盆栽小麦确定房屋残渣还田范围及损失计算式的探讨

Exploration of Determining the Scope of Returning Housing Residues to the Field and Calculating the Loss Formula for Potted Wheat

摘要: 目的：随着社会的发展和人民生活水平的提高，人民对房屋的要求突飞猛进，拆除老房和旧房搬进新房。拆除房屋的残渣处理不当，环境和土壤的污染面积不断扩大。以房屋残渣中所占比例和危害最大的混凝土块和红砖为研究目标。方法：把混凝土块和红砖分别粉碎，以分别粉碎的两种颗粒不同重量配比作为混合物，混合物加重量不同的土壤和有机肥，分别倒入10个花盆里栽种小麦进行试验。结果：盆里小麦成活率好的次序为：③ > ⑤ > ⑥ > ④ > ② > ① = ⑦ > ⑧ = ⑨ = ⑩。结论：混合物重量与土壤和有机肥重量之和的差值大于1 kg之后产生绝产。混合物条件下盆里土壤通气和下渗能力增大，从而小麦的灌水周期缩短。最终探讨残渣损失的计算公式，为合理利用房屋残渣、控制污染面积提供依据。

Abstract: Objective: With the development of society and the improvement of people’s living standards, people’s demands for housing have skyrocketed, demolishing old houses and moving them into new ones. Improper disposal of debris from the demolition of houses has led to a continuous expansion of environmental and soil pollution areas. The research objective is to focus on the proportion and greatest harm of concrete blocks and red bricks in building debris. Method: Crush the concrete blocks and red bricks separately, using two different weight ratios of crushed particles as a mixture. Add different weights of soil and organic fertilizer to the mixture, and pour it into 10 flower pots to plant wheat for experimentation. Result: The order of good survival rate of wheat in pots is: ③ > ⑤ > ⑥ > ④ > ② > ① = ⑦ > ⑧ = ⑨ = ⑩. Conclusion: When the difference between the weight of the mixture and the sum of soil and organic fertilizer weights exceeds 1kg, crop failure occurs. Under mixed conditions, the soil aeration and infiltration capacity in the pot increase, resulting in a shortened irrigation cycle for wheat. Finally, the calculation formula for residual loss will be explored to provide a basis for the rational utilization of building debris and the control of pollution area.

1. 引言

研究意义：近几年来随着社会的发展和人民生活水平的提高，人民对房屋的需求越来越高，新建房屋越来越多，拆除大量的老房屋，由于房屋残渣处理不当，从而生态环境的污染日益剧增。长期以来房屋残渣对生态环境带来的污染程度很严重，如何处理房屋残渣已成为全球人民关注的问题[1]-[3]。房屋残渣研究的意义归纳如下：(1) 房屋进行拆除、运输、装卸过程中产生的灰尘对大气环境污染；(2) 拆除后的房屋残渣未经处理随意堆放(或乱倒铺在地面)，从而产生大量有毒有害物质，这些有害物质通过不同渠道污染地表水、地下水、土壤等，受污染的区域不断扩大[4]；(3) 埋压地下的房屋残渣(混凝土块和红砖) 10~50年不易变质，堆在地面的残渣造成永久性土壤污染问题(如图1、图2和图3所示)。[前人研究进展]国内外许多学者研究房屋残渣对生态环境的影响，取得了引人瞩目的成果，房屋残渣是随社会的发展而存在的不断更新并仍存在的问题[5]。拆除房屋的残渣客观上是混凝土块、红砖和陶瓷、渣土和砂浆等三大类，在实际上每类包括的杂物是各式各样的。其中混凝土块及红砖之和占总残渣的70% [6] [7]。该文以房屋残渣比重70%的混凝土块及红砖为研究目标，探究混凝土块及红砖对生态环境的影响。在此基础上，通过试验来研究房屋残渣的还田过程。[切入点]从房屋残渣(混凝土块和红砖)的特性、类型及环境的影响着手，提出房屋残渣的处理及还原土的方法[8]。[拟解决的问题]混凝土块和红砖进行分别粉碎，以粉碎的混凝土颗粒与红砖颗粒按不同比例搅均作为混合物，混合物加重量不同的土壤和有机肥，分别倒入花盆里栽种小麦。通过试验结果来确定小麦正常生长所需的混合物配比的范围。最终探讨房屋残渣损失的计算公式。有效控制大气、水源及土壤环境的污染，为充分利用房屋残渣提供依据。

