CN108947409B - 一种固碳性植被混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生态修复和海绵城市建设领域，公开了一种固碳性植被混凝土，由以下重量份的原料组成：水泥100份、骨料410～450份、固碳性绿化添加剂30～50份、水30～40份、植物种子0.5～0.9份；固碳性绿化添加剂由污泥生物炭、食用菌菌棒、氮磷钾三元复合肥、AM真菌菌肥和保水剂组成。本发明的植被混凝土的抗压强度为8.2MPa～9.6MPa；植物根系生长和小型动物生存要求的表观孔径，即生态孔径为0.37mm～0.45mm；生态空隙体积与生态混凝土体积之比，即生态空隙率为31％～36％；种子存活率高，种子成活后，半年后该混凝土的绿化率为95％～99％。

Description

一种固碳性植被混凝土
技术领域
本发明涉及生态修复和海绵城市建设领域，尤其涉及了一种固碳性植被混凝土。
背景技术
植被混凝土是在传统混凝土基础上发展起来的一种能够适应植物生长、具有绿化、净化、渗水等潜在功能的混凝土及其制品，通常也被称为植生混凝土、绿化混凝土、生态混凝土、生态砼和植被砼等。而近年来随着我国生态保护与修复、海绵城市建设等工作的推进，植被混凝土受到了前所未有的重视。
不同于传统混凝土，植被混凝土在制备过程中除了需要严控细骨料和胶凝材料的用量，形成连通孔隙以确保植物根系能够穿透生长，还需要合理地配加营养基质、盐碱改良材料等添加剂，以确保植物营养供给，并创造有利于植物生长的酸碱环境；另外，若这类添加剂的加入或配用不当，又对植被混凝土的强度产生不利影响。正因为如此，植被混凝土的研发存在较大的技术难度，我国至今也未形成相关技术标准。
尽管近年来我国在植被混凝土技术的研发方面取得了实质性的进展，一些技术也实现了不同程度的规模化应用，但总体而言，现在植被混凝土还存在诸多问题，特别是在至关重要的盐碱改良材料和营养基质方面缺陷较多，如：制备工序复杂，对原料要求高，制备成本高，制备过程碳排放量大，并极有可能产生污染；所采用的盐碱改良剂基本上都是以化学制品为主的碱性中和剂，成本高，容易造成次生污染；制得的植被混凝土强度低，应用十分有限。
丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae，AM)真菌，它是土壤共生真菌中分布最广泛的一类真菌，至少可以与200个科的20万个种以上的植物行共生生活。AM真菌侵染到宿主根部形成椭圆形泡囊，还可将菌丝伸延到土壤中去，从而扩大了吸收面，帮助宿主吸收磷、钾、硫、钙、锌、铁、铜等营养元素及水分，使宿主的产量增加和品种提高。此外，AM真菌还可以修复重金属污染的土壤以及其他抗逆作用。
由于AM真菌是专性活体营养型真菌，AM菌剂常用的生产方法有盆栽培养法、静止液培养法、流动液培养法、气雾培养法、大田培养法等。上述方法各有利弊，通常一般微生物菌肥都会存在菌种繁殖量少，菌种的有效性低，接种后在植株根系存活时间短，效果差，产品保质期短等问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述缺点，提供了一种固碳性植被混凝土。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种固碳性植被混凝土，由以下重量份的原料组成：水泥100份、骨料410～450份、固碳性绿化添加剂30～50份、水30～40份、植物种子0.5～0.9份；固碳性绿化添加剂由污泥生物炭、食用菌菌棒、氮磷钾三元复合肥、AM真菌菌肥和保水剂组成。
作为优选，固碳性绿化添加剂中各组分的重量份为：污泥生物炭800～900份、食用菌菌棒50～100份、氮磷钾三元复合肥5～8份、AM真菌菌肥5～10份和保水剂1～2份，氮磷钾三元复合肥中氮磷钾的质量比为20:20～30:5～10。
作为优选，固碳性绿化添加剂的制备方法包括以下步骤：
(1)固碳性绿化添加剂基料的制备：将食用菌菌棒粉碎得到食用菌菌棒粉碎物，将污泥生物炭800～900份、食用菌菌棒粉碎物50～100份和氮磷钾三元复合肥5～8份混合，得到固碳性绿化添加剂基料；
(2)AM真菌菌肥接种剂的制备：以步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料为培养基质，以马蔺为宿主植株，以AM真菌孢子为接种物，采用盆钵培养法培养AM真菌，待宿主植株生长1～2个月后，去除寄主植株的地上部分，收集宿主植株的根系和培养基质，将宿主植株的根系和培养基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥接种剂；
(3)AM真菌菌肥的制备：在温室大棚中设置种植槽，在种植槽中加入步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料，形成基质床，然后在基质床上撒施宿主植株种子和步骤(2)制得的AM真菌菌肥接种剂，随后再撒施一层厚度为2～3厘米的固碳性绿化添加剂基料，待宿主植株生长1～2个月后，去除宿主植株的地上部分，将宿主植株的地下部分以及基质床表层至基质床22cm之间的基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥；
