一種改性納米碳改善土壤基質(zhì)草坪草再生性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改性納米碳改善土壤基質(zhì)草坪草再生性的方法，采用高25cm、直徑12cm的塑料花盆，將紗布清洗烘干后剪成大小合適的圓形固定花盆底部，每個(gè)容器共稱重2kg園土基質(zhì)，園土中分別加入園土基質(zhì)重量的1-5%改性納米碳；分別播種高羊茅種子4.5g，實(shí)驗(yàn)期間每天定時(shí)定量給水，滿足植物生長(zhǎng)所需，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行植物培養(yǎng)，培養(yǎng)期間溫度為25-34℃，相對(duì)濕度為31%-48%，光照條件為自然入射光，實(shí)驗(yàn)歷時(shí)120d，在實(shí)驗(yàn)第60d對(duì)高羊茅地上部分進(jìn)行刈割，留1cm茬，測(cè)量一茬草生物量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行二茬草生物量的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：5%HNO3改性納米碳可以提高土壤基質(zhì)高羊茅的再生性。
【專利說(shuō)明】一種改性納米碳改善土壤基質(zhì)草坪草再生性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及城市綠化，特別是改性納米碳改善土壤基質(zhì)草坪草再生性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在構(gòu)建草坪建植體系中，草皮鋪設(shè)法在國(guó)內(nèi)外城市應(yīng)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(zhǎng)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(guó)家的熱銷產(chǎn)品，僅美國(guó)草皮銷售產(chǎn)值每年超過(guò)100億美元。我國(guó)草皮生產(chǎn)前景同樣廣闊，很多城市每平方米售價(jià)高達(dá)10元。盡管草皮建植應(yīng)用非常流行，但其弊端也不能回避。
[0003]城市草坪建植體系是集生態(tài)調(diào)控、景觀美化、運(yùn)動(dòng)休閑及文化娛樂(lè)等多種功能為一體的生態(tài)工程。它是城市復(fù)合綠化系統(tǒng)的重要組成部分，不僅在維系復(fù)合城市生態(tài)系統(tǒng)平衡方面發(fā)揮著重要作用，而且它所帶來(lái)的景觀與美化效果是城市其它建設(shè)工程與項(xiàng)目所不可替代的。草坪有能保持水土，凈化空氣，降低環(huán)境噪聲等能力，可以改善居民的生活環(huán)境質(zhì)量。除此之外，草坪建植體系的構(gòu)建對(duì)于改善城市投資環(huán)境、吸引外資、促進(jìn)旅游等各個(gè)方面都起著不可忽略的作用，而城市中草坪綠化質(zhì)量及面積也已成為評(píng)價(jià)城市環(huán)境質(zhì)量的重要客觀標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]在構(gòu)建草坪建植體系中，草皮鋪設(shè)法在國(guó)內(nèi)外城市應(yīng)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(zhǎng)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(guó)家的熱銷產(chǎn)品，僅美國(guó)草皮銷售產(chǎn)值每年超過(guò)100億美元。我國(guó)草皮生產(chǎn)前景同樣廣闊，很多城市每平方米售價(jià)高達(dá)10元。盡管草皮建植應(yīng)用非常流行，但其弊端也不能回避。
[0005]草皮生產(chǎn)普遍采用成坪草皮卷直接鋪設(shè)，可使業(yè)主在短期內(nèi)獲得成坪整齊的草坪，但這種方式會(huì)帶走肥沃的表層土壤。為保證草皮品質(zhì)，傳統(tǒng)的草皮生產(chǎn)每完成一次生產(chǎn)過(guò)程，至少要鏟去2 cm以上熟土，在同一地塊連續(xù)生產(chǎn)3-4茬草皮之后，肥沃的農(nóng)田便遭到破壞，最肥沃的有機(jī)質(zhì)土壤層被剝離干凈，造成土地貧瘠。崔建宇等(2003)對(duì)草皮培植區(qū)的土壤特征進(jìn)行了研究，結(jié)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。
