CN110810199B - 屋顶绿化用栽培基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了屋顶绿化用栽培基质及其制备方法，本发明的栽培基质由原料珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇制成，本发明的栽培基质以珍珠岩为主要原料，园林绿化废弃物堆肥、食醋工业废弃物醋渣为主要添加材料所制备而成的屋顶绿化专用栽培基质，既能满足屋顶植物生存生长的需要，又充分利用了园林绿化和食醋工业废弃物，整合利用废弃物资源，既降低了生产成本又实现了废弃物资源的循环利用，利于城市生态环境的可持续发展。

Description

屋顶绿化用栽培基质及其制备方法

技术领域

本发明涉及园林绿化废弃物、食醋工业废弃物的利用方法，特别涉及利用园林绿化废弃物堆肥及食醋工业废弃物醋渣制备屋顶绿化专用栽培基质的方法和制备的屋顶绿化专用栽培基质。

背景技术

随着社会经济水平的快速提升，城市人口日益增多，城市商业化活动也随之增多，导致我国大部分城市生态环境日益恶化，雾霾、沙尘等等恶劣的天气现象频出。以京津冀为主的华北地区，生态环境恶化现象尤为严重。随着我国城市生态问题日益突出，越来越多的行业开始在实践中探寻解决城市生态的可持续发展问题的方法，并提出“海绵城市”的城市建设理念，为城市生态环境改善指明了方向。

屋顶绿化是一种特殊的绿化形式，是海绵城市的重要组成部分，其符合海绵城市“优先利用自然排水系统，建设生态排水设施，充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用”的要求，而且还具有对建筑保温隔热的功效，能够大幅度降低城市热岛效应。并且屋顶绿化的广泛推广，大大增加了城市的绿化面积，能有效改善城市生态环境，对城市人群的健康有着积极作用。

屋顶绿化在城市绿化面积十分缺少的今天，已经变成城市园林不可取代的组成部分，也将给城市居民添加更加健康、舒适和新颖的生活感受。在城市建设下发展的屋顶绿化不仅能够改善环境的空气质量，除尘增湿，同时还具有很多生态功能，例如冬天可以保暖御寒、节约能源；夏天还能吸收太阳辐射，从而缓解局部热岛环流现象，实现真正的冬暖夏凉。屋顶绿化的作用和重要性逐渐显现，虽然我国屋顶绿化普及率和相关标准相对落后，但近年来中国屋顶绿化技术也在不断进步、绿化标准持续推进、政府政策高度扶持，相信不久的将来屋顶绿化一定会成为现代、健康和美丽城市建筑的必然趋势，并在不断研究中逐步普及。

而随着近些年城市园林绿化事业的高速发展，城市园林绿化废弃物激增，而传统的处理方式——焚烧或填埋，造成了大面积的空气污染，占用大量土地资源，并且也是对废弃物资源的一种极大浪费。而食醋工业废弃物醋渣，因其湿度大、酸度高，难以降解，如何将其资源化再利用也是一大亟待解决的难题。废弃物同屋顶绿化栽培基质的结合，既解决了废弃物资源化利用的问题，又为屋顶绿化栽培基质提供了新的研发方向。

基于这样的发展背景，本发明希望在前人研究的基础上探究出一种能够利用废弃物生产更加生态环保、成本低廉、支持小型植物生长等特点的屋顶绿化专用栽培基质。在资源化利用废弃物的同时，为绿化面积稀少的城市建设开辟一条全新的道路，也为我们人类自身提供一个舒适、安逸的工作、生活条件。

传统屋顶绿化栽培基质含有大量园土和草炭等材料，容重高，增加了建筑屋顶的载荷负担；且草炭、泥炭等材料有机质含量高，使用后期容易造成有机成分的大量分解，从而导致基质产生塌陷、下沉等问题，影响基质使用寿命，需频繁更换基质材料。同时，也会为养护管理增加许多难度，这也提高了管理成本，不利于屋顶绿化事业的可持续发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有屋顶绿化栽培基质存在的技术及应用问题，提供一种屋顶绿化专用栽培基质及其制备方法，本发明的屋顶绿化专用栽培基质质轻，可以保证在建筑屋顶的载荷范围之内让植物正常生存生长，施工过程中基质表面设置覆盖材料，也能达到有效固定植物的作用；基质的保水性能好，减少了养护过程中浇水频率；基质的渗透性好，保证了基质在雨水丰沛的时节也能快速将多余水分排出，保证建筑安全的同时，也避免植物根部长期浸泡水中而导致植物死亡；栽培基质酸碱性能适宜，呈弱碱性，能够为大部分屋顶植物提供适宜的生长环境。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种屋顶绿化用栽培基质，包括原料珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇。