(4)固碳性绿化添加剂的制备：在步骤(1)得到的固碳性绿化添加剂基料中加入步骤(3)得到的AM真菌菌肥5～10份，再加入保水剂1～2份，混合后获得固碳性绿化添加剂。
作为优选，AM真菌孢子分离于盐碱地土壤，AM真菌孢子的接种量为100～800个孢子/100g培养基质。
作为优选，保水剂为聚丙烯酸钾。
作为优选，污泥生物炭为城镇污水或工业废水处理过程中产生的污泥经热解或碳化处理所获得的固体物。
作为优选，水泥为通用硅酸盐水泥，水泥的强度等级大于等于52.5。
作为优选，骨料为碎石或砾石，骨料的粒径为20～40mm。
作为进一步优选，骨料的粒径为30～35mm。
作为优选，植物种子为佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的混合种子，佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的质量比为10:5～10:5～10。
污泥生物炭具有吸附和钝化污染物(如重金属)等环境效应，还具有供应养分、改良土壤、保水保肥、促进植物生长等农艺功能，并富含有与粉煤灰、高炉渣等常用混凝土掺和料相似的矿物成分；食用菌菌棒含有种类众多的糖类、有机酸类、微生物、酶、生物活性物质以及微量元素，呈弱酸性，并具有较好的酸碱缓冲性能。
本发明采用污泥生物炭和食用菌菌棒作为该植被混凝土的固碳性绿化添加剂的主要成分，不需要额外配加化学或有机肥料以及碱性中和剂，并可以减小水泥和骨料的用量；该添加剂制备工序十分简单，原料廉价宜得，制备过程清洁、环保。
本发明以污泥生物炭、食用菌菌棒和三元复合肥为基料，以该基料为培养基质，相对于直接采用土壤作为培养基质，本发明更有利于AM真菌的培养，缩短制备周期：以土壤为培养基质时，AM真菌的制备周期较长，一般需要2个月，而本发明利用污泥生物炭和食用菌菌棒的配合，可以缩短AM真菌的制备周期，仅需40天左右。
此外，在培养AM真菌时，通常需要经过灭菌步骤，本发明的污泥生物炭由污泥碳化或热解得到，食用菌菌棒在种植时也需要经过灭菌处理，因此，本发明培养AM真菌时，不需要经过灭菌处理，降低了成本，缩短了制备周期，便于AM真菌的大规模生产。
本发明以马蔺为宿主植株，AM真菌侵染马蔺的根部时，AM真菌的分泌物中富含更多有机酸，有利于改善本发明的固碳性植被混凝土的酸碱环境，从而提高植被的存活率。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明的植被混凝土的抗压强度为8.2Mpa～9.6Mpa；植物根系生长和小型动物生存要求的表观孔径，即生态孔径为0.37mm～0.45mm；生态空隙体积与生态混凝土体积之比，即生态空隙率为31％～36％；种子存活率高，种子成活后，半年后该混凝土的绿化率为95％～99％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种固碳性植被混凝土，由以下重量份的原料组成：水泥100份、骨料410份、固碳性绿化添加剂30份、水30份、植物种子0.5份；固碳性绿化添加剂由污泥生物炭、食用菌菌棒、氮磷钾三元复合肥、AM真菌菌肥和保水剂组成。
固碳性绿化添加剂中各组分的重量份为：污泥生物炭800份、食用菌菌棒50份、氮磷钾三元复合肥5份、AM真菌菌肥5份和保水剂1份，氮磷钾三元复合肥中氮磷钾的质量比为20:20:10。
固碳性绿化添加剂的制备方法包括以下步骤：
(1)固碳性绿化添加剂基料的制备：将食用菌菌棒粉碎得到食用菌菌棒粉碎物，将污泥生物炭800份、食用菌菌棒粉碎物50份和氮磷钾三元复合肥5份混合，得到固碳性绿化添加剂基料；
(2)AM真菌菌肥接种剂的制备：以步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料为培养基质，以马蔺为宿主植株，以AM真菌孢子为接种物，采用盆钵培养法培养AM真菌，待宿主植株生长1～2个月后，去除寄主植株的地上部分，收集宿主植株的根系和培养基质，将宿主植株的根系和培养基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥接种剂；
(3)AM真菌菌肥的制备：在温室大棚中设置种植槽，在种植槽中加入步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料，形成基质床，然后在基质床上撒施宿主植株种子和步骤(2)制得的AM真菌菌肥接种剂，随后再撒施一层厚度为2～3厘米的固碳性绿化添加剂基料，待宿主植株生长1～2个月后，去除宿主植株的地上部分，将宿主植株的地下部分以及基质床表层至基质床22cm之间的基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥；
(4)固碳性绿化添加剂的制备：在步骤(1)得到的固碳性绿化添加剂基料中加入步骤(3)得到的AM真菌菌肥5份，再加入保水剂1份，混合后获得固碳性绿化添加剂。
AM真菌孢子分离于盐碱地土壤，AM真菌孢子的接种量为100个孢子/100g培养基质。
保水剂为聚丙烯酸钾。
污泥生物炭为城镇污水或工业废水处理过程中产生的污泥经热解或碳化处理所获得的固体物。
