一种绿地土壤物理性质改良剂及其使用方法与流程

本发明涉及一种土地土壤改良剂，尤指一种绿地土壤物理性质改良剂及其使用方法。

背景技术：

绿地土壤为园林植物地下部分提供生长发育的环境，供给植物所需水分、空气和营养物质等，是城市生态系统的重要组成之一，也是城市污染物的存储和净化器，而维持良好土壤生态系统的前提条件之一是良好的土壤物理结构。土壤物理结构是土壤肥力的基础，影响着土壤肥力诸要素的数量及其协调状况，同时也影响着土壤物理、化学和生物学特性。绿地土壤物理性质的改变很大程度上受人类活动的影响，绿地土壤结构混乱、空间差异大，建筑垃圾等外来污染物多，紧实度大、通气性差等物理性质问题严重影响了园林植物正常生长，甚至导致园林绿化苗木死亡，造成越来越大的经济损失。

我国传统园林绿化即使重视种植土壤，也基本较多关注土壤肥力或者污染情况，但对土壤物理性质不够重视，土壤物理性质对园林植物生长影响并不比其他土壤性质低，有时甚至是决定植物生长的最关键因素，比如土壤容重、入渗能力、团聚体、非毛管孔隙度等物理指标。近年来，城市绿地土壤修复改良越来越成为园林绿化行业的研究热点，关于绿地土壤改良的研究也有诸多报告，所采用的方式和材料也是多种多样，其大多研究较多关注土壤养分、酸碱度改良等方面，而涉及城市绿地土壤物理性质方面的改良技术研究较少，相关研究也仅限于物理性质改良材料筛选以及改良效果预测等方面，例如秦玲等人(参考文献：秦玲,魏钦平,李嘉瑞,等.草炭对沙质土壤保水特性的影响[j].农业工程学报,2005,10:51-54.)认为草炭可有效改善土壤结构，降低土壤容重，改善土壤孔隙分布，提高土壤持水能力。张学英(参考文献：张学英.不同改良剂对风沙土改良效果研究[d].银川,宁夏大学,2008.)研究发现秸秆和有机肥可以增加砂质土壤有机质和腐殖质含量，增加土壤孔隙度和田间持水量，改善土壤通气和水分状况。崔萌等人(参考文献：崔萌,李素艳,杨田,等.园林绿化废弃物堆肥对公园绿地土壤的改良研究[j].中国农学通报,2016,32(17):106-110.)园林绿化废弃物堆肥产品对提高城市土壤肥力，改善土壤结构，增加土壤水分蓄积，降低土壤侵烛和地表径流等都有重要作用，伍海兵等人(参考文献：伍海兵,方海兰,彭红玲,等.不同配比改良材料对典型城市绿地土壤物理性质的影响[j].土壤,2014,46(4):703-709.)发现有机材料和脱硫石膏混合使用对典型城市绿地土壤物理性质改良效果最佳。

绿地土壤土源复杂，土体层次紊乱，不仅极大影响了园林绿化景观效果，同时也不利于城市园林的可持续发展，园林工作者在绿地土壤肥力提升方面进行了诸多理论研究和实践应用，而对土壤物理性质不够重视，土壤物理性质对园林植物生长影响并不比其他土壤化学性质低，有时甚至是决定植物生长的最关键因素，比如土壤容重、入渗能力、团聚体、非毛管孔隙度等物理指标，相关研究也仅限于物理性质改良材料筛选及改良效果验证方面，而较少进行土壤物理性质改良剂对植物生长的研究、不同绿地生境条件下土壤物理性质改良剂施用方法探索以及土壤物理性质改良剂应用效果评价研究。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明旨在公开一种土地土壤改良剂，尤指一种绿地土壤物理性质改良剂及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种绿地土壤物理性质改良剂，其特征在于，所述改良剂主要包括以下组分：有机废弃物堆肥、木质生物炭、稻壳灰、椰糠、凹凸棒粉与微生物菌剂。

优选地，所述改良剂的组分的体积百分比为：有机废弃物堆肥：木质生物炭：稻壳炭：椰糠：凹凸棒粉＝40～55％:2～4％:2～4％:2～4％:0.5～1％。

优选地，所述改良剂的组分微生物菌剂体积百分比为0.5％，使用时稀释至400～500倍。

优选地，所述的有机废弃物堆肥为高温发酵堆肥腐熟过筛后获得的堆肥；ph值为7.0～8.0，ec值≥2.0ms/cm，容重0.45～0.65g/cm³，粒径≤35mm。

