一種集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開一種集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置及其方法。本發明的裝置包括梯形圓柱筒體和底座，二者一體化連接在一起；在筒體上設置有垂直孔；在筒體和底座上分別設有調節口，且在一條線上；底座具有褶皺的凸起和凹槽。本發明通過上述裝置的調節口將裝置環套在貧瘠干旱山坡林地的樹干基部；將固廢有機肥放置在裝置內。通過該方法實現了對林地進行緩釋水分和肥分，提高了肥分和水分的利用率；同時規避了固廢直接混施入土壤而帶來的重金屬等有害物質的次生污染風險。該方法節省了購買商品肥的成本，避免了由于施用化肥用量不當所造成的面源污染。因此，通過該方法不僅提高了植物產量，改善了土壤肥力，也同時實現了變廢為寶的節能環保目標。
【專利說明】一種集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置及其方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于節能環保領域，特別涉及適用于貧瘠干旱山坡林地的一種集雨節水型 緩釋固廢有機肥分的裝置及其方法。

【背景技術】
[0002] 我國亞熱帶山坡林地由于長期的人為不合理開發，大量施用化肥而導致土壤發生 板結，地力下降等結構性質的改變。近年來，桉樹憑借速生優勢，當年營造即可達到當年成 林的效果，在我國亞熱帶地區倍受青睞。隨著桉樹經濟林面積的不斷擴大，社會各界越來越 關注桉樹林所造成的環境負面問題，諸如種植桉樹使林地土壤嚴重退化、對區域水資源水 量的影響，以及施肥中帶來的面源污染對水質安全構成威脅等，這些可能發生的生態環境 問題在一定程度上影響了一些地區桉樹經濟林的發展。大量研究認為，天然林轉變為桉樹 人工林后，土壤有機質、養分含量和水源水量會下降。目前缺乏一種科學經濟的措施來保持 甚至提高山坡桉樹林地的地力。
[0003] 隨著工農業的大力發展，伴隨產生了大量的城鄉有機廢棄物，如城鎮污泥、畜禽糞 便、城市垃圾、作物秸桿和湖塘底泥等。目前這些有機廢物的處置成為社會關注的環保問 題，若把有機物質進行回田，應用在日益有機質流失的農林地，這將是一條可持續資源化利 用的有效途徑。以城鎮污泥為例，其中含有大量可利用的氮、磷、鉀多種微量元素和有機質， 但因其中含有毒、有害、難降解的有機物、重金屬、病原菌及寄生蟲（卵）等物質而限制了其 土地利用。因此，尋找一種污泥安全農用方式是解決此問題的關鍵所在。
[0004] 對于將城鄉有機廢棄物用于山坡林地的基本做法，普遍是通過加工工藝制造為有 機成品肥，再混入土壤進行施用，這需產生一定的生產成本，而直接利用裝置放入有機肥施 入山坡林地的方式鮮有報道。申請號為201120054533. X的一種樹木有機肥水滲灌施肥裝 置，主要是針對有機廢物廢液能夠貯存利用，優點是可直接在現場用于綠化樹木，如公園樹 木和果園樹木等。但該裝置在實際應用過程中具有一定的局限性，裝置需埋藏地下，發酵液 是否可以安全的使用，工作人員需對此具備一定的知識；樹木長大過程中另選地點再進行 安裝不同型號的裝置，另需再占地，也需人工進行二次改裝。申請號為200510126408. 4的 環保施肥器，主要涉及利用一個圓筒塑料瓶放入城市污泥對植物進行施肥的一種方法。優 點是用材經濟、操作方便，原理簡單、不需繁瑣的技術培訓。但此方法中涉及的環保施肥器， 也另需占地，比較適用于在地勢平緩、空間利用相對容易的花圃、菜園地和公園綠地，但針 對地形起伏、地面利用率低的山坡林地并不適用。


【發明內容】

[0005] 為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種集雨節水型緩 釋固廢有機肥分的裝置。該裝置既能夠滿足在地勢起伏的山坡林地使用，占地面積小，也能 具備收集雨水、節水蓄水、緩釋保肥、環保經濟等功能。在實現人工林經濟價值的同時，也能 同時達到固廢資源化節能環保的目標。
[0006] 本發明的另一目的在于提供貧瘠干旱山坡林地的一種集雨節水型緩釋固廢有機 肥分的方法。本發明考慮到在南方貧瘠赤紅壤上種植商品人工林出現爭水爭肥的現狀， 充分利用固廢有機肥分可農林資源化利用的特點，將固廢有機肥安全的施用于南方貧瘠林 地，該方法適用于在水土流失區土地貧瘠化嚴重的地區推廣使用。
