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城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐生长及土壤环境的影响

连鹏 李志茹 范周周 刘双 李昭蓉 周金星 彭霞薇

连鹏, 李志茹, 范周周, 刘双, 李昭蓉, 周金星, 彭霞薇. 城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐生长及土壤环境的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
引用本文: 连鹏, 李志茹, 范周周, 刘双, 李昭蓉, 周金星, 彭霞薇. 城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐生长及土壤环境的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
Lian Peng, Li Zhiru, Fan Zhouzhou, Liu Shuang, Li Zhaorong, Zhou Jinxing, Peng Xiawei. Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on growth of Amorpha fruticosa and soil environment[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
Citation: Lian Peng, Li Zhiru, Fan Zhouzhou, Liu Shuang, Li Zhaorong, Zhou Jinxing, Peng Xiawei. Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on growth of Amorpha fruticosa and soil environment[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442

城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐生长及土壤环境的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
基金项目: 

北京城市污水处理厂污泥与园林绿化剩余物协同利用关键技术研发与示范项目 Z151100002115006

详细信息
    作者简介:

    连鹏。主要研究方向:资源与环境微生物。Email: m18203555691@163.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学生物科学与技术学院

    通讯作者:

    彭霞薇,博士,副教授。主要研究方向:资源与环境微生物。Email: xiaweipeng@163.com 地址:同上

  • 中图分类号: S723.7

Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on growth of Amorpha fruticosa and soil environment

  • 摘要: 目的通过观察城市污泥与园林废弃物不同配比的堆肥产品及不同施用量对紫穗槐生长及土壤环境的影响,探究何种配比与施用量的组合下最有利于紫穗槐的生长,以期同时实现城市污泥与园林废弃物的最大化处理,为今后城市污泥和园林废弃物的循环利用提供科学依据。方法本文通过盆栽实验,研究了4种不同堆肥产品(GF、SGA、SGB、SS,即污泥与园林废弃物混合比分别为0:1、1:3、1:1、1:0)和不同施用量(0、25%、50%、75%、100%分别记作CK、T1、T2、T3、T4)对紫穗槐生长及其土壤环境的影响。结果4种堆肥产品在施用量达100%时,对紫穗槐种子萌发表现出一定的抑制作用,SS在各个施用量处理中均表现出较高的抑制作用;在紫穗槐生长初期,与对照相比,4种堆肥产品不同施用量处理均生长较缓慢,但实验中后期,施用堆肥产品的处理组植物生长速度加快,超过对照组植株的生长速度,逐渐表现出堆肥产品的肥效营养作用;施用上述堆肥产品后累积地上生物量和地下生物量均显著提高,最大值分别出现在SGB的T2处理和SS的T1处理;施用堆肥产品能够提高土壤全氮、全磷、全钾、有机质的含量和土壤电导率,且随施用量的增加而显著增加,并不同程度提高了土壤脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性,改善土壤环境。结论综合分析,施用50%的SGB时,有利于紫穗槐生长,确定其为较为适宜的施用比例。
  • 图  1  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐种子相对发芽率的影响

    GF、SGA、SGB、SS表示污泥与园林废弃物混合物比分别为0:1、1:3、1:1、1:0。T1、T2、T3、T4表示不同施用量(25%、50%、75%、100%)。下同。

    Figure  1.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on relative germination rate of Amorpha fruticosa seeds

    GF, SGA, SGB, SS represent the mixture ratio of municipal sludge and garden waste is 0:1, 1:3, 1:1 and 1:0, respective. T1, T2, T3, T4 represent the application amount is 25%, 50%, 75% and 100%, respectively. The same below.

