濕垃圾沼渣好氧發(fā)酵堆肥對(duì)三種園林植物生長(zhǎng)影響研究

王小涵 何小麗 梁 晶*

濕垃圾沼渣作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥原料，其資源化利用對(duì)提高城市垃圾消納能力、保障城市生態(tài)環(huán)境健康具有重要意義。選取白玉蘭（Michelia alba）、紫薇（Lagerstroemia indica）和硫華草（Cosmos sulphureus）三種常用園林景觀植物，進(jìn)行濕垃圾沼渣好氧發(fā)酵堆肥（簡(jiǎn)稱沼渣堆肥）施用的盆栽試驗(yàn)，研究不同用量的沼渣堆肥對(duì)土壤主要理化性質(zhì)及植物生長(zhǎng)指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，土壤中混合沼渣堆肥后，除電導(dǎo)率值外，土壤養(yǎng)分與土壤酸堿度均有顯著改善。沼渣堆肥用量達(dá)到30%對(duì)三種植物生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，植物均產(chǎn)生不同程度焦葉、死亡等毒害作用。沼渣堆肥用量低于20%時(shí)對(duì)植物有較好的促生作用，沼渣堆肥用量為20%時(shí)白玉蘭與硫華草長(zhǎng)勢(shì)最佳，沼渣堆肥用量為10%時(shí)紫薇長(zhǎng)勢(shì)最佳。研究為沼渣堆肥在園林綠化養(yǎng)護(hù)方面的科學(xué)應(yīng)用和推廣提供了數(shù)據(jù)支撐。

濕垃圾沼渣；好氧堆肥；綠地土壤；園林景觀植物；促生作用

沼渣堆肥是指濕垃圾經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵后的固態(tài)殘余物經(jīng)過(guò)好氧堆肥發(fā)酵后的產(chǎn)物，富含多種植物可利用的營(yíng)養(yǎng)元素，可作為良好的肥料用于促進(jìn)植物的生長(zhǎng)及土壤改良，具有較好的資源化利用潛力。繼2019年7月1日《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》正式實(shí)施，上海市率先進(jìn)入垃圾分類處理新時(shí)代，北京、廣州、深圳等地也相繼啟動(dòng)垃圾分類工作[1]。近年來(lái)居民濕垃圾日產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，截至2021年8月，上海市濕垃圾日均分出量達(dá)9 200 t，較2018年底增長(zhǎng)了130%。濕垃圾資源化利用已成為城市環(huán)境管理的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題[2]。濕垃圾沼渣肥料的應(yīng)用和推廣，能夠在一定程度上解決濕垃圾等廢棄物的消納處置問(wèn)題，同時(shí)有利于改善綠地土壤性質(zhì)，綜合提高土壤生態(tài)功能[3]。