其中，所述珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量份配比为：

特别是，所述珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量份配比优选为：

尤其是，所述珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量份配比优选为：

其中，所述园林绿化废弃物堆肥按照如下方法制备而成：

A)将园林绿化废弃物粉碎后调节废弃物的C/N比至20-30；

B)向废弃物中加水，调节含水率至60-70％；

C)将废弃物堆成发酵堆体，进行堆置发酵处理，其中，在堆置发酵处理过程中监控堆体的含水率，每3-6天翻堆一次，每5-6天向发酵堆体喷水一次，使堆体含水率达到60-70％；直至发酵堆体温度降低至与室温，终止发酵，制得堆肥产物；

D)将终止发酵的堆肥产物风干后，进行筛分处理，过筛孔孔径为3.35mm筛，制得粒径≤3.35mm、含水率为5-10％的园林绿化废弃物堆肥。

特别是，步骤A)中所述C/N比优选为25；步骤B)中所述含水率优选为65％；步骤C)每3天翻堆一次；每6天向发酵堆体喷水一次；步骤D)中所述含水率优选为7％。

园林绿化废弃物堆肥的pH为7.0-7.8，呈弱碱性；颜色为黑褐色，质地松软易散碎；干容重为0.30-0.50g/cm³，有机质含量≥30％。添加适量的园林绿化废弃物堆肥，其主要作用是为栽培基质提供养分：园林绿化废弃物堆肥的速效养分含量高，可在栽培初期为植物提供必要的养分；同时其有机质含量高，其自然状态下可缓慢分解，从而达到养分长效缓释的目的。并且，园林绿化废弃物堆肥的添加对于改善基质物理性质具有一定作用，其对于提高基质的孔隙度、持水能力以及维持并提高基质肥力具有重要作用。

尤其是，所述园林绿化废弃物选择树枝、树皮、草屑、花败、落叶中的一种或多种。

特别是，所述园林绿化废弃物优选为树叶、草屑、花败或细小的树枝。

其中，所述珍珠岩选择粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的混合物。

特别是，所述粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的质量配比为(6-8):(2-4)，优选为7:3。

珍珠岩具有表观密度轻、疏松、多孔、透气等优点，运用于屋顶绿化这一特殊场所，可最大限度减轻建筑屋顶载荷，雨水丰沛时节可使基质内多余水分快速排，保证建筑安全性能，相比传统基质改良土具有明显的优势。同时，珍珠岩还具有导热系数低、化学稳定性好、不易分解等特点，且无毒、无害，对屋顶可起到保温隔热的作用，利于城市热岛效应的缓解。并且，珍珠岩同其他有机材料混配作为栽培基质，通过调节珍珠岩在基质中的占比有效调节栽培基质有机质含量，平衡栽培基质各项性能指标，进而选出表现优良的栽培基质配方。因而珍珠岩是屋顶绿化栽培基质的优良选择。

其中，所述醋渣的pH值为5.5-6.5，pH值优选为6.0；所述醋渣的含水率1-4％，优选为2％。

醋渣具有较强的持水性能，对于增加基质的持水能力起决定性作用；同时醋渣可以调节栽培基质酸碱性能，添加适量醋渣可降低栽培基质pH值，使基质能够适应多数屋顶绿化植物的生长。

醋渣有机质含量在30％以上，质轻散碎，纤维素含量高。容重为0.1-0.2g/cm³，多呈棕黄色，淋洗过后pH值一般为5.5～6.5，呈酸性。其主要作用是改善基质的酸碱性能，降低基质的pH值至弱碱性，能够营造北方地区大部分屋顶植物最适宜的生存环境；同时醋渣的加入也可以提升基质的持水性能，栽培基质持水能力的加强不仅可以为植物提供较长时间生长所必须的水分，利于减少水资源的浪费和养护浇水的频率，而且对于营养元素的存蓄也具有重要作用，减少其随着水分流失进而造成栽培基质肥力的快速下降。

特别是，所述聚乙二醇为PEG 200，1000、2000或4000，优选为聚乙二醇2000。

聚乙二醇为无毒无害、具有良好的水溶性并与许多有机物组份有良好的相溶性的表面活性剂。其具有优良的润滑性、保湿性、粘接性，其中相对分子质量低的聚乙二醇(Mr<2000)具有较好的润湿作用。聚乙二醇具有特殊的“双亲结构”,其分子结构一端为极性的亲水基，一端为非极性的疏水基，这一结构可以将水与其他物质有效连接。本发明栽培基质中聚乙二醇的适量加入，对于提升栽培基质的饱和水容重起到决定性作用，表明表面活性剂聚乙二醇的加入，增加了栽培基质同水分子的亲和程度，对于栽培基质吸水、持水能力的提升起到显著作用。

