CN113924885A - 一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及园林绿化设施技术领域，具体涉及一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统及其制备方法。本发明提供的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，包括防护外壳、育苗层、种植层，育苗层为第一生物原料通过发酵得到的产物，种植层为第二生物原料、畜禽粪便和木醋液混合发酵得到的产物；防护外壳由经过木醋液浸提后的的生物质灰、水泥和第三生物原料组成；第一生物原料、生物质灰均经过木醋液进行预处理。本发明将传统复杂的屋顶绿化栽培系统压缩整合为三层多功能复合体系，结合生物质热解废弃物处理农业废弃物以调控其综合性能，使其稳定性更好，功能更完善，适合于机械化移栽操作，可较高程度降低屋顶绿化栽培系统的原料、维护和施工成本。

Description

一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统及其制备方法

技术领域

本发明涉及圆林绿化设施技术领域，尤其涉及一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统及其制备方法。

背景技术

具有完备功能的传统屋顶绿化栽培系统一般包含种植层、过滤层、蓄排水层、保湿层、隔根层和防渗透层。复杂的多层结构不仅会造成材料成本高和施工工序多等问题，还会大幅增加基质层厚度和重量，增加建筑物荷载。

散体物料运输难度大，不利于机械化施工，且由于散体颗粒凝聚性较差，长期的雨水冲刷会持续带走颗粒物，不仅污染城市地下水，也不利于绿色屋顶系统的可持续发展。

农业废弃物作物秸秆、畜禽粪便，以及生物质热解工业副产物生物质灰、木醋液等产量高、难处理，需寻求一种高效的资源增值利用途径。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统及其制备方法，

为此，本发明提供了一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，所述屋顶绿化栽培系统包括防护外壳、育苗层、种植层，所述育苗层和所述种植层均设置在所述防护外壳内，并由上至下依次分布；所述育苗层为第一生物原料通过发酵得到的产物，所述种植层为第二生物原料、畜禽粪便和木醋液的混合物通过发酵得到的产物；所述防护外壳由经过木醋液浸提后的的生物质灰、水泥和第三生物原料组成；所述第一生物原料、生物质灰均经过木醋液进行预处理。

所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，所述第一生物原料和所述第二生物原料均由小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆中的一种作物秸秆或多种作物秸秆通过自然风干24h、粉碎处理后的秸秆颗粒组成，所述第三生物原料为经过风干、粉碎处理后的小麦秸秆颗粒，所述秸秆颗粒的粒径大小均为0.4-0.6cm；所述畜禽粪便为盐分含量较低的新鲜牛粪，所述第二生物原料与畜禽粪便的鲜质量比为1:3-1:7；所述生物质灰为从生物质热解厂家回收的林木基生物质灰渣，所述生物质灰和水泥的质量比为2:3-3:2。

所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，第一生物原料预处理所用的木醋液的浓度为1％-5％，所述种植层中添加的木醋液的浓度为5％-10％，为了增强生物质灰中碱金属、重金属的浸出效果，所述防护外壳中浸提生物质灰所用的木醋液的浓度为5％-10％。

所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，第一生物原料预处理所用的木醋液需完全浸没所述第一生物原料；所述种植层中木醋液的用量使所述第二生物原料和畜禽粪便的混合物的含水率为60％-70％；所述防护外壳中生物质灰与浸提所述生物质灰的木醋液的质量比为1:10-1:30。

本发明还提供了一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统的制备方法，包括以下步骤：

S1、育苗层的制备：

S1.1、将第一生物原料放在木醋液中浸泡24h，然后进行固液分离，得到浸泡后的第一生物原料；

S1.2、将上述浸泡后的第一生物原料进行自然风干处理，直至其含水率达到60％-70％，随即停止自然风干，得到自然风干后的第一生物原料；

S1.3、将上述自然风干后的第一生物原料放入堆沤池或者堆沤容器中进行沤肥发酵处理，在堆沤池口覆盖上一层保鲜膜或者盖上堆沤容器的容器盖以防水分过量散失，堆沤9-15d后得到沤肥处理后的第一生物原料；

S1.4、收集上述沤肥处理后的第一生物原料，再一次对其进行自然风干处理，直至其含水率达到25％-35％，随即停止自然风干，得到第二次自然风干处理后的第一生物原料；

S1.5、向上述第二次自然风干处理后的第一生物原料中加入含量为1％-3％的可生物降解粘结剂，得到第一混合物，将所述第一混合物平铺在模具中，再利用液压机压制成型，压制成型过程中的压力为10MPa，保压时间为10min，保压完毕后脱模即可得到育苗层；

