以污泥堆肥为主要基材构建喷播绿化基质的研究

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随着我国城市化进程的加快,城镇污水产量骤增,副产物污泥随之剧增,污泥的处置问题亟待解决。随着客土喷播在我国边坡生态修复中的广泛使用,其中作为腐殖质使用的草炭土,存储量越来越少且不可再生。本文以可持续发展观为理念,将城镇污水处理厂的污泥堆肥作为一种新型喷播基材替代草炭土,同时添加适量锯末用以缓解使用污泥堆肥会产生的表面结皮等问题,既能解决固体废弃物的处置问题,又能保护不可再生资源。为了充分研究污泥堆肥在客土喷播中使用的可行性及较佳的添加含量,本文对污泥堆肥和供试土壤的理化性质及有害物质特性进行了测定,并设置了多个变量:土壤和污泥堆肥80%∶20%-50%∶50%(体积比),锯末(10%,15%,20%的污泥堆肥体积),坡度(30°,45°,60°),降雨强度(30mm·h-1,60mm·h-1,100mm·h-1),对污泥堆肥-喷播绿化基质的基本特性、植物生长适宜性及水土保持效益进行研究,并采用AHP-FCE评价法对污泥堆肥-喷播绿化基质进行综合评价,从而得出一个较为科学的、全面的结果。主要结论如下:  (1)从理化性质的测定中可知,污泥堆肥呈弱酸性(pH=6.65),容重较小为0.83g·cm-1,全氮、有效磷、速效钾、有机质等营养元素含量都属于极高等级水平。污泥堆肥中的重金属含量、有机污染物、有害生物等都符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)标准,重金属含量同时符合EEC(1986)标准。根据EPA(1993),本研究使用的污泥堆肥达到优质等级,完全符合资源化利用的标准。供试土壤呈弱碱性(pH=8.43);重金属含量属于《土壤环境质量标准》的一级标准;营养元素含量较低;容重约为污泥堆肥的2倍;水分物理常数、水稳性团聚体都较低,结构性状相对较差。  (2)污泥堆肥-喷播绿化基质的总孔隙度、营养元素含量与污泥堆肥含量显著正相关,容重与污泥堆肥含量显著负相关。相同条件下,污泥堆肥的含量在20%~40%时,毛管孔隙度、水稳性团聚体、含水量、渗透率和抗蚀性随污泥堆肥含量的增加而显著增加,保水和持水能力也显著提高;锯末含量5%~10%时的作用效果同上。当污泥堆肥含量为50%时,基质物理性质较差,出现轻微的龟裂和结皮现象,但营养元素含量较高;锯末含量为15%时,基质的抗蚀性、保水和持水能力下降,水稳性团聚体和毛管孔隙度也下降。  (3)不同污泥堆肥含量下的不同种植物出芽速度具有一定差异性,当污泥堆肥含量从20%增加到40%时,发芽速度随随之加快,草本植物高羊茅(Festuca arundinace)和紫花苜蓿(Medicago sativaL.)在播种后第1天发芽,灌木紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)和胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz)在播种后第2天发芽;当污泥堆肥含量增加到50%时,发芽速度与对照组相似,相对较慢。胡枝子在喷播绿化基质中的发芽率较低(<77%),其他植物都较高(>90%),且后期都成活。污泥堆肥含量为40%、锯末含量为10%时的生长速度最快,最高达到了37.23cm,植被覆盖度和地上、地下生物量亦如此,分别达到96.87%、1464.76g·m-2和272.44g·m-2。污泥堆肥在一定范围内可以促进植物的发芽与生长,锯末也有相同的作用,但相比污泥堆肥效果不显著。  (4)126场人工模拟降雨数据统计和分析结果显示,污泥堆肥-喷播绿化基质的水土保持效益优于对照组。植被覆盖前,随污泥堆肥和锯末含量的增加,污泥堆肥-喷播绿化基质的地上初始产流时间可延长至5min,地下初始产流时间可缩短到9min;地上产流量随之减小,入渗量随之增大;污泥堆肥含量为40%、锯末含量为10%时的径流系数最低(<0.68)、减流效益和减沙效益最佳,模型值分别达到了0.47、0.82。植被覆盖下,初始产流时间都比植被覆盖前的延长,产流量和产沙量都减小;污泥堆肥含量为40%,锯末含量为10%时的径流系数最低(≤0.3),减流效益和减沙效益最佳,模型值分别达到了0.61、0.94。污泥堆肥含量为40%、锯末含量为10%时,基质在植被覆盖前或植被覆盖下的水土保持效益都是最佳,其综合贡献度分别达到了0.47和0.87。  (5)利用喷播绿化基质质量、植物生长质量和基质抗侵蚀性质量建立评价指标体系并构建评价模型。通过AHP-FCE综合评价法可知,添加的污泥堆肥和锯末含量不同,喷播绿化基质质量等级存在一定差异,其中污泥堆肥含量为40%、锯末含量为10%时喷播绿化基质的综合质量为优,污泥堆肥含量为30%、锯末含量10%时为良。  研究表明,污泥堆肥结合锯末替代草炭土和无机肥在扰动边坡生态修复的客土喷播中使用,可进一步改善喷播绿化基质的理化性质,促进植物的发芽及生长,提高边坡的水土保持效益。但二者在喷播绿化基质中使用含量需控制在一定范围内,即污泥堆肥含量为40%、锯末含量为10%时,喷播绿化基质的恢复效果最佳。
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