聚乙二醇(PEG)通过氢键和疏水作用同木质素结合，减少酶的非生产性吸附，从而促进纤维素酶解。园林绿化废弃物堆肥富含大量的木质素、纤维素，醋渣也含有丰富的纤维素，聚乙二醇(PEG)与园林绿化废弃物堆肥中的木质素产生有效结合，释放无效吸附的纤维素水解酶，进而提升纤维素酶的酶解效率。这一作用利于栽培基质中有机成分的充分转化，能够起到其他栽培基质和添加材料所不具有的“催化剂”的功效。

本发明的屋顶绿化专用栽培基质质轻，可以保证在建筑屋顶的载荷范围之内让植物正常生存生长；针对传统基质有机质含量高、易塌陷的问题，本发明栽培基质主体材料珍珠岩化学稳定性好，不易分解，同其他有机材料混配时，通过调节珍珠岩在基质中的占比，有效调节栽培基质有机质含量，避免基质因大量有机质分解而产生塌陷、下沉等问题，同时也能平衡栽培基质各项性能指标，选配出性状优良的栽培基质；本发明栽培基质吸水、持水性能高；聚乙二醇的特殊的“双亲”分子结构，有效提升栽培基质同水的吸附性，使栽培基质吸水、持水能力显著提高；同时，聚乙二醇还具有提升纤维素酶解效率的作用，这一作用利于栽培基质中有机成分的充分转化，利于栽培基质中的营养成分释放。

本发明另一方面提供一种屋顶绿化用栽培基质的制备方法，包括如下步骤：

1)制备园林绿化废弃物堆肥

1-A)将园林绿化废弃物粉碎后调节废弃物的C/N比至20-30(优选为25)；

1-B)向废弃物中加水，调节含水率至60-70％(优选为65％)；

1-C)将废弃物堆成发酵堆体，进行堆置发酵处理，其中，在堆置发酵处理过程中监控堆体的含水率，每3-6天翻堆一次，每5-6天向发酵堆体喷水一次，使堆体含水率达到60-70％；直至发酵堆体温度降低至与室温，终止发酵，制得堆肥产物；

1-D)将终止发酵的堆肥产物风干后，进行筛分处理，过筛孔孔径为3.35mm筛，制得粒径≤3.35mm、含水率为5-10％(优选为7％)的园林绿化废弃物堆肥；

2)对珍珠岩进行筛分，依次过筛孔孔径为3.35mm、1mm、0.2mm的筛，选用粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩，将粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩按照质量配比为(6-8):(2-4)的比例混匀；

3)对采集的醋渣进行水洗处理，直至醋渣水洗液的pH值达到5.5-6.5；然后进行干燥处理，直至醋渣的含水率达到1-4％；

4)将步骤1-3)制备的园林绿化废弃物堆肥、珍珠岩、醋渣与聚乙二醇混匀，即得。

其中，步骤1-A)中所述园林绿化废弃物选择树枝、树皮、草屑、花败、落叶中的一种或多种。

特别是，所述园林绿化废弃物优选为树叶、草屑、花败或细小的树枝。

尤其是，将园林绿化废弃物粉碎成1-2cm的颗粒，优选为1.5cm。

其中，步骤1-A)中所述C/N比优选为25；步骤1-B)中所述含水率优选为65％；步骤1-C)每3天翻堆一次；每6天向发酵堆体喷水一次；步骤1-D)中所述含水率优选为7％。

制备的所述园林绿化废弃物堆肥为黑褐色，质地松软易散碎，比重0.30-0.50g/cm³，pH为7.0-7.8。

特别是，步骤2)中所述粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的质量配比优选为7:3。

其中，步骤3)中所述醋渣水洗处理后的pH值为6.0；干燥后的含水率为2％。

特别是，步骤3)中所述水洗处理为对采集的醋渣采用蒸馏水进行淋洗处理，直至淋洗液的pH值达到5.5-6.5；或将采集的醋渣采用蒸馏水浸泡后过滤，直至滤液的pH值达到5.5-6.5。

特别是，所述干燥处理为风干处理，直至醋渣的含水率达到1-4％，优选为2％；

尤其是，所述醋渣淋洗或浸泡后的pH值为6.0；风干后的含水率为2％。

其中，步骤4)中所述珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量配比为：

特别是，所述珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量份配比优选为：

尤其是，所述珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量份配比优选为：

特别是，所述聚乙二醇为聚乙二醇200，1000、2000或4000，优选为聚乙二醇2000。

本发明再一方面提供一种按照上述方法制备而成的屋顶绿化用栽培基质。

本发明的植物栽培基质具有如下优点：

1、本发明方法制备的屋顶绿化用栽培基质物理化学性质稳定、优良：栽培基质添加了食醋工业废弃物醋渣，酸碱度适中，pH值为7.3-7.7，电导率(EC)为0.1-0.4mS/cm，能够为大部分北方地区屋顶绿化植物营造适宜的生长环境；干容重为0.08-0.1g/cm³，质轻，符合屋顶绿化这一特殊场所的对栽培基质的要求，能够最大限度保证建筑的安全；施工过程中基质表面覆盖陶粒后，既能够起到固定基质、固持植物的作用，保证栽种的植物不倒伏。本发明栽培基质的基本理化性能指标符合屋顶绿化安全技术规范，能够满足大部分北方地区屋顶绿化植物基本生长需求，可以广泛应用于屋顶绿化工程。