优选地，所述的木质生物炭为木材或枝条在无氧或低氧状态下热解后生成的残余富碳固体副产物，粒径为1.5～5mm。

优选地，所述的稻壳炭为稻壳高温炭化产物，ph值为8～10，粒径0.5～1.5mm。

优选地，所述的椰糠为加工后的椰子副产物或废弃物椰子外壳纤维粉末，ph值为5.5～7.0，ec值≤0.5ms/cm，粒径为0.5～6mm。

优选地，所述的凹凸棒粉由具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物研磨过80目筛，粒径≤0.18mm。

优选地，所述的微生物菌剂由多种芽孢杆菌和沙雷氏菌等生防菌复配而成，ph值为6.5～8.0。

使用一种绿地土壤物理性质改良剂的进行施工的使用方法，其特征在于，所述的使用方法包括以下步骤：

步骤1、对土层原土按照指定深度进行翻耕；

步骤2、翻耕过程中施加与原土等体积的所述土壤物理性质改良剂并充分混合；

步骤3、淋水湿润，然后将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋至改良区域。

本发明的有益效果体现在：本发明利用有机废弃物资源化产物、有机和无机材料以及微生物菌剂等材料，按照一定比例科学配制成绿地土壤物理性质改良剂，针对草坪、乔灌木种植穴、道路绿化带等不同类型绿地生境，联合微生物菌剂，采用不同施工方法施用土壤物理性质改良剂，从而有效改善绿地土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等土壤物理性质退化问题，对绿地植物的生长起到良好的长效促进作用，提升绿地生态功能可持续性。

本发明原材料取材方便，为有机废弃物资源化产物和储存丰富的天然矿物，并联合发酵扩培的微生物菌剂，对生态环境友好，对促进城市绿地节能减排，提升绿地土壤生态功能有积极作用，具有很好的社会、经济和环境效益。同时本发明对草本、灌木及古树(大树)种植区土壤物理性质和土壤综合肥力都具有很好的改善作用，同时还能调节和促进植物根系生长。而且本发明在不同类型的绿地种植环境下，制定了不同的工程施工方法施用土壤物理性质改良剂，对绿地植物不同类型种植生境土壤物理性质改良更具针对性。本发明在土壤物理性质改良剂施用后，对植被长势和土壤进行长期原位监测，评价土壤物理性质改良剂应用效果。

附图说明

图1为本发明实施例一的采集草坪土壤操作示意图。

图2为本发明实施例一的土壤物理性质改良剂配制操作示意图。

图3为本发明实施例一的微生物菌剂稀释500倍操作示意图。

图4为本发明实施例一的撒施改良剂操作示意图。

图5为本发明实施例二的改良区域翻耕或挖“井”字犁沟操作示意图。

图6为本发明实施例二的土壤物理性质改良剂配制操作示意图。

图7为本发明实施例二的撒施改良剂操作示意图。

图8为本发明实施例二的淋水和浇淋微生物菌剂操作示意图。

图9为本发明实施例三的大树立地土壤采集操作示意图。

图10为本发明实施例三的翻耕树穴土和挖改良沟操作示意图。

图11为本发明实施例三的配制土壤物理性质改良剂与原土等体积混合操作示意图。

图12为本发明实施例三的浇淋微生物菌剂操作示意图。

图13为本发明实施例三的立地改良后异木棉根系生物量和根茎的数据图。

图14为本发明实施例四的古树立地土壤采集与调查操作示意图。

图15为本发明实施例四的钻孔操作示意图。

图16为本发明实施例四的施加土壤物理性质改良剂和深根施加微生物菌剂操作示意图。

图17为本发明实施例四的翻耕立地土壤与土壤物理性质改良剂进行混合操作示意图。

图18为本发明促根前长势图。

图19为本发明促根后第130天开始落叶显示图。

图20为本发明促根后第200天长势恢复显示图。

图21为本发明促根前该朴树古树根系水平分布图。

图22为本发明促根前该朴树根系垂直分布图。

图23为本发明促根后第130天该朴树古树根系分布三维图。

图24为本发明促根后第130天该朴树古树不同分布深度根系密度对比图。

图25为本发明促根后第600天该朴树古树不同分布深度根系密度对比图。

图26为本发明在原土中添加不同配方改良剂后土壤综合肥力变化量数据图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

本发明需现场调研绿地植被和土壤现状，采集绿地土壤和环刀，并于实验室内检测绿地土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等物理性质指标；然后根据绿化种植土壤标准和改进的内梅罗综合指数评价法评估绿地土壤物理性质质量，根据绿地土壤质量现状，利用无限次试验中获得土壤物理性质改良剂配方：

