历时45天(环境温度为25-35℃)，得到腐熟脱水污泥。

2)将直径为0.3-1.0mm、长度为40-60mm的椰纤维丝，长度为10-30mm的碎麦秸，干燥污泥以及腐熟脱水污泥混合，混合过程中均匀的加入保水剂、植物生长调节剂，混合均匀，干燥、包装得到成品。

本实施例所得生态基质适用于沙化地的土壤改良、植被建植，其有机含量为38～40％，Ν+Ρ₂O₅+K₂O的总养分含量为5～5.5％，EC值为0.6ms/cm，pH值为6～7，含水量≤15％，容重为0.6-0.8g/cm³，通气性为30-35％，外观为棕褐色或茶褐色的碎末状固体，无异味。

实施例2

本实施例的植被恢复用生态基质，由主料和辅料组成，主料由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥40％、腐熟脱水污泥30％、椰纤维丝17％、麦秸13％，辅料由保水剂和植物生长调节剂组成，保水剂为聚丙烯酸钾，用量为主料质量的0.2％，植物生长调节剂为吲哚乙酸，用量为椰纤维丝、麦秸质量总和的0.01‰。

本实施例的植被恢复用生态基质，参考实施例1的方法进行制备。

本实施例所得生态基质适用于草类植被的建植，其有机含量为35～38％，Ν+Ρ₂O₅+K₂O的总养分含量为7.5～8％，EC值为0.8ms/cm，pH值为6～7，含水量≤15％，容重为0.6-0.8g/cm³，通气性为30-35％，外观为棕褐色或茶褐色的碎末状固体，无异味。

实施例3

本实施例的植被恢复用生态基质，由主料和辅料组成，主料由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥45％、腐熟脱水污泥20％、椰纤维丝15％、麦秸20％，辅料由保水剂和植物生长调节剂组成，保水剂为聚丙烯酸钾，用量为主料质量的0.1％，植物生长调节剂为吲哚乙酸，用量为椰纤维丝、麦秸质量总和的0.01‰。

本实施例的植被恢复用生态基质，参考实施例1的方法进行制备。

本实施例所得生态基质适用于花卉、灌木植被的建植，其有机含量为43～45％，Ν+Ρ₂O₅+K₂O的总养分含量为6.5～7％，EC值为0.7ms/cm，pH值为6.5～7.5，含水量≤15％，容重为0.6-0.8g/cm³，通气性为30-35％，外观为棕褐色或茶褐色的碎末状固体，无异味。

实施例4

本实施例的植被恢复用生态基质，由主料和辅料组成，主料由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥20％、腐熟脱水污泥45％、椰纤维丝17％、麦秸18％，辅料由保水剂和植物生长调节剂组成，保水剂为聚丙烯酸铵，用量为主料质量的0.2％，植物生长调节剂为吲哚乙酸，用量为椰纤维丝、麦秸质量总和的0.01‰。

本实施例的植被恢复用生态基质，参考实施例1的方法进行制备。

本实施例所得生态基质适用于花卉、灌木植被的建植，其有机含量为40～42％，Ν+Ρ₂O₅+K₂O的总养分含量为7～7.5％，EC值为0.7ms/cm，pH值为6～7，含水量≤15％，容重为0.6-0.8g/cm³，通气性为30-35％，外观为棕褐色或茶褐色的碎末状固体，无异味。

实施例1-实施例4中，腐熟脱水污泥的含量率不大于40％，pH值为5.5-8.5，有机质含量≥250g·kg^-1，总养分(总氮+总磷+总钾)≥30g·kg^-1。

实施例1-实施例4所得植被恢复用生态基质的有机质含量为35-45％，Ν+Ρ₂O₅+K₂O的总养分含量为5-8％，EC值为0.5-1.0ms/cm，pH值为5.5-7.5，含水量≤15％，容重为0.6-0.8g/cm³，通气性为30-35％，外观为棕褐色或茶褐色的碎末状固体，无异味。

