CN109006345A - 一种用于城市绿地的人工海绵土壤 - Google Patents

一种用于城市绿地的人工海绵土壤 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于城市绿地的人工海绵土壤，涉及人工土壤技术领域，包括表层的缓冲透水层和底层的蓄水层；所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％‑45％、工矿废弃物20％‑30％、农林废弃物腐熟基质15％‑25％、珍珠岩15％‑25％、团粒剂0.5％‑1％、稳定剂0.5％‑1％；所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％‑40％、农林废弃物腐熟基质20％‑30％、团粒剂0.1％‑1％、膨润土5％‑15％、蛭石10％‑15％、植物纤维15％‑25％；微生物菌剂0.05％‑1％、肥料2％‑8％。缓冲透水层的厚度为3cm‑10cm，蓄水层厚度为10cm‑30cm。本发明具有透水性强、蓄水性高、抗冲蚀性能佳等特点，可改善渗入土壤中的雨水质量，减少对城市地下水的污染，达到雨水渗透、蓄存、净化的目的，极大地降低海绵城市建设的高额成本。

Description

一种用于城市绿地的人工海绵土壤
技术领域
本发明提供一种用于城市绿地的人工海绵土壤，涉及人工土壤技术领域，可广泛应用于海绵城市建设，还可应用于植草沟、雨水湿地和绿色屋顶等单项设施的建设。
背景技术
城市绿地土壤是维系植物生长的重要命源，但是大面积的路面改造及人为干扰，破坏其原有结构，导致土壤质地黏重，粒间孔隙小，透水性和蓄水性差，造成地表径流量增多、城市内涝、水污染加剧、水资源流失等问题。下沉式绿地和透水路面是海绵城市建设中应用较多的处理方式，其集水方式均为水分渗透入地下土壤层中，但如果土壤渗透能力不足，蓄水能力不强，透水路面的效果将大打折扣。
如何让雨水快速渗透到城市绿地的土壤中，起到水分渗透、截留及净化的作用，并在需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，促进雨水资源的利用和生态环境保护，是海绵城市建设中首先要考虑和研究的问题。
201511009497.4公开了一种具雨水高吸收能力的城市绿地土壤结构，从下往上依次包括蓄水池、双向流净化系统、加强网、托底网兜、丝状种植介质和无纺布面层，双向流净化系统通过渗透孔与蓄水池相连通，丝状种植介质和无纺布面层复合为一体构成绿地种植层，绿地种植层外包裹有托底网兜，托底网兜外包裹有加强网，蓄水池内填充有净水基质，且设有液位计和溢流排水泵，还包括一控制器，控制器的输入端与液位计相连，输出端与溢流排水泵相连，双向流净化系统由净水型植物、植草袋、净水基质和生态透水袋构成，净水基质内种植有若干净水型植物。
201610564744.5公开了一种海绵城市道路雨水入渗系统及其施工方法，包括雨水入渗层、净化层和地下水汇流管，净化层位于雨水入渗层和地下水汇流管之间，雨水入渗层从上往下依次为透水砖层、海绵过滤层、第二汇流层、混凝土基层和第一汇流层，净化层内设置有雨水净化装置，雨水净化装置通过导流管连接雨水入渗层和地下水汇流管。
201620342540.2公开了一种雨水净化路面结构，包括透水路面，所述透水路面的下侧为地面积水层，所述的地面积水层下侧为粗砂垫层，所述的粗砂垫层的下侧为细砂垫层，所述的细砂垫层的下侧为土工织物层，所述的土工织物层的下侧为不锈钢支架结构，所述的不锈钢支架结构的下侧为蓄水槽，所述的蓄水槽内设有排水盲沟，所述的蓄水槽的下侧为路基层。
上述方案多以路面或道路的结构出发，采用透水材质及设备进行改造，以提高路面的渗透性能，通过底层蓄水槽或者管道进行蓄水，不仅工程量大，造价高，还会影响路面的承重，对于土壤渗透性能较差的绿化土壤层及基底土壤未起到真正的透水及蓄水作用。
发明内容
本发明提供一种用于城市绿地的人工海绵土壤，具有透水性强、蓄水性高、抗冲蚀性能佳等优点，可有效的解决现有技术中土壤渗透性能差、蓄水性能差、成本高及路面承重的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层；
所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％-45％、工矿废弃物 20％-30％、农林废弃物腐熟基质15％-25％、珍珠岩15％-25％、团粒剂0.5％-1％、稳定剂0.5％-1％；
所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％-40％、农林废弃物腐熟基质20％-30％、团粒剂0.1％-1％、膨润土5％-15％、蛭石10％-15％、植物纤维 15％-25％；微生物菌剂0.05％-1％、肥料2％-8％。
作为本方案的进一步优选，所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％、工矿废弃物25％、农林废弃物腐熟基质20％、珍珠岩18％、团粒剂1％、稳定剂1％；
所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％、农林废弃物腐熟基质20％、团粒剂1％、膨润土8％、蛭石10％、植物纤维25％；微生物菌剂0.5％、肥料5.5％。