水泥为通用硅酸盐水泥，水泥的强度等级为52.5。
骨料为碎石或砾石，骨料的粒径为30mm。
植物种子为佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的混合种子，佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的质量比为10:5:10。
实施例2
一种固碳性植被混凝土，由以下重量份的原料组成：水泥100份、骨料430份、固碳性绿化添加剂40份、水35份、植物种子0.7份；固碳性绿化添加剂由污泥生物炭、食用菌菌棒、氮磷钾三元复合肥、AM真菌菌肥和保水剂组成。
固碳性绿化添加剂中各组分的重量份为：污泥生物炭850份、食用菌菌棒75份、氮磷钾三元复合肥8份、AM真菌菌肥7.5份和保水剂1.5份，氮磷钾三元复合肥中氮磷钾的质量比为20:30:5。
固碳性绿化添加剂的制备方法包括以下步骤：
(1)固碳性绿化添加剂基料的制备：将食用菌菌棒粉碎得到食用菌菌棒粉碎物，将污泥生物炭850份、食用菌菌棒粉碎物75份和氮磷钾三元复合肥8份混合，得到固碳性绿化添加剂基料；
(2)AM真菌菌肥接种剂的制备：以步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料为培养基质，以马蔺为宿主植株，以AM真菌孢子为接种物，采用盆钵培养法培养AM真菌，待宿主植株生长1～2个月后，去除寄主植株的地上部分，收集宿主植株的根系和培养基质，将宿主植株的根系和培养基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥接种剂；
(3)AM真菌菌肥的制备：在温室大棚中设置种植槽，在种植槽中加入步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料，形成基质床，然后在基质床上撒施宿主植株种子和步骤(2)制得的AM真菌菌肥接种剂，随后再撒施一层厚度为2～3厘米的固碳性绿化添加剂基料，待宿主植株生长1～2个月后，去除宿主植株的地上部分，将宿主植株的地下部分以及基质床表层至基质床22cm之间的基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥；
(4)固碳性绿化添加剂的制备：在步骤(1)得到的固碳性绿化添加剂基料中加入步骤(3)得到的AM真菌菌肥7.5份，再加入保水剂1.5份，混合后获得固碳性绿化添加剂。
AM真菌孢子分离于盐碱地土壤，AM真菌孢子的接种量为450个孢子/100g培养基质。
保水剂为聚丙烯酸钾。
污泥生物炭为城镇污水或工业废水处理过程中产生的污泥经热解或碳化处理所获得的固体物。
水泥为通用硅酸盐水泥，水泥的强度等级为62.5。
骨料为碎石或砾石，骨料的粒径为35mm。
植物种子为佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的混合种子，佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的质量比为10:10:5。
实施例3
一种固碳性植被混凝土，由以下重量份的原料组成：水泥100份、骨料450份、固碳性绿化添加剂50份、水40份、植物种子0.9份；固碳性绿化添加剂由污泥生物炭、食用菌菌棒、氮磷钾三元复合肥、AM真菌菌肥和保水剂组成。
固碳性绿化添加剂中各组分的重量份为：污泥生物炭900份、食用菌菌棒100份、氮磷钾三元复合肥7份、AM真菌菌肥10份和保水剂2份，氮磷钾三元复合肥中氮磷钾的质量比为20:25:7.5。
固碳性绿化添加剂的制备方法包括以下步骤：
(1)固碳性绿化添加剂基料的制备：将食用菌菌棒粉碎得到食用菌菌棒粉碎物，将污泥生物炭900份、食用菌菌棒粉碎物100份和氮磷钾三元复合肥7份混合，得到固碳性绿化添加剂基料；
(2)AM真菌菌肥接种剂的制备：以步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料为培养基质，以马蔺为宿主植株，以AM真菌孢子为接种物，采用盆钵培养法培养AM真菌，待宿主植株生长1～2个月后，去除寄主植株的地上部分，收集宿主植株的根系和培养基质，将宿主植株的根系和培养基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥接种剂；
(3)AM真菌菌肥的制备：在温室大棚中设置种植槽，在种植槽中加入步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料，形成基质床，然后在基质床上撒施宿主植株种子和步骤(2)制得的AM真菌菌肥接种剂，随后再撒施一层厚度为2～3厘米的固碳性绿化添加剂基料，待宿主植株生长1～2个月后，去除宿主植株的地上部分，将宿主植株的地下部分以及基质床表层至基质床22cm之间的基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥；
(4)固碳性绿化添加剂的制备：在步骤(1)得到的固碳性绿化添加剂基料中加入步骤(3)得到的AM真菌菌肥10份，再加入保水剂2份，混合后获得固碳性绿化添加剂。
AM真菌孢子分离于盐碱地土壤，AM真菌孢子的接种量为800个孢子/100g培养基质。