[0006]碳黑是生物體或化石原料的揮發(fā)成分在不完全燃燒或高溫?zé)峤鈺r(shí)轉(zhuǎn)化而成的，是氣態(tài)過(guò)程的產(chǎn)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(qiáng)的表面吸附能力，使其在重金屬污染土壤治理中的應(yīng)用成為可能。碳黑表面有酸性官能團(tuán)和堿性含氧官能團(tuán)。酸性官能團(tuán)使碳黑具有極性，有利于吸附各種極性較強(qiáng)的化合物；堿性官能團(tuán)易吸附極性較弱或非極性物質(zhì)。人們?cè)趯?duì)烏柏籽殼活性炭氧化改性后發(fā)現(xiàn):表面含氧官能團(tuán)數(shù)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(duì)某些有一定極性的溶質(zhì)吸附容量增加。說(shuō)明碳黑表面的官能團(tuán)經(jīng)氧化處理，可以提高表面含氧酸性基團(tuán)的含量，增強(qiáng)表面的極性，從而提高對(duì)極性物質(zhì)的吸附效果O
[0007]納米碳的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在納米碳豐富的微孔中，用于去除水和空氣中的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的分子直徑必須小于納米碳的孔徑，化學(xué)吸附主要是由于納米碳的表面含有官能團(tuán)，與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。介質(zhì)中的雜質(zhì)通過(guò)物理吸附和化學(xué)吸附不斷進(jìn)入納米碳的多孔結(jié)構(gòu)中使納米碳吸附飽和，吸附效果下降。吸附飽和后的納米碳需要進(jìn)行活化再生，恢復(fù)其吸附能力，重復(fù)使用，吸附容量越大，吸附效果就越好。目前普遍認(rèn)為納米碳是有機(jī)污染物的超強(qiáng)吸附劑。它能夠強(qiáng)烈吸附多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、多氯代二苯并二惡英、多氯代二苯并呋喃和多溴聯(lián)苯醚、農(nóng)藥敵草隆、3—氯酚和菲等各種有機(jī)污染物。事實(shí)上，納米碳對(duì)重金屬也有一定的吸附作用。吳成等發(fā)現(xiàn)碳黑能夠強(qiáng)烈吸附Hg2+、As3+、Pb2+和Cd2+，且對(duì)Pb2+最大吸附量遠(yuǎn)大于對(duì)其他幾種重金屬。
[0008]但是，納米碳是疏水性的非極性吸附劑，對(duì)非極性有機(jī)物具有較強(qiáng)的親和力，而對(duì)極性物質(zhì)，雖然可以吸附，但吸附能力較弱。已有研究表明，納米碳對(duì)Pb2+的最大吸附量遠(yuǎn)小于礦物和腐植酸。通過(guò)氧化改性調(diào)節(jié)表面酸性基團(tuán)含量，可明顯增強(qiáng)其對(duì)Pb2+、Cr3+等極性較強(qiáng)的物質(zhì)的吸附，減弱對(duì)極性較弱的有機(jī)物質(zhì)的吸。因此，有目的地對(duì)納米碳進(jìn)行表面改性，賦予其一些特殊的表面化學(xué)性質(zhì)，從而改變其吸附性能是切實(shí)可行的。
[0009]針對(duì)納米碳表面改性的方法主要有化學(xué)改性、物理改性、化學(xué)和物理聯(lián)合改性、等離子體改性和電化學(xué)改性等?；瘜W(xué)改性又分為氧化改性、還原改性、負(fù)載金屬離子改性、添加N、F、C1等雜原子改性。其中納米碳的氧化改性主要是利用強(qiáng)氧化劑在適當(dāng)溫度下對(duì)納米碳表面進(jìn)行氧化處理，從而提高碳黑表面含氧酸性基團(tuán)的含量，增強(qiáng)表面極性。目前，通過(guò)氧化改性提高活性炭表面酸性基團(tuán)的改性劑主要有順03、H2O2, H2SO4, HC1、HC10、HF和O3等氧氧化碳黑，引入了梭基，其含量為6%。
[0010]從上面分析可以看出，納米碳多作為環(huán)境修復(fù)材料來(lái)加以利用，如果可以提高植物的再生性能，將是一項(xiàng)十分有意義的工作。在草皮生產(chǎn)中，隨著草皮的生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，土壤的結(jié)構(gòu)會(huì)變差，土壤養(yǎng)分也會(huì)有較大的損失。這種情況下，會(huì)大大影響草坪植物的再生性。鑒于此，本技術(shù)就是通過(guò)向土壤施加改性納米碳黑，來(lái)達(dá)到改善草坪植物的再生性的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種改性納米碳改善土壤基質(zhì)草坪草再生性的調(diào)控方法。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明:本發(fā)明添加改性納米碳可以提高土壤基質(zhì)高羊茅的的再生性。這一技術(shù)為可持續(xù)高效草坪的建植提高技術(shù)支撐。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案:
一種改性納米碳對(duì)土壤基質(zhì)草坪草再生性的調(diào)控方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)
行:
(1)材料的處理:
采集土壤樣品過(guò)2 mm篩混勻備用；土壤性質(zhì)為:pH 7.44，有機(jī)質(zhì)含量4.68，全氮
0.21%,全磷22.03 mg.kg—1,飽和含水量0.58 mL.g_S 土壤樣品過(guò)2 mm篩混勻備用；
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(duì)其進(jìn)行改性，分別得到KMn04、H2S04或HN03改性的納米碳；
(2)實(shí)驗(yàn)方法：
實(shí)驗(yàn)采用高25 cm、直徑12 cm的塑料花盆，將紗布清洗烘干后剪成大小合適的圓形固 定花盆底部，每個(gè)容器共稱重2 kg園土基質(zhì)，園土中分別加入園土基質(zhì)重量的1-5%改性納 米碳；分別播種高羊茅種子4. 5g，實(shí)驗(yàn)期間每天定時(shí)定量給水，滿足植物生長(zhǎng)所需，在實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)進(jìn)行植物培養(yǎng)，培養(yǎng)期間溫度為25-34 V，相對(duì)濕度為31%-48%，光照條件為自然入射 光，實(shí)驗(yàn)歷時(shí)120 d，在實(shí)驗(yàn)第60 d對(duì)高羊茅地上部分進(jìn)行刈割，留1 cm茬，測(cè)量一茬草生 物量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行二茬草生物量的測(cè)量。
[0013]其中園土中分別加入園土基質(zhì)重量的1%，3%，5%的H2S04改性納米碳；分別加入 1%，3%，5%的HN03改性納米碳；分別加入1%，3%，5%的KMn04改性納米碳。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了改性納米碳對(duì)土壤基質(zhì)草坪草再生性的調(diào)控方法在提高土 壤基質(zhì)高羊茅再生性方面的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明：5%1^03改性納米碳對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最 明顯。
[0015]本發(fā)明更加詳細(xì)的制備方法如下：
材料與方法
1. 1實(shí)驗(yàn)材料
供試土壤樣品取自天津師范大學(xué)院內(nèi)。土壤深度為0-20 cm，采集的土壤樣品過(guò)2 mm 篩混勻備用。土壤性質(zhì)為：pH 7. 44,有機(jī)質(zhì)含量4. 68,全氮0. 21%,全磷22. 03 mg ? kg' 飽和含水量0. 58 mL ? g_\ 土壤樣品過(guò)2 mm篩混勻備用。草坪植物選用高羊茅 arundinacea L )。供試納米碳購(gòu)于天津市秋實(shí)碳黑廠，粒徑20-70 nm,比表面積為1. 2 X 105 m2 ? kg' pH值為7，施用前對(duì)其進(jìn)行改性。
[0016]1.2改性納米碳的制備
KMn04改性：稱取納米碳10 g于250 mL錐形瓶中，加入100 mLO. 03 mol ? I71的KMn04 溶液，靜置10 min后，放于萬(wàn)用電熱器上沸騰回流1 h。冷卻后，用去離子水反復(fù)沖洗，使溶 液不再渾濁且pH穩(wěn)定。轉(zhuǎn)移至燒杯，110°C條件下烘干至恒重。
[0017]H2S04改性：稱取10 g納米碳加入到250 mL 20%的H2S04溶液中，在110 °C條件 下加熱90 min。冷卻后，用去離子水反復(fù)沖洗，使溶液不再渾濁且pH穩(wěn)定。在110°C條件 下烘干至恒重。
[0018]HN03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(fēng)櫥的加熱 板上110 °(：氧化反應(yīng)2 ho冷卻后,用去離子水反復(fù)沖洗，使溶液不再渾濁且pH穩(wěn)定。在 110°C條件下烘干至恒重。
