CN110972891B

CN110972891B - 一种以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质及其应用

Info

Publication number: CN110972891B
Application number: CN201911182391.2A
Authority: CN
Inventors: 陈彤; 胡清; 邱军付; 李鹏武; 马清虎; 刘欣
Original assignee: 北京环丁环保大数据研究院
Current assignee: Beijing Huan Ding Environmental Big Data Research Institute
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2039-11-27
Also published as: CN110972891A

Abstract

本发明提供了一种以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质及其应用。所述生态型复合栽培基质按重量百分比计包含园林废弃物堆肥产物40‑60％、园林废弃物粉碎产物5‑20％、土壤20‑40％和营养土0‑10％。本发明提供的生态型复合栽培基质，以园林废弃物为主要原材料，不仅化学性质稳定，酸碱度适宜，而且理化性能指标均达到栽培基质的要求，能够为植物提供良好稳定的生长环境，适合于植物栽培，而且该生态型复合栽培基质不需要使用草炭土等不可再生资源，既能解决园林废弃物的消纳问题，又能保护草炭土等宝贵的自然资源，具有较高的经济价值和环境价值。

Description

一种以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质及其应用

技术领域

本发明属于栽培基质领域，具体涉及一种生态型复合栽培基质，尤其涉及一种以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质及其应用。

背景技术

基质栽培是育苗、盆栽、植物种植等方面应用极为广泛的一种技术，通常是以草炭土、蛭石等材料做育苗基质固定植株，让植物根系直接接触营养液，采用机械化精量播种一次成苗的现代化育苗技术，可分为水培技术和基质栽培技术。基质栽培解决了单纯土壤栽培存在的水分大量流失、空气透气不足、养分的供应矛盾问等题，同时，基质育苗便于科学、规范管理，符合现代人追求高品质、高产值的现实需要。

人类对无土栽培技术的探索最早可追溯到公元前600年亚里斯多德的时代，直到1859年德国著名科学家Sachs和Knop，才建立了直到今天还沿用的以溶液培养植物的方法，在此基础上，逐步演变和发展成为当前的基质栽培实用科学技术。无土栽培技术由试验转向实用化的开端始于1929年美国加利福尼亚大学的W.F.Gericke教授利用营养液成功培育出一株高7.5m的番茄，并采收果实14kg；1935年美国的一些蔬菜和花卉种植者在W.F.Gericke教授的指导下进行了大规模的无土栽培生产实践，种植规模达0.8公顷，被认为首次把无土栽培发展到商业规模。20世纪90年代我国的郑光华等人首创了有机生态型无土栽培技术，利用有机废弃物(玉米秆、玉米蕊、向日葵秆、菇渣、锯末、花生壳和椰子壳等)替代草炭、蛭石和珍珠岩等，突破了无土栽培必须使用营养液的传统观念。

枯枝落叶等园林废弃物含有大量营养成分和有机物质，是一种宝贵的生物质资源。当前我国园林废弃物处理的主要方式是随同生活垃圾一起填埋或者直接焚烧。填埋需要占用大量的土地资源，而焚烧则会产生大量二氧化碳、甲烷等温室气体，加剧全球温室效应，同时，焚烧产生的烟尘会严重污染空气，加重城市持续的雾霾天气。不合理的处理方式不仅造成园林绿化废弃物这一含有大量营养成分和有机物质的宝贵生物质资源的浪费，而且容易带来二次环境污染等问题。

虽然园林废弃物是一种宝贵的生物质资源，但由于其存在体积大、产量高、季节性强、种类多、不便运输等缺陷，给消纳工作带来巨大的压力。此外，由于园林废弃物含有大量的木质素和纤维素，传统的农业处理废弃物技术也无法直接采用，因此，发明一种利用园林废弃物为原材料的植物栽培基质是绿色可持续消纳园林废弃物的较好途径。

CN109169152A公开了一种基质，为适合中性或偏酸性环境生长的通用型植物无土栽培基质。该基质的主要成分和体积比为：草炭40-60％，园林废弃物5-20％，土壤5-20％，珍珠岩20-30％；该基质容重为0.1-0.8g/cm³，总孔隙为50-90％，有机质含量≥20％，总养分含量在1-3％，EC值为0.5-3.0mS/cm，pH值为5.8-7，气水比1:2-4。此发明制备的混合型植物无土栽培基质将园林废弃物转化为可供利用的有机基质，提高混合基质养分含量的同时，达到了环保经济的要求。通常园林废弃物的干密度约为0.2吨/立方米(参见《堆肥工程实用手册》第二版，李季等，2011)，以此数据为参考，将体积比换算成重量比，则该配方中园林废弃物所占的重量比约为2-8％。

