基于建筑廢棄物和園林廢棄物利用的立體綠化栽培基質研究*

王佳 武琳苑 趙秀芳

隨著城市化的快速發展，城市綠地空間不斷被占據，城市熱島效應、霧霾現象、城市內澇等生態環境問題頻發。屋頂綠化作為立體綠化的主要形式之一，不僅彌補了傳統平面綠化面積有限的不足，還有利于建筑節能和生態環境改善，具有重要的生態、社會及經濟效益[1～2]。由于屋頂條件有限，屋頂綠化技術體系不僅要考慮屋頂的承重能力，還須考慮強光照、干旱、大風、極端溫度等惡劣自然條件對其穩定性的考驗。栽培基質不僅決定著植物生長，也在雨水截留、建筑降溫等方面發揮著重要作用，而且對整個體系長期穩定起著關鍵作用[3～4]。因此，以我國屋頂綠化輕型化發展的趨勢來看，選擇當地方便易得的原材料，配制重量輕、持水性能好、透氣性良好、營養適中的基質材料非常重要[5～7]。

目前，用于屋頂綠化的栽培基質主要有3種：自然土壤、改良土和人工輕質栽培基質[4，8]。自然土壤最初常被作為屋頂綠化栽培基質，但其存在密度高、質量大、運輸難、透氣性差、易攜帶較多的病原體和雜草種子等問題。隨著自然土壤資源的日益貧乏及屋頂綠化輕質化的普及，人工輕質栽培基質被越來越多地應用[4]。屋頂綠化的栽培基質原料一般有兩大類：一是無機材料，二是天然的有機材料或者廢棄物有機材料[9]。無機材料可改善土壤透氣性、排水性、容重等物理性質，包括巖棉、蛭石、陶粒、爐渣、珍珠巖、浮石等[10]。但傳統的無機材料在長期使用后，易發生分解、上浮流失、堵塞等問題，如蛭石較容易被破壞，需要經常更換；珍珠巖相對密度比較小，當澆水過多時，會上浮流失；陶粒在連續使用后會被鹽分堵塞孔隙，影響過濾，且易破碎等[11]。已有學者以年產量日益增長的建筑廢棄物為研究對象，證明其作為基質中的無機材料具有良好的物理性質，具有一定的應用價值和前景，目前正被逐漸利用[12～14]。有機材料包括泥炭、堆肥、沼渣、秸稈、經濟作物副產品（秸稈、稻殼、動物糞便、蔗渣、椰殼）等[10]，其中泥炭有機質含量高，保肥性能好，曾被人們廣泛應用，但天然的泥炭資源有限且成本較高，過度開采泥炭會進一步影響生態環境。近年來，學者們發現通過堆肥獲得廢棄物有機材料是代替泥炭土開采的有效途徑，能有效控制有害病原菌的傳播，具有巨大的市場前景[15]。

因此，本研究利用園林廢棄物和建筑廢棄物，研究理化性能穩定、原材料來源廣泛、價格低廉、重量輕、排水性能好、營養適中和便于標準化的屋頂綠化栽培基質，以期為廢棄料減量化提供參考，對于促進廢棄物資源的有效利用和節約城市綠化成本具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗場地位于東莞市松山湖高新區中大365園區嶺南生態科學研究院6樓露臺。試驗于2021年11月1日進行基質調配、晾曬，于12月15日進行幼苗移栽，于2022年6月15日結束。試驗期間，屋頂最低氣溫為10°C，最高氣溫為38°C。

基質材料為園林廢棄物、建筑廢棄物、黃壤土。園林廢棄物為市政園林廢棄物的二次粉碎發酵物，粒徑在1～4 mm。建筑廢棄物由紅磚和混凝土塊組成，兩者分別經人工粉碎過篩至3～6 mm，按9∶1比例混合（紅磚于東莞市制磚廠購買，混凝土于建筑施工地收集）。黃壤土為廣東省東莞市松山湖中大365園區裸露地表層土。

植物材料為佛甲草Sedum lineare、錦竹草Callisia repens和大花馬齒莧Portulaca grandiflora，均為常用的屋頂綠化植物，具有葉片較小且肉質，莖匍匐或平臥，多分枝、適應性強等特點。

1.2 試驗設計

采用三因素三水平的正交設計方案[16]，按照體積比對原料進行混合，最終得到8種配方（表1～2）?；|晾曬結束之后，進行隨機取樣，采用四分法測定每種基質配方的營養成分（有效磷、速效鉀、堿解氮、pH）。開始試驗時，每個處理設置6盆，隨機排列，在每盆種植1株長勢相近的月見草Oenothera biennis。于栽植3個月后（2022年3月）對基質配方進行型式檢驗，取樣時采用不同深度混合的隨機取樣法，以單盆為一個重復，每個處理重復6次，并結合基質配方的營養成分數據進行評估，從而確定最佳的配比方案，用于開展后續試驗。進一步利用篩選出的最佳配比方案與市場中的商品化基質和常規黃壤土進行同等條件栽植比對，并施以2 g/L的復合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）。期間每60天進行一次拍照統計，從而綜合評價基質性能。