保水剂为聚丙烯酸钾。
污泥生物炭为城镇污水或工业废水处理过程中产生的污泥经热解或碳化处理所获得的固体物。
水泥为通用硅酸盐水泥，水泥的强度等级为62.5R。
骨料为碎石或砾石，骨料的粒径为20mm。
植物种子为佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的混合种子，佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的质量比为10:7.5:7.5。
实施例4
对实施例1-3得到的固碳性植被混凝土进行测试，结果如下表所示：
表1实施例1-3的固碳性植被混凝土的测试结果
抗压强度/MPa 生态孔径/mm 生态空隙率/％ 绿化覆盖率/％
实施例1 8.2 0.40 31 95
实施例2 9.6 0.45 36 99
实施例3 9.2 0.37 32 96
由表1可知，实施例1-3得到的植被混凝土的抗压强度为8.2MPa～9.6MPa；植物根系生长和小型动物生存要求的表观孔径，即生态孔径为0.37mm～0.45mm；生态空隙体积与生态混凝土体积之比，即生态空隙率为31％～36％；种子存活率高，种子成活后，半年后该混凝土的绿化率为95％～99％。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种固碳性植被混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：水泥100份、骨料410～450份、固碳性绿化添加剂30～50份、水30～40份、植物种子0.5～0.9份；固碳性绿化添加剂由污泥生物炭、食用菌菌棒、氮磷钾三元复合肥、AM真菌菌肥和保水剂组成；
固碳性绿化添加剂的制备方法包括以下步骤：
(1)固碳性绿化添加剂基料的制备：将食用菌菌棒粉碎得到食用菌菌棒粉碎物，将污泥生物炭800～900份、食用菌菌棒粉碎物50～100份和氮磷钾三元复合肥5～8份混合，得到固碳性绿化添加剂基料；
(2)AM真菌菌肥接种剂的制备：以步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料为培养基质，以马蔺为宿主植株，以AM真菌孢子为接种物，采用盆钵培养法培养AM真菌，待宿主植株生长1～2个月后，去除寄主植株的地上部分，收集宿主植株的根系和培养基质，将宿主植株的根系和培养基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥接种剂；
(3)AM真菌菌肥的制备：在温室大棚中设置种植槽，在种植槽中加入步骤(1)制得的固碳性绿化添加剂基料，形成基质床，然后在基质床上撒施宿主植株种子和步骤(2)制得的AM真菌菌肥接种剂，随后再撒施一层厚度为2～3厘米的固碳性绿化添加剂基料，待宿主植株生长1～2个月后，去除宿主植株的地上部分，将宿主植株的地下部分以及基质床表层至基质床22cm之间的基质风干、粉碎后，得到AM真菌菌肥；
(4)固碳性绿化添加剂的制备：在步骤(1)得到的固碳性绿化添加剂基料中加入步骤(3)得到的AM真菌菌肥5～10份，再加入保水剂1～2份，混合后获得固碳性绿化添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：固碳性绿化添加剂中各组分的重量份为：污泥生物炭800～900份、食用菌菌棒50～100份、氮磷钾三元复合肥5～8份、AM真菌菌肥5～10份和保水剂1～2份，氮磷钾三元复合肥中氮磷钾的质量比为20:20～30:5～10。
3.根据权利要求2所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：AM真菌孢子分离于盐碱地土壤，AM真菌孢子的接种量为100～800个孢子/100g培养基质。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：保水剂为聚丙烯酸钾。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：污泥生物炭为城镇污水或工业废水处理过程中产生的污泥经热解或碳化处理所获得的固体物。
6.根据权利要求1所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：水泥为通用硅酸盐水泥，水泥的强度等级大于等于52.5。
7.根据权利要求1所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：骨料为碎石或砾石，骨料的粒径为20～40mm。
8.根据权利要求7所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：骨料的粒径为30～35mm。
9.根据权利要求1所述的一种固碳性植被混凝土，其特征在于：植物种子为佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的混合种子，佛甲草种子、紫羊茅种子和狗芽根种子的质量比为10:5～10:5～10。
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