Figure 1. Changji house residue pollution

图1. 昌吉房屋残渣污染

Figure 2. Hutubi house residue pollution

图2. 呼图壁房屋残渣污染

Figure 3. Urumqi housing residue pollution

图3. 乌市房屋残渣污染

2. 材料与方法

1) 试验材料。混凝土块，红砖，带式输送机，破碎机，圆振动筛，土壤，有机肥，小麦种子，花盆；2)混凝土块和红砖的处理两部完成：1) 首先采用调查的方法摸清房屋残渣的危害。2) 处理方法：(1) 混凝土块和红砖分别粉碎→烘干(消毒)→趁热泡水→碾压粉碎；(2) 以混凝土粉碎物和红砖粉碎物不同重量调配作为混合物；(3) 混合物加不同重量的土壤和有机肥分别倒入10个花盆里；(4) 各花盆里栽种小麦，观察小麦的成活率和灌水周期等数据，确定房屋残渣的合理使用范围。

3. 结果与分析

3.1. 房屋残渣对环境的影响

房屋残渣具有数量大、组成的成分具有种类多、永久性污染环境、来源相对稳定等特性。房屋残渣对土壤环境造成永久性污染，如果从现在起不采取预防措施，将较大的代价进行治理，并且很难使被污染的环境完全复原。房屋残渣对环境的影响主要表现在以下几个方面：

1) 房屋残渣对大气带来的污染。房屋残渣中含有大量的粉尘等颗粒物，在堆放、装卸及运输过程中引起的残渣遗撒、粉尘和灰砂飞扬等，将增加大气环境中颗粒物的浓度。而且房屋残渣中含有大量硫酸根离子，硫酸根离子在厌氧条件下会转化为具有臭鸡蛋味的硫化氢。房屋残渣中的废纸板和废木材在厌氧条件下可溶出木质素和单宁酸并分解生成挥发性有机酸，这些有害气体排放到空气中将会污染大气[9]。

2) 房屋残渣侵占的土地。房屋残渣主要以固体非可燃性物质为主。目前许多城市房屋残渣未经处理就被转移到专门的房屋残渣消纳场或郊区堆放。随着城市建设规模的扩大以及人们居住条件的提高，房屋残渣的产生量会越来越多，残渣堆放点也增多，而残渣堆放场的面积也在逐渐扩大，如不及时有效的处理和利用，残渣与人争地的问题会变得更加严重[10]。

3) 房屋残渣对水体带来的污染。房屋残渣堆放处经雨水淋洗渗透后，由于废砂浆和混凝土块中含有的大量水合硅酸钙和氢氧化物、废金属料中含有的大量重金属离子溶出。房屋残渣堆放场产生的淋滤液一般为强碱性且含有大量的重金属离子、硫化氢以及有机酸，残渣堆放产生的淋滤液可通过地表径流，污染地表水体；也可能通过土层，渗到附近地表水体及地下水含水层，从而污染地表水和地下水，进而影响和危害水生生物的生存和水资源的利用，甚至威胁人类健康[11]。

4) 房屋残渣对土壤带来的污染。房屋残渣及其渗滤液所含的有害物质将改变土壤的物理结构和化学性质，影响植物营养吸收、生长以及土壤中微生物的活动，破坏土壤内部的生态平衡。有害物质的积累，会导致植物死亡，甚至会通过植物吸收，转移到果实体内，进而通过食物链影响人体健康和饲喂的动物。此外，露天堆放的房屋残渣在外力作用下，改变土壤的物质组成，破坏土壤的结构，降低土壤的生产力。另外房屋残渣中重金属的含量较高，在多种因素的联合作用下，使得土壤中重金属含量增加，从而污染土壤。受污染的土壤一般不具有天然的自净能力，必须采取耗资巨大的改造土壤的方法来解决[12] [13]。