[0007] 本發明選擇種植經濟林（如桉樹人工林）的南方貧瘠赤紅壤林地，在經濟林木主 干基部環套自制的集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置，在裝置內放入固廢有機肥，在人 為澆灌或自然降雨的情況下，緩慢給經濟林苗木輸送水分，從而可提高水分利用率；在氣候 干旱或半干旱狀態下，由于塑料裝置覆蓋在苗木主干基部，具有減少土壤水分蒸發的保墑 效果；在給林木進行澆灌水分的同時，固廢有機肥中可利用的水溶性肥分也會隨水分緩緩 下滲，而絕大部分的有害物質（如重金屬等）被截留在塑料裝置內，當固廢有機肥的養分釋 放完畢或者需要進一步處理固廢殘渣時，方便回收裝置內的固廢殘渣，從而對其再進行后 續處理。裝置極易清洗干凈，進行多次循環使用。該方法能夠滿足在地勢起伏的山坡林地 使用，可實現收集雨水、節水蓄水、緩釋保肥、環保經濟等多重功能。在創造人工經濟林價值 的同時，也能達到固廢資源化利用的節能環保目標。
[0008] 本發明的目的通過下述技術方案實現：一種集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝 置，包括喇叭狀中空的梯形圓柱筒體和具有折扇形褶皺的底座，所述梯形圓柱筒體設置于 底座上，二者一體化連接在一起；在梯形圓柱筒體上設置有垂直孔；在梯形圓柱筒體和底 座上分別設有可調節開口的調節口，可調節裝置環套在樹干上；底座具有褶皺的凸起和凹 槽。該裝置是由可降解并具有一定韌性和彈性的環保塑料制成。
[0009] 所述的垂直孔在裝置梯形圓柱筒體與底座連接處上部IOcm處的筒體外側均勻打 孔一周；
[0010] 所述的喇機狀的梯形圓柱筒體的外徑優選為40cm?50cm，內徑優選為IOcm? 20cm，高優選為60cm?80cm ;其中在現場使用時，可根據樹基主干的周徑設計為大小不同 的內外徑和高度；
[0011] 所述的底座具有折扇形褶皺，由四周向中間傾斜，具有一定角度的傾斜度，便于水 分向樹干主基中間匯流；底座這種凹凸設計主要是考慮增加固廢有機肥與裝置間的透氣 性，即增加有機肥發生好氧反應的表面積，避免其易在底部板結發生厭氧反應而次生一些 對植物生長不利的有害物質；
[0012] 所述的一定角度的傾斜度的角度優選為15°?20° ;
[0013] 所述的垂直孔是在梯形圓柱筒體與底座連接處上部IOcm的筒體外側一周均勻打 孔，孔徑優選為2. Ocm?3. Ocm ;外側的均勻打孔是考慮來水量大比較大時，水分可以在向 主干中心聚集匯流的同時可以產生垂直流，基本保證肥分隨水分均勻的聚集在樹木主干根 基部周圍，這樣可以提高水分和肥分的吸收利用效率；
[0014] 所述的在梯形圓柱筒體和底座上分別設的調節口是在一條線上；
[0015] 所述的調節口，可調節裝置環套在樹干的主基底部；
[0016] 所述的褶皺的凸起和凹槽，可以增加底座表面積；
[0017] 所述裝置優選是選擇環保塑料設計制作，目的是此裝置在環境內使用數次之后便 于回收降解。
[0018] 運用上述集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置的方法，包括如下步驟：
[0019] (1)通過上述裝置的調節口將裝置環套在貧瘠干旱山坡林地的樹干基部；將固廢 有機肥放置在裝置內；由四周向中間傾斜的底座，即增加固廢有機肥與裝置間的透氣性， 又增加有機肥發生好氧反應的表面積，避免其易在底部板結發生厭氧反應而次生一些對植 物生長不利的有害物質；在梯形圓柱筒體與底座連接處上部IOcm的筒體外側一周的垂直 孔，是考慮來水量大比較大時，水分可以在向主干中心聚集匯流的同時可以產生垂直流，基 本保證肥分隨水分均勻的聚集在樹干根基部周圍，這樣可以提高水分和肥分的吸收利用效 率；
[0020] (2)當樹木每生長4?8個月時，固廢有機肥放在戶外會發生一定的干化濃縮，可 在原有干化固廢有機肥的基礎上再添加新鮮固廢有機肥，或者當發現固廢有機肥分輸送減 弱時，也可徹底更換固廢有機肥，對裝置內的固廢有機肥進行回收再處理；塑料裝置可以繼 續使用或再更新，對替換掉的裝置進行回收處理。
[0021] 所述的固廢有機肥，是裝置體積的2/3?1倍；
[0022] 所述的固廢有機肥優選為城鎮污泥、城鎮畜禽有機糞肥、城鎮垃圾或湖塘底泥有 機肥等；
[0023] 所述的城鎮污泥為城鎮污水廠運輸未消化的脫水污泥；
[0024] 所述的城鎮畜禽有機糞肥是經過發酵無異味的有機糞肥；