    图  2  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐株高的影响

    Figure  2.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on plant height of Amorpha fruticosa

    图  3  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐累积地上、地下生物量的影响

    Figure  3.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on the accumulation of aboveground and underground biomass of Amorpha fruticosa

    图  4  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对土壤pH值、EC值的影响

    Figure  4.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on soil pH and EC

    图  5  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对土壤营养元素和有机质含量的影响

    Figure  5.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on the content of soil TN, TP, TK and OM

    表  1  供试土壤和堆肥产品的基本理化性质

    Table  1.   General physical and chemical properties of compost products and soil

    供试材料
    Experimental material
    pH 电导率
    Conductivity/
    (μS·cm-1)
    有机质
    Organic matter
    (OM)/(g·kg-1)
    全氮
    Total nitrogen
    (TN)/(g·kg-1)
    全磷
    Total phosphorus
    (TP)/(g·kg-1)
    全钾
    Total potassium
    (TK)/(g·kg-1)
    土壤Soil 8.65 139.6 28.16 1.53 2.19 0.93
    GF 8.80 775.5 186.82 10.17 2.79 3.65
    SGA 8.06 1 239.6 293.35 12.37 7.89 9.56
    SGB 8.23 1 352.2 235.89 13.56 6.65 5.23
    SS 7.70 1 775.6 259.97 16.86 15.53 12.72
    注:GF为纯园林废弃物堆肥产品;SGA为污泥、园林废弃物按1:3体积比混合堆肥产品;SGB为污泥、园林废弃物按1:1体积比混合堆肥产品;SS为纯污泥堆肥产品。下同。Notes: GF, 100% garden waste; SGA, 25% sludge and 75% garden waste on the volume; SGB, 50% sludge and 50% garden waste on the volume; SS, 100% municipal sludge. The same below.
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    表  2  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对土壤酶活性的影响

    Table  2.   Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on soil enzyme activities

    堆肥产品
    Compost product
    处理
    Treatment
    Ur/
    (mg·g-1)
    Pho/
    (mg·g-1)
    DHA/
    (ug·g-1)
       CK 18.86±0.91b 24.07±0.96a 12.12±0.24e
       T1 17.69±0.86b 21.95±0.39a 28.42±0.22d
       GF    T2 18.76±0.30b 23.38±1.01a 41.42±0.13c
       T3 19.59±0.85b 23.26±1.23a 84.02±1.23b
       T4 25.70±1.60a 21.49±2.62a 379.58±3.11a
       CK 18.86±0.91c 24.07±0.96a 12.12±0.24e
       T1 18.33±0.89c 23.52±0.19a 89.24±0.17c
       SGA    T2 18.28±0.61c 23.60±1.23a 95.41±0.51b
       T3 23.16±0.56b 22.71±0.10a 103.20±2.35a
       T4 29.56±0.62a 22.42±0.38a 58.49±0.96d
       CK 18.86±0.91e 24.07±0.96a 12.12±0.24e
       T1 20.17±0.27d 24.82±1.27a 37.75±0.30d
       SGB    T2 22.16±0.42c 24.91±2.86a 54.99±0.64c
       T3 26.72±0.91b 24.93±0.64a 73.45±1.91b
       T4 33.32±0.53a 24.71±0.76a 158.80±0.76a
       CK 18.86±0.91e 24.07±0.96a 12.12±0.24e
       T1 30.12±1.39d 23.81±0.53a 51.99±0.90c
       SS    T2 36.91±0.54c 23.97±0.83a 160.46±3.46a
       T3 43.15±1.42a 24.17±0.41a 140.28±5.98b
       T4 39.59±1.26b 24.09±0.45a 41.49±2.83d
    注:Ur为脲酶;Pho为碱性磷酸酶;DHA为脱氢酶。不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P < .05)。Notes: Ur, urease; Pho, alkali phosphatease; DHA, dehydrogenase. Different lowercase letters in a column within a crop mean significant difference at P < .05 level.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-29
  • 修回日期:  2017-12-26
  • 刊出日期:  2018-04-01

城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐生长及土壤环境的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
    基金项目:

    北京城市污水处理厂污泥与园林绿化剩余物协同利用关键技术研发与示范项目 Z151100002115006

    作者简介:

    连鹏。主要研究方向:资源与环境微生物。Email: m18203555691@163.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学生物科学与技术学院

    通讯作者: 彭霞薇,博士,副教授。主要研究方向:资源与环境微生物。Email: xiaweipeng@163.com 地址:同上
  • 中图分类号: S723.7