一种绿地土壤物理性质改良剂，所述改良剂主要包括以下组分：有机废弃物堆肥、木质生物炭、稻壳灰、椰糠、凹凸棒粉与微生物菌剂；所述改良剂的组分的体积百分比为：有机废弃物堆肥：木质生物炭：稻壳炭：椰糠：凹凸棒粉＝40～55％:2～4％:2～4％:2～4％:0.5～1％；所述改良剂的组分微生物菌剂体积百分比为0.5％，使用时稀释至400～500倍；按各体积百分比将组分有机废弃物堆肥、木质生物炭、稻壳炭、椰糠、凹凸棒粉放入搅拌机中充分搅拌混合得到固体改良材料混合产物，待固体改良剂施入到绿地土壤后，再将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋或深根施用到改良区域。进一步地，所述的有机废弃物堆肥为高温发酵堆肥腐熟过筛后获得的堆肥；ph值为7.0～8.0，ec值≥2.0ms/cm，容重0.45～0.65g/cm³，粒径≤35mm；所述的木质生物炭为木材或枝条在无氧或低氧状态下热解后生成的残余富碳固体副产物，粒径为1.5～5mm；所述的稻壳炭为稻壳高温炭化产物，ph值为8～10，粒径0.5～1.5mm；所述的椰糠为加工后的椰子副产物或废弃物椰子外壳纤维粉末，ph值为5.5～7.0，ec值≤0.5ms/cm，粒径为0.5～6mm；所述的凹凸棒粉由具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物研磨过80目筛，粒径≤0.18mm；所述的微生物菌剂由多种芽孢杆菌和沙雷氏菌等生防菌复配而成，ph值为6.5～8.0。

一种绿地土壤物理性质改良剂的使用方法，所述的使用方法包括以下步骤：

步骤1、对土层原土按照指定深度进行翻耕；

步骤2、翻耕过程中施加与原土等体积的所述土壤物理性质改良剂并充分混合；

步骤3、淋水湿润，然后将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋至改良区域。

然而针对不同场地以及绿地植物不同类型种植生境，采用不同施工方法施用土壤物理性质改良剂，即以上具体的使用方法有所区别：

一、针对草坪环境，绿地土壤物理性质改良剂的使用方法如下：

s1、种植草坪前的绿地，针对其土壤物理性质退化问题，将深度0～30cm土层原土进行翻耕，翻耕过程中施加与原土等体积的土壤物理性质改良剂，充分混合，淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋至改良区域；s2、已种植草坪的绿地，针对其土壤物理性质退化问题，修剪改良区域草坪，将土壤物理性质改良剂均匀撒施至改良区域，厚度约1～3cm，充分淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋改良区域。

二、针对灌木种植区，绿地土壤物理性质改良剂的使用方法如下：

s1、未种植灌木绿地，针对其土壤物理性质退化问题，土壤物理性质改良剂施用方法同草坪s1；s2、已种植灌木绿地，针对其土壤物理性质退化问题及施工条件较差生境，可采用人工或机械挖20cm宽，30～50cm深的“井”字型改良沟，在改良沟中施加与原土等体积的土壤物理性质改良剂，并在表层覆盖一层原土，充分淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋至改良区域。

三、针对古树(大树)种植穴，绿地土壤物理性质改良剂的使用方法如下：

s1、针对施工条件较好的古树(大树)种植穴土壤物理性质退化问题，采用机械剥离50cm土层原土，清理过程中小心避开地下根系，避免根系受到破坏，按照剥离原土:土壤物理性质改良＝1:1体积比进行充分混合后回填至原树穴内，充分淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋到树穴范围内；s2，针对施工条件差的古树(大树)种植穴土壤物理性质退化问题，采用钻孔机在距树干0.5～0.8m和1.5～2m范围内分别钻取6～8个直径20cm大小、深度60cm的圆孔，将土壤物理性质改良剂填至圆孔内，充分淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋或深根施用至树穴范围内；

每隔2个月，观察和记录改良区域植被长势和根系生长情况，并采集植被和根系，于实验室检测植被养分含量和根系活力；参照步骤1方法采集改良区域土壤，参照步骤3方法评估土壤质量，定期监测绿地土壤物理性质改良效果。

采用本发明进行具体实施时，过程如下：

实施例一、草坪绿地土壤物理性质改良剂施用方法：

1、选定草坪改良区域，采集该区域土壤和环刀，检测土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等物理性指标，并观察记录改良前草坪长势；