2、本发明的栽培基质饱和水容重为0.76-0.87g/cm³，饱和水容重指标符合《北京市地方标准——屋顶绿化规范(DB11/T 281—2015)》中0.65-1.3g/cm³的要求。本发明的栽培基质中添加了聚乙二醇表面活性剂，吸水、持水性能优良，一次浇水能够维持栽培基质较长时间的湿润状态，能维持植物较长时间的生长，同时也能大幅降低养护浇水的频率，节约成本。基质吸水、持水性能优良的同时也说明基质具有一定的持肥保肥作用，可以减少基质养分的损失，对于解决基质养分流失过快问题提供了解决方案。

3、本发明制备的栽培基质的总孔隙度为69-81％％，非毛管孔隙达到21-32％，符合《北京市地方标准——屋顶绿化规范(DB11/T 281—2015)》中非毛管孔隙≥10％的要求。说明该栽培基质具有良好的通气透水性能，能够在雨水丰沛的时节快速将基质内多余水分排出，既维持了植物根系正常的生长环境，也有助于建筑安全性的考量，减轻建筑屋顶载荷，保障了建筑物的安全性。

4、本发明方法制备的栽培基质全氮含量为1.00-1.40g/kg，全磷含量为1.24-1.90g/kg，有效磷含量为30.37-45.12mg/kg，速效钾含量为226.29-274.65mg/kg。其中全氮和全磷含量符合《北京市地方标准——屋顶绿化规范(DB11/T 281—2015)》中栽培基质全氮含量≥0.1％、全磷含量≥0.06％的要求。本发明的栽培基质添加了园林绿化废弃物堆肥，是基质中营养成分的主要提供者。该栽培基质速效养分含量高，可供栽培初期植物的生长发育。栽培后期聚乙二醇同园林绿化废弃物堆肥和醋渣的结合，利于栽培基质中有机成分的充分转化，为植物提供长效、缓释的营养成分。同时，该栽培基质中有机成分含量符合标准规范，不会因有机成分的分解造成栽培基质的塌陷。

5、本发明的栽培基质制备方法，制作工艺简单，施工操作简便易行，产品能快速向市场推广，质量控制有保障，所制备的栽培基质能够满足屋顶绿化专用栽培基质的要求。

6、本发明的栽培基质运用了园林绿化废弃物和食醋工业废弃物，其优势为：(1)为废弃物的有效资源化利用的提供了解决方案；(2)充分利用废弃物，减少了填埋、燃烧等的传统废弃物处理方式，为生态环境的可持续发展做出了应有贡献；(3)废弃物利用方式的转变，也减少了对废弃物不当的处理方式造成的大气、土壤等的环境污染，是节能环保的应用典范；(4)本发明使用的醋渣是食醋工业废弃物，解决了传统的北方地区栽培基质碱性过高的问题，同时对于提高栽培基质的持水性能也发挥巨大作用；(5)本发明使用的聚乙二醇，其具有提升纤维素水解酶水解效率的功能，对于栽培基质中有机成分的充分转化起到至关重要的作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂、设备、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明选用的珍珠岩购自于河南信阳厚普矿业材料厂，选用粒径配比为1-3.35mm：0.2-1mm＝7:3(质量比)；园林绿化废弃物堆肥由北京香山公园园林绿化废弃物消纳基地提供；生物表面活性剂采用聚乙二醇(PEG)2000，购自于天津中和盛泰化工有限公司；醋渣购自于山西长治平顺县酱油醋销售中心。

实施例1

1、制备园林绿化废弃物堆肥

1A)采集秋季城市园林植物凋落的园林绿化废弃物，粉碎至粒径为1-2cm左右(通常为1-2cm，优选为1.5cm左右)；

园林绿化废弃物可选择树枝、树皮、草屑、花败、落叶中的一种或多种，均适用于本发明，其中优选秋季城市园林植物凋落的树叶以及细小树枝。除了选用秋季城市园林植物凋落的树叶以及细小树枝之外，本领域中其他园林绿化废弃物均适用于本发明。例如选取杨树、柳树等北方地区常见城市园林植物的凋落树叶及细小树枝，利于堆肥产品的完全腐熟，以及更加适用于屋顶绿化这一特殊用途。

