本发明涉及土壤改良，具体涉及一种人工海绵土壤改进方法与应用。
背景技术：
1、海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的雨水“释放”并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在追求可持续发展和低碳绿色的今天，将海绵城市建设理念融入城市的建设成为了一种趋势。海绵城市措施的最终目的就是增加地块对于雨水径流量的削减能力，减少内涝风险，增加对雨水径流污染物控制，同时也对城市环境的美化起改善作用。
2、在城市化建设进程中，其原本的自然地貌和生态环境遭到了大规模的改变，建筑设施的急速增加使得地区中自然形成的雨水循环和吸收功能遭受严重破坏。在下垫面的分布比例上，硬地面积的比率急速上涨，下垫面的改变使得雨水无法通过常规的下渗快速吸收，只能大量地排至城市河湖或雨水管网，导致了许多城市排水系统不堪重负最终产生内涝灾害。城市中下垫面的改变还会对城市的温度、湿度、气流产生影响，使得城市污染问题日渐凸显。
3、海绵城市改变了传统快排式等排水方法，并且将渗、滞、蓄、净、用、排等方针贯穿于城市排涝工程始终。可见，海绵城市下垫面的渗透性能是海绵城市治理效果的关键因素。
4、海绵城市各项措施如：下凹式绿地、雨水花园、植草沟、湿塘等工艺技术，基本原理均是在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施。其下垫面的土壤渗透性能直接影响这些海绵设施的应用效果及功能。
5、目前，现有技术公开了一种人工海绵土壤及其应用。该专利中人工海绵土壤包括位于表层的种植层、位于中间层的渗水层和位于底层的蓄水层；所述种植层由土壤、腐熟物料、珍珠岩和蛭石组成；所述渗水层由土壤、腐熟物料和砾石组成；所述蓄水层由土壤、腐熟物料和火山岩组成。该发明以农林废弃物经腐熟发酵得到的有机腐熟物料为原料构建人工海绵土壤，在实现农林废弃物资源化利用的同时制备人工海绵土壤，所制备得到的人工海绵土壤具有优异的入渗性能和持水能力，可应用于海绵城市建设，还可应用于城市花卉基质、设施土壤和绿色屋顶、墙壁等单项设施的建设。
6、由于人类活动的影响，城市下垫面土壤中一般含有各种污染物，尤其是重金属。在降雨过程中，随着雨水在海绵设施土壤中的不断渗透，土壤中的重金属在雨水长期的洗脱作用下会进入土壤深处，并最终进入地下水含水层，造成地下水的污染并对人体健康构成威胁。因此，在提高海绵设施土壤渗透性的同时，拦截重金属污染，减少重金属污染物向地下水的渗透，对于海绵设施土壤的安全应用至关重要。
技术实现思路
1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的海绵土壤在提高渗透性的同时，无法兼顾拦截重金属污染物，抑制重金属污染向地下水渗透的缺陷、无法兼顾改善土壤盐碱的缺陷，从而提供一种人工海绵土壤改进方法与应用。
2、本发明第一方面保护一种人工海绵土壤改进方法，其中，所述方法包括：
3、用含有三价铁离子的溶液对填料进行改性处理，得到改性填料；
4、所述填料包括陶粒、蛭石和砾石中的至少一种；
5、将所述改性填料、腐熟物料、土壤混合，得到人工海绵土壤，铺设到待处理地块表面；
6、所述腐熟物料中，醌基的含量为12-15wt％，酚基的含量为8-10wt％，羧基的含量为8-10wt％。
7、本发明中，采用红光光谱与高效液相色谱的方式测量腐熟物料中醌基、酚基、羧基的含量。
8、其中，醌基和酚基能够将电子定向传递给高价态重金属离子(如六价铬离子)，将其还原为低毒性、低迁移性的低价态重金属离子(如三价铬离子)，从而减缓高价态重金属离子随雨水的下渗量；但是低价态重金属离子(如三价铬离子)不稳定，容易被再次氧化。此时羧基作为抗氧化配位体与低价态重金属离子形成稳定的配位体，从而阻止低价态重金属离子(如三价铬离子)的氧化。
9、本发明中，所述土壤包括植草沟、雨水花园、下凹式绿地、生态滤水设施、绿色屋顶等海绵设施的土壤。
10、根据本发明，以人工海绵土壤的体积为基准，所述土壤的体积为8-12％，所述改性填料的体积为30-50％，所述腐熟物料的体积为40-60％。
11、根据本发明，以人工海绵土壤的体积为基准，所述土壤的体积为9-11％，所述改性填料的体积为35-45％，所述腐熟物料的体积为45-55％。
12、根据本发明，当改性填料为改性陶粒、改性砾石和改性蛭石时，所述改性陶粒、改性砾石、改性蛭石的体积比为(15-25):(10-15):(5-10)，优选为(17-23):(12-14):(6-8)。
13、根据本发明，所述铺设的厚度为20-60cm，优选为30-50cm。
14、根据本发明，所述改性陶粒的平均粒径为5-10mm，所述改性砾石的平均粒径为10-20mm，所述改性蛭石的平均粒径为10-15mm。
15、根据本发明，所述改性处理包括：将填料浸泡在浓度为0.8-1.2mol/l含有三价铁离子的溶液中，静置后干燥；其中，所述填料与所述含有三价铁离子的溶液的固液比为1:20-25，单位为g/ml。
16、本发明中，浓度为0.8-1.2mol/l含有三价铁离子的溶液中的浓度是指三价铁离子的浓度。
17、本发明中，所述干燥的方式为本领域常规干燥方式，典型非限定性地，干燥方式为风干，干燥温度为室温，不进行限定，能够充分干燥即可。
18、根据本发明，所述含有三价铁离子的溶液中的三价铁离子来自三氯化铁、硝酸铁中的至少一种。
19、根据本发明，所述静置的时间为18-24h。