[0019]1. 3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)采用高25 cm、直徑12 cm的塑料花盆，將紗布清洗烘干后剪成大小合適的圓形固 定花盆底部。每個(gè)容器共稱重2 kg基質(zhì)，分別為：僅園土（CK);園土中分別加入1%，3%，5% 的H2S04改性納米碳(質(zhì)量比）；園土中分別加入1%，3%，5%的HN03改性納米碳；園土中分別 加入1%，3%，5%的KMn04改性納米碳。分別播種高羊茅種子4. 5 g。實(shí)驗(yàn)期間每天定時(shí)定量 給水，滿足植物生長(zhǎng)所需。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行植物培養(yǎng)，培養(yǎng)期間溫度為25-34 °C，相對(duì)濕度 為31%-48%，光照條件為自然入射光，實(shí)驗(yàn)歷時(shí)120 d。在實(shí)驗(yàn)第60 d對(duì)高羊茅地上部分進(jìn) 行刈割，留1 cm茬，測(cè)量一茬草生物量。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行二茬草生物量的測(cè)量。[0020]1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法
文中數(shù)據(jù)都是3次重復(fù)的平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差，采用SPSS 11.5軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較均值中的單因素ANOVA統(tǒng)計(jì)分析。
[0021]2研制結(jié)果分析
2.1改性納米碳對(duì)高羊茅一茬草生物量的影響
本實(shí)驗(yàn)中的改性納米碳對(duì)高羊茅地上干鮮重有不同程度的促進(jìn)作用，其中添加5%的三種改性納米碳處理組效果最明顯，5% H2SO4，5% HNO3和5% KMnO4改性納米碳使高羊茅的地上鮮重相比CK分別顯著增加了 14.71%，35.66%和；28.18%地上干重相比CK分別顯著增加了 32.65%，36.73%和35.20%。實(shí)驗(yàn)第一階段三種改性納米碳對(duì)高羊茅形態(tài)生長(zhǎng)已有明顯的影響。
[0022]表1改性納米碳對(duì)高羊茅一茬草生物量的影響
【權(quán)利要求】
1.一種改性納米碳改善土壤基質(zhì)草坪草再生性的調(diào)控方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行: (1)材料的處理: 采集土壤樣品過(guò)2 mm篩混勻備用；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(duì)其進(jìn)行改性，分別得到KMn04、H2SO4或HNO3改性的納米碳； (2)實(shí)驗(yàn)方法: 實(shí)驗(yàn)采用高25 cm、直徑12 cm的塑料花盆，將紗布清洗烘干后剪成大小合適的圓形固定花盆底部，每個(gè)容器共稱重2 kg園土基質(zhì)，園土中分別加入園土基質(zhì)重量的1-5%改性納米碳；分別播種高羊茅種子4.5g，實(shí)驗(yàn)期間每天定時(shí)定量給水，滿足植物生長(zhǎng)所需，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行植物培養(yǎng)，培養(yǎng)期間溫度為25-34 V，相對(duì)濕度為31%-48%，光照條件為自然入射光，實(shí)驗(yàn)歷時(shí)120 d，在實(shí)驗(yàn)第60 d對(duì)高羊茅地上部分進(jìn)行刈割，留I cm茬，測(cè)量一茬草生物量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行二茬草生物量的測(cè)量。
2.權(quán)利要求1所述的制備方法，其中園土中分別加入園土基質(zhì)重量的1%，3%，5%的H2SO4改性納米碳；分別加入1%，3%，5%的HNO3改性納米碳；分別加入1%，3%，5%的KMnO4改性納米碳。
3.權(quán)利要求1改性納米碳改善土壤基質(zhì)草坪草再生性的方法在提高土壤基質(zhì)高羊茅再生性方面的應(yīng)用；所述 的改性納米碳指的是:5%HN03改性納米碳。
【文檔編號(hào)】A01B79/02GK103797923SQ201410086696
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】趙樹(shù)蘭, 多立安, 賀璐 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)