一种用于雨洪管控的绿色屋顶基质及制作方法

1.本发明属于屋顶绿化领域，具体涉及一种用于雨洪管控的绿色屋顶基质及制作方法。


背景技术：

2.绿色屋顶是一种工程设施，是我国推进海绵城市的重要低影响开发设施。其一般从上至下由植物、基质、过滤层、排水层、保温层、屋顶结构层组成，可用于任何结构满足荷载与排水要求的建筑顶部。其不仅有助于滞留雨水，减小城市排水系统的压力，还有利于在用地紧缺的高密度城市中增加绿化率，优化城市景观。基质是绿色屋顶最重要的组成部分之一，基质往往决定了绿色屋顶能够应用的植物，及其滞留雨水的效能，其荷载也决定了绿色屋顶的应用范围。迄今为止，国内绿色屋顶的基质配比方法有限。为保证植物存活率，往往以堆肥材料占比最多，轻质材料使用较少，如cn103787731b中，绿化基质由核心基质和辅助基质组成，所述的核心基质由重量比为的生活污泥堆肥产品、园林废弃物纤维和保水剂组成，所述的辅助基质由蛭石和珍珠岩组成，其中，所述核心基质总重量与所述蛭石和珍珠岩之间的重量比为量比为cn105724208b中，基质配比为有机料混合物15-20份、珍珠岩3-5份、煤渣5-10份、碎砖15-20份，以上份数均为体积份数。
3.堆肥材料占比最多，轻质材料使用较少的配比基质具备有机物含量高、高肥效和高保水性的特征，但同时也导致屋顶排水受到有机物污染，增加对收集雨水进行后续利用的成本。轻质材料使用较少，增加屋顶荷载，实际应用受限。且国际研究表明较高的堆肥配比与有机物含量，不利于绿色屋顶植物的韧性，致使绿色屋顶缺乏抵御突发极端气候事件的抗性。
4.此外，虽然这类配比基质提供了较好的植物支持性，但经实验验证适配的植物种类以景天植物为主，实际景观效果单一，植被生物多样性低。
5.保留雨水、削减洪峰是绿色屋顶最重要的生态功能之一，现有技术也未能给出配比基质在滞纳雨水方面的实际效能。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是，提供一种轻型绿色屋顶基质及制作方法，具有优秀的雨洪滞蓄效果，且能够为种类丰富的观赏植物种群生长提供良好支持，甚至在炎热无灌溉维护条件下能够维持宿根草花植物群落较高的地面覆盖度，起到生长促进作用，质轻并易于制备。
7.本发明提供一种用于雨洪管控的绿色屋顶基质，以体积计，其包括3～4：6～8：4～5：4～6的堆肥、页岩陶粒、蛭石和珍珠岩，其中，所述堆肥以体积计，包括10～11：4～5：1～2的泥炭、发酵鸡粪有机肥和松树皮。
8.优选地，堆肥、页岩陶粒、蛭石和珍珠岩的体积比为4：6：5：5。
9.优选地，泥炭、发酵鸡粪有机肥和松树皮的体积比为10：5：1。
10.其中，页岩陶粒的粒径优选为3～8mm、蛭石的粒径优选为1～3mm、珍珠岩的粒径优选为3～6mm。
11.其中，松树皮的粒径优选为3-6mm。
12.本发明还提供所述的用于雨洪管控的绿色屋顶基质的制作方法，包括如下步骤：
13.步骤1)，制备堆肥，将泥炭、发酵鸡粪有机肥、松树皮按照比例充分混合；
14.步骤2)，将堆肥、页岩陶粒、蛭石、珍珠岩按照比例充分混合制备基质。
15.本发明还提供一种屋顶绿化的方法，其为将所述的基质运至屋顶预定绿化施工现场，作为屋顶绿化基质，铺设厚度为10～25cm，种植屋顶绿化植物。
16.优选地，铺设厚度为20cm。