S2、种植层的制备：

S2.1、将第二生物原料和畜禽粪便混合均匀得到堆肥原料，向所述堆肥原料中加入木醋液，得到添加了木醋液的堆肥原料；

S2.2、将上述添加了木醋液的堆肥原料进行好氧堆肥，得到堆肥腐熟料，其中大批量的堆肥原料可直接于室温进行好氧堆肥处理，每三天翻堆一次，堆肥处理9-15d，小批量堆肥原料可至于环境温度55℃左右，堆肥处理时间为9-15d；

S2.3、收集上述堆肥腐熟料，对其进行一定程度的自然风干处理，直至其含水率达到25％-35％，随即停止自然风干，得到自然风干处理后的堆肥腐熟料；

S2.4、将上述自然风干处理后的堆肥腐熟料平铺在模具中，再利用液压机压制成型，压制成型过程中的压力为10MPa，保压时间为5min，保压完毕后即可得到种植层；

S3、防护外壳的制备：

S3.1、将生物质灰放到木醋液中浸提，待其沉淀完全后，提取沉淀层，得到沉淀层浆体；

S3.2、将上述沉淀层浆体与水泥以及第三生物原料混合均匀，得到第二混合物，再向所述第二混合物中添加水，得到添加了水后的第二混合物，其中水和第二混合物的质量比为2:5；

S3.3、将上述添加了水后的第二混合物平铺在模具中，静置至其自动固化，脱模即可得到防护外壳；

S4、将上述种植层和育苗层由下到上依次放置于上述防护外壳内，即得到基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统。

进一步地，所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统的制备方法，所述育苗层的厚度为1-2cm，所述种植层的厚度为2-3cm，所述防护外壳的厚度为1-2cm，所述防护外壳底部开设有十字形结构排水通槽。

进一步地，本发明中育苗层、种植层和防护外壳尺寸可根据模具大小调整，以适应不同类型的绿化植物需求以及不同地区的降雨特性。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)将目前广泛应用的具有种植层、过滤层、蓄排水层、保湿层、隔根层和防渗透层复杂结构的传统屋顶绿化栽培系统简化为多功能三层复合屋顶绿化栽培系统，极大降低施工工序的复杂性。

(2)将作物秸秆、畜禽粪便等农业废弃物与生物质灰、木醋液等热解工业废弃物相结合作为屋顶绿化栽培系统的主要原料利用，实现农业、工业废弃物的增值化利用，减少废弃物排放对环境污染的同时，降低屋顶绿化基质原料成本。利用木醋液处理秸秆有利于稳定基质在使用过程中的性质，避免基质迅速降解，延长屋顶绿化栽培系统使用寿命。

(3)利用木醋液浸提生物质灰可有效降低生物质灰中碱金属、重金属含量，极大降低防护外壳在长期雨水冲刷环境下对城市地下水的碱金属、重金属污染。

(4)压缩型基质和防护外壳可克服传统散体基质无法实现机械化装配和施工的难点，极大降低施工难度、提高施工效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统的结构示意图。

图3是是本发明实施例中防护外壳的结构示意图。

具体实施方式

<实施例1>

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本实施例提供了一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，具体参见图1-3，所述屋顶绿化栽培系统1包括防护外壳13、育苗层11、种植层12，所述育苗层11和所述种植层12均设置在所述防护外壳内132，并由上至下依次分布；所述育苗层11为经过过量的浓度为5％木醋液预处理的小麦秸秆通过沤肥处理得到的产物，其中小麦秸秆的粒径大小均为0.5mm；所述种植层12为添加了浓度为10％的木醋液的小麦秸秆和新鲜牛粪按照质量比1:3混合堆肥处理得到的产物，其中小麦秸秆的粒径大小均为0.5mm，所述种植层12中浓度为10％的木醋液的添加量使得所述种植层12中小麦秸秆和畜禽粪便的混合物的含水率为60％；所述防护外壳13由经过浓度为5％的木醋液浸提后的的林木基生物质灰渣、水泥和小麦秸秆的混合物制成，所述防护外壳13中添加的生物质灰和水泥的质量比为1:1，其中小麦秸秆的粒径大小均为0.5mm，所述防护外壳中添加的林木基生物质灰渣与浓度为5％的木醋液的质量比为1:30。