目前，国内在利用园林废弃物制备植物栽培基质的研究中，通常使用草炭土为主要原材料，基质中草炭土的占比高于30％，而园林废弃物在基质中的总量往往低于20％。草炭土属于不可再生的、宝贵的自然资源，长期开采必然会造成资源枯竭，同时草炭开采也会造成环境破坏，所以，该类基质有悖于绿色可持续的发展理念。

因此，开发一种以园林废弃物为主要原材料且不需要使用草炭土等不可再生资源的植物栽培基质，既能解决园林废弃物的消纳问题，又能保护草炭土等宝贵的自然资源，具有较高的经济价值和环境价值。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质及其应用。所述生态型复合栽培基质，以园林废弃物为主要材料，能够为植物提供良好稳定的基质环境，适合于植物栽培，而且不需要使用草炭土等不可再生资源，既能解决园林废弃物的消纳问题，又能保护草炭土等宝贵的自然资源，具有较高的经济价值和环境价值。为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种生态型复合栽培基质，所述生态型复合栽培基质按重量百分比计包含如下组分：园林废弃物堆肥产物40-60％、园林废弃物粉碎产物5-20％、土壤20-40％和营养土0-10％。

所述生态型复合栽培基质以园林废弃物为主要成分，园林废弃物经过简单处理之后分为堆肥产物和粉碎产物，合理配比堆肥产物和粉碎产物，并添加适量的土壤和营养土，所得到的生态型复合栽培基质的容重、孔隙率、基质中可溶性盐含量(EC值)和总养分等参数都较优，适用于植物栽培。

本发明中，所述园林废弃物堆肥产物的质量百分比为40-60％，例如可以是40％、42％、45％、48％、50％、52％、54％、56％、58％或60％等。

所述园林废弃物粉碎产物的质量百分比为5-20％，例如可以是5％、8％、9％、10％、12％、15％、16％、18％或20％等。

所述土壤的质量百分比为20-40％，例如可以是20％、22％、25％、26％、27％、28％、30％、35％、38％或40％等。

所述营养土的质量百分比为0-10％，例如可以是0％、1％、2％、4％、5％、6％、7％、8％或10％等。

作为本发明优选的技术方案，所述园林废弃物堆肥产物与园林废弃物粉碎产物在生态型复合栽培基质中的质量百分比之和为50-80％，例如可以是50％、52％、55％、60％、65％、70％、72％、76％、78％或80％等。

本发明的基质综合利用了园林废弃物的堆肥产物与粉碎产物，且园林废弃物总重量占比不少于50％，解决了园林废弃物的处理问题，符合可持续发展的要求，减少了环境污染。

作为本发明优选的技术方案，所述园林废弃物堆肥产物的制备方法为：将园林废弃物粉碎，再将粉碎后的园林废弃物经堆肥腐熟处理，得到所述园林废弃物堆肥产物。

优选地，所述粉碎后的园林废弃物的粒径为1.5cm＜粒径＜5cm。

园林废弃物通过粉碎机粉碎，可以增加其比表面积，利于化学腐熟剂的预处理和微生物的分解作用，加快腐熟速度，且适宜通过翻堆控制堆体氧气浓度。

优选地，所述堆肥腐熟处理包括步骤如下：将粉碎后的园林废弃物与腐解菌、禽畜粪便和尿素混合后喷水，而后进行翻堆。

优选地，所述尿素用量小于0.25kg/m³，例如可以是0.1kg/m³、0.12kg/m³、0.15kg/m³、0.16kg/m³、0.18kg/m³、0.2kg/m³、0.22kg/m³或0.24kg/m³等。

优选地，所述堆肥腐熟处理中翻堆的次数为2-5次，例如可以是2次、3次、4次或5次。

本发明中，所述园林废弃物堆肥产物的制备方法具体包括如下步骤：

(1)粉碎：园林废弃物通过粉碎机粉碎到粒径为：1.5cm＜粒径＜5cm，粉碎可以增加园林废弃物的比表面积，利于化学腐熟剂的预处理和微生物的分解作用，加快腐熟速度，且适宜通过翻堆控制堆体氧气浓度；

(2)以尿素为化学腐熟剂进行预处理：对园林废弃物按每立方米施用化学腐熟剂小于0.25kg进行预处理，化学腐熟剂可以打破园林废弃物木质素中紧密结合的化学键，从而更有利于微生物分解，缩短腐熟时间；

