王小涵 何小麗 梁 晶*

濕垃圾沼渣作為優(yōu)質(zhì)有機肥原料，其資源化利用對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，進行濕垃圾沼渣好氧發(fā)酵堆肥（簡稱沼渣堆肥）施用的盆栽試驗，研究不同用量的沼渣堆肥對土壤主要理化性質(zhì)及植物生長指標(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。沼渣堆肥用量達到30%對三種植物生長有明顯的抑制作用，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%時對植物有較好的促生作用，沼渣堆肥用量為20%時白玉蘭與硫華草長勢最佳，沼渣堆肥用量為10%時紫薇長勢最佳。研究為沼渣堆肥在園林綠化養(yǎng)護方面的科學(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)過厭氧發(fā)酵后的固態(tài)殘余物經(jīng)過好氧堆肥發(fā)酵后的產(chǎn)物，富含多種植物可利用的營養(yǎng)元素，可作為良好的肥料用于促進植物的生長及土壤改良，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條例》正式實施，上海市率先進入垃圾分類處理新時代，北京、廣州、深圳等地也相繼啟動垃圾分類工作[1]。近年來居民濕垃圾日產(chǎn)量迅速增長，截至2021年8月，上海市濕垃圾日均分出量達9 200 t，較2018年底增長了130%。濕垃圾資源化利用已成為城市環(huán)境管理的熱點和難點問題[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題，同時有利于改善綠地土壤性質(zhì)，綜合提高土壤生態(tài)功能[3]。

沼渣堆肥過程中經(jīng)歷腐殖化、無害化和礦質(zhì)化等過程，使有機物質(zhì)降解為植物可吸收利用的氮、磷、鉀等化合物[4]，堆肥過程中由微生物分解有機物質(zhì)產(chǎn)生的大量熱量可有效殺滅堆料中的病原菌[5]，從而有效實現(xiàn)沼渣的無害化、減量化和資源化。沼渣堆肥在農(nóng)田、園林綠地和植被養(yǎng)護等方面的應(yīng)用及其對土壤環(huán)境的影響受到越來越多的關(guān)注[6-8]。趙龍彬[9]通過盆栽試驗發(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，國內(nèi)學(xué)者針對濕垃圾收納處置途徑展開大量研究，如濕垃圾沼渣特性[10]、機器成肥[11]等。然而，國內(nèi)外關(guān)于濕垃圾沼渣堆肥對綠地土壤理化特征及園林觀賞植物生長影響的研究仍鮮見報道。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象，將不同用量沼渣堆肥與土壤混勻，探究沼渣堆肥對土壤理化性質(zhì)和植物生長的影響，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 試驗設(shè)計

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，進行為期60 d好氧發(fā)酵腐熟后的堆肥，簡稱濕垃圾沼渣堆肥，其基本理化性質(zhì)為pH8.65、EC值3.79 mS/cm、有機質(zhì)含量408.20 g/kg、全氮含量2.94%、含水量24.77%。分別選取長勢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）作為供試植物進行盆栽試驗。試驗設(shè)置8個處理，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)。試驗于2020年12月至2021年5月在大棚內(nèi)進行，各處理除沼渣堆肥用量不同外，其他管理措施相同。根據(jù)植物生長特性，于2021年5月20日對植株生長指標(biāo)進行測量。其中白玉蘭生長監(jiān)測指標(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，紫薇生長監(jiān)測主要包括新枝長度、葉綠素含量、葉面積、葉片鮮重干重、株高等，硫華草苗主要測量株高和蓬徑等生長指標(biāo)。

1.2 樣品采集和測定方法

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

植株株高、地徑、蓬徑和新枝長度使用卷尺進行測定，葉片葉綠素含量通過葉綠素速測儀（JC-SPAD-DL）測定，葉片葉面積通過葉面積儀（Yaxin-1241）測定，植株成活率通過計數(shù)法進行計算。采集植株不同部位的葉片進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指標(biāo)監(jiān)測。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

應(yīng)用Excel進行指標(biāo)統(tǒng)計分析并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼渣堆肥對土壤理化性質(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，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，其有機質(zhì)、水解性氮、有效磷和有效鉀含量分別達到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。《綠化種植土壤》（中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T340-2016）[16]對一般植物種植土壤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土壤理化性質(zhì)的影響

2.2 沼渣堆肥對白玉蘭生長影響研究

白玉蘭株高增長率、葉綠素含量等生長指標(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，株高增長率達11.36%，與對照組相比分別增加了22.24%、45.17%、69.65%和61.70%。試驗結(jié)果表明20%沼渣堆肥處理的白玉蘭較其他處理生長良好，20%沼渣堆肥處理白玉蘭各項生長、生理指標(biāo)優(yōu)于其他處理。但生長監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)，所有試驗組白玉蘭均出現(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。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，因此綜合所有生長監(jiān)測指標(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指標(biāo)統(tǒng)計

不同沼渣堆肥用量對白玉蘭植株生長的影響及焦葉情況表明，沼渣堆肥用量低于20%時白玉蘭生長狀態(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勢較差，存在植株死亡現(xiàn)象。試驗結(jié)果表明，低于20%的沼渣堆肥用量能夠促進白玉蘭的生長，30%～80%沼渣堆肥用量不利于白玉蘭生長。

2.3 沼渣堆肥對紫薇生長影響研究

表2為不同沼渣堆肥用量對紫薇植株生長的影響。與對照組相比，10%沼渣堆肥用量處理中紫薇植株新枝長度、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。試驗結(jié)果表明，增加沼渣堆肥10%處理有利于紫薇生長，各項生長、生理指標(biāo)優(yōu)于其他處理，且在生長過程中沒有出現(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指標(biāo)統(tǒng)計

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

2.4 沼渣堆肥對硫華草生長影響研究

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30%后對硫華草株高抑制作用明顯，沼渣堆肥用量為70%對株高的抑制作用最強。與對照組相比，沼渣堆肥對硫華草蓬徑無促進作用，用量達到30%時硫華草植株出現(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，存活率平均達到56.25%，說明草本植物硫華草對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，適量沼渣堆肥對三種觀賞植物的生長均具有顯著的促進作用，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)品能夠有效促進植株生長。試驗結(jié)果還表明，應(yīng)用較高用量的沼渣堆肥通常會對植物生長產(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，進而抑制植物生長?！毒G化種植土壤》（中華人民共和國城鎮(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1 mS/cm時植被會發(fā)生鹽害[19]。本研究發(fā)現(xiàn)沼渣堆肥用量在20%以內(nèi)時，其EC值低于0.9 mS/cm，符合綠化植被生長適宜范圍，不會對植被產(chǎn)生鹽分毒害作用。沼渣堆肥中同時含有部分有機酸、氨等物質(zhì)，導(dǎo)致過量施用沼渣堆肥會抑制植被生長[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，過量使用沼渣堆肥導(dǎo)致的土壤油脂含量過高也會限制植物生長。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，適量沼渣堆肥對植物有著明顯的促進生長的作用，施用量范圍建議在0～10%范圍內(nèi)。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)植物特性對沼渣堆肥用量進行調(diào)整控制，使其最大限度發(fā)揮植物促生和土壤改良作用。