以上一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系的制备方法，具体包括：

S1、育苗层11的制备：

S1.1、将小麦秸秆放在过量的浓度为5％木醋液中浸泡24h，然后进行固液分离，得到浸泡后的小麦秸秆；

S1.2、将上述浸泡后的小麦秸秆进行一定程度的自然风干，直至其含水率达到60％，随即停止自然风干，得到自然风干后的小麦秸秆；

S1.3、将上述自然风干后的小麦秸秆放入堆沤池中进行沤肥处理，在堆沤池口覆盖上一层保鲜膜以防水分过量散失，堆沤12d后得到沤肥处理后的小麦秸秆；

S1.4、收集上述沤肥处理后的小麦秸秆，再一次对其进行自然风干处理，直至其含水率达到30％，随即停止自然风干，得到第二次自然风干处理后的小麦秸秆；

S1.5、向上述第二次自然风干处理后的小麦秸秆中加入含量为1％的玉米淀粉作为粘结剂，得到第一混合物，将所述第一混合物平铺在模具中，再利用液压机压制成型，压制成型过程中的压力为10MPa，保压时间为10min，保压完毕后脱模即可得到育苗层11，测定育苗层11的pH值、EC值、总氮含量、总磷含量、总钾含量，如表1所示；

S2、种植层12的制备：

S2.1、将小麦秸秆和新鲜牛粪混合均匀得到堆肥原料，向所述堆肥原料中加入浓度为10％的木醋液，得到添加了木醋液的堆肥原料；

S2.2、将上述添加了木醋液的堆肥原料进行好氧堆肥，得到堆肥腐熟料，堆肥处理时间为12d；

S2.3、收集上述堆肥腐熟料，对其进行一定程度的自然风干处理，直至其含水率达到30％，随即停止自然风干，得到自然风干处理后的堆肥腐熟料；

S2.4、将上述自然风干处理后的堆肥腐熟料平铺在模具中，再利用液压机压制成型，压制成型过程中的压力为10MPa，保压时间为5min，保压完毕后即可得到种植层12，测种植层12的pH值、EC值、总氮含量、总磷含量、总钾含量，如表1所示；

S3、防护外壳13的制备：

S3.1、将林木基生物质灰渣放到浓度为5％的木醋液中浸提24h，得到浸提后的林木基生物质灰渣；

S3.2、将上述浸提后的林木基生物质灰渣沉淀，待其沉淀完全后，提取沉淀层，得到沉淀层浆体；

S3.3、将上述沉淀层浆体与水泥以及小麦秸秆混合均匀，得到第二混合物，再向所述第二混合物中添加水，得到添加了水后的第二混合物，其中水和第二混合物的质量比为2:5；

S3.4、将上述添加了水后的第二混合物平铺在模具中，静置28d使其自动固化，脱模即可得到防护外壳13，测定防护外壳13中不同形态的重金属含量，如表2所示；

S4、将上述种植层12和育苗层11由下到上依次放置于上述防护外壳内132，即得到如图2所示的基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统1，所述育苗层11的厚度为2cm，所述种植层12的厚度为3cm，所述防护外壳13的厚度为2cm，如图3所示，所述防护外壳底部设有十字形结构的排水通槽131。

<对比例1>

本对比例提供了一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，所述屋顶绿化栽培系统包括防护外壳、育苗层、种植层，所述育苗层和所述种植层均设置在所述防护外壳内，并由上至下依次分布；所述育苗层和种植层均为添加了过量水的小麦秸秆通过沤肥处理得到的产物，其中小麦秸秆的粒径大小均为0.5mm；所述防护外壳由添加了水的林木基生物质灰渣、水泥和小麦秸秆的混合物制成，所述防护外壳中生物质灰和水泥的质量比为1:1，其中小麦秸秆的粒径大小均为0.5mm，所述防护外壳中林木基生物质灰渣与水的质量比为1:30，小麦秸秆的质量分数为1％。

以上一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系的制备方法，具体包括：

S1、育苗层和种植层的制备：

S1.1、将小麦秸秆放在过量的水中浸泡24h，然后进行固液分离，得到浸泡后的小麦秸秆；

S1.2、将上述浸泡后的小麦秸秆进行自然风干处理，直至其含水率达到60％，随即停止自然风干，得到自然风干后的小麦秸秆；

S1.3、将上述自然风干后的小麦秸秆放入堆沤池中进行沤肥处理，在堆沤池口覆盖上一层保鲜膜以防水分过量散失，堆沤12d后得到沤肥处理后的小麦秸秆；

S1.4、收集上述沤肥处理后的小麦秸秆，再一次对其进行自然风干处理，直至其含水率达到30％，随即停止自然风干，得到第二次自然风干处理后的小麦秸秆；

S1.5、向上述第二次自然风干处理后的小麦秸秆中加入含量为1％的玉米淀粉作为粘结剂，得到第一混合物，将所述第一混合物平铺在模具中，再利用液压机压制成型，压制成型过程中的压力为10MPa，保压时间为10min，保压完毕后脱模即可得到育苗层和种植层，测定育苗层和种植层的pH值、EC值、总氮含量、总磷含量、总钾含量，如表1所示；

S2、防护外壳的制备：

S2.1、将林木基生物质灰渣与水泥以及小麦秸秆混合均匀，得到第二混合物，向所述第二混合物中添加水，得到添加了水后的第二混合物，其中水和第二混合物的质量比为2:5；