摘要: 目的通过观察城市污泥与园林废弃物不同配比的堆肥产品及不同施用量对紫穗槐生长及土壤环境的影响,探究何种配比与施用量的组合下最有利于紫穗槐的生长,以期同时实现城市污泥与园林废弃物的最大化处理,为今后城市污泥和园林废弃物的循环利用提供科学依据。方法本文通过盆栽实验,研究了4种不同堆肥产品(GF、SGA、SGB、SS,即污泥与园林废弃物混合比分别为0:1、1:3、1:1、1:0)和不同施用量(0、25%、50%、75%、100%分别记作CK、T1、T2、T3、T4)对紫穗槐生长及其土壤环境的影响。结果4种堆肥产品在施用量达100%时,对紫穗槐种子萌发表现出一定的抑制作用,SS在各个施用量处理中均表现出较高的抑制作用;在紫穗槐生长初期,与对照相比,4种堆肥产品不同施用量处理均生长较缓慢,但实验中后期,施用堆肥产品的处理组植物生长速度加快,超过对照组植株的生长速度,逐渐表现出堆肥产品的肥效营养作用;施用上述堆肥产品后累积地上生物量和地下生物量均显著提高,最大值分别出现在SGB的T2处理和SS的T1处理;施用堆肥产品能够提高土壤全氮、全磷、全钾、有机质的含量和土壤电导率,且随施用量的增加而显著增加,并不同程度提高了土壤脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性,改善土壤环境。结论综合分析,施用50%的SGB时,有利于紫穗槐生长,确定其为较为适宜的施用比例。

English Abstract

连鹏, 李志茹, 范周周, 刘双, 李昭蓉, 周金星, 彭霞薇. 城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐生长及土壤环境的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
引用本文: 连鹏, 李志茹, 范周周, 刘双, 李昭蓉, 周金星, 彭霞薇. 城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐生长及土壤环境的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
Lian Peng, Li Zhiru, Fan Zhouzhou, Liu Shuang, Li Zhaorong, Zhou Jinxing, Peng Xiawei. Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on growth of Amorpha fruticosa and soil environment[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
Citation: Lian Peng, Li Zhiru, Fan Zhouzhou, Liu Shuang, Li Zhaorong, Zhou Jinxing, Peng Xiawei. Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on growth of Amorpha fruticosa and soil environment[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(4): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170442
  • 随着城市化进程的快速发展,城市生活污泥和园林废弃物的产生量急剧增加[1-3],如何妥善处置这些废弃资源并实现其最大化利用已经成为我国亟待解决的又一重大问题[4-5]。国内外研究表明,城市污泥堆肥和园林废弃物堆肥是实现其资源化利用的主要途径[6-8]。城市污泥和园林废弃物中含有多种有益营养物质,可以改善土壤结构和性能。城市污泥富含氮、磷、钾等营养物质,园林废弃物有机质含量高,能够提高土壤肥力,有助于植物生长[9-10]。然而两者均存在不足,城市污泥含水量高、孔隙率低、C/N低、存在重金属等有害物质[11-13];园林废弃物中有机物质主要为木质素、纤维素等难降解物质,其碳素含量高而氮素含量相对不足,堆肥后肥效较低[14]。因此,将城市污泥与园林废弃物进行混合堆肥,不仅能调节起始C/N比[15],还可以互相弥补各自存在的不足,有助于提高综合堆肥效果。

    杨桐桐等[5]研究发现城市污泥堆肥产品有利于改善沙荒地土壤,促进高羊茅的生长;田赟[8]认为园林废弃物堆肥化处理有利于营养元素的提高,可以有效利用园林废弃物。但是,目前对于城市污泥与园林废弃物混合堆肥产品的研发还处于起步阶段[16],关于二者混合堆肥产品的正确施用方法和施用量标准有待进一步研究。因此本实验在前人研究的基础之上,针对两种废弃物特性,以紫穗槐(Amorpha fruticosa)为研究对象,通过观察两类废弃物不同配比的堆肥产品及不同施用量对紫穗槐生长及土壤环境的影响,拟探究何种配比与施用量的组合下最有利于紫穗槐的生长,以期同时实现城市污泥与园林废弃物的最大化处理,为今后城市污泥和园林废弃物的循环利用提供科学依据。