对比例1

对比例1的生态基质，与实施例1的植被恢复用生态基质的组成基本相同，区别仅在于：腐熟脱水污泥均使用干燥污泥进行等量替换，然后参考实施例1的方法进行制备。

对比例2

对比例1的生态基质，与实施例1的植被恢复用生态基质的组成基本相同，区别仅在于：干燥污泥均使用腐熟脱水污泥进行等量替换，然后参考实施例1的方法进行制备。

对比例3

对比例3的生态基质，与实施例1的植被恢复用生态基质的组成基本相同，区别仅在于：麦秸全部替换为椰纤维丝，然后参考实施例1的方法进行制备。

对比例4

对比例4的生态基质，与实施例1的植被恢复用生态基质的组成基本相同，区别仅在于：椰纤维丝全部替换为麦秸，然后参考实施例1的方法进行制备。

试验例

本试验例以实施例1、对比例1-4进行对比试验，考察实施例1和对比例1-4的生态基质对沙化地的土壤改良效果和植被重建效果。

试验条件：

实验在相同面积的实验样方中进行，每平方米沙化地施用0.5kg基质，植被材料选用草地早熟禾，试验温度为25-30℃，其他管理措施完全相同。实验从2017年5月开始，至2017年11月早熟禾停止生长结束，结果如表1和表2所示。

表1实施例和各对比例的土壤理化指标对比

从表1可以看出，施用实际例1的沙土地的土壤容重要明显低于对比例1，孔隙度和饱、含水量明显、有机质高于对比例1和对比例2，土壤中全盐量明显低于对比例1和对比例2。综合来看，沙化地使用实际例1基质的土壤改良效果优于对比例1和对比例2。

对比例3中，单独使用椰纤维丝与干燥污泥、腐熟脱水污泥配合，施用后对改良土壤的容重和饱和含水量的有不利影响，对比文件4中，单独使用麦秸，对改良土壤的有机质含量、孔隙度、pH值有不利影响，实施例1中，利用椰纤维丝、麦秸与干燥污泥、腐熟脱水污泥合用，在实际应用当中结合喷播工艺可以形成容重较小、孔隙率较大、饱和含水率较高的蜂窝状基质层，椰纤维丝结合麦秸在基质层中起到骨架的作用，保证了基质层的疏松度，起到了保水、保肥、改良土壤结构的效果。

表2实施例1和各对比例的植被重建效果对比

编号	植物高度(cm)	植被盖度(％)
			实施例1	8.1	98
对比例1	6.2	85
			对比例2	7.1	92
对比例3	7.0	93
			对比例4	7.4	92

从表2可以看出，施用实际例1的沙化地上，草地早熟禾的植物高度和植被盖度要高于施用对比例1、对比例2、对比例3、对比例4的沙化地，植被重建效果明显最优。对比例1由于使用干燥污泥代替腐熟污泥后，对土壤的肥效影响较大，植物高度和植被覆盖率最低；对比例2、对比例3、对比例4由于孔隙度、有机含量受到影响，植物高度和植被覆盖率均低于实施例1。

Claims (5)

1.一种植被恢复用生态基质，其特征在于，由主料和辅料组成，主料由以下质量百分比的组分组成：干燥污泥20-45％、腐熟脱水污泥20-45％、椰纤维丝12-20％、秸秆12-20％，干燥污泥由脱水污泥干燥后制得；辅料含有保水剂和植物生长调节剂，保水剂的用量为干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆总重量的0.1％-0.2％，植物生长调节剂的用量不大于椰纤维丝、秸秆总重量的0.02‰；

所述干燥污泥的粒径不大于2cm；所述椰纤维丝的直径为0.3-1.0mm，长度为40-60mm；所述秸秆的长度为10-30mm。

2.如权利要求1所述的植被恢复用生态基质，其特征在于，所述腐熟脱水污泥由脱水污泥、农林废弃物、动物粪便混合堆肥制得。

3.如权利要求2所述的植被恢复用生态基质，其特征在于，脱水污泥、农林废弃物、动物粪便的质量比为10：(0.5-2)：(0.5-2)。

4.如权利要求1所述的植被恢复用生态基质，其特征在于，所述保水剂为聚丙烯酸钾和/或聚丙烯酸铵。

5.一种如权利要求1所述的植被恢复用生态基质的制备方法，其特征在于，包括将干燥污泥、腐熟脱水污泥、椰纤维丝、秸秆混合均匀的步骤。