一种集雨节水型缓释固废有机肥分的装置及其方法
【专利摘要】本发明公开一种集雨节水型缓释固废有机肥分的装置及其方法。本发明的装置包括梯形圆柱筒体和底座，二者一体化连接在一起；在筒体上设置有垂直孔；在筒体和底座上分别设有调节口，且在一条线上；底座具有褶皱的凸起和凹槽。本发明通过上述装置的调节口将装置环套在贫瘠干旱山坡林地的树干基部；将固废有机肥放置在装置内。通过该方法实现了对林地进行缓释水分和肥分，提高了肥分和水分的利用率；同时规避了固废直接混施入土壤而带来的重金属等有害物质的次生污染风险。该方法节省了购买商品肥的成本，避免了由于施用化肥用量不当所造成的面源污染。因此，通过该方法不仅提高了植物产量，改善了土壤肥力，也同时实现了变废为宝的节能环保目标。
【专利说明】一种集雨节水型缓释固废有机肥分的装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于节能环保领域，特别涉及适用于贫瘠干旱山坡林地的一种集雨节水型 缓释固废有机肥分的装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 我国亚热带山坡林地由于长期的人为不合理开发，大量施用化肥而导致土壤发生 板结，地力下降等结构性质的改变。近年来，桉树凭借速生优势，当年营造即可达到当年成 林的效果，在我国亚热带地区倍受青睐。随着桉树经济林面积的不断扩大，社会各界越来越 关注桉树林所造成的环境负面问题，诸如种植桉树使林地土壤严重退化、对区域水资源水 量的影响，以及施肥中带来的面源污染对水质安全构成威胁等，这些可能发生的生态环境 问题在一定程度上影响了一些地区桉树经济林的发展。大量研究认为，天然林转变为桉树 人工林后，土壤有机质、养分含量和水源水量会下降。目前缺乏一种科学经济的措施来保持 甚至提高山坡桉树林地的地力。
[0003] 随着工农业的大力发展，伴随产生了大量的城乡有机废弃物，如城镇污泥、畜禽粪 便、城市垃圾、作物秸杆和湖塘底泥等。目前这些有机废物的处置成为社会关注的环保问 题，若把有机物质进行回田，应用在日益有机质流失的农林地，这将是一条可持续资源化利 用的有效途径。以城镇污泥为例，其中含有大量可利用的氮、磷、钾多种微量元素和有机质， 但因其中含有毒、有害、难降解的有机物、重金属、病原菌及寄生虫（卵）等物质而限制了其 土地利用。因此，寻找一种污泥安全农用方式是解决此问题的关键所在。
[0004] 对于将城乡有机废弃物用于山坡林地的基本做法，普遍是通过加工工艺制造为有 机成品肥，再混入土壤进行施用，这需产生一定的生产成本，而直接利用装置放入有机肥施 入山坡林地的方式鲜有报道。申请号为201120054533. X的一种树木有机肥水渗灌施肥装 置，主要是针对有机废物废液能够贮存利用，优点是可直接在现场用于绿化树木，如公园树 木和果园树木等。但该装置在实际应用过程中具有一定的局限性，装置需埋藏地下，发酵液 是否可以安全的使用，工作人员需对此具备一定的知识；树木长大过程中另选地点再进行 安装不同型号的装置，另需再占地，也需人工进行二次改装。申请号为200510126408. 4的 环保施肥器，主要涉及利用一个圆筒塑料瓶放入城市污泥对植物进行施肥的一种方法。优 点是用材经济、操作方便，原理简单、不需繁琐的技术培训。但此方法中涉及的环保施肥器， 也另需占地，比较适用于在地势平缓、空间利用相对容易的花圃、菜园地和公园绿地，但针 对地形起伏、地面利用率低的山坡林地并不适用。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种集雨节水型缓 释固废有机肥分的装置。该装置既能够满足在地势起伏的山坡林地使用，占地面积小，也能 具备收集雨水、节水蓄水、缓释保肥、环保经济等功能。在实现人工林经济价值的同时，也能 同时达到固废资源化节能环保的目标。
[0006] 本发明的另一目的在于提供贫瘠干旱山坡林地的一种集雨节水型缓释固废有机 肥分的方法。本发明考虑到在南方贫瘠赤红壤上种植商品人工林出现争水争肥的现状， 充分利用固废有机肥分可农林资源化利用的特点，将固废有机肥安全的施用于南方贫瘠林 地，该方法适用于在水土流失区土地贫瘠化严重的地区推广使用。