    • 盆栽实验土壤取自延庆平原造林区,为潮土,去除表层杂草、石块等杂质后,采集0~20 cm土层,置于阴凉通风处,自然风干后备用。

      实验选用灌木紫穗槐为研究对象。紫穗槐具有耐盐碱、抗风沙、抗逆性极强等特性,在贫瘠土地、荒山等地均可生长,可用于水土保持、防风护林、改良土壤。

      供试园林废弃物取自延庆平原造林区的枯枝落叶,全氮和全磷含量分别为7.10和1.73 g/kg,pH为9.13;供试污泥取自北京城市排水集团责任有限公司污水处理厂加工处理后的脱水污泥,所得污泥产品的全氮和全磷含量分别为27.00和11.19 g/kg,pH为7.15;Pb、Cr、Cu和Zn的含量分别为17.00、33.40、118.00、601.00 mg/kg。将供试园林废弃物和污泥按照不同比例进行堆肥处理,得到4种堆肥产品分别为:GF(纯园林废弃物堆肥产品),SGA(污泥、园林废弃物按1:3体积比混合堆肥产品),SGB(污泥、园林废弃物按1:1体积比混合堆肥产品),SS(纯污泥堆肥产品)。供试土壤和堆肥产品的基本理化性质见表 1

      表 1  供试土壤和堆肥产品的基本理化性质

      Table 1.  General physical and chemical properties of compost products and soil

      供试材料
      Experimental material
      pH 电导率
      Conductivity/
      (μS·cm-1)
      有机质
      Organic matter
      (OM)/(g·kg-1)
      全氮
      Total nitrogen
      (TN)/(g·kg-1)
      全磷
      Total phosphorus
      (TP)/(g·kg-1)
      全钾
      Total potassium
      (TK)/(g·kg-1)
      土壤Soil 8.65 139.6 28.16 1.53 2.19 0.93
      GF 8.80 775.5 186.82 10.17 2.79 3.65
      SGA 8.06 1 239.6 293.35 12.37 7.89 9.56
      SGB 8.23 1 352.2 235.89 13.56 6.65 5.23
      SS 7.70 1 775.6 259.97 16.86 15.53 12.72
      注:GF为纯园林废弃物堆肥产品;SGA为污泥、园林废弃物按1:3体积比混合堆肥产品;SGB为污泥、园林废弃物按1:1体积比混合堆肥产品;SS为纯污泥堆肥产品。下同。Notes: GF, 100% garden waste; SGA, 25% sludge and 75% garden waste on the volume; SGB, 50% sludge and 50% garden waste on the volume; SS, 100% municipal sludge. The same below.
    • 盆栽实验时间为2016年4月至2016年10月。采用直径30 cm、高20 cm,下带托盘的塑料盆进行实验。实验在北京林业大学实验基地鹫峰温室进行,每盆播种紫穗槐种子50粒,播种后每天定时、定量浇水,保持土壤湿润。紫穗槐播种5~6 d后开始出苗,9~10 d后苗出齐,当幼苗长出3~4片真叶时,选取长势一致的苗株,遵循“间小留大,间弱留强”的原则进行间苗,每盆留苗6株。

      各处理基质采用上述4种堆肥产品和土壤按不同体积比例进行充分混合后的混合土,共设5个处理:CK(100%土壤)、T1(25%堆肥产品+75%土壤)、T2(50%堆肥产品+50%土壤)、T3(75%堆肥产品+25%土壤)、T4(100%堆肥产品)。总共:CK(3)+堆肥产品(4)*处理(4)*重复(3)=51盆。

    • 相对发芽率:相对发芽率=(处理组种子发芽数/对照组种子发芽数)×100%。

      株高:从2016年6月10日至2016年8月28日,每半月测定一次盆中植株株高,取平均值,连续测定9次。

      生物量:实验结束后,对紫穗槐植株进行破坏性取样,将植物置于0.5 mm筛中冲洗,然后放入105 ℃烘箱,2 h后置于80 ℃下烘干至恒质量,分别称量地上部分和地下部分的干质量。

      土壤基本理化性质参照《土壤农化分析》测定[17]

      土壤酶活性参照《土壤微生物生态学及其实验技术》测定[18]。土壤脲酶采用靛酚比色法,以NH3-N(37 ℃,24 h)表示;碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法,以酚(37 ℃,24 h)表示;脱氢酶采用TTC比色法,以TPF(37 ℃,24 h)表示。