5) 房屋残渣对市容和环境卫生带来的危害。房屋残渣占用空间大，堆放杂乱无章，严重影响了城市的容貌和景观。城市绿地往往成为房屋残渣的临时集散地。而它的存在成为生活残渣散乱堆放的直接诱因，混有生活残渣的房屋残渣一旦遇雨天，脏水污染物随水四处漂移，恶臭难闻，并且成为细菌病虫的滋生地[14] [15]。

3.2. 试验方法及结果

Figure 4. Concrete block crushed particles

图4. 混凝土块粉碎颗粒物

Figure 5. Crushed particles of red brick

图5. 红砖粉碎颗粒物

1) 房屋残渣(混凝土块和红砖)的处理方法。混凝土块和红砖的硬度大、粉碎难等特性。混凝土块和红砖分别进行第一次破碎，筛分，直径小于3 mm的粉碎颗粒物分离出来；直径大于3 mm的颗粒进行烘干→趁热泡水→捞出来→碾压粉碎可得粉碎颗粒物，直径小于3 mm的粉碎颗粒物和碾压的粉碎颗粒物堆在一起(如图4所示)。同样的方法获得红砖粉碎颗粒物(如图5所示)。

2) 混凝土块和红砖粉碎颗粒物分别称重，不同比例制作混合物：A混合物是1.0 kg混凝土块粉碎颗粒物 + 1.0 kg红砖粉碎颗粒物；B混合物是1.5 kg混凝土块粉碎颗粒物 + 1.5 kg红砖粉碎颗粒物；C混合物是2.0 kg混凝土块粉碎颗粒物 + 2.0 kg红砖粉碎颗粒物；D混合物是2.5 kg混凝土块粉碎颗粒物 + 2.5 kg红砖粉碎颗粒物；E混合物是3.0 kg混凝土块粉碎颗粒物 + 3.0 kg红砖粉碎颗粒物；F混合物是3.5 kg混凝土块粉碎颗粒物 + 3.5 kg红砖粉碎颗粒物；G混合物是4.0 kg混凝土块粉碎颗粒物 + 4.0 kg红砖粉碎颗粒物(如表1所示)。

Table 1. Concrete block and red brick powder prepared mixture

表1. 混凝土块 + 红砖粉碎物预备的混合物名称

混凝土粉碎物(kg)	红砖粉碎物(kg)	混合物名称
1.0	1.0	A
1.5	1.5	B
2.0	2.0	C
2.5	2.5	D
3.0	3.0	E
3.5	3.5	F
4.0	4.0	G

3) 从表1的A、B、C、D、E、F、G中提取重量不同的混合物，然后加重量不同的土壤和有机肥，倒入10个花盆里，每个花盆里栽种50粒小麦，试验步骤如下：

试验①是1.0kg A混合物+0.25 kg土壤 + 0.25 kg有机肥；试验②是1.0 kg A混合物 + 0.5 kg土壤 + 0.5 kg有机肥；③是1.0 kg A混合物 + 1.0 kg土壤 + 1.0 kg有机肥；试验④是1.5 kg B混合物 + 0.5 kg土壤 + 0.5 kg有机肥；试验⑤是1.5 kg B混合物 + 1.0 kg土壤 + 1.0 kg；试验⑥是2.0 kg C混合物 + 1.0 kg土壤 + 1.0 kg有机肥；试验⑦是2.5 kg D混合物 + 1.0 kg土壤 + 1.0 kg有机肥；试验⑧是3.0 kg E混合物 + 1.0 kg土壤 + 1.0 kg有机肥；试验⑨是3.5 kg F混合物 + 1.0 kg土壤 + 1.0 kg有机肥；试验⑨是3.5 kg G混合物 + 1.0 kg土壤 + 1.0 kg有机肥(如表2所示)。

