城市垃圾堆肥對高羊茅生長及土壤性質(zhì)的影響

付學(xué)琴，陳霞，龍中兒

(1.江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江西南昌330022;2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所，江西 南昌 330200)

城市垃圾堆肥對高羊茅生長及土壤性質(zhì)的影響

付學(xué)琴1，陳霞2，龍中兒1

(1.江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江西南昌330022;2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所，江西 南昌 330200)

采用盆栽實驗方法，比較了在每盆施用130 g垃圾堆肥(T1)或1.5 g化肥(T2)以及130 g垃圾堆肥與1.5 g化肥混合施用(T3)條件下高羊茅(Festuca arundinaceaL.)生長及土壤性質(zhì)的變化。結(jié)果表明:T1和T3處理組的土壤容重顯著低于對照(不施肥)和T2處理組，土壤中的陽離子代換量及有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著高于對照及T2處理組，且T3處理組的增加幅度更大;T1和T3處理組土壤中Pb、As、Cu、Cr和Cd含量均高于對照和T2處理組，且T1處理組土壤中Pb、As、Cu和Cd含量均顯著高于T3處理組，但均小于土壤環(huán)境質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)，不會造成土壤環(huán)境污染。T1和T3處理組高羊茅種子萌發(fā)率均明顯低于T2處理組和對照，但隨萌發(fā)時間的延長逐漸提高，表明垃圾堆肥對高羊茅種子萌發(fā)的抑制作用是暫時性的。施肥處理對高羊茅生長均有明顯的促進作用; T1、T2和T3處理組高羊茅的株高、地上部分和根干質(zhì)量、葉片N含量和葉綠素含量總體上均顯著高于對照;其中T1處理組在栽培前期高羊茅的株高、地上部分干質(zhì)量和葉片N含量低于T2處理組，但在后期顯著高于T2處理組;而T3處理組高羊茅的各項指標(biāo)總體上均最高。結(jié)果顯示:使用垃圾堆肥能明顯改善土壤性質(zhì)、增加土壤肥力;垃圾堆肥具有緩釋效應(yīng)，能改善高羊茅的生長狀況、提高草坪質(zhì)量，與化肥混合施用效果更佳。

城市垃圾堆肥;高羊茅;土壤性質(zhì);種子萌發(fā);生長

隨著城鎮(zhèn)化的快速推進和人們生活水平的不斷提高，城市生活垃圾數(shù)量與日俱增。據(jù)統(tǒng)計，我國市民每年人均產(chǎn)生生活垃圾量達440 kg，全國生活垃圾年均總量高達1億噸以上，并且還以每年6%以上的速度遞增［1］，因而，對生活垃圾的處置已成為突出的資源、環(huán)境、經(jīng)濟和社會問題。

目前對生活垃圾的處理方式主要有焚燒、填埋、堆肥等，其中，垃圾堆肥處理是利用微生物將垃圾中易腐的有機質(zhì)分解為易被植物吸收的腐殖質(zhì)和N、P、K等營養(yǎng)元素，是城市生活垃圾無害化、減量化、資源化處理的有效途徑。雖然垃圾堆肥富含有機質(zhì)和植物生長所需的營養(yǎng)元素，能有效提高土壤肥力、改善土壤理化性質(zhì)、增加作物產(chǎn)量［2－5］，但由于垃圾堆肥中含有重金屬、病原菌等一系列污染物，直接農(nóng)用會污染環(huán)境、并通過食物鏈危害人畜健康［6－8］，因而，近年來垃圾堆肥越來越多地被應(yīng)用于草坪及觀賞性植物的栽培［9－10］。

將垃圾堆肥應(yīng)用于草坪和觀賞植物的栽培，既可以促進草坪植物生長、改善觀賞品質(zhì)，又可以解決垃圾堆肥的出路，避免進入食物鏈，節(jié)約化肥，是科學(xué)合理利用垃圾堆肥的新途徑［11－12］。

作者比較了城市垃圾堆肥、化肥及垃圾堆肥與化肥混合施用對高羊茅(Festuca arundinaceaL.)草坪土壤性質(zhì)和草坪質(zhì)量的影響，為垃圾堆肥的科學(xué)、安全、合理利用提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試草種高羊茅品種為‘Acending star’，引自美國，由江蘇常州佳南草業(yè)公司提供。

盆栽土壤取自江西師范大學(xué)校園，為褐紅壤，土壤中全氮、全鉀和全磷含量分別為0.91、7.40和0.76 mg·g－1，Cu、Cd、As、Pb和Cr含量分別為20.17、0.41、8.64、26.76和67.45 mg·kg－1，pH 6.52。

