一種改性納米碳對堆肥基質高羊茅生長的調控方法
【專利摘要】本發明公開了一種改性納米碳對堆肥基質草坪高羊茅生長的調控方法，它是在直徑3cm高25cm的PVC管，下端封以一層棉布和尼龍網，將垃圾堆肥與各改性納米碳按比例混合均勻，每根管中裝入混合材料150g；鈍化7d后，每根管播種0.2g高羊茅種子，實驗期間溫度為19-27℃，相對濕度為60%-72%，每天給堆肥補充水分，使堆肥水分達到田間持水量70%，在實驗室平衡30d，進行測定；其中所述的各改性納米碳的加入量為垃圾堆肥重量的1-5%（w/w）。實驗結果表明：改性納米碳的加入促進堆肥基質高羊茅生長。
【專利說明】一種改性納米碳對堆肥基質高羊茅生長的調控方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境保護【技術領域】，涉及城市綠化，特別是一種改性納米碳對堆肥基質草坪高羊茅生長的調控方法。
【背景技術】
[0002]在構建草坪建植體系中，草皮鋪設法在國內外城市應用非常普遍。草皮是把草坪平鏟為平板狀或剝離成不同大小的正方形、長方形、柱狀等形狀，在其上附帶有一定土壤的草坪建植體或草坪建植材料。目前，草皮已成為一些國家的熱銷產品，僅美國草皮銷售產值每年超過100億美元。我國草皮生產前景同樣廣闊，很多城市每平方米售價高達10元。盡管草皮建植應用非常流行，但其弊端也不能回避。
[0003]草皮生產普遍采用成坪草皮卷直接鋪設，可使業主在短期內獲得成坪整齊的草坪，但這種方式會帶走肥沃的表層土壤。為保證草皮品質，傳統的草皮生產每完成一次生產過程，至少要鏟去2 cm以上熟土，在同一地塊連續生產3-4茬草皮之后，肥沃的農田便遭到破壞，最肥沃的有機質土壤層被剝離干凈，造成土地貧瘠。崔建宇等(2003)對草皮培植區的土壤特征進行了研究，結果表明草皮培植已使表層土壤的厚度減少了近10 cm，土壤容重明顯增大，土壤孔隙度顯著降低。另外，由于土壤中的雜草繁殖體具有較強的種群競爭優勢，雜草危害也成為一大難題。由此可見，這種草皮培植模式，從保護環境、降低成本等方面來看，均不符合可持續發展的要求。針對現有草皮培植體系存在的弊端，將無土栽培技術應用于草皮培植的相關研究已引起關注。由于無土栽培具有產量高、品質好、清潔衛生、降低勞動強度、節省養分水分、減少土壤資源浪費等諸多優點，因此，無土栽培技術應用于草皮培植應具有重要的研發價值研究了無土基質草皮鋪設高爾夫球場的環境質量效應；張萬君等(2001)利用海灣泥、粉煤灰及堿渣土 3種固體廢棄物構配了新型土，以替代土壤進行城市綠化。廉菲等(2007)通過研究黑麥草和高羊茅對符合城市生活垃圾堆肥基質的生態響應得出，用生活垃圾堆肥和豆秸復合草坪基質來替代土壤是非常具有資源開發潛力的。多立安等(2007)也以生活垃圾堆肥為主體材料組配草皮培植基質，對組配基質生態適宜性展開了研究，證明組配基質適宜草皮培植要求。
[0004]目前，城市垃圾堆肥應用草皮生產的方式主要還是將垃圾堆肥作為肥料施于土壤，這種應用方式無法實現垃圾堆肥替代土壤和銷納更多垃圾的目標。因此，將垃圾堆肥作為主體成分用于草坪基質的研究受到關注。將垃圾堆肥用作草坪培植基質，不僅可以促進草坪植物生長，保持草坪的優良性狀，又可解決垃圾銷納和保護耕地土壤的問題。但是，由于我國目前大部分的城市垃圾都沒有經過分類處理，造成許多廢舊電子產品和生活垃圾一起堆放，造成生活垃圾堆肥中重金屬含量較高，并且會隨著降雨滲濾到土壤和地下水中，弓丨起土壤的重金屬污染；同時，重金屬的生物有效部分可能導致土壤表面的植物體內重金屬含量較高，并通過食物鏈在人體中聚集，給人體健康帶來了巨大危害。而且其對人體危害具有很大隱蔽性，一般很難發覺，但一發現將很難或無法治愈。
[0005]由此可見，雖然城市垃圾堆肥可以促進植物生長，但是其較高的重金屬總量限制了生活垃圾堆肥的實際應用；加上堆肥具有高滲特性，對此找到一種外源調節物質，它既有鈍化重金屬的作用，同時又有鈍化堆肥重金屬的作用，則可謂一舉兩得。因此，城市垃圾堆肥中重金屬污染問題也是限制其替代草皮土壤基質應用的關鍵所在。