S2.2、将上述添加了水后的第二混合物平铺在模具中，静置28d使其自动固化，脱模即可得到防护外壳，测定防护外壳中不同形态的重金属含量，如表2所示；

S3、将上述种植层和育苗层由下到上依次放置于上述防护外壳内，即得到基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，所述育苗层的厚度为2cm，所述种植层的厚度为3cm，所述防护外壳的厚度为2cm，所述防护外壳底部开设有十字形结构排水通槽。

表1不同浓度木醋液对育苗层和种植层的化学特性的影响

表2不同浓度木醋液对防护外壳中的重金属形态分布的影响

由表1可以看出相比于对照组，添加木醋液使得发酵后的育苗层和种植层pH值有较高提升，使种植层和育苗层处于育苗所需的适宜pH值范围；添加木醋液也可使得栽培系统的养分含量有所降低，进而导致EC值的下降，从而避免栽培系统盐分过高对植物根系造成盐害。

由表2可以看出，相比于对照组，添加浓度为5％的木醋液对生物质灰进行浸提处理可提升防护外壳中Cu，Mn，Fe，Zn和Cr五种重金属的残渣态含量，使得重金属整体更加趋于稳定，减少对植物的毒害作用；添加浓度为5％的木醋液对生物质灰进行浸提处理还可降低防护外壳中Cu，Mn，Fe，Pb和Ni五种重金属的可还原态含量，有利于减缓育苗层和种植层中有机质被氧化的速率，维护育苗层和种植层的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，其特征在于，屋顶绿化栽培系统包括防护外壳、育苗层、种植层；

所述育苗层和所述种植层均设置在所述防护外壳内，并由上至下依次分布；

所述育苗层为第一生物原料通过发酵得到的产物；

所述种植层为第二生物原料、畜禽粪便和木醋液的混合物通过发酵得到的产物；

所述防护外壳为生物质灰、水泥和第三生物原料的混合物；

所述第一生物原料、生物质灰均经过木醋液进行预处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，其特征在于，所述第一生物原料和第二生物原料为一种或多种秸秆颗粒的混合物，所述秸秆颗粒的粒径大小均为0.4-0.6cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，所述种植层中的第二生物原料与畜禽粪便的鲜质量比为1:3-1:7。

4.根据权利要求1所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，所述防护外壳中的生物质灰和水泥的质量比为2:3-3:2，所述第三生物原料为小麦秸秆颗粒，小麦秸秆颗粒的粒径大小为0.4-0.6cm，小麦秸秆颗粒的质量分数为1％。

5.根据权利要求1中所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，其特征在于，第一生物原料预处理所用木醋液的浓度为1％-5％，种植层中木醋液的浓度为5％-10％，所述防护外壳中预处理木醋液的浓度为5％-10％。

6.根据权利要求5中所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统，其特征在于，第一生物原料预处理所用的木醋液需完全浸没第一生物原料，种植层中木醋液的用量使所述第二生物原料和畜禽粪便的混合物的含水率为60％-70％，生物质灰与木醋液的质量比为1:10-1:30。

7.根据权利要求1-6任一项所述基于生物质利用的屋顶绿化栽培系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、育苗层的制备：将所述第一生物原料放在木醋液中浸泡一定时间后进行固液分离，将得到的固态物质风干处理至其含水率达到60％-70％，在对其进行发酵处理后，二次风干，至其含水率达到25％-35％，然后压制成型，得到育苗层；

S2、种植层的制备：将所述第二生物原料与所述畜禽粪便、木醋液混合均匀，然后对混合物进行发酵处理，风干发酵处理后的混合物至其含水率达到25％-35％，压制成型，得到种植层；

S3、防护外壳的制备：将所述生物质灰放到木醋液中浸提后，提取沉淀层，然后将所述沉淀层、水泥以及所述第三生物原料混合均匀，得到混合物，再向所述混合物中添加水，其中水和混合物的质量比为2:5，静置至其自动固化，得到防护外壳；

S4、将上述种植层和育苗层由下到上依次放置于所述防护外壳内，即得到基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统。

8.如权利要求5所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统的制备方法，其特征在于：S1与S2中发酵处理时间均为9-15d。

9.如权利要求7所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统的制备方法，其特征在于：S1中压制成型过程中的压力为10MPa，压制时间为10min；S2中压制成型过程中的压力为10MPa，压制时间为5min。

10.如权利要求7所述的一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统的制备方法，其特征在于：所述育苗层的厚度为1-2cm，所述种植层的厚度为2-3cm，所述防护外壳的厚度为1-2cm，所述防护外壳底部开设有十字形结构排水通槽。

Images