表1 試驗方案三因素三水平正交表L9（33）

表2 基質處理原料配比

1.3 試驗方法

對不同處理的配方基質的理化性質進行取樣分析，其中，物理性質即型式檢驗指標，包括容重、通氣孔隙度、最大毛管持水量、有機物含量，參照《立體綠化栽培基質通用技術標準》（T/CABEE 005-2020）的相關方法測定；化學性質即基質養分指標，有效磷、速效鉀、堿解氮的測定參照《森林土壤有效磷的測定》（LN/T 1233-1999）中的浸提-鉬銻抗比色法、火焰光度計法和堿解擴散法，土壤pH參照《土壤pH的測定》（NY/T-1377-2077）中的電位法進行測定。

1.4 數據分析

采用SPSS 23.0軟件進行數據分析，采用Duncan多重比較檢驗進行單因素分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同基質配方的營養狀況

8 個處理間的養分狀況具有顯著差異（表3）。其中，有效磷、速效鉀、堿解氮3個指標含量最高的處理組為S7，最低的為S3；各處理pH 變化范圍較小，為6.11～6.53，符合技術要求?？傮w而言，S7（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=3∶1.5∶0）中園林廢棄物原料的配置比例最高，富含有機材料，因此養分含量最高；反之，S3（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶2∶2）養分含量最低。

表3 不同基質配方的營養狀況

2.2 不同基質配方的物理性質

8 個處理間的物理性質也有顯著差異（表4）。其中，S3的容重顯著高于其他處理，且超出技術標準范圍；S3、S4、S6的通氣孔隙度低于技術標準范圍；8個處理的最大毛管持水量在30.01%～62.38%，均符合技術標準；各處理間的有機物含量差異顯著，僅S2、S3符合技術標準要求。以上4項指標反映了基質的單位體積重量、透氣性能、持水性能和有機成分比例，是基質物理性質的關鍵指標。因此，S2（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶1.5∶1）符合技術標準推薦的屋頂綠化基質理化性質要求。

表4 不同基質配方的物理性質

2.3 不同基質對植物生長狀況的影響

通過前期的篩選研究，初步確定S2 處理為最佳配方。利用3種常見的屋頂綠化植物，對S2混合基質與商品化基質、常規黃壤土進行等條件種植比對，發現：同其他2種基質相比，S2混合基質中佛甲草（圖1）的生物量在種植30 d時明顯增加，在90 d達到最大，其長勢好。錦竹草（圖2）生長速度較慢，30 d時無明顯差異，90 d時匍匐莖數量明顯增多，180 d時S2混合基質中的錦竹草色澤濃綠，葉片整齊，而其他2種基質中的植物長勢較差，呈現凋落趨勢。大花馬齒莧（圖3）在種植90 d時出現差異，在S2混合基質與商品化基質中萌蘗次數多，而在黃壤土中植株矮??；S2混合基質中的大花馬齒莧在180 d時持續開花，花量較大，而其他2種基質中的植物葉片脫落，呈現枯萎死亡的趨勢。

圖1 佛甲草在不同基質上的生長表現

圖2 錦竹草在不同基質上的生長表現

圖3 大花馬齒莧在不同基質上的生長表現

3 結論與討論

不同的基質材料有不同的理化性質，有機材料和無機材料的配比對基質的整體理化性質有很大的影響[17]。有機基質材料的優點在于具有團聚作用，能為植物生長提供正常的養分供應，保持混合物的疏松，穩定混合物的容重。而無機基質材料多具有持水能力強、空氣孔隙大、水力傳導率高和化學穩定性強的特點[18]。在本研究中的基質配比試驗中，隨著園林廢棄物占比的增加，基質的容重減少，最大毛管持水量增加，基質營養成分增加，如S7（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=3∶1.5∶0）、S8（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=3∶2∶1）的園林廢棄物占比較高，則容重較低，通氣孔隙度和最大毛管持水量較大。S4（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=2∶1∶1）雖然最大毛管持水量也較大，但通氣孔隙度較小，可能是因為S4 中添加的大量黃壤土填充了園林廢棄物和建筑廢棄物的孔隙。毛管持水量的大小部分取決于有機物含量，因為有機物含量較高的材料，能顯著提高土壤田間持水量[19]。但有機物含量過高和細小顆粒比例較高的材料飽和導水率較低，因為有機物含量高的材料表現出一定的疏水性，導致基質易流失[20]。在本研究中，隨著建筑廢棄物的添加，基質中的有機物含量減少，最大毛管持水量降低，如S2（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶1.5∶1）、S3（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶2∶2）。本研究所調制的基質配比的營養成分滿足標準要求，進一步結合型式檢驗結果，從而確定S2處理為最佳配方。

通過觀察佛甲草、錦竹草和大花馬齒莧的生長情況，得出S2混合基質與商品化基質、黃壤土相比，對植物的株高和覆蓋度具有更加明顯的促進作用。這可能是因為S2混合基質中經過人工調控堆肥處理后的園林廢棄物可以為植物生長提供全面的營養物質，而建筑廢棄物能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤的透氣性和蓄水性，改善土壤質地和生長環境，故促進植物的生長。從效益回報來說，試驗階段的S2混合基質成本為0.41元/L，商品化基質價格為0.83元/L，故S2混合基質更具有價格優勢，開發潛力更為突出。因此，充分利用廢棄物開發栽培基質，不僅可以保護環境，節約能源，還能保障植物正常生長，并且降低成本，為最終實現資源的合理化、最大化利用發揮重要的作用。

注：圖片為作者自攝