Table 2. Mixture, soil, organic fertilizer and test number by weight

表2. 不同重量的混合物 + 土壤 + 有机肥

混合物名	试验序号	A混合物(kg)	土壤(kg)	有机肥(kg)
A	①	1.0	0.25	0.25
	②	1.0	0.5kg	0.5kg
	③	1.0	1.0kg	1.0kg
混合物名	试验序号	B混合物(kg)	土壤(kg)	有机肥(kg)
B	④	1.5	0.5	0.5
	⑤	1.5	1.0	1.0
混合物名	试验序号	C混合物(kg)	土壤(kg)	有机肥(kg)
C	⑥	2.0	1.0	1.0
混合物名	试验序号	D混合物(kg)	土壤(kg)	有机肥(kg)
D	⑦	2.5	1.0	1.0
混合物名	试验序号	E混合物(kg)	土壤(kg)	有机肥(kg)
E	⑧	3 kg	1 kg	1 kg
混合物名	试验序号	F混合物(kg)	土壤(kg)	有机肥(kg)
F	⑨	3.5	1.0	1.0
混合物名	试验序号	G混合物(kg)	土壤(kg)	有机肥(kg)
G	⑩	4.0	1.0	1.0

Figure 6. test of mixture plus soil and organic fertilizer

图6. 混合物加土壤和有机肥试验

Table 3. Calculation of wheat survival rate

表3. 小麦成活率计算表

试验序号	栽种数量(粒)	出苗数(粒)	出苗率(%)	死亡数量(棵)	死亡率(%)	成活率(%)
①	50	16	32	5	31.3	0.8
②	50	15	30	3	20	10
③	50	50	100	0	0	100
④	50	32	64	12	37.5	26.5
⑤	50	28	56	3	10.7	45.3
⑥	50	23	46	4	17.4	28.6
⑦	50	16	32	5	31.3	0.8
⑧	50	0	0	0	0	0
⑨	50	0	0	0	0	0
⑩	50	0	0	0	0	0

4) 试验结果。每个花盆里50粒小麦的成活率好的次序为：③ > ⑤ > ⑥ > ④ > ② > ① = ⑦ >⑧ = ⑨ = ⑩ (如图6和表3所示)。

5) 房屋残渣的使用范围。在土壤中生长的小麦与10个花盆里栽种的小麦相比，10个花盆里生长小麦的灌水周期缩短2天，随花盆里粉碎颗粒物含量增多，盆里水分的蒸发和下渗能力发生变化。应注意的问题是：混凝土块粉碎颗粒物大于红砖粉碎颗粒物时，对小麦的生长不利。盆栽试验结果表明：在混凝土块粉碎颗粒物大于红砖粉碎颗粒物的条件下，土壤和有机肥之和小于混合物重量时，使小麦颗粒无收，甚至死亡，这进一步说明：在混合物中混凝土块粉碎大于红砖粉碎，并混合物重量与土壤和有机肥重量之和的差值大于1.0 kg之后产生绝产。在大田铺设混合物时，混凝土块粉碎 ≤ 红砖粉碎，喷洒后的小于20 cm为宜。

Figure 7. Crushing process of residual concrete block and red brick block of house

图7. 房屋残渣混凝土块和红砖块粉碎流程

6) 混凝土块和红砖粉碎时应注意控制灰尘，第一次破碎和筛分环节都采用除尘袋。直径大于3 mm的颗粒进行烘干趁热泡水后易碾压破碎，从而大量降低灰尘，并加热起消毒作用。混凝土块和红砖粉碎可用于严重受害的废地、废弃砖厂破坏的区域、沙料场损害的废地及修建道路时留下的挖坑等受害区域，预防污染物的扩散，机械化流程如图7所示。

4. 房屋残渣造成损失及计算方法

4.1. 房屋残渣造成损失的特点

1) 随机性。破坏的房屋残渣造成损失(残渣覆盖损失面积)是由自然灾害造成损失(水灾、火灾、地灾、风灾)和人为造成的损失(房屋自然破损、随社会的发展更新、拆除旧房屋、战争损害房屋等)组成。因此房屋残渣造成损失在地点和时间上具有随机分布的特点。

2) 可变性。破损的房屋残渣造成损失与人口的增多、更新房屋、拆除老房屋等因素有关，主要包括个人、集体和国家财产等损失，这些房屋残渣损失的年内和年际间更新频率有所不同。

4.2. 破坏房屋残渣造成损失的计算方法

1) 频率曲线法。房屋残渣造成的损失与房屋更新频率有关，因此必须对不同频率的损失进行调查计算，以便绘制房屋残渣损失的频率曲线，首先计算年平均损失值[16] [17]，其计算步骤为：