1B)向粉碎好的园林绿化废弃物中加水，调节含水率65％(通常为60-70％)，用尿素调节初始C/N比至25(通常为20-30)，以改善微生物在堆体中的生存环境；

1C)将上述园林绿化废弃物堆成发酵堆体，堆体为底面直径1m、高1m的圆锥体进行堆置发酵处理；将上述园林绿化废弃物堆成发酵堆体，进行堆置发酵处理，

从粉碎好的园林绿化废弃物堆制成发酵堆体开始计时，随着发酵过程的进行，堆体温度呈先升高后降低的趋势。其中每隔3天对堆体进行翻堆处理，保证废弃物的均匀、充分发酵；每隔6天进行补水处理，保证堆体含水率维持在适宜范围内(60％-70％)；直至发酵堆体温度降低至与室温相同且稳定不再变化时，发酵终止；

1D)将终止发酵的堆肥产物风干后，进行筛分处理，过筛孔孔径为3.35mm筛，制得粒径≤3.35mm、含水率为7％(通常为5-10％)的园林绿化废弃物堆肥；

本发明的园林绿化废弃物堆肥由北京香山公园园林绿化废弃物消纳基地提供。

2、将原料珍珠岩进行大小粒径的选配，即对珍珠岩进行筛分，依次过筛孔孔径为3.35mm、1mm、0.2mm的筛，选用粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩，粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩按照质量配比为7:3(通常为6-8：2-4)比例混匀；

3、鲜醋渣采用蒸馏水淋洗，直至淋洗液的pH为6.0(通常为5.5-6.5)，然后风干至含水率为2％(通常为1-4％)；通常每500g鲜醋渣使用5-7L蒸馏水淋洗，淋洗至淋洗液的pH为6.0(通常为5.5-6.5)。

鲜醋渣除了用蒸馏水淋洗之外，还可以用蒸馏水浸泡后过滤，直至滤液的pH为6.0(通常为5.5-6.5)。

4、将原料珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇均匀混合，即得本发明的屋顶绿化用栽培基质，其中珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量配比为：

本发明的栽培基质中添加了聚乙二醇表面活性剂，吸水、持水性能优良，一次浇水能够维持栽培基质较长时间的湿润状态，能维持植物较长时间的生长，同时也能大幅降低养护浇水的频率，节约成本。基质吸水、持水性能优良的同时也说明基质具有一定的持肥保肥作用，可以减少基质养分的损失，对于解决基质养分流失过快问题提供了解决方案。

制备的屋顶绿化专用栽培基质的性能指标按照如下方法进行检测：

干容重、持水量、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙采用环刀法测定，具体测定方法如下：

取本实施例制备的栽培基质加满100cm³的环刀，其中环刀的重量为W₀，栽培基质和环刀的总重量为W₁，然后将环刀和栽培基质浸泡在水中，浸泡24h后称重，重量为W₂，环刀中的水分自由沥干后再称重(W₃)，将环刀中基质转移至铝盒中，铝盒质量为W5，铝盒放入烘箱中至质量不再变化后称重(W6)，按以下公式计算：

干容重(g/cm³)＝(w₆－w₅)/100

持水量(％)＝(w₃－w₁)/(w₆－w₅)×100％

总孔隙度(％)＝(w₂－w₁)/100×100％

通气孔隙(％)＝(w₂－w₃)/100×100％

持水孔隙(％)＝总孔隙度－通气孔隙

采用pH计和EC计测定栽培基质pH值，EC值，具体测定方法如下：

将栽培基质与水采用固液比为1:10(W/V)的比例混合，振荡3min后过滤，使用pH计测定滤液中的pH值；采用EC计测定滤液的EC值。

分别按照《土壤农业化学分析方法》中H₂SO₄-H₂O₂扩散法测定本发明制备的屋顶绿化栽培基质的全氮含量，钼锑抗比色法测定全磷含量和有效磷含量，火焰光度法测定速效钾含量。

栽培基质的性能指标检测结果如表1、2、3所示。

实施例2

1、制备园林绿化废弃物堆肥

除了园林绿化废弃物堆肥的含水率为9％之外，其余与实施例1相同。

2、除了粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的质量配比为8:2之外，其余与实施例1相同。

3、除了鲜醋渣采用蒸馏水淋洗直至淋洗液的pH为6.5，风干至含水率为3％之外，其余与实施例1相同。

4、将原料珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇均匀混合，即得本发明的屋顶绿化专用栽培基质，其中珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量配比为：

制备的栽培基质的性能指标检测结果如表1、2、3所示。

实施例3

1、制备园林绿化废弃物堆肥

除了园林绿化废弃物堆肥的含水率为5％之外，其余与实施例1相同。

2、除了粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的质量配比为6:4之外，其余与实施例1相同。

3、除了鲜醋渣采用蒸馏水淋洗直至淋洗液的pH为5.5，风干至含水率为1％之外，其余与实施例1相同。

4、将原料珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇均匀混合，即得本发明的屋顶绿化专用栽培基质，其中珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量配比为：