作为一种优选的实施方案，所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
工矿废弃物可提高土壤孔隙度，改善土壤的通气状况以提高微生物活性；增加土壤的机械强度，有效地抵抗雨水和地表径流的冲刷，同时还可实现废弃物的资源化利用。
作为一种优选的实施方案，所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
作为一种优选的实施方案，所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
农林废弃物腐熟基质具有持水功能可以增加蓄水量，还可以改善土壤结构，降解后可产生部分有机物质供植物和微生物利用。
作为一种优选的实施方案，所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
作为一种优选的实施方案，所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
作为一种优选的实施方案，所述植物纤维粒径小于10mm。
作为一种优选的实施方案，所述缓冲透水层的厚度为3cm-10cm，所述蓄水层厚度为10cm-30cm，所述蓄水层的最大持水量＞100％，容重＜1.0g/cm3；所述透水层的透水系数＞5×10-6m/s，粘聚力＞35kPa。
本发明的有益效果：表层缓冲透水层，具有透水和缓冲双重作用，首先该层粒间孔隙大、渗透性强，可使水分快速有效的渗入其下的土壤层，降低强降雨带来的地面积水和水土流失问题；其次，该层具有一定的结构强度，抗雨水冲击，抗水蚀，抗老化；能够截留径流中的颗粒物，防止造成堵塞，还可以有效地降低蓄水层水分的蒸发。
底层蓄水层，土壤孔隙小，吸水能力强，具有较强的保水蓄水功能，且其结构性能良好，有机质含量丰富，同时保水和保肥性俱佳，有利于植物根系的发育。复合微生物菌剂能够降解随径流进入土壤中的有机物，并通过释磷、释钾作用为植物的生长提供养分。
本发明的人工海绵土壤可广泛应用于海绵城市建设，还可应用于植草沟、雨水湿地和绿色屋顶等单项设施的建设。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于城市绿地的人工海绵土壤，包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层，所述缓冲透水层的厚度为10cm，透水层的透水系数为1.9×10-5m/s，粘聚力为59KPa；所述蓄水层厚度为30cm，蓄水层的最大持水量为112.6％。
所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土40％、工矿废弃物24％、农林废弃物腐熟基质18％、珍珠岩16％、团粒剂1％、稳定剂1％；所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％、农林废弃物腐熟基质25％、团粒剂0.5％、膨润土7％、蛭石12％、植物纤维20％；微生物菌剂0.5％、肥料5％。
所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
工矿废弃物可提高土壤孔隙度，改善土壤的通气状况以提高微生物活性；增加土壤的机械强度，有效地抵抗雨水和地表径流的冲刷，同时还可实现废弃物的资源化利用。
所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
所述植物纤维粒径小于10mm。
实施例2
一种用于城市绿地的人工海绵土壤，包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层，所述缓冲透水层的厚度为3cm，所述蓄水层厚度为17cm。所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土45％、工矿废弃物20％、农林废弃物腐熟基质15％、珍珠岩19％、团粒剂0.5％、稳定剂0.5％；所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土40％、农林废弃物腐熟基质20％、团粒剂0.1％、膨润土10％、蛭石10％、植物纤维15％；微生物菌剂0.05％、肥料4.85％。
透水层的透水系数为9.4×10-6m/s，粘聚力为46KPa；蓄水层的最大持水量为117.5％。
所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
工矿废弃物可提高土壤孔隙度，改善土壤的通气状况以提高微生物活性；增加土壤的机械强度，有效地抵抗雨水和地表径流的冲刷，同时还可实现废弃物的资源化利用。
所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
所述植物纤维粒径小于10mm。
实施例3