垃圾堆肥由廣東博羅垃圾廠提供，其中全氮、全鉀和全磷含量分別為2.81、12.70和5.40 mg·g－1， Cu、Cd、As、Pb和Cr含量分別為37.23、1.32、13.78、27.30和71.30 mg·kg－1，pH 7.56。

商品化肥為NH4H2PO4和KCl，含180.0 g· kg－1N、460.0 g·kg－1P2O5和240.0 g·kg－1KO2。

1.2 方法

1.2.1 實驗設(shè)計和播種共設(shè)置4組施肥處理:處理1(T1)每盆施用130 g垃圾堆肥;處理2(T2)每盆施用1.5 g化肥;處理3(T3)每盆施用130 g垃圾堆肥和1.5 g化肥;處理4(T4)不施肥(對照)。采用直徑20 cm、高35 cm的塑料盆進行盆栽，每盆裝土7 kg，肥料在裝盆時直接拌入盆栽土中。

實驗在露天進行，高羊茅種子按20 g·m－2用量播種，經(jīng)催芽后于2010年3月25日播種。種子萌發(fā)間苗后每盆留100株，每個處理5盆，重復(fù)3次，共60盆。播種后按照草坪管理要求進行常規(guī)管理。

1.2.2 生長指標(biāo)測定方法對高羊茅種子萌發(fā)狀況和植株生長狀況進行觀察和統(tǒng)計，主要的統(tǒng)計指標(biāo)有種子萌發(fā)率、株高、長勢和葉色等。

從3月25日播種時開始觀察和統(tǒng)計種子的萌發(fā)數(shù)量，每隔5 d統(tǒng)計1次，至4月14日止。按公式“萌發(fā)率=(全部發(fā)芽種子數(shù)/播種種子總數(shù))× 100%”計算種子萌發(fā)率。

株高用精度0.1 cm的鋼尺測定，測定時每盆隨機取10株，于刈剪前測量其自然高度。

地上部干質(zhì)量采用收獲法測定，于5月20日開始刈剪，每個月刈剪1次，至9月20日止;刈剪高度為4.5 cm，共刈剪5次;每100株為1個單位，刈剪后先稱取鮮質(zhì)量，然后烘干至恒質(zhì)量后稱取干質(zhì)量并進行統(tǒng)計分析。樣品保存用于其他指標(biāo)的分析。

采用鉆土芯法獲取地下部分，在收獲時每個處理各取5鉆(每盆1鉆)，深度為20 cm;按10 cm分層并裝入布袋中，分別置于0.5 mm篩子中沖洗;然后將全部根裝入紙袋中，于60℃干燥至恒質(zhì)量，稱量后對根系干質(zhì)量進行統(tǒng)計分析。

收獲時選取有代表性的功能葉數(shù)片，采用比色法測定葉片中的葉綠素含量。于每次刈剪后用凱式法測定葉片中的總N含量［13］。

1.2.3 土壤指標(biāo)分析方法在高羊茅收獲后用土鉆取0～20 cm層土樣，風(fēng)干過0.5 mm篩，采用常規(guī)分析方法［14］測定土壤的理化性質(zhì)。采用環(huán)刀法測定土壤容重;采用浸提蒸鎦法測定陽離子代換量;采用重鉻酸鉀法測定有機質(zhì)含量;采用原子吸收法測定重金屬含量;采用堿解擴散法測定速效氮含量;采用鉬銻抗比色法測定速效磷含量;采用火焰發(fā)射法測定速效鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.55和Excel 2003軟件進行實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理和LSD分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分和重金屬含量的影響

2.1.1 對土壤養(yǎng)分含量的影響不同施肥處理對高羊茅栽培土壤養(yǎng)分含量的影響見表1。由表1可以看出:T1(垃圾堆肥)和T3(垃圾堆肥－化肥)處理組的土壤容重分別比T4(對照)處理組下降了24.85%和26.63%，分別比T2(化肥)處理組下降了23.03%和24.85%，差異顯著;陽離子代換量分別比對照組提高了11.83%和19.20%，分別比T2處理組提高了11.03%和18.34%，也均有顯著差異。說明施用垃圾堆肥可以明顯改善土壤疏松度、增加土壤團粒性，且與化肥配施效果更佳。

由表1還可以看出:T1和T3處理組的土壤有機質(zhì)含量分別比對照提高了80.06%和75.02%，分別比T2處理組提高了73.13%和68.28%，均有顯著差異。T1處理組的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別比對照組提高了38.53%、40.03%和17.14%，差異達顯著水平;但與T2處理組的土壤堿解氮和速效磷含量差異不顯著，與T2處理組的速效鉀含量則有顯著差異。T3處理組的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別比對照組提高了62.48%、54.51%和22.69%，比T2處理組分別提高了19.37%、22.8%和42.49%，差異達顯著水平。說明施用垃圾堆肥可以明顯改善土壤供肥狀況、增加土壤肥力，具有改土培肥的作用。且施用垃圾堆肥并配以適當(dāng)比例的無機復(fù)合肥，培肥效果更佳。