20、本发明中，所述静置的温度不低于0℃，优选为15-25℃。
21、根据本发明，所述腐熟物料的制备步骤包括：将农林废弃物和畜禽粪便混合，进行第一阶段腐熟，后进行第二阶段腐熟，得到腐熟物料；
22、其中，所述第一阶段腐熟的温度为45-55℃，所述第二阶段腐熟的温度为30-35℃。
23、本发明中，所述第一阶段腐熟的温度采用人工加热的方式，来加速木质纤维素的快速腐解。当第一阶段腐熟进行到碳氮比低于20:1时证明完成第一阶段腐熟，采用元素分析仪进行检测。控制第二阶段腐熟温度，保证腐熟过程中生成的醌基、酚基、羧基的化学结构稳定，不会分解。
24、根据本发明，所述农林废弃物与所述畜禽粪便质量比为1:1-1.5。
25、根据本发明，所述农林废弃物包括玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、水稻秸秆中的至少一种。
26、根据本发明，所述畜禽粪便包括牛粪、羊粪、猪粪中的至少一种。
27、根据本发明，当农林废弃物为玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、水稻秸秆时，玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、水稻秸秆的质量比为(5-6):1:(2-3):(2-3)。
28、根据本发明，当畜禽粪便为牛粪、羊粪、猪粪时，牛粪、羊粪、猪粪的质量比为(1-2):(1-2):(1-2)。
29、根据本发明，所述第一阶段腐熟的时间为2-3h。
30、根据本发明，所述第二阶段腐熟的时间为4-5h。
31、本发明第二方面保护前述的方法在海绵城市建设中的应用。
32、本发明技术方案，具有如下优点：
33、1、本发明提供一种人工海绵土壤改进方法，其中，所述方法包括：用含有三价铁离子的溶液对填料进行改性处理，得到改性填料；所述填料包括陶粒、蛭石和砾石中的至少一种；将所述改性填料、腐熟物料、土壤混合，得到人工海绵土壤，铺设到待处理地块表面；所述腐熟物料中，醌基的含量为12-15wt％，酚基的含量为8-10wt％，羧基的含量为8-10wt％。本发明的改进方法能够提高人工海绵土壤的渗透性能，减少城市雨水径流量从而降低城市洪涝灾害风险，同时补充地下水，从而缓解城市水资源短缺的问题；腐熟物料中的醌基和酚基能够将电子定向传递给高价态重金属离子(如六价铬离子)，将其还原为低毒性、低迁移性的低价态重金属离子(如三价铬离子)，拦截高价态重金属离子，减少高价态重金属离子随雨水的下渗量；但是低价态的重金属离子(如三价铬离子)不稳定，容易被再次氧化。此时羧基作为抗氧化配位体与低价态重金属离子形成稳定的配位体，从而阻止低价态重金属离子(如三价铬离子)的氧化，能够降低土壤中重金属污染物向地下水下渗；同时改性填料遇水呈酸性，可在一定程度上改善土壤盐碱化，进一步优化水土状态；此外该方法安全简便，降低海绵设施的建设成本，提高城市的可持续发展性；且本发明的方法可以应用于不同的地域中的城市，并应用于多种海绵设施，具有较高的普遍适用性。
34、2、本发明中改性填料特定的体积比，使得改性陶粒、改性砾石、改性蛭石能够进一步充分发挥出其提高人工海绵土壤的渗透性的作用，拦截重金属污染，进一步降低重金属污染物下渗，降低盐碱程度。
35、3、本发明中人工海绵土壤中各组分特定的体积占比，使得各组分协同合作，能够进一步加强人工海绵土壤的渗透性，拦截重金属污染，降低重金属污染下渗。
36、4、本发明中特定的第一阶段腐熟条件能进一步加速木质纤维素的快速腐解；特定的第二阶段腐熟条件保证腐熟过程中生成的醌基、酚基、羧基的化学结构稳定，不会分解；进一步使得包含腐熟物料的人工海绵土壤具有更好的渗透性，拦截重金属污染，降低重金属污染下渗，降低盐碱化程度。
1.一种人工海绵土壤改进方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以人工海绵土壤的体积为基准，所述土壤的体积为8-12％，所述改性填料的体积为30-50％，所述腐熟物料的体积为40-60％；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当改性填料为改性陶粒、改性砾石和改性蛭石时，所述改性陶粒、改性砾石、改性蛭石的体积比为(15-25):(10-15):(5-10)，优选为(17-23):(12-14):(6-8)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铺设的厚度为20-60cm，优选为30-50cm；
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述改性处理包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述含有三价铁离子的溶液中的三价铁离子来自氯化铁、硝酸铁中的至少一种；
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述腐熟物料的制备步骤包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述农林废弃物与所述畜禽粪便质量比为1:1-1.5；
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述第一阶段腐熟的时间为2-3h；
10.权利要求1-9中任意一项所述的方法在海绵城市建设中的应用。