一种用于城市绿地的人工海绵土壤，包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层，所述缓冲透水层的厚度为5cm，所述蓄水层厚度为24cm。所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％、工矿废弃物20％、农林废弃物腐熟基质25％、珍珠岩18％、团粒剂1％、稳定剂1％；所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％、农林废弃物腐熟基质20％、团粒剂1％、膨润土5％、蛭石15％、植物纤维20％；微生物菌剂1％、肥料8％。
透水层的透水系数为2.3×10-5m/s，粘聚力为60KPa；蓄水层最大持水量 121.9％。
所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
工矿废弃物可提高土壤孔隙度，改善土壤的通气状况以提高微生物活性；增加土壤的机械强度，有效地抵抗雨水和地表径流的冲刷，同时还可实现废弃物的资源化利用。
所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
所述植物纤维粒径小于10mm。
实施例4
一种用于城市绿地的人工海绵土壤，包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层，所述缓冲透水层的厚度为8cm，所述蓄水层厚度为26cm。透水层的透水系数为3.6×10-5m/s，粘聚力为65KPa；蓄水层最大持水量134.2％。
所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％、工矿废弃物25％、农林废弃物腐熟基质20％、珍珠岩18％、团粒剂1％、稳定剂1％；所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％、农林废弃物腐熟基质20％、团粒剂1％、膨润土8％、蛭石10％、植物纤维25％；微生物菌剂0.5％、肥料5.5％。
所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
工矿废弃物可提高土壤孔隙度，改善土壤的通气状况以提高微生物活性；增加土壤的机械强度，有效地抵抗雨水和地表径流的冲刷，同时还可实现废弃物的资源化利用。
所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
所述植物纤维粒径小于10mm。
实施例5
一种用于城市绿地的人工海绵土壤，包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层，所述缓冲透水层的厚度为7cm，所述蓄水层厚度为10cm。透水层的透水系数为4.9×10-5m/s，粘聚力为58KPa；蓄水层最大持水量114.6％。
所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％、工矿废弃物30％、农林废弃物腐熟基质18.5％、珍珠岩15％、团粒剂0.5％、稳定剂1％；所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％、农林废弃物腐熟基质30％、团粒剂1％、膨润土9.5％、蛭石10％、植物纤维17％；微生物菌剂0.5％、肥料2％。
所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
工矿废弃物可提高土壤孔隙度，改善土壤的通气状况以提高微生物活性；增加土壤的机械强度，有效地抵抗雨水和地表径流的冲刷，同时还可实现废弃物的资源化利用。
所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
所述植物纤维粒径小于10mm。
实施例6
一种用于城市绿地的人工海绵土壤，包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层，所述缓冲透水层的厚度为5cm，所述蓄水层厚度为26cm。透水层的透水系数为9.8×10-6m/s，粘聚力为47KPa；蓄水层最大持水量118.5％。
所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％、工矿废弃物22％、农林废弃物腐熟基质20％、珍珠岩21％、团粒剂1％、稳定剂1％；所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％、农林废弃物腐熟基质26％、团粒剂1％、膨润土15％、蛭石10％、植物纤维15.5％；微生物菌剂0.5％、肥料2％。
所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
工矿废弃物可提高土壤孔隙度，改善土壤的通气状况以提高微生物活性；增加土壤的机械强度，有效抵抗雨水和地表径流的冲刷，同时还可以做到废弃物的资源化利用。
所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
所述植物纤维粒径小于10mm。
实施例1-6粘聚力的测量
采用直剪实验，以抗剪强度(KPa)为纵坐标、垂直压力(KPa)为横坐标，绘制关系曲线图，纵轴截距即为粘聚力。实施例1-4所得的用于城市绿的人工海绵土壤的缓冲透水层抗剪强度结果如表1。