[0006]碳黑是生物體或化石原料的揮發成分在不完全燃燒或高溫熱解時轉化而成的，是氣態過程的產物。通常情況下，碳黑為多孔性的納米材料，直徑為30~50 nm，其較大的比表面積和較強的表面吸附能力，使其在重金屬污染土壤治理中的應用成為可能。碳黑表面有酸性官能團和堿性含氧官能團。酸性官能團使碳黑具有極性，有利于吸附各種極性較強的化合物；堿性官能團易吸附極性較弱或非極性物質。唐乃紅，鄭新生(1997)在對烏柏籽殼活性炭氧化改性后發現:表面含氧官能團數量比未氧化處理的活性炭增加一倍左右，梭羥基比值高近4倍，碳表面極性增大，對某些有一定極性的溶質吸附容量增加。說明碳黑表面的官能團經氧化處理，可以提高表面含氧酸性基團的含量，增強表面的極性，從而提高對極性物質的吸附效果。
[0007]本技術采用一定濃度的硫酸，硝酸和高錳酸鉀對納米碳進行表面氧化改性，并將其與堆肥成比例混合作為基質，達到了改性納米碳促進堆肥中高羊茅生長的作用；而這一技術國內外尚無文獻報道。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種改性納米碳對堆肥基質草坪高羊茅生長的調控方法。本發明在優化實驗的基礎上，通過采用不同方法對納米碳進行改性，對比了不同改性納米碳對堆肥重金屬的鈍化作用的基礎上，通過改性納米碳草坪草生長調控的響應實驗，探究了改性納米碳應用到草坪建植中的可行性，為指導垃圾堆肥基質草坪建植提供技術支撐。
[0009]為實現上述目的，本發明提供如下的技術方案:
一種改性納米碳對堆肥基質草坪高羊茅生長的調控方法，其特征在于按如下的步驟進
行:
(1)材料的處理:
實驗前對垃圾堆肥進行預處理，去除其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊和玻璃大塊雜物，風干后，過2 mm篩，備用；垃圾堆肥理化性質為:pH 7.62，有機質含量221.25 g.kg—1，全氮
13.48g.kg'有效磷 0.078 g.kg' C/N 是 8.37，飽和含水量 0.76 mL.g_\ 容重 0.85g.mL_1 ;重金屬(Cr、Cu、Pb、Zn)含量分別為 67.00,238.73,172.11 和 496.38 mg.kg-1 ；
植物選用高羊茅arundinacea L )；
納米碳粒徑20-70 nm,比表面積為1.2 X IO5 m2.1^，ρΗ值為7，施用前對其進行改性，分別得到KMn04、H2SO4或HNO3改性的納米碳；
(2)實驗方法:
在直徑3 cm高25 cm的PVC管，下端封以一層棉布和尼龍網，將垃圾堆肥與各改性納米碳按比例混合均勻，每根管中裝入混合材料150g ;鈍化7 d后,每根管播種0.2 g高羊茅種子，實驗期間溫度為19-27 °C，相對濕度為60%-72%，每天給堆肥補充水分，使堆肥水分達到田間持水量70%，在實驗室平衡30d，進行測定；其中所述的各改性納米碳的加入量為垃圾堆肥重量的1-5% (w/w)。 [0010]本發明所述的垃圾堆肥中分別加入改性的納米碳的重量百分數為:1%，3%或5%(w/w)o
[0011]本發明所述的垃圾堆肥中分別加入1%，3%，5%的H2SO4改性納米碳；垃圾堆肥中分別加入1%，3%，5%的HNO3改性納米碳；垃圾堆肥中分別加入1%，3%，5%的KMnO4改性納米碳。
[0012]本發明進一步公開了改性納米碳對堆肥基質草坪高羊茅生長的調控方法在促進堆肥基質高羊茅生長方面的應用；所述的改性納米碳為5%H2S04，5%HN03，5%KMn04。
[0013]本發明通過試驗所達到的結論:添加改性納米碳可以促進堆肥基質高羊茅的生長。
[0014]本發明更加詳細的制備方法如下:
I材料與方法
1.1供試材料
生活垃圾堆肥，來自天津市小淀垃圾堆肥處理廠。實驗前對垃圾堆肥進行預處理，去除其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊和玻璃等大塊雜物，風干后，過2 _篩，備用。堆肥理化性質為:pH 7.62，有機質含量 221.25 g.kg-1，全氮 13.48 g.kg—1，有效磷 0.078 g.kg—1，C/N是8.37，飽和含水量0.76 mL.g—1，容重0.85 g.mL—1 ;重金屬(Cr、Cu、Pb、Zn)含量分別為67.00、238.73、172.11 和 496.38 mg.kg-1。草坪植物選用高羊茅arundinaceaL )。
[0015]供試納米碳購于天津市秋實碳黑廠，粒徑20-70 nm，比表面積為1.2X105 m2