[0025] 所述的城鎮垃圾是經過分類后適合做有機肥的垃圾；
[0026] 所述的湖塘底泥是氮磷超標的富營養化湖塘的底泥；
[0027] 本發明的設計原理及工作過程是：主要是利用可以放置固廢有機肥的塑料裝置， 對經濟林地進行一種集雨節水和緩釋施肥的方法。此方法主要針對種植樹木的山坡林地 (例如亞熱帶的經濟桉樹林地）選擇使用時，將裝置環套在樹干基部，再在裝置內放入固廢 有機肥料（如城鎮污泥、城鎮垃圾和湖塘底泥有機肥等）。對林木進行人工澆水或經自然雨 水淋灌時有機肥分將隨水分下滲。當來水量較大時，水分帶著養分垂直流下，也會向中間緩 緩匯流，水分養分也都集中滲入樹干根基部四周，起到緩釋肥分的作用。當氣溫較高，土壤 水分蒸發較快時，由于有裝置在樹干基部覆蓋，減少了根基部的水分蒸發量，起到了保水保 肥的效果。固廢有機肥被放在裝置內，對重金屬等有害物質起到了一定的阻隔作用，減少了 固廢直接混入土壤而帶來的二次污染風險。由此，該方法起到了節約、環保的雙重目標。
[0028] 本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果：
[0029] (1)塑料裝置制作簡便，成本低廉，選材可降解塑料便于回收處理。
[0030] (2)所用城鎮污泥、城鎮垃圾和湖塘底泥均屬固體廢棄物之一，氮磷含量堪比農家 有機肥，可以作為有機復合肥來提高土壤的綜合肥力。該方法節省了種植林木所需購買商 品肥的成本，避免了由于施用化肥用量不當所造成的面源污染。
[0031] (3)利用塑料裝置放入固廢有機肥，對林地進行緩釋水分和肥分，提高了肥分和水 分的利用率；同時重金屬則被截留在裝置內而減少了向土壤的轉移。此方法利用了固廢有 機肥可增加土壤肥力的優點，并規避了固廢直接混施入土壤而帶來的重金屬等有害物質的 次生污染風險。該方法不僅提高了植物產量，改善了土壤肥力，也同時實現了變廢為寶的節 能環保目標。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1是集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置的使用示意圖。
[0033] 圖2是集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置的示意圖。
[0034] 圖3是集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置的底座俯視圖。
[0035] 其中，1-梯形圓柱筒體；2-底座；3-樹干基部；4-固廢有機肥；5-垂直孔；6-調節 口；7-凸起；8-凹槽。

【具體實施方式】
[0036] 下面結合實施例及附圖對發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于 此。
[0037] 實施例1
[0038] 如圖2所示，一種集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置剖視圖，包括一個喇叭狀 的梯形圓柱筒體1，與梯形圓柱筒體1連接的底座2是一個四周向中間傾斜具有折扇形褶皺 的中空圓形底座，底座2的這種凹凸設計增加了污泥在裝置內發生好氧反應的表面積，目 的是為了避免有機肥在底部板結而發生厭氧反應產生次生毒性。梯形圓柱筒體1和底座2 上均設有可調節開口的調節口 6,且在一條線上，便于調節裝置的拆裝。在梯形圓柱筒體1 上設有供水分肥分垂直流下的垂直孔5。如圖3所示，是集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝 置底座2的俯視圖，有可調節開口的調節口 6,底座2具有折扇形褶皺的凸起7和凹槽8。
[0039] 實施例2
[0040] 如圖1所示，一種集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置使用示意圖，將裝置環套 放置在樹干基部3，裝置內盛有固廢有機肥4。底座2由四周向中間環包樹干基部處傾斜，具 有一定角度的傾斜度（20° )，便于水分向樹干主基中間匯流；底座2具有折扇形褶皺的凸 起7和凹槽8 (如圖3所示），這種凹凸設計主要是考慮增加固廢有機肥與裝置間的透氣性， 即增加有機肥發生好氧反應的表面積，避免其易在底部板結發生厭氧反應而次生一些對植 物生長不利的有害物質；調節口 6,便于調節裝置拆裝，環包在樹干基部3 ;垂直孔5是在梯 形圓柱筒體1與底座2連接處上部IOcm的筒體外側一周均勻打孔，外側的均勻打孔是考慮 來水量大比較大時，水分可以在向主干中心聚集匯流的同時可以產生垂直流，基本保證肥 分隨水分均勻的聚集在樹干根基部周圍，這樣可以提高水分和肥分的吸收利用效率。當自 然淋雨或人工澆灌時，有機肥分會溶解在水分中，隨水流進入到土壤中被植物吸收，減少了 肥分的流失，起到肥分高效利用和緩釋肥分的效果。裝置放置在樹干基部也同時減少了土 壤的水分蒸發，同時起到一定的保水效果。