制备的栽培基质的性能指标检测结果如表1、2、3所示。

实施例4

除了步骤4中的珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量配比与实施例1不同之外，其余与实施例1相同；其中珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的重量配比为：

制备的栽培基质的性能指标检测结果如表1、2、3所示。

表1栽培基质基本物理性质

表2栽培基质基本化学性质

表3栽培基质营养元素含量

表1、2、3的检测结果表明：

1、本发明以珍珠岩为主要原料、园林绿化废弃物堆肥与食醋工业废弃物醋渣为主要添加材料，制备而成的屋顶绿化专用栽培基质。该栽培基质既能满足屋大部分顶植物正常生长的需要，又充分利用了园林绿化和食醋工业废弃物，达到了废弃物资源的有效利用，降低了生产成本的同时又实现了废弃物资源的循环利用，利于城市生态环境可持续发展的持续推进，同时减少了废弃物资源不合理处理带来的大气、土壤的污染，是节能环保应用的典范。

2、本发明的栽培基质的干容重为0.08-0.10g/cm³，质轻，能够最大限度保证建筑的安全；施工过程中基质表面覆盖防尘物品(例如陶粒、覆盖垫、防尘网等)后，既能够起到固定基质、固持植物的作用，保证栽种的植物不倒伏。

3、栽培基质饱和水容重为0.76-0.87g/cm³，持水孔隙达到46.48-49.8％，其中饱和水容重指标符合《北京市地方标准——屋顶绿化规范(DB11/T 281—2015)》中0.65-1.3g/cm³的要求。基质吸水、持水性能优良，一次浇水后栽培基质较长时间维持湿润状态，大幅度降低养护浇水频率，并且能有效持肥保肥，减少基质养分损伤。

4、本发明栽培基质的通气透水性能高，基质的总孔隙度为69-81％％，非毛管孔隙达到21-32％，符合《北京市地方标准——屋顶绿化规范(DB11/T 281—2015)》中非毛管孔隙≥10％的要求。基质能够在雨水丰沛的时节快速将基质内多余水分排出，既维持了植物根系正常的生长环境，也有助于建筑安全性的考量，减轻建筑屋顶载荷，保障了建筑物的安全性。

5、本发明方法制备的屋顶绿化用栽培基质化学性质稳定：栽培基质的酸碱度适中，pH值为7.3-7.7，电导率(EC)为0.1-0.4mS/cm，其中pH值符合《北京市地方标准——屋顶绿化规范(DB11/T 281—2015)》中pH值应在6.5-8.0的要求，EC值符合《中华人民共和国林业行业标准——花木栽培基质(LY/T 2700-2016)》中EC值应在0.10-2.00的要求。说明本发明栽培基质能够为大部分北方地区屋顶绿化植物营造适宜的生长环境，能够满足大部分北方地区屋顶绿化植物基本生长需求，可以广泛应用于屋顶绿化工程。

6、本发明方法制备的栽培基质全氮含量为1.00-1.40g/kg，全磷含量为1.24-1.90g/kg，有效磷含量为30.37-45.12mg/kg，速效钾含量为226.29-274.65mg/kg。其中全氮和全磷含量符合《北京市地方标准——屋顶绿化规范(DB11/T 281—2015)》中栽培基质全氮含量≥0.1％、全磷含量≥0.06％的要求。本发明的栽培基质添加了园林绿化废弃物堆肥，是基质中营养成分的主要提供者，其自然状态下能够缓慢分解，从而起到为栽培基质提供长效养分的目的。而栽培后期聚乙二醇同园林绿化废弃物堆肥和醋渣的结合，提高纤维素酶的水解效率，则更加有利于栽培基质中有机成分的充分转化。同时，该栽培基质中有机成分含量符合标准规范，不会因有机成分的分解造成栽培基质的塌陷。

对照例1

以市售的屋顶绿化专用基质(宝绿素基质，灵寿县绿宸矿产品加工厂)为对照例1。

屋顶绿化专用栽培基质的性能指标检测结果如表1、2、3所示。

试验例1植物栽培成活率实验

将实施例1-4和对照例1的栽培基质装盆备用，每个实施例与对照例均5个重复。取健康、长势相同且常用于屋顶绿化的植物扶芳藤幼苗，分别栽培于装有栽培基质的种植盆中，浇水至盆地有水流出。种植盆置于苗圃通风、光照良好的户外屋顶，每周补水，持续观察2个月扶芳藤幼苗的成活情况，记录成活数量。