    • 采用Excel 2007进行数据统计;用Origin 9.2进行图表绘制;用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析,采用多重比较最小显著差异法(LSD),显著性水平设为0.05,结果以“平均值±标准误”表示。

    • 当施用量为T1、T2和T3时,GF、SGA和SGB处理种子相对发芽率均超过80%,显著大于纯污泥堆肥(SS)处理种子相对发芽率(图 1),说明施用纯污泥堆肥产品会明显抑制紫穗槐种子的萌发。在SGA、SGB和SS处理中,种子相对发芽率随着施用量的增加,呈现先增加后降低的趋势,各处理种子相对发芽率最大值出现在T2的处理组,说明不同配比的混合堆肥产品对紫穗槐种子的相对发芽率影响不同,其中当施用量为50%时其抑制作用最低。

      图  1  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐种子相对发芽率的影响

      Figure 1.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on relative germination rate of Amorpha fruticosa seeds

    • 不同配比的堆肥产品在紫穗槐生长过程中对株高的影响不同(图 2)。施入混合堆肥产品时,植物的株高因施用量的增加而降低,说明施用量越大,植物生长越迟缓。在整个观测期内,紫穗槐苗子在生长前期各处理株高均明显低于对照,但随着植物生长期的延长,对照组植株的生长变缓,而处理组植株生长加速,后期高于对照组,其中紫穗槐株高的最大值出现在SGB组T2,为75.6 cm。由此说明施用4种堆肥产品在紫穗槐生长初期对其生长均有抑制作用,而且施用量越大,抑制作用越强,但随着苗期的延长,在生长后期逐渐表现出堆肥产品的肥效营养作用,抑制作用减弱。

      图  2  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐株高的影响

      Figure 2.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on plant height of Amorpha fruticosa

    • 图 3A可以看出,紫穗槐累积地上生物量的最大值出现在SGB的T2处理,且显著高于其他处理。施用GF时,不同施用量处理之间,累积地上生物量存在显著性差异且随施用量的增加而降低;施用SGA和SGB时,呈现先增加后降低的趋势,分别在T3、T2达到最大值,差异显著;施用SS时,T2地上生物量最大,T1、T3、T4处理组之间无显著性差异,但均高于对照。从图 3B可以看出,紫穗槐累积地下生物量的最大值出现在SS的T1处理组,均显著高于其T2、T3、T4处理组;施用GF、SGA和SGB时随施用量的增加累积地下生物量均呈现先增加后降低的趋势,其中当施用量为T4时,累积地下生物量显著低于T2。本实验结果表明当施用适量堆肥产品时,能够促进根的生长,反之会抑制植物生长,改变土壤的物理结构和化学性质[15]

      图  3  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对紫穗槐累积地上、地下生物量的影响

      Figure 3.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on the accumulation of aboveground and underground biomass of Amorpha fruticosa

      从整体累积生物量可以看出,施用SGA和SGB时累积地上、地下生物量的最大值分别出现在相同的处理组,表明施用混合堆肥产品使得混配土壤中的营养物质规律性释放,更有利于植物的吸收和利用;施用GF时,植物累积地上、地下生物量均随施用量的增加而不同程度的降低,则表明施用少量GF更适宜植物生长;施用SS时,不同处理间累积地上、地下生物量显著高于对照,表明施用纯污泥堆肥产品也有助于提高植物生物量。

    • 土壤酸碱度对土壤中营养物质的有效性、微生物活性、群落结构、组成以及数量均有较大的影响[19]。从图 4A可以看出,施用SGA、SGB和SS时,土壤pH值随施用量的增加而降低,其中施用SS时土壤pH值降低0.98,pH值仍大于7,可能是因为随着纯污泥堆肥产品的施入,增加了有机碳的含量,在降解过程中产生较多的有机酸,与土壤中的碱性物质中和,从而导致土壤pH值降低。相关研究表明,园林植物一般适宜生长在pH值为6.5~7.5的环境中[19],表明施用堆肥产品能够改良土壤酸碱度,有利于紫穗槐生长。