2、根据草坪改良区土壤质量评估结果，将有机废弃物、木质生物炭、稻壳炭、椰糠、凹凸棒粉等材料按照一定比例配制成土壤物理性质改良剂，采用与原土等体积混合或撒施的方式施用土壤物理性质改良剂；

3、充分淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋至改良区域；

4、每隔2个月，观察和记录改良区域草坪长势，并采集改良区域0～30cm土层土壤和环刀，检测土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等物理性指标，监测改良区域绿地土壤物理性质动态变化，评价土壤物理性质改良剂应用效果。

如图1-4为操作过程，按照步骤进行土壤改良，总结由下表表1可知，三块草坪种植区在施用土壤物理性质改良剂后，土壤ph降低了9.0％，ec值、有机质含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量和通气度分别提高了25.0％、42.1％、200.0％、50.0％、200.0％和127.7％，说明草坪种植区施用改良剂后，土壤质量得到显著提升。

表1珠江公园草坪种植区改良前后土壤理化性质变化

实施例二、灌木种植区土壤物理性质改良施用方法：

1、选定灌木种植区改良区域，采集该区域土壤和环刀，检测土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等物理性指标；

2、根据灌木种植改良区土壤质量评估结果，将有机废弃物、木质生物炭、稻壳炭、椰糠、凹凸棒粉等材料按照一定比例配制成土壤物理性质改良剂，采用与原土等体积混合或撒施或挖“井”字改良沟的方式施用土壤物理性质改良剂；

3、充分淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋改良区域；

4、每隔2个月，观察和记录改良区域灌木长势，并采集灌木种植改良区域土壤和环刀，检测土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等物理性指标，监测改良区域绿地土壤物理性质动态变化，评价土壤物理性质改良剂应用效果。

如图5-8为操作过程，按照步骤进行土壤改良，由下表表2可知，帽峰山茶花园种植区施用土壤物理性质改良剂后，土壤ph值提高了26.0％，ec值、有机质含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量和通气度分别提高了300％、106.8％、215.0％、147.4％、274.9％和66.6％，说明灌木种植区施用改良剂后，土壤质量得到了显著提升。

表2帽峰山灌木种植区土壤改良前后土壤理化性质变化

实施例三、古树(大树)种植穴土壤物理性质改良施用方法：

1、选定古树(大树)树穴改良区域，采集改良区域土壤和环刀，检测土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等物理性指标；

2、根据树穴土壤质量评估结果，将有机废弃物、木质生物炭、稻壳炭、椰糠、凹凸棒粉，等材料按照一定比例配制成土壤物理性质改良剂，采用与原土等体积混合或钻孔的方式施用土壤物理性质改良剂；

3、充分淋水湿润后，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋或深根施用至改良区域；

4、每隔2个月，观察和记录改良区域古树(大树)长势和根系生长情况，采集改良区域0～110cm土层土壤和0～30cm土层环刀，并采集植被和根系，检测植被养分含量、根系活力，检测土壤容重、通气度、入渗率、团聚体结构、非毛管孔隙度等物理性指标，监测改良区域绿地土壤物理性质动态变化，评价土壤物理性质改良剂应用效果，如图9-12为实施过程。

选择同一年的3月和5月底(改良后)分别采集1份种植穴混合土样，于实验室内检测分析ph、ec、有机质、全磷、全氮、全钾、通气度，根据检测结果，参考广州市地方标准《园林种植土》，利用单因子评价法，评价美丽异木棉树穴种植土质量，如表3所示，改良后树穴土壤透气性增强了121.7％，盐分和有机质含量分别增加了153.8％和27.9％，土壤氮磷钾含量也有不同程度的提高。

表3立地改良前后美丽异木棉种植土理化性质

利用统计学方法，检测分析异木棉立地改良后每千克土壤中根生物量、数量等指标。结果表明，改良后0～30cm和30～60cm土层每千克土壤中根系生物量分别增加了43.48％和43.90％，根茎数量分别增加了32.10％和12.53％(如图13所示)；说明系列改良措施较大程度改善了土壤通气性和养分状况，从而有效促进了表土根系的生长。