成活率(％)＝植株平均成活数/植株总数×100％

表4栽培扶芳藤成活率

由表4测定结果可知，本发明的栽培基质无毒、无害，能够满足植物正常的生存、生长需求，说明本发明的栽培基质适宜作为屋顶绿化栽培基质，不会对植物产生毒害作用，可用于屋顶绿化的栽培与种植。

试验例2栽培基质渗透系数和导热系数试验

1、栽培基质渗透系数试验

准备容量为1L的塑料量筒，其内径为6.6cm。将塑料量筒桶底去除，以纱布封口。量筒内壁均匀涂抹凡士林备用。

分别将实施例1-4、对照例1的栽培基质500mL分别装入不同的塑料量筒内，向下压缩25％至375mL，基质上表面压平。将装有基质的量筒浸水4-6h，基质浸没在水面之下，保证基质充分浸水。

浸水结束后取出量筒，将装有基质的量筒放到漏斗上，漏斗下面设置有玻璃量杯。向装有基质的塑料量筒中加水至750mL处，使基质高度和基质上方水面深度相等(即基质375ml，基质上方水375ml)。为了使灌入的水不致冲刷表层基质，不应将水直接倒在基质上表面，而应顺着桶内壁缓缓流入。

加水后，自漏斗下面滴下第一滴水时开始计时，以后每隔2分钟更换漏斗下面的量杯，并分别计量渗水量Q₁、Q₂、Q₃……Q_n。渗水过程中，加水始终保持塑料量筒内水面至750mL，即始终保持塑料量筒水面加至原来高度，塑料量筒内基质高度与基质上方水面深度相等。

渗水试验至每2min塑料量筒渗出水量相等为止，通常渗水试验一般持续时间约20分钟，如果20分钟仍不稳定，一直延续到单位时间渗水量相等为止。根据公式计算栽培基质渗透系数：测定结果见表5。

式中：K——渗透系数，kg/(h·m²)；Q——稳定时渗水量，kg；A——塑料量筒横截面积，m²；t——渗水量为Q时所需时间，h；I——I＝H/L；H为塑料量筒内基质上的水深，cm；L为塑料量筒内发生水分渗透作用的基质的厚度，即渗透路程，cm。

2、栽培基质导热系数试验

将实施例1-4和对照例1的栽培基质风干。基质盛放于直径大于10cm的容器中，容器的壁厚大于5cm，自然压实。采用Isomet 2114便携式热特性分析仪，配备IPS1105/0.04-0.3表面传感器，进行栽培基质导热系数的测定。仪器开机后，将表面传感器轻放至基质表面正中心，记录显示结果。

显示结果单位为W/(m·K)，将其转换为kcal/(m·h·℃)，其转换公示如下(参考教材《化工原理》第五版，2018年1月化学工业出版社出版的图书，王志魁主编；向阳、王宇执行主编)：

1W/(m·K)＝1.16kcal/(m·h·℃)

计算结果见表5。

表5栽培基质渗透系数和导热系数

表5的测定结果表明：

1、本发明的栽培基质的渗透性好，具有适宜的渗透系数，渗透系数稳定适中，说明该栽培基质既能有效存蓄雨水或灌溉水的同时，又能将多余水分快速渗透出去。这不仅能够保证屋顶绿化植物提供生长所需的充足水分，能大幅减少浇水养护的频率，节约用水的同时也具有一定的保肥作用。而多余水分快速渗出则在很大程度上缓解了建筑载荷的负担，保证了建筑本身安全的同时，也起到了绿化、美观的作用。

2、本发明的栽培基质的导热系数低，说明该栽培基质保温隔热性能优良。因此，本发明所述的屋顶绿化栽培基质，不仅可以作为屋顶美化的材料之一，对于屋顶的保温、隔热也起到至关重要作用。发挥生态作用的同时，对于缓解城市热岛效应也有突出贡献，是建设海绵城市的重要手段。

本发明制备的屋顶绿化用栽培基质保水性能出众，聚乙二醇的加入提升了栽培基质的饱和水容重和持水量，增强了基质的吸水和持水能力，这样可大大减少养护浇水的频率，解决频繁养护带来的成本升高问题；并且，基质的渗透性能优良，非毛管孔隙度高，保证了基质在雨水丰沛的时节也能快速将多余水分排出，保证建筑安全的同时，也避免植物根部长期浸泡水中而导致植物死亡；该栽培基质酸碱性能适宜，醋渣的加入使栽培基质呈弱碱性，能够为大部分屋顶植物提供适宜的生长环境；最后，基质营养物质含量适宜，保证植物适度、缓慢生长，不会导致植物因缺少生长所必须的营养物质而死亡，同时也不会生长过快从而增加修剪等养护成本。