      图  4  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对土壤pH值、EC值的影响

      Figure 4.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on soil pH and EC

      土壤电导率(EC值)可以反映土壤中可溶性盐分含量,可表征土壤中盐离子含量是否会对植物的生长产生毒害作用[20]。从图 4B可以看出,施用不同比例的堆肥产品后,各处理土壤EC值随施用量的增加而显著增加;当施用纯污泥堆肥产品且施用量为100%时土壤EC值达到最高253.67 μS/cm,不存在盐度风险。Amir等[21]认为,土壤EC值大于3 000 μS/cm时,可能抑制植物生长。因此,施用堆肥产品后应长期跟踪监测土壤EC值的变化。

    • 图 5可以看出,随着堆肥产品施用量增大,混配土壤中全氮、全磷、全钾及有机质含量均有所增加,其中全氮、全钾及有机质含量增长幅度较大。当施入堆肥产品分别为GF、SGA、SGB、SS,且施用量为T4时混配土壤中有机质含量分别是CK的7.03、15.32、13.52和13.65倍;GF、SGA、SGB、SS处理中全氮、全磷和全钾含量分别是CK的4.44、10.91、6.04、12倍,0.44、3.05、2.08、9.86倍和10.33、12.23、12.52、16.15倍,说明施用堆肥产品可以显著提高土壤中有机质和全氮、全磷、全钾等营养元素的含量,可能是因为堆肥产品与土壤混配后,有机态营养物质发生矿化,提高了有机质及营养元素的含量[21]

      图  5  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对土壤营养元素和有机质含量的影响

      Figure 5.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on the content of soil TN, TP, TK and OM

    • 表 2可以看出,施入GF,脲酶及脱氢酶活性均在T4时达到最高,较CK分别提高6.84 mg/g、367.46 ug/g。施入SGA,脲酶活性在T4最高,较CK提高56.73%;脱氢酶活性在T3最高,较CK提高7.52倍,各处理较CK差异显著。施入SGB,脲酶及脱氢酶活性均在T4时达到最高分别为33.32 mg/g,158.8 ug/g,是CK的1.77、13.1倍。施入SS,脲酶活性在T3时达到最高,较CK提高128.79%,其余处理较CK差异显著;脱氢酶活性在T2时达到最高,较CK提高12.24倍,其余处理较CK差异显著。各处理碱性磷酸酶活性较CK均无显著性差异。

      表 2  城市污泥与园林废弃物混合堆肥施用对土壤酶活性的影响

      Table 2.  Effects of applying mixed composting of municipal sludge and garden waste on soil enzyme activities