[0007] 本发明选择种植经济林（如桉树人工林）的南方贫瘠赤红壤林地，在经济林木主 干基部环套自制的集雨节水型缓释固废有机肥分的装置，在装置内放入固废有机肥，在人 为浇灌或自然降雨的情况下，缓慢给经济林苗木输送水分，从而可提高水分利用率；在气候 干旱或半干旱状态下，由于塑料装置覆盖在苗木主干基部，具有减少土壤水分蒸发的保墒 效果；在给林木进行浇灌水分的同时，固废有机肥中可利用的水溶性肥分也会随水分缓缓 下渗，而绝大部分的有害物质（如重金属等）被截留在塑料装置内，当固废有机肥的养分释 放完毕或者需要进一步处理固废残渣时，方便回收装置内的固废残渣，从而对其再进行后 续处理。装置极易清洗干净，进行多次循环使用。该方法能够满足在地势起伏的山坡林地 使用，可实现收集雨水、节水蓄水、缓释保肥、环保经济等多重功能。在创造人工经济林价值 的同时，也能达到固废资源化利用的节能环保目标。
[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种集雨节水型缓释固废有机肥分的装 置，包括喇叭状中空的梯形圆柱筒体和具有折扇形褶皱的底座，所述梯形圆柱筒体设置于 底座上，二者一体化连接在一起；在梯形圆柱筒体上设置有垂直孔；在梯形圆柱筒体和底 座上分别设有可调节开口的调节口，可调节装置环套在树干上；底座具有褶皱的凸起和凹 槽。该装置是由可降解并具有一定韧性和弹性的环保塑料制成。
[0009] 所述的垂直孔在装置梯形圆柱筒体与底座连接处上部IOcm处的筒体外侧均匀打 孔一周；
[0010] 所述的喇机状的梯形圆柱筒体的外径优选为40cm?50cm，内径优选为IOcm? 20cm，高优选为60cm?80cm ;其中在现场使用时，可根据树基主干的周径设计为大小不同 的内外径和高度；
[0011] 所述的底座具有折扇形褶皱，由四周向中间倾斜，具有一定角度的倾斜度，便于水 分向树干主基中间汇流；底座这种凹凸设计主要是考虑增加固废有机肥与装置间的透气 性，即增加有机肥发生好氧反应的表面积，避免其易在底部板结发生厌氧反应而次生一些 对植物生长不利的有害物质；
[0012] 所述的一定角度的倾斜度的角度优选为15°?20° ;
[0013] 所述的垂直孔是在梯形圆柱筒体与底座连接处上部IOcm的筒体外侧一周均匀打 孔，孔径优选为2. Ocm?3. Ocm ;外侧的均匀打孔是考虑来水量大比较大时，水分可以在向 主干中心聚集汇流的同时可以产生垂直流，基本保证肥分随水分均匀的聚集在树木主干根 基部周围，这样可以提高水分和肥分的吸收利用效率；
[0014] 所述的在梯形圆柱筒体和底座上分别设的调节口是在一条线上；
[0015] 所述的调节口，可调节装置环套在树干的主基底部；
[0016] 所述的褶皱的凸起和凹槽，可以增加底座表面积；
[0017] 所述装置优选是选择环保塑料设计制作，目的是此装置在环境内使用数次之后便 于回收降解。
[0018] 运用上述集雨节水型缓释固废有机肥分的装置的方法，包括如下步骤：
[0019] (1)通过上述装置的调节口将装置环套在贫瘠干旱山坡林地的树干基部；将固废 有机肥放置在装置内；由四周向中间倾斜的底座，即增加固废有机肥与装置间的透气性， 又增加有机肥发生好氧反应的表面积，避免其易在底部板结发生厌氧反应而次生一些对植 物生长不利的有害物质；在梯形圆柱筒体与底座连接处上部IOcm的筒体外侧一周的垂直 孔，是考虑来水量大比较大时，水分可以在向主干中心聚集汇流的同时可以产生垂直流，基 本保证肥分随水分均匀的聚集在树干根基部周围，这样可以提高水分和肥分的吸收利用效 率；
[0020] (2)当树木每生长4?8个月时，固废有机肥放在户外会发生一定的干化浓缩，可 在原有干化固废有机肥的基础上再添加新鲜固废有机肥，或者当发现固废有机肥分输送减 弱时，也可彻底更换固废有机肥，对装置内的固废有机肥进行回收再处理；塑料装置可以继 续使用或再更新，对替换掉的装置进行回收处理。
[0021] 所述的固废有机肥，是装置体积的2/3?1倍；