沼渣堆肥過(guò)程中經(jīng)歷腐殖化、無(wú)害化和礦質(zhì)化等過(guò)程，使有機(jī)物質(zhì)降解為植物可吸收利用的氮、磷、鉀等化合物[4]，堆肥過(guò)程中由微生物分解有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生的大量熱量可有效殺滅堆料中的病原菌[5]，從而有效實(shí)現(xiàn)沼渣的無(wú)害化、減量化和資源化。沼渣堆肥在農(nóng)田、園林綠地和植被養(yǎng)護(hù)等方面的應(yīng)用及其對(duì)土壤環(huán)境的影響受到越來(lái)越多的關(guān)注[6-8]。趙龍彬[9]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適量添加以牛糞發(fā)酵殘余物固液分離后的沼渣為原料的沼渣堆肥后，黑麥草的產(chǎn)量顯著提高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)濕垃圾收納處置途徑展開大量研究，如濕垃圾沼渣特性[10]、機(jī)器成肥[11]等。然而，國(guó)內(nèi)外關(guān)于濕垃圾沼渣堆肥對(duì)綠地土壤理化特征及園林觀賞植物生長(zhǎng)影響的研究仍鮮見報(bào)道。本研究以白玉蘭、紫薇和硫華草三種喬、灌、草觀賞植物為研究對(duì)象，將不同用量沼渣堆肥與土壤混勻，探究沼渣堆肥對(duì)土壤理化性質(zhì)和植物生長(zhǎng)的影響，遴選最優(yōu)施用劑量，為沼渣堆肥的應(yīng)用和推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤于2020年12月采自上海植物園，土壤pH值為8.72，電導(dǎo)率（EC）為0.11 mS/cm，有機(jī)質(zhì)含量30.96 g/kg，水解氮含量71.77 mg/kg，有效磷含量115.20 mg/kg，速效鉀含量135.35 mg/kg。濕垃圾沼渣好氧發(fā)酵堆肥是濕垃圾厭氧發(fā)酵后殘余的沼渣（由老港生物能源再利用中心提供）與園林廢棄物按7∶3比例（V∶V）混合后，并配以微生物混合菌劑，進(jìn)行為期60 d好氧發(fā)酵腐熟后的堆肥，簡(jiǎn)稱濕垃圾沼渣堆肥，其基本理化性質(zhì)為pH8.65、EC值3.79 mS/cm、有機(jī)質(zhì)含量408.20 g/kg、全氮含量2.94%、含水量24.77%。分別選取長(zhǎng)勢(shì)一致的三年生的白玉蘭（Michelia alba）、三年生的紫薇（Lagerstroemia indica）和當(dāng)年生的硫華草（Cosmos sulphureus）作為供試植物進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置8個(gè)處理，將沼渣堆肥按體積比10%、20%、30%、50%、60%、70%、80%與供試土壤混勻裝盆，設(shè)置未使用沼渣堆肥處理作為對(duì)照（CK），種植盆大小為5 gal（口徑27 cm）。白玉蘭和紫薇各處理設(shè)6盆重復(fù)，硫華草各處理設(shè)8盆重復(fù)。試驗(yàn)于2020年12月至2021年5月在大棚內(nèi)進(jìn)行，各處理除沼渣堆肥用量不同外，其他管理措施相同。根據(jù)植物生長(zhǎng)特性，于2021年5月20日對(duì)植株生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。其中白玉蘭生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要包括葉綠素含量、葉面積、葉片鮮重干重、株高及地徑等，紫薇生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)主要包括新枝長(zhǎng)度、葉綠素含量、葉面積、葉片鮮重干重、株高等，硫華草苗主要測(cè)量株高和蓬徑等生長(zhǎng)指標(biāo)。

1.2 樣品采集和測(cè)定方法

將沼渣堆肥按各處理用量要求與土壤混勻，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后對(duì)土壤進(jìn)行理化指標(biāo)測(cè)定。使用pH計(jì)按2.5∶1水土比測(cè)定土壤酸堿度，使用電導(dǎo)率儀按水土比5∶1測(cè)定土壤電導(dǎo)率。將各處理土壤樣品研磨并過(guò)篩，采用重鉻酸鉀外容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，總氮含量參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用凱氏定氮法測(cè)定，水解氮含量使用堿解－擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷和速效鉀分別使用碳酸氫鈉浸提法和乙酸銨浸提－火焰光度法進(jìn)行測(cè)定，以上各指標(biāo)參照《森林土壤分析方法》（中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1210-1275-1999）進(jìn)行操作[12]。種子發(fā)芽指數(shù)參照Sun[13]的方法進(jìn)行測(cè)定。

植株株高、地徑、蓬徑和新枝長(zhǎng)度使用卷尺進(jìn)行測(cè)定，葉片葉綠素含量通過(guò)葉綠素速測(cè)儀（JC-SPAD-DL）測(cè)定，葉片葉面積通過(guò)葉面積儀（Yaxin-1241）測(cè)定，植株成活率通過(guò)計(jì)數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。采集植株不同部位的葉片進(jìn)行稱重獲得葉片鮮重，在65℃烘箱中烘至恒重后稱重記錄為葉片干重[14]。植株死亡則停止生長(zhǎng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

應(yīng)用Excel進(jìn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼渣堆肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