(1) 统计n年的房屋残渣(残渣覆盖损失面积)处理前、后的损失值(n与房屋寿命及倒塌时间有关)，然后按大小排序(排序次数为m_i)，计算相应的频率p (%)，由此即可绘制残渣处理前、后的损失频率曲线(如图8中的处理前曲线和处理后曲线)，处理前、后曲线所包围面积的差值就是经济效益。

(2) 计算公式。频率为p_i (%)，统计总年数为n，按大小排序次数为m_i时，频率计算公式为：

$p_i=\frac{m_i}{n+1}\times 100\text{\%}$ (1)

(3) 图8中的曲线与两坐标轴所包围的面积，称之为残渣处理前、处理后的损失(0 ac和0 bc)频率曲线。如图8中的0 e称之为残渣处理前的损失的年平均值，而0 g为残渣处理后的年平均值。两者(处理前~处理后)之差(ge)是节约的损失量(经济的效益) [18]。

Figure 8. Frequency curve of residue loss

图8. 残渣损失频率曲线

(4) 计算方法。频率曲线面积的计算方法有两种，其一是积分法；效益B、处理前损失S₀、处理后损失S₁、损失频率曲线p时，效益是两条损失频率曲线积分的插值(如图8所示)，可按式(2)计算即：

$B=\left({\displaystyle {\int }_0^{\text{a}}{S}_0\text{d}p-{\displaystyle {\int }_0^b{S}_1\text{d}p}}\right)/100\%$ (2)

其二是求和法。求和法是图9中的残渣损失频率曲线一样，划分许多块，分别计算频率差(P_i+1 − P_i)和相邻两点S_i和S_i+1平均值，然后相乘，最后求和的方法。可用式(3)计算处理前的多年平均损失S₀值。计算公式如下：

$S_0={\displaystyle \sum _{P=0}^1\left(p_{i+1}-p_i\right)}\left(S_i+S{}_{i+1}\right)/2={\displaystyle \sum _{p=0}^1\Delta p\overline{S}}$ (3)

式中：S₀——多年平均残渣损失值(万元)；p_i、p_i+1——两相领频率(%)；S_i、S_i+1——两相领频率的残渣损失值(万元)；△p——频率差(%)；$\overline{S}$ ——平均损失，$\overline{S}=\left(S_i+S_{i+1}\right)/2$ 。

采用与S₀的计算方法一样的方法计算处理后的多年平均损失值S₁，然后计算处理前、后的差值(S₀ − S₁)是经济效益(如图9所示)。

Figure 9. Calculation of average residue loss over many years

图9. 多年平均残渣损失计算

5. 讨论

建筑物固废对环境的影响极大，充分利用建造固废物是减轻环境污染的途径，采取相应措施是必要的[19] [20]。盆栽小麦试验结果表明：小麦的出苗率和成活率不仅与混合物重量的多少有关，而且混合物与土壤+有机肥的重量有关，由于混凝土块粉碎颗粒物的毒性和密度较大，埋压土壤以下之后溶解于水中阻止嫩根系的发育，因此，混凝土块粉碎颗粒物不能大于红砖粉碎颗粒物，试验结果与前期研究人员观点一致[21] [22]。

6. 结论

1) 在同等的条件下花盆里栽种50粒小麦种子，对试验结果进行分析可知：成活率好的次序为：③ >⑤ > ⑥ > ④ > ② > ① = ⑦ > ⑧ = ⑨ = ⑩。

2) 在土壤中生长的小麦与10个花盆里栽种的小麦相比，10个花盆里生长小麦的灌水周期缩短2天，随花盆里粉碎颗粒物含量增多，盆里水分的下渗能力变大。

3) 残渣粉碎物重量与土壤和有机肥重量之和的差值大于1.0 kg之后产生绝产。房屋混凝土块和红砖块粉碎处理过程中为了预防灰尘，破碎和过筛等各环节中必须采用除尘袋处理。房屋残渣造成损失的计算公式有足够资料的条件下可持续利用。

基金项目

地区基金项目“多环追压非等灌技术对盐碱地药用植物生理指标的影响机理及冲洗盐分定额研究”(3246130193)；横向项目“于田县3.6万亩补充耕地入库”(6660939-2519HXKT1)。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。