[0022] 所述的固废有机肥优选为城镇污泥、城镇畜禽有机粪肥、城镇垃圾或湖塘底泥有 机肥等；
[0023] 所述的城镇污泥为城镇污水厂运输未消化的脱水污泥；
[0024] 所述的城镇畜禽有机粪肥是经过发酵无异味的有机粪肥；
[0025] 所述的城镇垃圾是经过分类后适合做有机肥的垃圾；
[0026] 所述的湖塘底泥是氮磷超标的富营养化湖塘的底泥；
[0027] 本发明的设计原理及工作过程是：主要是利用可以放置固废有机肥的塑料装置， 对经济林地进行一种集雨节水和缓释施肥的方法。此方法主要针对种植树木的山坡林地 (例如亚热带的经济桉树林地）选择使用时，将装置环套在树干基部，再在装置内放入固废 有机肥料（如城镇污泥、城镇垃圾和湖塘底泥有机肥等）。对林木进行人工浇水或经自然雨 水淋灌时有机肥分将随水分下渗。当来水量较大时，水分带着养分垂直流下，也会向中间缓 缓汇流，水分养分也都集中渗入树干根基部四周，起到缓释肥分的作用。当气温较高，土壤 水分蒸发较快时，由于有装置在树干基部覆盖，减少了根基部的水分蒸发量，起到了保水保 肥的效果。固废有机肥被放在装置内，对重金属等有害物质起到了一定的阻隔作用，减少了 固废直接混入土壤而带来的二次污染风险。由此，该方法起到了节约、环保的双重目标。
[0028] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0029] (1)塑料装置制作简便，成本低廉，选材可降解塑料便于回收处理。
[0030] (2)所用城镇污泥、城镇垃圾和湖塘底泥均属固体废弃物之一，氮磷含量堪比农家 有机肥，可以作为有机复合肥来提高土壤的综合肥力。该方法节省了种植林木所需购买商 品肥的成本，避免了由于施用化肥用量不当所造成的面源污染。
[0031] (3)利用塑料装置放入固废有机肥，对林地进行缓释水分和肥分，提高了肥分和水 分的利用率；同时重金属则被截留在装置内而减少了向土壤的转移。此方法利用了固废有 机肥可增加土壤肥力的优点，并规避了固废直接混施入土壤而带来的重金属等有害物质的 次生污染风险。该方法不仅提高了植物产量，改善了土壤肥力，也同时实现了变废为宝的节 能环保目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1是集雨节水型缓释固废有机肥分的装置的使用示意图。
[0033] 图2是集雨节水型缓释固废有机肥分的装置的示意图。
[0034] 图3是集雨节水型缓释固废有机肥分的装置的底座俯视图。
[0035] 其中，1-梯形圆柱筒体；2-底座；3-树干基部；4-固废有机肥；5-垂直孔；6-调节 口；7-凸起；8-凹槽。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合实施例及附图对发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于 此。
[0037] 实施例1
[0038] 如图2所示，一种集雨节水型缓释固废有机肥分的装置剖视图，包括一个喇叭状 的梯形圆柱筒体1，与梯形圆柱筒体1连接的底座2是一个四周向中间倾斜具有折扇形褶皱 的中空圆形底座，底座2的这种凹凸设计增加了污泥在装置内发生好氧反应的表面积，目 的是为了避免有机肥在底部板结而发生厌氧反应产生次生毒性。梯形圆柱筒体1和底座2 上均设有可调节开口的调节口 6,且在一条线上，便于调节装置的拆装。在梯形圆柱筒体1 上设有供水分肥分垂直流下的垂直孔5。如图3所示，是集雨节水型缓释固废有机肥分的装 置底座2的俯视图，有可调节开口的调节口 6,底座2具有折扇形褶皱的凸起7和凹槽8。
[0039] 实施例2