表1 不同施肥處理對高羊茅栽培土壤養(yǎng)分含量的影響1)Table 1 Effect of different fertilizer treatments on nutrient content in cultivating soil of Festuca arundinacea L.1)

2.1.2 對土壤重金屬含量的影響不同施肥處理對高羊茅栽培土壤中重金屬含量的影響見表2。由表2的數(shù)據(jù)可以看出:T2(化肥)處理組與T4(對照)處理組土壤中重金屬Pb、As、Cu、Cr和Cd的含量基本無差異，說明施用化肥對土壤中重金屬的積累無明顯影響。T1(垃圾堆肥)和T3(垃圾堆肥－化肥)處理組土壤中Pb、As、Cu、Cr和Cd的含量均高于對照，且有顯著差異，說明施用垃圾堆肥對土壤中重金屬的積累有明顯影響。T1處理組土壤中Pb、As、Cu和Cd含量均顯著高于T3處理組，而Cr含量也略高于T3處理組但差異不顯著，表明在垃圾堆肥中加入適量的化學(xué)肥料配制成復(fù)混肥，可以明顯減緩?fù)寥乐兄亟饘僭氐母患俾省８魈幚斫M土壤中重金屬(Pb、As、Cu、Cr和Cd)含量均小于土壤環(huán)境質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)的要求，對土壤環(huán)境不會造成污染。

2.2 不同施肥處理對高羊茅種子萌發(fā)的影響

不同施肥處理對高羊茅種子萌發(fā)率的影響見表3。由表3的數(shù)據(jù)可以看出:施用垃圾堆肥對高羊茅種子萌發(fā)有明顯的抑制作用，使種子萌發(fā)率降低并延長種子萌發(fā)時間。在播種10 d后(4月4日)，T4(對照)和T2(化肥)處理組的種子萌發(fā)率基本達到恒定，且均在93%以上;而T1(垃圾堆肥)和T3(垃圾堆肥－化肥)處理組的種子萌發(fā)率仍很低，分別僅為25.9%和22.4%。隨萌發(fā)時間的延長，T1和T3處理組的種子萌發(fā)率逐漸提高，播種20 d后(4月14日)基本上達到恒定，且均在82%以上，與對照和T2處理組的差異明顯減小。表明垃圾堆肥對高羊茅種子萌發(fā)的抑制作用是暫時性的。

表2 不同施肥處理對高羊茅栽培土壤中重金屬含量的影響1)Table 2 Effect of different fertilizer treatments on heavy metal content in cultivating soil of Festuca arundinacea L.1)

表3 不同施肥處理對高羊茅種子萌發(fā)率的影響Table 3 Effect of different fertilizer treatments on seed germination rate of Festuca arundinacea L.

2.3 不同施肥處理對高羊茅生長的影響

2.3.1 對株高的影響不同施肥處理對高羊茅株高的影響見表4。由表4可見:各施肥處理組高羊茅的株高均高于對照(不施肥)，且差異達顯著水平，可見施肥可以明顯加快高羊茅的生長速率。在整個觀測周期內(nèi)，T3(垃圾堆肥－化肥)處理組高羊茅的株高一直顯著高于其他處理組，說明垃圾堆肥與化肥混合施用效果最佳。

在5月20日、6月20日和7月20日，T2處理組高羊茅的株高均高于T1處理組;但在8月20日和9月20日，T1處理組的株高則均高于T2處理組。表明垃圾堆肥具有緩釋作用，能為高羊茅的生長提供持續(xù)的養(yǎng)分供應(yīng)，從而滿足高羊茅的生長需要。

表4 不同施肥處理對高羊茅株高的影響1)Table 4 Effect of different fertilizer treatments on height of Festuca arundinacea L.1)

2.3.2 對植株干質(zhì)量的影響不同施肥處理對高羊茅地上部分及根干質(zhì)量的影響見表5。由表5可見:不同施肥處理對高羊茅地上部分和根干質(zhì)量都有非常明顯的影響，除T2(化肥)和T1(垃圾堆肥)處理組間根干質(zhì)量的差異不顯著外，其他處理組間地上部分和根的干質(zhì)量都有顯著差異，且都顯著高于對照(不施肥)，說明施肥能增加高羊茅生物量，但不同施肥處理間存在差異。