?kg—1，pH值為7，施用前對其進行改性。
[0016]1.2改性納米碳的制備
KMnO4改性:稱取納米碳10 g于250 mL錐形瓶中，加入100 mL0.03 mo l.l-1的KMnO4溶液，靜置10 min后，放于萬用電熱器上沸騰回流I h。冷卻后，用去離子水反復沖洗，使溶液不再渾濁且PH穩定。轉移至燒杯，110°C條件下烘干至恒重。
[0017]H2SO4改性:稱取10 g納米碳加入到250 mL 20%的H2SO4溶液中，在110 °C條件下加熱90 min。冷卻后，用去離子水反復沖洗，使溶液不再渾濁且pH穩定。在110°C條件下烘干至恒重。
[0018]HNO3改性:稱取10 g納米碳加入到150 mL 65%的硝酸溶液中，置于通風櫥的加熱板上110 °(:氧化反應2 ho冷卻后,用去離子水反復沖洗,使溶液不再渾濁且pH穩定。在110°C條件下烘干至恒重。
[0019]1.3實驗設計
實驗共設13個處理:僅堆肥(CK);堆肥中分別加入1%，3%，5%(質量比)的未改性納米碳(CB),堆肥中分別加入1%，3%，5%的H2SO4改性納米碳；堆肥中分別加入1%，3%，5%的HNO3改性納米碳；堆肥中分別加入1%，3%，5%的KMnO4改性納米碳。使用直徑3 cm高25 cm的PVC管，下端封以一層棉布和尼龍網，將堆肥以不同質量比與改性納米碳混合均勻，每根PVC管裝入混合材料150 g，對照為150 g堆肥，每個處理3次重復。鈍化一周(7 d)后，每根管播種0.2 g高羊茅種子。實驗期間溫度為19-27 °C，相對濕度為60%-72%，每天給堆肥補充水分，使堆肥水分達到田間持水量70%左右，在實驗室平衡30d，實驗共計37 d0
[0020]1.4數據處理
文中數據都是3次重復的平均值以及標準差，采用SPSS 11.5軟件對所得數據進行比較均值中的單因素ANOVA統計分析。[0021]2研制結果分析
2.1改性納米碳的比表面積變化
由表1可見，納米碳經過改性后，比表面積有所變化，其中，HNO3改性納米碳的比表面積相比原碳黑顯著降低，而KMnO4改性納米碳的比表面積相比原碳黑顯著升高。這可能是由于HNO3強酸性對納米碳表面起到一種酸溶解的作用或將其微孔燒結，導致部分孔道坍塌以及生成的雜質對微孔道的堵塞造成比表面積所降低。而對于KMnO4的改性納米碳的比表面積增大，可能時由于KMnO4的強氧化性使納米碳一部分中孔的壁面被侵蝕變成大孔或形成新的微孔所致。
[0022]表1納米碳改性前后比表面積比較
【權利要求】
1.一種改性納米碳對堆肥基質草坪高羊茅生長的調控方法，其特征在于按如下的步驟進行: (1)材料的處理: 實驗前對垃圾堆肥進行預處理，去除雜物，風干后，過2 _篩，備用；植物選用高羊茅(.Fes tuca arundinacea L )； 納米碳粒徑20-70 nm,比表面積為1.2 X IO5 m2.1^，ρΗ值為7，施用前對其進行改性，分別得到KMn04、H2SO4或HNO3改性的納米碳； (2)實驗方法: 在直徑3 cm高25 cm的PVC管，下端封以一層棉布和尼龍網，將垃圾堆肥與各改性納米碳按比例混合均勻，每根管中裝入混合材料150g ;鈍化7 d后,每根管播種0.2 g高羊茅種子，實驗期間溫度為19-27 °C，相對濕度為60%-72%，每天給堆肥補充水分，使堆肥水分達到田間持水量70%，在實驗室平衡30d，進行測定；其中所述的各改性納米碳的加入量為垃圾堆肥重量的1-5% (w/w)。
2.權利要求1所述的制備方法，其中垃圾堆肥中分別加入改性的納米碳的重量百分數為:1%，3% 或 5% (w/w)。
3.權利要求1所述的制備方法，其中垃圾堆肥中分別加入1%，3%，5%的H2SO4改性納米碳；垃圾堆肥中分別加 入1%，3%，5%的HNO3改性納米碳；垃圾堆肥中分別加入1%，3%，5%的KMnO4改性納米碳。
4.權利要求1所述改性納米碳對堆肥基質草坪高羊茅生長的調控方法在促進堆肥基質高羊茅生長方面的應用；所述的改性納米碳為5%H2S04，5%HN03，5%KMn04。
【文檔編號】A01G1/00GK103804100SQ201410087000
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】多立安, 趙樹蘭, 賀璐 申請人:天津師范大學