[0040] 如图1所示，一种集雨节水型缓释固废有机肥分的装置使用示意图，将装置环套 放置在树干基部3，装置内盛有固废有机肥4。底座2由四周向中间环包树干基部处倾斜，具 有一定角度的倾斜度（20° )，便于水分向树干主基中间汇流；底座2具有折扇形褶皱的凸 起7和凹槽8 (如图3所示），这种凹凸设计主要是考虑增加固废有机肥与装置间的透气性， 即增加有机肥发生好氧反应的表面积，避免其易在底部板结发生厌氧反应而次生一些对植 物生长不利的有害物质；调节口 6,便于调节装置拆装，环包在树干基部3 ;垂直孔5是在梯 形圆柱筒体1与底座2连接处上部IOcm的筒体外侧一周均匀打孔，外侧的均匀打孔是考虑 来水量大比较大时，水分可以在向主干中心聚集汇流的同时可以产生垂直流，基本保证肥 分随水分均匀的聚集在树干根基部周围，这样可以提高水分和肥分的吸收利用效率。当自 然淋雨或人工浇灌时，有机肥分会溶解在水分中，随水流进入到土壤中被植物吸收，减少了 肥分的流失，起到肥分高效利用和缓释肥分的效果。装置放置在树干基部也同时减少了土 壤的水分蒸发，同时起到一定的保水效果。
[0041] 实施例3
[0042] 通过利用集雨节水型缓释固废有机肥分的方法，进行模拟淋滤试验验证肥分缓释 效果和重金属滞留效果的应用实例对本发明进行说明：
[0043] 本实施例中所用的城镇污泥为广州大坦沙污水处理厂的未消化脱水污泥。
[0044] 将少量的固废城镇污泥放入装置内，中间放置一圆木来模拟树干，隔周淋水1次， 共6个月，检测装置中固废污泥的氮磷钾和重金属的含量（见表1)。
[0045] 表1固废污泥的养分和重金属含量的比较（mg/kg DW)
[0046]
【权利要求】
1. 一种集雨节水型缓释固废有机肥分的装置，其特征在于：包括喇叭状中空的梯形圆 柱筒体和具有折扇形褶皱的底座，所述梯形圆柱筒体设置于底座上，二者一体化连接在一 起；在梯形圆柱筒体上设置有垂直孔；在梯形圆柱筒体和底座上分别设有调节口；底座具 有褶皱的凸起和凹槽。
2. 根据权利要求1所述的集雨节水型缓释固废有机肥分的装置，其特征在于：所述的 垂直孔在梯形圆柱筒体与底座连接处上部l〇cm处的筒体外侧均匀打孔一周。
3. 根据权利要求1所述的集雨节水型缓释固废有机肥分的装置，其特征在于：所述的 梯形圆柱筒体的外径为40cm?50cm，内径为10cm?20cm，高为60?80cm。
4. 根据权利要求1所述的集雨节水型缓释固废有机肥分的装置，其特征在于：所述的 底座由四周向中间倾斜，具有一定角度的倾斜度； 所述的一定角度的倾斜度的角度为15°?20°。
5. 根据权利要求1所述的集雨节水型缓释固废有机肥分的装置，其特征在于：所述的 在梯形圆柱筒体和底座上分别设的调节口是在一条线上。
6. 根据权利要求1所述的集雨节水型缓释固废有机肥分的装置，其特征在于：所述的 装置的材料为环保塑料。
7. 运用权利要求1?6任一项所述的集雨节水型缓释固废有机肥分的装置的方法，其 特征在于包括如下步骤： (1) 通过权利要求1或5所述的调节口将装置环套在贫瘠干旱山坡林地的树干基部； 将固废有机肥放置在装置内； (2) 当树木每生长4?8个月时，固废有机肥放在户外会发生一定的干化浓缩，在原 有干化固废有机肥的基础上再添加新鲜固废有机肥，或者当发现固废有机肥肥分输送减弱 时，彻底更换固废有机肥，对装置内的固废有机肥进行回收再处理；装置继续使用或再更 新，对替换掉的装置进行回收处理。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于： 所述的固废有机肥为城镇污泥、城镇畜禽有机粪肥、城镇垃圾或湖塘底泥有机肥。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于： 所述的城镇污泥为城镇污水厂运输未消化的脱水污泥。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于： 所述的城镇畜禽有机粪肥是经过发酵无异味的有机粪肥； 所述的城镇垃圾是经过分类后适合做有机肥的垃圾； 所述的湖塘底泥是氮磷超标的富营养化湖塘的底泥。
【文档编号】A01C23/04GK104255168SQ201410486254
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】黑亮, 吴启堂, 亢庆, 陈文龙, 董延军, 李 杰, 范群芳 申请人:珠江水利委员会珠江水利科学研究院