实施例四、衰弱古树立地土壤物理性质改良措施：

1、使用根系扫描设备型号为tru树木雷达扫描仪，对选定的编号为01060258号的朴树古树冠幅投影内根系进行扫描；

2、采集该朴树古树原立地土壤，检测土壤理化指标包括酸碱度(ph值)、电导率(ec值)、有机质含量、水解性氮含量、有效磷含量、速效钾含量、通气度和容重；

3、根据该朴树古树生长特性，将有机废弃物、木质生物炭、稻壳炭、椰糠、凹凸棒粉，等材料按照一定比例配制成土壤物理性质改良剂；

4、该朴树古树树穴外面为密封的水泥硬化铺装，利用挖掘机破碎、挖开地面铺装，厚度15cm，清理铺装废料；清理该朴树古树硬化铺装下的土壤，清理深度为60cm，清理过程中小心避开地下根系，避免根系受到破坏；

5、将专用杀菌剂稀释800倍，对该朴树古树根系进行充分杀菌消毒，均匀铺入改良剂，回填深度为60cm，适当夯实，并充分淋水湿润，将0.5％体积百分比的微生物菌剂稀释500倍均匀浇淋或深根施用至改良区域；

6、该朴树古树重新铺设地面铺装，下层使用灰砂砖、水泥、沙砌制立柱支撑，在步骤7之前完成；上层铺设带有9个透气孔(孔径5cm)的大理石地面砖，砖之际的孔隙充分用水泥密封，在步骤5之后完成；

7、根系促根现场工作完成第130天后，使用tru树木雷达扫描仪跟踪根系恢复生长情况和评估改良效果，实施过程如图14-17。

结果分析

1.古树长势变化

实施根系促根前，该朴树古树长势较差，枝叶稀疏，局部叶片黄化，叶片spad值为36.4，全氮、全磷、全钾含量分别为19.07g/kg、0.97g/kg、4.86g/kg；水泥硬化铺装底层土壤基本理化性质为：ph为8.15(碱性)，ec值为0.12ms/cm，有机质含量为20.50g/kg，水解性氮、有效磷、速效钾含量分别为51.44mg/kg、53.77mg/kg、97.03mg/kg。促根后第130天，该朴树古树开始进入落叶时期，到第200天后枝叶恢复长势良好，如图18-20；第600天时全n、全p、全k含量分别为28.13g·kg-1、4.34g·kg-1、21.70g·kg-1，含量增加显著。可见，土壤物理性质改良剂能够改善朴树古树根系生长，同时促进叶片氮、磷、钾养分的积累。

2.古树根系分布变化

(1)生境改造前根系分布情况：tru树木雷达扫描仪扫描结果显示，该朴树古树根系主要分布在树冠投影覆盖范围内，根系较少，根系水平分布离树头最远距离约为5.8m，垂直分布深度仅为0～20cm(图21、22)，结果与现场挖开观察根系实际生长情况结果一致；

(2)生境改造后根系分布情况：生境改造第130天后，该朴树古树根系数量增加明显，生长区域扩大，多条根系水平分布离树头最远距离接近5m，折算水平延伸速率最大估测为3.8cm/d；垂直分布深度为0～50cm，其中深度20～40cm范围内根系分布密度最大，其次为0～20cm深度，40cm以下深度根系数量非常少(图23、24)；此外，根系数量由第1天107条显著增加至第600天1914条(如图25)。

3.结论

对该朴树古树施用土壤物理性质改良剂，第600天后明显加快了树木根系恢复生长，表现为根系数量增加、生长区域扩大，根系密度由第1天2.48条/m显著增加至第600天72.27条/m。

实施例五、对本发明的土壤物理性质改良剂的组分验证：

由下表4可知，配方1土壤物理性质改良剂与其他5组配方土壤物理性质改良剂理化性状相比较结果显示，配方1各项指标基本能达到广州市地标《园林种植土》(db4401t36-2019)一级种植土标准，且ph、ec、有机质含量、全氮磷钾含量都显著优于其他5组配方(p<0.05)，容重要显著小于其他5组配方(p<0.05)，综合肥力也显著高于其他5组配方(p<0.05)。

表4不同配方物理性质改良剂理化性状比较分析

注：改进的内梅罗(nemoro)公式计算综合肥力系数p：≥2.7很肥沃；2.7-1.8肥沃；1.8-0.9一般；<0.9贫瘠；配方6为以产业化多年的土壤改良剂。

将6组配方土壤物理性质改良剂加入原土于温室大棚内进行土壤培育试验，30天后评估各处理组土壤综合肥力，检测原土容重、入渗率和通气度等物理性质，由图26可知，配方1对原土综合肥力的增长效果要高于其他5组配方；配方1对原土容重改善效果要优于其他5组配方；配方1对原土入渗率和通气度增长效应要高于其他5组配方。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。