土壤理化性質(zhì)與肥力水平是影響景觀植物生長(zhǎng)與觀賞效果的重要因素。由圖1可知，在原土中混合不同用量沼渣堆肥后，土壤理化性質(zhì)發(fā)生顯著變化。使用沼渣堆肥后土壤pH值整體呈下降趨勢(shì)，各處理土壤pH變化范圍為8.10～8.38。其中使用70%沼渣堆肥后土壤pH值降至最低8.10，與CK相比該處理下土壤pH下降了7.11%。沼渣經(jīng)好氧發(fā)酵堆肥后，產(chǎn)生了腐殖酸、新的有機(jī)酸等酸性物質(zhì)[15]，可能導(dǎo)致沼渣堆肥與土壤混合后土壤pH降低。除混合20%沼渣堆肥處理外，混合其他用量沼渣堆肥后土壤發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)不同程度下降，其中70%沼渣堆肥處理發(fā)芽指數(shù)最低（34.44%），與CK相比該處理下發(fā)芽指數(shù)下降了60.17%。土壤EC值、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、速效鉀等指標(biāo)隨沼渣堆肥混合用量的升高大幅增加，80%沼渣堆肥處理中土壤養(yǎng)分含量最高，其有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和有效鉀含量分別達(dá)到204.55 g/kg、1 195.66 mg/kg、633.08 mg/kg和1 891.92 mg/kg，與CK處理相比分別增加了560.69%、1 565.96%、449.55%和1 297.80%。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用沼渣堆肥能夠明顯提升土壤養(yǎng)分含量，降低土壤pH，除電導(dǎo)率外其他土壤理化性質(zhì)得到明顯改善?！毒G化種植土壤》（中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T340-2016）[16]對(duì)一般植物種植土壤pH要求為5.0～8.3，EC要求為0.15～0.9，有機(jī)質(zhì)含量20～80 g/kg，水解氮含量40～200 mg/kg，有效磷含量5～60 mg/kg，有效鉀含量60～300 mg/kg。因此，土壤中混合沼渣堆肥用量低于20%時(shí)各理化指標(biāo)符合園林種植土壤基本要求。

1. 不同沼渣堆肥用量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.2 沼渣堆肥對(duì)白玉蘭生長(zhǎng)影響研究

白玉蘭株高增長(zhǎng)率、葉綠素含量等生長(zhǎng)指標(biāo)如表1所示。沼渣堆肥用量20%處理白玉蘭植株株高增長(zhǎng)率、葉綠素含量、葉面積、葉片鮮重、葉片干重等指標(biāo)升高幅度最大，株高增長(zhǎng)率達(dá)11.36%，與對(duì)照組相比分別增加了22.24%、45.17%、69.65%和61.70%。試驗(yàn)結(jié)果表明20%沼渣堆肥處理的白玉蘭較其他處理生長(zhǎng)良好，20%沼渣堆肥處理白玉蘭各項(xiàng)生長(zhǎng)、生理指標(biāo)優(yōu)于其他處理。但生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，所有試驗(yàn)組白玉蘭均出現(xiàn)一定的焦葉現(xiàn)象，隨著沼渣堆肥使用量的增加，焦葉率呈升高趨勢(shì)。焦葉現(xiàn)象一般從葉尖開始發(fā)生，直至葉片全部。焦葉現(xiàn)象作為一種生理性病害，表明其受到某種生理性脅迫所致，可能與沼渣堆肥較高的EC值和肥效有關(guān)。焦葉現(xiàn)象隨著處理堆肥用量的增加呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，因此綜合所有生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，沼渣堆肥施用白玉蘭苗的最適用量為10%以下。

表1 不同沼渣堆肥用量處理白玉蘭生長(zhǎng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

不同沼渣堆肥用量對(duì)白玉蘭植株生長(zhǎng)的影響及焦葉情況表明，沼渣堆肥用量低于20%時(shí)白玉蘭生長(zhǎng)狀態(tài)良好，30%沼渣堆肥用量處理白玉蘭植株出現(xiàn)葉片枯黃掉落現(xiàn)象，50%以上沼渣堆肥用量處理中白玉蘭長(zhǎng)勢(shì)較差，存在植株死亡現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明，低于20%的沼渣堆肥用量能夠促進(jìn)白玉蘭的生長(zhǎng)，30%～80%沼渣堆肥用量不利于白玉蘭生長(zhǎng)。

2.3 沼渣堆肥對(duì)紫薇生長(zhǎng)影響研究

表2為不同沼渣堆肥用量對(duì)紫薇植株生長(zhǎng)的影響。與對(duì)照組相比，10%沼渣堆肥用量處理中紫薇植株新枝長(zhǎng)度、新枝直徑、葉綠素含量、葉面積、葉片鮮重、葉片干重等指標(biāo)均明顯升高，分別達(dá)到102.93%、41.54%、9.19%、106.53%、126.47%和91.66%，增加幅度高于其他處理。試驗(yàn)結(jié)果表明，增加沼渣堆肥10%處理有利于紫薇生長(zhǎng)，各項(xiàng)生長(zhǎng)、生理指標(biāo)優(yōu)于其他處理，且在生長(zhǎng)過(guò)程中沒有出現(xiàn)葉片焦黃現(xiàn)象，沼渣堆肥施用紫薇苗的最適用量為10%。