17.本发明基质的质量轻，对建筑荷载要求小。本发明基质的干容重仅为0.403g/cm3，是已知发明专利中最轻的绿色屋顶基质，轻质的特征意味着其对建筑结构的荷载要求小，更易于推广实施，甚至用于老旧建筑的改造，是一种理想的绿色屋顶基质。
18.具有优秀的雨洪管理效益，能够有效减少径流排放量，削减降雨洪峰。本发明首次经实验验证，具有显著的雨洪管理能力，能够从总量削减和峰值削减两方面增加城市韧性，减小城市内涝的风险，为国家海绵城市的建设提供有力支持。本发明在实验监测期自然降雨条件内，小型降雨(《10mm)占总降雨事件数量84％,中型降雨(10-50mm)占总降雨事件数量10％、大型降雨(》50mm)占总降雨事件数量6％时，削减径流排放总量可达44％，能够从源头上减少城市地表径流；在峰值削减方面，在上述相同降雨情境下，针对所有降雨的平均洪峰削减率达到85.13％，能够大幅减小城市排水系统在降雨过程中面临的压力。
19.对多种观赏性植物支持性好，景观效果佳，且耐粗放管理，维护成本低。本发明在低灌溉，无施肥条件下可保证7种观赏性植物100％的存活率*，分别为阔叶山麦冬，蓝花鼠尾草，紫竹梅，中国石蒜，斑叶芒，细叶芒与花叶芒。对其余5种观赏性植物也能保证较高存活率，即翠芦莉、地被石竹、金叶苔草、花叶蒲苇和小兔子狼尾草的存活率分别为78％、89％、89％、86％和97％*，可营造丰富的景观效果，同时节省维护成本。在无灌溉条件下，本发明也能够对实验中所用的观赏性宿根草花群落提供良好促长与植被盖度维持作用，监测期间，植被覆盖率最高可达83.1％，夏季高温炎热时段最低不低于67.8％。
20.本发明无需使用保水剂或其他土壤改良剂，通过原材料的天然特性降低成本。与已有专利相比，本专利所用材料中无需使用保水剂或其他土壤改良剂，凭借蛭石的天然保水性，在基质整体成本较低的同时保证良好保水作用。
21.材料易获取，施工简单方便，易于生产制备。本发明所用原材料来源广泛、环保无毒，在许多城市均有生产，易于采购、成本低廉，适合在全国范围内广泛推广。本发明基质的制备过程简单方便，适合批量生产。
附图说明
22.图1所示为不同基质配方中宿根草花群落地面覆盖度变化趋势。
具体实施方式
23.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
24.实施例1
25.步骤一：制备堆肥。堆肥的具体配置过程为：将泥炭、发酵鸡粪有机肥、松树皮(3-6mm)按照比例充分混合，以体积计，泥炭、发酵鸡粪有机肥、松树皮(3-6mm粒径)的对应比值为10：5：1。
26.步骤二：将堆肥、页岩陶粒(3～8mm粒径)、蛭石(1～3mm粒径)、珍珠岩(3～6mm粒径)按照比例充分混合制备基质。以体积计，堆肥、页岩陶粒(3～8mm粒径)、蛭石(1～3mm粒径)、珍珠岩(3～6mm粒径)的对应比值为4：6：5：5。
27.该基质主要理化性质为：有机质含量为10.8％、有效氮352mg/kg、有效磷93.8mg/kg、速效钾2490mg/kg，基质干容重为0.403g/cm3，最大持水量为1796g/kg。
28.实施例2
29.步骤一：制备堆肥。堆肥的具体配置过程为：将泥炭、发酵鸡粪有机肥、松树皮(3-6mm)按照比例充分混合，以体积计，泥炭、发酵鸡粪有机肥、松树皮(3-6mm粒径)的对应比值为10：5：2。
30.步骤二：将堆肥、页岩陶粒(3～8mm粒径)、蛭石(1～3mm粒径)、珍珠岩(3～6mm粒径)按照比例充分混合制备基质。以体积计，堆肥、页岩陶粒(3～8mm粒径)、蛭石(1～3mm粒径)、珍珠岩(3～6mm粒径)的对应比值为3：6：4：5。