表1 实施例1-6抗剪强度(KPa)
从表1可以看出，实施例1-6所得的人工海绵土壤具有良好的抗剪强度，其中在垂直压力为50KPa、100KPa、200KPa时，实施例3和实施例4所得的用于城市绿地的人工土壤抗剪强度较大。
实施例1-6的蓄水层最大持水量的测量：
最大持水量测量方法：用环刀取土(环刀质量已知)，带回实验室后在环刀下垫一张滤纸，用皮筋固定在环刀上。之后将环刀放在实验容器内里，向容器内倒水，使水没过滤纸，24h后将环刀中的土壤取出，放在已知重量的铝盒中称重，得到最大持水量时的土壤质量W1。之后将铝盒(注意盒盖打开)放在烘箱中 105℃烘干10h以上，至恒重。之后称重即可得到干土质量W2，具体公式如下。
运用上述最大持水量的测量方法与公式，对实施例1-6所得的人工海绵土壤的蓄水层进行持水量测定，结果见表2。
表2 实施例1-6最大持水量
实施例 W1(g) W2(g) 最大持水量％
1 205.2 96.5 112.6
2 221.2 101.7 117.5
3 231.2 104.2 121.9
4 228.6 97.6 134.2
5 210.9 98.3 114.6
6 224.0 102.5 118.5
从表2可以看出，实施例1所得人工海绵土壤最大持水量为112.6％，实施例2的人工海绵土壤最大持水量为117.5％，实施例3的人工海绵土壤最大持水量为121.9％，实施例4的人工海绵最大持水量数值最高为134.2％。
本发明的有益效果：表层缓冲透水层，具有透水和缓冲双重作用，首先该层粒间孔隙大、渗透性强，可使水分快速有效的渗入其下的土壤层，降低强降雨带来的地面积水问题；其次，该层具有一定的结构强度，抗雨水冲击，抗水蚀，抗老化；能够截留径流中的颗粒物，防止造成堵塞，还可以有效地降低蓄水层水分的蒸发。
底层蓄水层，土壤孔隙小，吸水能力强，具有较强的保水蓄水功能，可较好的蓄存水分，且具有较高的土壤结构性能，有机质含量丰富，同时具有较好的保水和保肥性，有利于植物根系的发育。复合微生物菌剂能够降解随径流进入土壤中的有机物，并通过释磷、释钾作用为植物的生长提供养分。
本发明的人工海绵土壤还可以用于海绵城市建设中，植草沟、雨水湿地和绿色屋顶等单项设施的建设。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，包括位于表层的缓冲透水层和位于底层的蓄水层；
所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％-45％、工矿废弃物20％-30％、农林废弃物腐熟基质15％-25％、珍珠岩15％-25％、团粒剂0.5％-1％、稳定剂0.5％-1％；
所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％-40％、农林废弃物腐熟基质20％-30％、团粒剂0.1％-1％、膨润土5％-15％、蛭石10％-15％、植物纤维15％-25％；微生物菌剂0.05％-1％、肥料2％-8％。
2.根据权利要求1所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述缓冲透水层包括以下体积比的组分：沙质土35％、工矿废弃物25％、农林废弃物腐熟基质20％、珍珠岩18％、团粒剂1％、稳定剂1％；
所述蓄水层包括以下体积比的组成：粘质土30％、农林废弃物腐熟基质20％、团粒剂1％、膨润土8％、蛭石10％、植物纤维25％；微生物菌剂0.5％、肥料5.5％。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述工矿废弃物为包括但不局限于铁矿尾矿粉、矿渣和废石渣中的一种或多种，粉碎过筛后粒径小于5mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述微生物菌剂以枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌为主的复合微生物菌剂。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述农林废弃物腐熟基质为树枝、树叶、农作物秸秆、花生壳中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述蛭石叶片平面尺寸为2-8mm，杂质含量小于15％。
7.根据权利要求6所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述膨润土为200目以上的钠基膨润土。
8.根据权利要求7所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述植物纤维粒径小于10mm。
9.根据权利要求1或2所述的一种用于城市绿地的人工海绵土壤，其特征在于，所述缓冲透水层的厚度为3cm-10cm，所述蓄水层厚度为10cm-30cm，所述蓄水层的最大持水量＞100％，容重＜1.0g/cm3；所述透水层的透水系数＞5×10-6m/s，粘聚力＞35kPa。
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