[0041] 實施例3
[0042] 通過利用集雨節水型緩釋固廢有機肥分的方法，進行模擬淋濾試驗驗證肥分緩釋 效果和重金屬滯留效果的應用實例對本發明進行說明：
[0043] 本實施例中所用的城鎮污泥為廣州大坦沙污水處理廠的未消化脫水污泥。
[0044] 將少量的固廢城鎮污泥放入裝置內，中間放置一圓木來模擬樹干，隔周淋水1次， 共6個月，檢測裝置中固廢污泥的氮磷鉀和重金屬的含量（見表1)。
[0045] 表1固廢污泥的養分和重金屬含量的比較（mg/kg DW)
[0046]

【權利要求】
1. 一種集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置，其特征在于：包括喇叭狀中空的梯形圓 柱筒體和具有折扇形褶皺的底座，所述梯形圓柱筒體設置于底座上，二者一體化連接在一 起；在梯形圓柱筒體上設置有垂直孔；在梯形圓柱筒體和底座上分別設有調節口；底座具 有褶皺的凸起和凹槽。
2. 根據權利要求1所述的集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置，其特征在于：所述的 垂直孔在梯形圓柱筒體與底座連接處上部l〇cm處的筒體外側均勻打孔一周。
3. 根據權利要求1所述的集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置，其特征在于：所述的 梯形圓柱筒體的外徑為40cm?50cm，內徑為10cm?20cm，高為60?80cm。
4. 根據權利要求1所述的集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置，其特征在于：所述的 底座由四周向中間傾斜，具有一定角度的傾斜度； 所述的一定角度的傾斜度的角度為15°?20°。
5. 根據權利要求1所述的集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置，其特征在于：所述的 在梯形圓柱筒體和底座上分別設的調節口是在一條線上。
6. 根據權利要求1所述的集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置，其特征在于：所述的 裝置的材料為環保塑料。
7. 運用權利要求1?6任一項所述的集雨節水型緩釋固廢有機肥分的裝置的方法，其 特征在于包括如下步驟： (1) 通過權利要求1或5所述的調節口將裝置環套在貧瘠干旱山坡林地的樹干基部； 將固廢有機肥放置在裝置內； (2) 當樹木每生長4?8個月時，固廢有機肥放在戶外會發生一定的干化濃縮，在原 有干化固廢有機肥的基礎上再添加新鮮固廢有機肥，或者當發現固廢有機肥肥分輸送減弱 時，徹底更換固廢有機肥，對裝置內的固廢有機肥進行回收再處理；裝置繼續使用或再更 新，對替換掉的裝置進行回收處理。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于： 所述的固廢有機肥為城鎮污泥、城鎮畜禽有機糞肥、城鎮垃圾或湖塘底泥有機肥。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于： 所述的城鎮污泥為城鎮污水廠運輸未消化的脫水污泥。
10. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于： 所述的城鎮畜禽有機糞肥是經過發酵無異味的有機糞肥； 所述的城鎮垃圾是經過分類后適合做有機肥的垃圾； 所述的湖塘底泥是氮磷超標的富營養化湖塘的底泥。
【文檔編號】A01C23/04GK104255168SQ201410486254
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】黑亮, 吳啟堂, 亢慶, 陳文龍, 董延軍, 李 杰, 范群芳 申請人:珠江水利委員會珠江水利科學研究院