(3)以禽畜粪便调节C/N比：根据园林废弃物碳含量添加禽畜粪便调节C/N比，使其介于25-30的范围，水分含量处于45-65％(通过用手轻轻攥住堆肥原料有水珠渗出即可)，通过对堆肥发酵条件调控，使其处于适宜的状态，为微生物的正常生长活动提供良好的条件；

(4)腐解菌的接种：将C/N比调控好的堆肥原料每立方米添加2-5kg腐解菌菌种，扑匀，微生物对堆肥的升温速度、物质转化、病原菌灭活都具有重要作用；

(5)翻堆：堆肥温度在起堆2-3天内可升高至55℃以上，通常认为55-65℃的高温是保证完全杀灭病原菌的基本条件，是无害化处理园林垃圾的要求。堆体温度是影响堆肥系统中微生物活动和堆肥工艺的重要因素，它制约着微生物的活性及有机质的分解速度，直接影响了堆肥的腐殖化程度，堆体温度的高低受通风量及堆体含氧量的影响，当温度达到70℃左右需翻堆调节堆体温度，使园林有机废弃物腐熟完全。

作为本发明优选的技术方案，所述园林废弃物粉碎产物为园林废弃物经粉碎处理后的产物。

优选地，所述园林废弃物粉碎产物的粒径为0.5cm＜粒径＜2cm。

作为本发明优选的技术方案，所述土壤的pH值为6-8.5，例如可以是6、6.5、7.0、7.4、7.5、7.8、7.9或8.5等。

优选地，所述土壤的全氮含量为0.18-0.35％，例如可以是0.18％、0.2％、0.22％、0.25％、0.3％、0.32％或0.35％等；全磷含量为0.1-0.25％，例如可以是0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％、0.23％或0.25％等；全钾含量为1-3％，例如可以是1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.5％、2.8％或3％等。

优选地，所述土壤的有机质含量为0.5-2.0％，例如可以是0.5％、0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、1.6％、1.8％或2.0％等。

本发明中，所用的土壤为北京市海淀区斯凯兰德生态园内土壤，该土壤的pH值为7.4，全氮含量0.27％，全磷含量0.18％，全钾含量1.96％，有机质含量0.5％。本发明因地制宜的将土壤作为混合基质的一部分，参与调节混合基质的理化性质，既节约了成本，也使得原本育苗不理想的土壤发挥了其有利的作用。

作为本发明优选的技术方案，所述生态型复合栽培基质的容重为0.4-0.8g/cm³，例如可以是0.4g/cm³、0.45g/cm³、0.5g/cm³、0.55g/cm³、0.6g/cm³、0.65g/cm³、0.7g/cm³、0.75g/cm³或0.8g/cm³等。

优选地，所述生态型复合栽培基质的总孔隙为50-70％，例如可以是50％、55％、60％、62％、65％或70％等；通气孔隙度30-50％，例如可以是30％、35％、40％、42％、45％或50％等。

优选地，所述生态型复合栽培基质的有机质含量为50％以上，例如可以是50％、55％、60％、65％或70％等。

优选地，所述生态型复合栽培基质的总养分含量为1-3％，例如可以是1％、1.2％、1.5％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.5％或3％等。

其中，总养分包括全氮、全磷和全钾：全氮含量以N计，全磷含量以P₂O₅计，全钾含量以K₂O计。

作为本发明优选的技术方案，所述生态型复合栽培基质的EC值为1-5mS/cm，例如可以是1mS/cm、1.2mS/cm、1.5mS/cm、2mS/cm、2.5mS/cm、3mS/cm、3.5mS/cm、4mS/cm、4.5mS/cm或5mS/cm等。

优选地，所述生态型复合栽培基质的pH值为6.8-7.8，例如可以是6.8、7、7.2、7.4、7.5、7.6或7.8等。

根据GB/T 33891-2017规定的不同绿化用途的有机基质应当符合的技术指标中，栽培用的有机基质的pH值在4.5-7.8以内，有机基质的EC值在使用水饱和浸提法进行检测时，其EC值应当在12.0mS/cm以内(GB/T 33891-2017对不同绿化用途有机基质的EC值有明确要求：有机改良基质EC值≤12.0mS/cm，扦插或育苗基质EC值≤2.5mS/cm，盆栽、花坛、屋顶用基质EC值≤10.0mS/cm，绿地、林地用基质EC值≤12.0mS/cm)。因此，本发明提供的生态型复合栽培基质的pH值与EC值均符合栽培基质的技术指标。