31.实施例3
32.步骤一：制备堆肥。堆肥的具体配置过程为：将泥炭、发酵鸡粪有机肥、松树皮(3-6mm)按照比例充分混合，以体积计，泥炭、发酵鸡粪有机肥、松树皮(3-6mm粒径)的对应比值为11：4：1。
33.步骤二：将堆肥、页岩陶粒(3～8mm粒径)、蛭石(1～3mm粒径)、珍珠岩(3～6mm粒径)按照比例充分混合制备基质。以体积计，堆肥、页岩陶粒(3～8mm粒径)、蛭石(1～3mm粒径)、珍珠岩(3～6mm粒径)的对应比值为4：8：5：4。
34.试验例1基质雨洪管理效果试验
35.评价指标：
36.通过监测记录两种指标来评价基质的雨洪管理效果，即雨水保留率与洪峰削减率
37.实验处理
38.本研究按不同的原理配比设计了四种基质配方(见表1，表中基质a代表本发明中所述配方)，分别搭配同样的两种混合植物群落种植(观赏草群落包括斑叶芒，细叶芒、花叶芒、金叶苔草、花叶蒲苇和小兔子狼尾草，宿根草花群落包括阔叶山麦冬、蓝花鼠尾草，紫竹梅，中国石蒜，翠芦莉和地被石竹)。
39.表1不同处理基质材料与配比
[0040][0041]
注：上述实验基质配比原则为：原料自重轻，包含轻质骨料；提供少量堆肥占比；基
质中含保水性原料。
[0042]
上述四种基质的理化性质见表2。
[0043]
表2四种基质的理化性质
[0044][0045]
四种基质配方及所搭配植被均配置于等比例绿色屋顶种植槽中，置于露天屋顶与自然气候条件下。种植槽规模均为1.2m
×
1.2m，基质铺设深度20cm。每种基质搭配一种植物群落均有三次重复度。实验监测期由当年3月起，至次年1月止，期间屋顶仅接纳自然降雨，定期摘除杂草，未进行任何人工灌溉或施肥。监测期内的降雨数据及经过绿色屋顶产生的排放数据均以1分钟间隔进行全程监控记录。在实验监测期结束后，分别计算分析四种基质雨洪管理效果的评价指标。
[0046]
结果与结论
[0047]
表3不同基质配方雨洪管理效果
[0048][0049]
注：实验所得效果数据在亚热带季风湿润气候地区(重庆)的自然条件下获得。
[0050]
表3分别给出了4种基质在不同自然降雨条件下和所有降雨条件下的雨洪管理效果，表中基质a代表本发明中所述配方。由表中数据可见，配方a在任何降雨条件中都具有最高的雨水保留率与洪峰削减率，其针对所有降雨的平均洪峰削减率达到85.13％，其在小型降雨(约占实验地区亚热带季风气候条件降雨事件总数的84％)中的雨水保留率和洪峰削减率更是高达87.06％和99.65％，说明在绝大多数情况下，本发明中所述基质都能够对亚热带季风气候条件中的自然降雨实现大部保留和高效削减洪峰。
[0051]
此外，方差分析结果显示a配方与c配方的雨水保留率在0.001水平上有显著差异(p《0.001)，a配方与d配方的雨水保留率在0.005水平上有显著差异(p《0.005)。a配方与其它3种配方的洪峰削减率在0.05水平上有显著差异(p《0.05)。综合而言，a配方的雨洪管控
效能具有显著优势。
[0052]
试验例2基质对观赏植物群落支持性的验证试验
[0053]
评价指标：
[0054]
通过计算观赏性植物在实验期间的存活率来评价基质对观赏性植物生长的支持作用。
[0055]
实验处理
[0056]