      堆肥产品
      Compost product
      处理
      Treatment
      Ur/
      (mg·g-1)
      Pho/
      (mg·g-1)
      DHA/
      (ug·g-1)
         CK 18.86±0.91b 24.07±0.96a 12.12±0.24e
         T1 17.69±0.86b 21.95±0.39a 28.42±0.22d
         GF    T2 18.76±0.30b 23.38±1.01a 41.42±0.13c
         T3 19.59±0.85b 23.26±1.23a 84.02±1.23b
         T4 25.70±1.60a 21.49±2.62a 379.58±3.11a
         CK 18.86±0.91c 24.07±0.96a 12.12±0.24e
         T1 18.33±0.89c 23.52±0.19a 89.24±0.17c
         SGA    T2 18.28±0.61c 23.60±1.23a 95.41±0.51b
         T3 23.16±0.56b 22.71±0.10a 103.20±2.35a
         T4 29.56±0.62a 22.42±0.38a 58.49±0.96d
         CK 18.86±0.91e 24.07±0.96a 12.12±0.24e
         T1 20.17±0.27d 24.82±1.27a 37.75±0.30d
         SGB    T2 22.16±0.42c 24.91±2.86a 54.99±0.64c
         T3 26.72±0.91b 24.93±0.64a 73.45±1.91b
         T4 33.32±0.53a 24.71±0.76a 158.80±0.76a
         CK 18.86±0.91e 24.07±0.96a 12.12±0.24e
         T1 30.12±1.39d 23.81±0.53a 51.99±0.90c
         SS    T2 36.91±0.54c 23.97±0.83a 160.46±3.46a
         T3 43.15±1.42a 24.17±0.41a 140.28±5.98b
         T4 39.59±1.26b 24.09±0.45a 41.49±2.83d
      注:Ur为脲酶;Pho为碱性磷酸酶;DHA为脱氢酶。不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P < .05)。Notes: Ur, urease; Pho, alkali phosphatease; DHA, dehydrogenase. Different lowercase letters in a column within a crop mean significant difference at P < .05 level.
    • 本实验发现,施用不同堆肥产品均能不同程度的抑制紫穗槐种子相对发芽率。其中,施用纯污泥堆肥产品对种子相对发芽率抑制作用最大,推测其原因:(1)纯污泥堆肥产品中重金属含量较高,超出其生长所必需的含量,抑制种子萌发[25];(2)纯污泥堆肥产品中含有较多激素类物质和有机污染物质等,对植物种子的发芽有抑制作用[15]。在整个研究期,施用堆肥产品的处理组在施用初期植株高度低于对照组,表现出不同程度的抑制生长的现象,随着苗期的延长,抑制作用减弱,并表现出促进植物生长的效果,可能是由于:(1)不同堆肥产品对种子萌发有不同程度的抑制作用,导致初期紫穗槐幼苗生长速度低于对照;(2)在生长初期可利用物质含量较少,但随着时间的延长,堆肥产品中物质发生转化,表现出堆肥产品的肥效营养作用[21];(3)起抑制作用的成分被逐渐分解流失,导致其含量逐渐降低,抑制作用减弱[15]; (4)随着植物的生长,其对环境的适应能力增强,抗逆性提高[28]。不论城市污泥与园林废弃物按何种配比进行堆肥,施用堆肥产品后紫穗槐的累积地上、地下生物量均显著高于对照,但随着施用量的增加,紫穗槐的累积地上、地下生物量均呈现降低趋势,说明过量施用堆肥产品会抑制植物的生长。因此,不同堆肥产品在林地施用初期应控制用量,避免其毒害作用的发生,同时为林地育苗提供理论依据。

      本研究发现,施用堆肥产品改善了土壤理化性质,除施用GF以外,施用其余堆肥产品均使土壤pH值向有利于紫穗槐生长范围变化,但各处理土壤的pH值波动范围较小,说明施用堆肥产品并没有产生过多的酸性物质;土壤电导率随施用量的增大而显著增加,虽然目前施用堆肥产品不存在盐度风险,但这只是一次盆栽实验,在未来研究中应该长期跟踪监测土壤电导率的变化。

      众多研究表明,土壤脲酶、磷酸酶及脱氢酶等酶的活性与土壤中重金属的含量有相关性[24-27],并且对重金属污染比较敏感[26]。本研究表明,堆肥产品以不同比例与土壤混合施用有助于提高土壤酶活性,随着堆肥产品施用量的增加,脲酶、碱性磷酸酶及脱氢酶活性相比于对照均有不同程度的提高,其中脱氢酶活性显著提高,与顾兵、李艳霞等研究结果一致[19, 23]。可能由于其含有大量的有机物质,微生物充分发挥降解能力,有效促进营养物质的转化,从而促进土壤酶活的增高[10]。当施用量达到100%时,土壤酶活性仍高于对照,说明施用堆肥产品对于紫穗槐的生长是安全可行的。但相关研究表明,北京市污泥中Zn和Cu的含量相对较高,城市污泥的使用对植物的生长及重金属的富集呈现不同的效应,可能导致土壤重金属污染[15]。本文侧重研究混合堆肥产品对植物生长的影响,因此在未来研究中需要监测土壤重金属的含量,从而为污泥及其园林废弃物的绿色应用提供理论依据。

    • (1) 施用堆肥产品对紫穗槐种子相对发芽率、株高及生物量均有不同的影响,使混配土壤中全氮、全磷、全钾及有机质的含量随施用量的增加而成倍增加,且对土壤脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性也有不同程度的提高,大大改善了土壤环境;

      (2) 综合不同堆肥产品及不同施用量对紫穗槐种子相对发芽率、株高、生物量及土壤理化性质和土壤酶活性的影响,同时为实现两种废弃物的最大化利用,由此确定堆肥产品最佳配比是SGB,最佳施用比例为50%。

参考文献 (28)

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