作为本发明优选的技术方案，所述生态型复合栽培基质按重量百分比计包含如下组分：园林废弃物堆肥产物50％、园林废弃物粉碎产物10％、土壤30％和营养土10％。

第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的生态型复合栽培基质在盆栽、屋顶绿化、边坡复绿或农业种植方面的应用。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明制备的基质大量使用园林绿化废弃物作为基质主要原材料，将园林废弃物经过堆肥腐熟后转化为可供利用的有机基质，合理配比后得到的复合栽培基质的容重、孔隙率、EC值和总养分等参数较优，适用于植物栽培；

(2)园林废弃物堆肥产物与粉碎产物在基质中的重量比不少于50％，在保证基质养分含量的同时，又可解决园林废弃物的消纳问题，达到了环保经济的要求；而且本发明的基质无需使用草炭土等宝贵的自然资源，符合绿色可持续的发展理念。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供的一种以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质，该生态型复合栽培基质按重量百分比计包括：园林废弃物堆肥产物45％，园林废弃物粉碎产物10％，土壤35％，营养土10％。

其中，园林废弃物堆肥产物的制备方法包括如下步骤：

(1)以园林树木的枯枝落叶为园林废弃物，经粉碎机(河南国磊机械设备有限公司，FSJ450型)粉碎处理后粒径大小为1.5cm＜粒径＜5cm；

(2)将粉碎后的园林废弃物加入尿素0.2kg/m³、禽畜粪便16kg/m³和腐解菌2kg/m³充分混合，混合完毕后喷水调节堆体的含水率为45％进行堆肥并持续观测堆体温度变化，每隔7天翻堆一次，翻堆4次，若堆体温度升温至70℃以上时需额外采用机械翻堆，整个堆肥过程耗时约30天。

园林废弃物粉碎产物的制备方法为：将树木的枯枝落叶经粉碎机处理，处理后粒径为0.5cm＜粒径＜2cm。

该基质使用的土壤为：北京市海淀区斯凯兰德生态园内土壤。

该基质使用的营养土为：北京花之苑园艺通用型营养土。

实施例2

本实施例提供的一种以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质，该生态型复合栽培基质按重量百分比计包括：

园林废弃物堆肥产物为50％，园林废弃物粉碎产物为10％，土壤为30％，营养土为10％；

其中，园林废弃物堆肥产物的制备方法包括如下步骤：

(1)以园林树木的枯枝落叶为园林废弃物，经粉碎机粉碎处理后粒径大小为1.5cm＜粒径＜5cm；

(2)将粉碎后的园林废弃物加入尿素0.22kg/m³、禽畜粪便15kg/m³和腐解菌1.5kg/m³充分混合，混合完毕后喷水调节堆体的含水率为55％进行堆肥并持续观测堆体温度变化，每隔7天翻堆一次，翻堆5次，若堆体温度升温至70℃以上时需采用机械翻堆，整个堆肥过程耗时约35天。

其余各组分的制备方法与来源同实施例1。

实施例3

园林废弃物堆肥产物为40％，园林废弃物粉碎产物为20％，土壤为39％，营养土为1％；其中各组分的制备方法与来源同实施例1。

实施例4

园林废弃物堆肥产物为60％，园林废弃物粉碎产物为5％，土壤为26％，营养土为9％；其中各组分的制备方法与来源同实施例1。

对比例1

本实施例提供的栽培基质为草炭，购自辽宁清原泥炭土加工厂。

对比例2

本实施例提供的种植材料为土壤，所述土壤为北京市海淀区斯凯兰德生态园内林下土壤。

对比例3

本实施例提供的栽培基质按重量百分比计包括：园林废弃物堆肥产物55％，土壤35％，营养土10％。

对比例4

本实施例提供的栽培基质按重量百分比计包括：园林废弃物粉碎产物55％，土壤35％，营养土10％。

对比例5

本实施例提供的复合栽培基质按重量百分比计包括：园林废弃物堆肥产物20％，园林废弃物粉碎产物20％，土壤50％，营养土10％。

生态型复合栽培基质的各项参数参照GB/T 33891-2017规定的检测方法进行检测，pH的测定使用水饱和浸提-电位法，EC值的测定使用水饱和浸提-电导率法，实施例1-4与对比例1-5所提供的各种基质的性能参数如表1所示。