本发明的栽培基质以珍珠岩作为主要原材料，园林绿化废弃物堆肥、醋渣、聚乙二醇为添加材料。该栽培基质充分利用园林绿化和食醋工业废弃物，实现了废弃物资源的有效再利用的同时，也减轻了废弃物不当处理带来的大气、土壤等的污染问题，是实现城市生态环境可持续发展的有效途径。栽培基质理化性能稳定、优良：基质质轻、通透性好、持水保肥能力强，具有适宜的渗透系数，能够在维持适宜持水量的同时将多余水分排出，既保证屋顶植物正常生长又不超出建筑的载荷，保证建筑安全；该栽培基质具有适宜的酸碱性能，能够为大部分北方地区屋顶绿化植物营造适宜的生长环境，同时也解决了北方地区栽培基质普遍碱性过高的问题；基质含有适宜的营养成分，可以为植物生长提供必要的营养元素，且不使其生长过快从而威胁建筑物安全。市场上销售的基质大多以泥炭为主要原材料，故而基质本身有机质含量高，而有机质会随着时间的推移分解，从而导致基质逐渐下沉、塌陷。本发明制备的屋顶绿化专用栽培基质，以无机材料珍珠岩为主，适当添加有机材料园林绿化废弃物堆肥与醋渣，精准控制栽培基质中有机物质含量，因此本发明的屋顶绿化栽培基质不会产生下沉与塌陷等问题。

Claims (9)

1.一种屋顶绿化用栽培基质，其特征是，由原料珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇制备而成，其中所述珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的质量份配比为：

珍珠岩 100

园林绿化废弃物堆肥 2-15

醋渣 2-15

聚乙二醇 2-9。

2.如权利要求1所述的栽培基质，其特征是，所述园林绿化废弃物堆肥按照如下方法制备而成：

A）将园林绿化废弃物粉碎后调节废弃物的C/N比至20-30；

B）向废弃物中加水，调节含水率至60-70%；

C）将废弃物堆成发酵堆体，进行堆置发酵处理，其中，在堆置发酵处理过程中监控堆体的含水率，每3-6天翻堆一次，每5-6天向发酵堆体喷水一次，使堆体含水率达到60-70%；直至发酵堆体温度降低至室温，终止发酵，制得堆肥产物；

D）将终止发酵的堆肥产物风干后，进行筛分处理，过筛孔孔径为3.35mm筛，制得粒径≤3.35mm、含水率为5-10%的园林绿化废弃物堆肥。

3.如权利要求1或2所述的栽培基质，其特征是，所述珍珠岩选择粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的混合物。

4.如权利要求3所述的栽培基质，其特征是，所述粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的质量配比为6-8:2-4。

5.如权利要求4所述的栽培基质，其特征是，所述粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的质量配比为7:3。

6.一种屋顶绿化用栽培基质的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

1）制备园林绿化废弃物堆肥

1-A）将园林绿化废弃物粉碎后调节废弃物的C/N比至20-30；

1-B）向废弃物中加水，调节含水率至60-70%；

1-C）将废弃物堆成发酵堆体，进行堆置发酵处理，其中，在堆置发酵处理过程中监控堆体的含水率，每3-6天翻堆一次，每5-6天向发酵堆体喷水一次，使堆体含水率达到60-70%；直至发酵堆体温度降低至室温，终止发酵，制得堆肥产物；

1-D）将终止发酵的堆肥产物风干后，进行筛分处理，过筛孔孔径为3.35mm筛，制得粒径≤3.35mm、含水率为5-10%的园林绿化废弃物堆肥；

2）对珍珠岩进行筛分，依次过筛孔孔径为3.35mm、1mm、0.2mm的筛，选用粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩，且将粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩按照质量配比为6-8:2-4的比例混匀；

3）对采集的醋渣进行水洗处理，直至醋渣水洗液的pH值达到5.5-6.5；然后进行干燥处理，直至醋渣的含水率达到1-4%；

4）将步骤1）-3）制备的园林绿化废弃物堆肥、珍珠岩、醋渣与聚乙二醇混匀，即得，其中，珍珠岩、园林绿化废弃物堆肥、醋渣和聚乙二醇的质量份配比为：

珍珠岩 100

园林绿化废弃物堆肥 2-15

醋渣 2-15

聚乙二醇 2-9。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，步骤1-A）中将园林绿化废弃物粉碎后调节废弃物的C/N比为25；步骤1-B）中向废弃物中加水，调节含水率为65%；步骤1-D）中将终止发酵的堆肥产物风干后，进行筛分处理，过筛孔孔径为3.35mm筛，制得粒径≤3.35mm、含水率为7%的园林绿化废弃物堆肥。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，步骤2）中所述粒径为1-3.35mm、0.2-1mm的珍珠岩的质量配比为7:3。

9.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征是，步骤3）中所述醋渣水洗后的pH值为6.0；干燥后的含水率为2%。