[发明专利]基于稻壳炭粒的运动草坪坪床基质及其吸持能力优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种草坪场地建造技术领域的坪床基质及优化方法，具体是一种适用于高尔夫球场、足球场等各种类型的体育运动草坪或园林绿化草坪的基于稻壳炭粒的运动草坪坪床基质及其吸持能力优化方法。

背景技术

运动草坪是专门为各项体育运动(如：足球、棒球、高尔夫球等)使用的草坪场地，草坪坪床基质一般厚度在30厘米左右，是为草坪植物生长提供水分与营养的基质。与一般绿化草坪不同，运动草坪需要能够耐受高强度的运动践踏，高强度运动践踏会造成草坪坪床的严重压实，坪床空隙度减少，并造成坪床的板结现象，一旦坪床基质板结，就会出现水分渗透困难，基质中氧气缺乏，草坪根系因厌氧呼吸而中毒，导致草坪退化、甚至死亡。为了维持运动草坪的高质量，美国高尔夫协会(USGA)通过多年的研究，提出了高尔夫果岭草坪坪床的理化性状推荐标准，这个标准已被世界各国的各类运动草坪场地建造所采用，成为了目前世界上运动草坪场地建造的权威标准。

USGA高尔夫果岭坪床的推荐标准是以高规格的中粗砂为主要基质材料，要求所选用的砂粒径主要以0.25～0.50mm的中粗砂为主，并规定了中粗砂的比例应高于60%，而其中粒径大于1.00mm的极粗砂比例应小于10%，粒径小于0.05mm的极细砂比例应小于5%。这样配制的砂质基质抗板结能力强，水分渗透能力强，不易压实、板结，但其对水分和养分的吸持能力都极差，需要频繁地补充水分和营养才能维持草坪正常生长的需求，同时也容易造成土壤中营养元素的淋溶流失，污染周边环境。为了改善砂质坪床对水分和养分的吸持能力，一般都会添加草炭等纤维类有机改良物质。但是，由于草炭纤维添加到砂质坪床中后，会堵塞原有的毛细管结构，导致砂质坪床渗透能力的显著下降，崔建宇等(土壤通报，2009，40：1018-1021)的研究指出，添加20%草炭(0.5mm)后，砂质坪床的渗透率从原来的0.401m/hr下降到了0.078m/hr，已低于USGA推荐标准规定的坪床基质的最低标准，即0.152m/hr（折合6in/hr)。由于运动草坪随着使用年限的延长，还会不断在坪床中累积枯草等有机物质，并导致坪床基质渗透率的逐年持续下降。因此草炭在运动草坪坪床改良中的应用受到了极大的限制，需寻找不仅能够有效地增加砂质坪床对水分和养分的吸持能力、而且又不会明显降低其水分渗透能力的理想有机改良物质。

稻壳是稻谷在稻米加工中产生的废弃物，其主要成分是纤维素和木质素，可利用价值较小，成为了稻米加工企业的包袱。我国是世界上最大的水稻种植国家，据农业部的统计，每年产生的稻壳废弃物约有3600万吨。目前我国每年产生的大量稻壳主要作为燃料来进行消化处理。稻壳在无氧和高温条件下能够进行炭化，制造成稻壳炭粒，制备过程中的热解温度越高，稻壳炭粒的pH值也会越高，我们的试验证明，采用300℃～350℃的热解温度制成的稻壳炭粒的pH值为7.0～7.6，其水分渗透率可达到3.683m/hr，是草炭的15倍，而且其对水分和养分的吸持能力与草炭没有明显的差异。而且，由于稻壳的形状与大小比较均匀，所制成的稻壳炭粒的粒径分布也比较均匀，容易与砂粒进行均匀的混合。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102826919，公开日2012-12-19，公开了一种“以生物质颗粒炭为基质的草坪专用缓释肥料及其制备方法”，该技术以玉米芯、花生壳、稻壳、食用菌基质等农业废弃生物质制备的颗粒炭为基质材料，利用其多微孔、强吸附能力，与草坪生长发育所必需的氮、磷、钾及其他营养元素复合，制成颗粒状生物质炭基草坪专用缓释肥料。该技术使用的生物质颗粒炭是农业废弃生物质在低氧条件下不完全燃烧后形成的黑色生物质炭颗粒，具有类似土壤腐殖质的多种特性，其吸附和保持养分和水分的能力很强，由此制备的肥料具有一定的缓释性能，可有效地延长草坪的施肥期。但该技术的缺陷和不足在于：

1)该技术将肥料主要撒施在草坪叶片的上面，在肥料被草坪吸收后，这些残留的生物炭基质会加剧草坪基部有机质层的形成，由于这些有机质对水分和养分的吸持能力远高于下面的土壤，会引导草坪根系仅在有机质层中生长，造成草坪根系过浅，抗旱能力显著下降；另外，草坪基部的有机质层也是病原菌繁殖的温床，容易引发病害。因此，生物炭基质肥料施用后需要增加疏草、打孔等破坏性作业，才能控制草坪有机质层的积累。

2)即使可以在草坪建植时将生物炭基质肥料混施入坪床土壤中，但肥料的施用量一旦超过50克/平方米(约坪床基质体积的0.02%)，就会因肥料元素过量引起草坪的烧草现象。而30厘米厚的整个坪床中仅加入低于0.02%比例的生物炭，对坪床土壤的理化性状也没有明显的作用。