表2 不同沼渣堆肥用量處理紫薇生長(zhǎng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

應(yīng)用不同數(shù)量沼渣堆肥后，紫薇植株的生長(zhǎng)情況與對(duì)照組相比，10%沼渣堆肥用量處理紫薇生長(zhǎng)情況較好，沼渣堆肥用量達(dá)到20%紫薇植株出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，應(yīng)用沼渣堆肥達(dá)到50%后紫薇植株幾乎全部枯萎死亡。試驗(yàn)結(jié)果表明，10%沼渣堆肥用量能夠促進(jìn)紫薇植株生長(zhǎng)，用量超過(guò)20%后對(duì)紫薇植株生長(zhǎng)有毒害效果。

2.4 沼渣堆肥對(duì)硫華草生長(zhǎng)影響研究

應(yīng)用不同數(shù)量沼渣堆肥后硫華草生理指標(biāo)如表3所示。使用沼渣堆肥超過(guò)30%后對(duì)硫華草株高抑制作用明顯，沼渣堆肥用量為70%對(duì)株高的抑制作用最強(qiáng)。與對(duì)照組相比，沼渣堆肥對(duì)硫華草蓬徑無(wú)促進(jìn)作用，用量達(dá)到30%時(shí)硫華草植株出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。與喬木白玉蘭和紫薇相比，沼渣堆肥用量在30%～80%范圍內(nèi)硫華草未出現(xiàn)全部死亡現(xiàn)象，存活率平均達(dá)到56.25%，說(shuō)明草本植物硫華草對(duì)沼渣堆肥的耐受性高于喬木白玉蘭和紫薇。

表3 不同沼渣堆肥用量處理硫華草生長(zhǎng)指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中應(yīng)用沼渣堆肥能夠明顯提升土壤養(yǎng)分含量，降低土壤pH，土壤理化性質(zhì)得到明顯改善。沼渣堆肥在白玉蘭、紫薇和硫華草三種園林觀賞植物上的應(yīng)用效果表明，適量沼渣堆肥對(duì)三種觀賞植物的生長(zhǎng)均具有顯著的促進(jìn)作用，是一種較為安全、有效的肥料，可以作為城市綠地土壤養(yǎng)分提升的重要來(lái)源。與葛震[17]的研究結(jié)果相似，施用堆肥產(chǎn)品能夠有效促進(jìn)植株生長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果還表明，應(yīng)用較高用量的沼渣堆肥通常會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的毒害作用，甚至導(dǎo)致植株死亡。雖然沼渣的應(yīng)用使土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和有效鉀等養(yǎng)分含量顯著提高，但沼渣堆肥源頭含鹽量較高，向土壤中混合沼渣堆肥可能導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率大幅度上升，進(jìn)而抑制植物生長(zhǎng)?！毒G化種植土壤》（中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T340-2016）[16]中要求一般園林綠化土EC值范圍在0.15～0.9 mS/cm之間[18]，有研究結(jié)果表明當(dāng)土壤EC值超過(guò)1 mS/cm時(shí)植被會(huì)發(fā)生鹽害[19]。本研究發(fā)現(xiàn)沼渣堆肥用量在20%以內(nèi)時(shí)，其EC值低于0.9 mS/cm，符合綠化植被生長(zhǎng)適宜范圍，不會(huì)對(duì)植被產(chǎn)生鹽分毒害作用。沼渣堆肥中同時(shí)含有部分有機(jī)酸、氨等物質(zhì)，導(dǎo)致過(guò)量施用沼渣堆肥會(huì)抑制植被生長(zhǎng)[9]。此外，沼渣堆肥源頭可能有較高含量的脂肪酸和甘油三酸脂等油脂成分，過(guò)量使用沼渣堆肥導(dǎo)致的土壤油脂含量過(guò)高也會(huì)限制植物生長(zhǎng)。本研究選取的供試植物為喬木白玉蘭、灌木紫薇以及草本硫華草，適量沼渣堆肥對(duì)植物有著明顯的促進(jìn)生長(zhǎng)的作用，施用量范圍建議在0～10%范圍內(nèi)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)植物特性對(duì)沼渣堆肥用量進(jìn)行調(diào)整控制，使其最大限度發(fā)揮植物促生和土壤改良作用。