在本研究中，本发明所述配方基质分别搭配两种混合植物群落种植(观赏草群落包括斑叶芒，细叶芒、花叶芒、金叶苔草、花叶蒲苇和小兔子狼尾草，宿根草花群落包括阔叶山麦冬、蓝花鼠尾草，紫竹梅，中国石蒜，翠芦莉和地被石竹)配置于等比例绿色屋顶种植槽中，置于露天屋顶与自然气候条件下。群落a含：6种观赏草(即斑叶芒，细叶芒、花叶芒、金叶苔草、花叶蒲苇、小兔子狼尾草)
×
3重复度＝18株观赏草；群落b含：6种宿根草花(即阔叶山麦冬、蓝花鼠尾草，紫竹梅，中国石蒜，翠芦莉和地被石竹)
×
3重复度＝18株宿根草花。种植槽规模均为1.2m
×
1.2m，基质铺设深度20cm。基质搭配任意一种植物群落均有三次重复度。实验监测期由当年7月起，至次年12月植物生长期结束为止。监测期间，除7月至9月天气炎热、室外温度高达35℃以上时在每日傍晚进行少量灌溉外(视天气炎热状况，每槽等量给水13.57l，或23.52l)，其余时间屋顶除仅接纳自然降雨，定期摘除杂草，未进行任何人工施肥。在实验监测期结束后次年春季，分别计算分析所有观赏植物的存活率。
[0057]
结果与分析
[0058]
监测期末对植物存活率的统计表明，配方基质可保证7种观赏性植物100％的存活率，分别为阔叶山麦冬，蓝花鼠尾草，紫竹梅，中国石蒜，斑叶芒，细叶芒与花叶芒。对其余5种观赏性植物也能保证较高存活率，即翠芦莉、地被石竹、金叶苔草、花叶蒲苇和小兔子狼尾草的存活率分别为78％、89％、89％、86％和97％，说明本发明所述配方即使在低维护条件下，也能够对实验中所用观赏植物提供良好的生长支持性。
[0059]
试验例3基质对观赏植物生长促进与盖度维持效果的验证试验
[0060]
评价指标：
[0061]
通过监测记录植被地面覆盖度的变化情况来评价基质对观赏性植物的生长促进与盖度维持效果。
[0062]
实验处理
[0063]
本研究按不同的原理配比设计了四种基质配方(见试验例1表1，表中基质a代表本发明中所述配方)，分别搭配同样的两种混合植物群落种植(观赏草群落包括斑叶芒，细叶芒、花叶芒、金叶苔草、花叶蒲苇和小兔子狼尾草，宿根草花群落包括阔叶山麦冬、蓝花鼠尾草，紫竹梅，中国石蒜，翠芦莉和地被石竹)。
[0064]
四种基质配方及所搭配植被均配置于等比例绿色屋顶种植槽中，置于露天屋顶与自然气候条件下。种植槽规模均为1.2m
×
1.2m，基质铺设深度20cm。每种基质搭配一种植物群落均有三次重复度。实验监测期由当年3月起，至9月为止。监测期间屋顶除仅接纳自然降雨，定期摘除杂草，未进行任何人工施肥或灌溉。宿根草花植物群落的植被覆盖率以7-10天为间隔记录。
[0065]
结果与分析
[0066]
图1分别给出了实验期间宿根草花植物群落在4种基质配方中的植被覆盖率变化
趋势，表中基质a代表本发明中所述配方。由图可见，不同配方的基质间观赏植物的覆盖率存在显著区别，且基质a表现最具优势。实验期间，配方a中的宿根观赏草花群落覆盖率由41％增加到70.4％，共增加约30％，说明配方a具有促进植物生长的显著效果。监测期间，植被覆盖率最高可达83.1％，最低则不低于67.8％，说明该基质配方即使在夏季高温极端条件下(实验地在重庆，7月-8月监测时段高温在37
°‑
41
°
)也能够保证较高的植被覆盖度。本研究证明即使在高温无灌溉的极端条件下，本发明所述a配方也能够对实验中所用的观赏性宿根草花群落提供良好促长与植被盖度维持作用。
[0067]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。