表1

由表1可知，本发明制备的生态型复合栽培基质的容重、透气性、养分含量等性能指标均符合植物生长基质的要求，适合植物栽培。

试验例

高羊茅栽培实验

使用实施例1-4与对比例1-5提供的不同基质栽培高羊茅，在室外同等的自然条件下，播撒高羊茅种子，并任其自然发芽生长，在整个考察周期内不额外追肥。具体步骤如下：

(1)将本发明实施例1-4的基质与对比例1-5的基质提前准备好，每种基质设置8个重复，装入20×20×10cm的方形塑料模具中；

(2)做好标牌，将基质连同塑料模具放至室外；

(2)每天早上9:00和下午5:00各洒水养护一次，每次用水量200mL；

(4)生长期为45天，植株生长过程中，适时调节塑料模具间距，使植株均匀受光，及时清除残花败叶，做好病虫害防治。

不同基质中培养的高羊茅的生长结果指标如下表2。

表2

组别	发芽时间	成活率	须根条数/条	根长/cm	叶片数/片	叶长/cm
							实施例1	3	100％	22	13.40	9	41.4
实施例2	3	100％	26	14.29	9	43.72
							实施例3	3	100％	22	13.47	9	40.34
实施例4	3	100％	21	15.11	9	43.55
							对比例1	3	100％	28	19.47	12	61.7
对比例2	7	100％	11	7.34	5	16.58
							对比例3	3	100％	14	13.41	9	36.44
对比例4	3	100％	17	14.32	7	35.32
							对比例5	3	100％	19	12.75	8	37.64

由表2可看出，本发明实施例1的以园林废弃物为主要原材料的生态型复合栽培基质培养的高羊茅的生长各项数据虽然略低于对比例1的草炭基质，但是与对比例2土壤培养的各项数据相比，使用本发明提供的生态型复合栽培基质的发芽时间较短，且须根条数较多；同时由实施例1与对比例3、4比较可知，使用本发明提供的生态型复合栽培基质培养的高羊茅的须根条数较多，叶长较长，可见同时使用堆肥基质与粉碎基质的效果优于两种基质单独使用。综上可知，本发明提供的生态型复合栽培基质效果良好，同时由于基质中未添加草炭土等不可再生的材料，其成本也更低。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种生态型复合栽培基质，其特征在于，所述生态型复合栽培基质按重量百分比计由如下组分组成：

园林废弃物堆肥产物40-60%，园林废弃物粉碎产物5-20%，土壤20-40%和营养土0-10%；

所述土壤的pH值为6-8.5，全氮含量为0.18-0.35%，全磷含量为0.1-0.25%，全钾含量为1-3%，有机质含量为0.5-2.0%；

所述园林废弃物堆肥产物采用如下方法进行制备，所述方法包括：

（1）粉碎：园林废弃物通过粉碎机粉碎到粒径为：1.5 cm＜粒径＜5 cm；

（2）以尿素为化学腐熟剂进行预处理：对园林废弃物按每立方米施用化学腐熟剂小于0.25 kg进行预处理；

（3）以禽畜粪便调节C/N比：根据园林废弃物碳含量添加禽畜粪便调节C/N比，使其介于25-30的范围，水分含量处于45-65%；

（4）腐解菌的接种：将C/N比调控好的堆肥原料每立方米添加2-5 kg腐解菌菌种，扑匀；

（5）翻堆：堆肥温度在起堆2-3天内升高至55-65℃，使园林废弃物腐熟完全，得到所述园林废弃物堆肥产物；

所述园林废弃物粉碎产物为园林废弃物经粉碎处理后的产物，粒径为0.5 cm＜粒径＜2 cm。

2.根据权利要求1所述的生态型复合栽培基质，其特征在于，所述园林废弃物堆肥产物与园林废弃物粉碎产物在生态型复合栽培基质中的重量百分比之和为50-80%。

3. 根据权利要求1所述的生态型复合栽培基质，其特征在于，所述生态型复合栽培基质的容重为0.4-0.8 g/cm³。

4.根据权利要求1所述的生态型复合栽培基质，其特征在于，所述生态型复合栽培基质的总孔隙为50-70%，通气孔隙度30-50%。

5.根据权利要求1所述的生态型复合栽培基质，其特征在于，所述生态型复合栽培基质的总养分含量为1-3%。

6.根据权利要求1所述的生态型复合栽培基质，其特征在于，所述生态型复合栽培基质的EC值为1.0-5.0 mS/cm。

7.根据权利要求1所述的生态型复合栽培基质，其特征在于，所述生态型复合栽培基质的pH值为6.8-7.8。

8.根据权利要求1所述的生态型复合栽培基质，其特征在于，所述生态型复合栽培基质按重量百分比计包含如下组分：园林废弃物堆肥产物50%、园林废弃物粉碎产物10%、土壤30%和营养土10%。

9.如权利要求1-8任一项所述的生态型复合栽培基质在屋顶绿化或边坡复绿方面的应用。