T3(垃圾堆肥－化肥)處理組5個日期(5月20日、6月20日、7月20日、8月20日和9月20日)的地上部分干質(zhì)量以及根干質(zhì)量分別比T2處理組提高了14.18%、13.51%、19.06%、20.33%、25.91%以及47.37%，分別比T1處理組提高了27.49%、31.80%、32.14%、11.09%、9.31%以及49.31%，說明垃圾堆肥和化肥混合施用能有效促進高羊茅的生長及干物質(zhì)積累，且效果最佳。T2處理組地上部分干質(zhì)量在5月20日、6月20日和7月20日顯著高于T1處理組，但在8月20日和9月20日則低于T1處理組，且差異均達到顯著水平。說明化肥提供的速效養(yǎng)分有利于促進高羊茅的快速生長，而垃圾堆肥的肥效則具有緩釋效應(yīng)，對高羊茅的生長具有長期緩慢的促進效應(yīng)。

2.3.3 對葉片中N含量的影響不同施肥處理對高羊茅葉片中N含量的影響見表6。由表6可見:各處理組葉片中N含量有顯著差異，且都顯著高于對照，說明施肥能增加高羊茅葉片的N含量。

在整個實驗周期的前半段，T1(垃圾堆肥)處理組高羊茅葉片N含量顯著低于T2(化肥)處理組，但從中期開始則顯著高于T2處理組。表明垃圾堆肥能促進高羊茅對N的吸收，且具有明顯的緩釋作用。T3 (垃圾堆肥－化肥)處理組高羊茅葉片中的N含量在實驗初期顯著低于T2處理組，但其后葉片中的N含量均最高。說明垃圾堆肥和化肥混合施用最有利于高羊茅對N的吸收。

表5 不同施肥處理對高羊茅植株干質(zhì)量的影響1)Table 5 Effect of different fertilizer treatments on dry weight of Festuca arundinacea L.1)

表6 不同施肥處理對高羊茅葉片中N含量的影響1)Table 6 Effect of different fertilizer treatments on N content in leaf of Festuca arundinacea L.1)

2.3.4 對葉片中葉綠素含量的影響在實驗結(jié)束時對高羊茅葉片中葉綠素含量進行測定和統(tǒng)計分析，結(jié)果表明:T1(垃圾堆肥)、T2(化肥)、T3(垃圾堆肥－化肥)和T4(對照)處理組葉片中的葉綠素含量分別為1.67、1.29、1.83和0.85 g·kg－1，各施肥處理組葉片葉綠素含量均顯著高于對照(P＜0.05)，說明施肥能明顯提高高羊茅葉片中的葉綠素含量，促進高羊茅的光合作用，增強高羊茅的生長能力。尤其是垃圾堆肥與化肥混合施用后高羊茅葉片中葉綠素含量顯著高于其他處理組(P＜0.05)，且葉色深綠，說明垃圾堆肥與化肥混合施用不但對高羊茅葉片中葉綠素合成的促進效果最明顯，且肥效最好并具有緩釋效應(yīng)。

3 討論和結(jié)論

垃圾堆肥是垃圾資源化利用的重要方式，對此已有大量的研究報道。Caravaca等［15］的研究結(jié)果表明:垃圾堆肥能顯著降低土壤容重、增加土壤持水量和陽離子代換量。也有研究結(jié)果［11，16］顯示:垃圾堆肥與純雞糞、羊糞混施，能降低土壤質(zhì)量、增大總孔隙度、形成團粒結(jié)構(gòu)，但能提高土壤的保水性和保肥性。在本研究中，對土壤容重、陽離子代換量、土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量等指標(biāo)的測定結(jié)果表明:與化肥相比，垃圾堆肥能明顯改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤養(yǎng)分含量、提高肥效，且與化肥混合施用效果最佳。這與前人的相關(guān)研究結(jié)果基本一致。

垃圾堆肥中含有一定量的重金屬，施入土壤的同時重金屬元素也隨之進入土壤，提高了土壤中重金屬的含量。多立安等［17］和曾峰海等［18］認為:施用垃圾堆肥會增加土壤重金屬含量，但隨時間的推移，重金屬含量將逐步降低。陳興蘭等［19］認為:在以堆肥和灰渣為主的盆栽土中添加磷石膏，其滲透水中所含的Pb、Cu、Zn和Mn濃度較低，這可能是由于磷石膏對垃圾堆肥中部分重金屬產(chǎn)生了鈍化作用。本研究結(jié)果表明:施用垃圾堆肥會導(dǎo)致高羊茅栽培土壤中重金屬含量增加，但與化肥混合施用可以有效減緩重金屬的富集速率。其原因可能是施用垃圾復(fù)混肥促進了土壤中微生物的新陳代謝，對垃圾堆肥中所含的重金屬具有分解和鈍化的作用，從而降低了土壤中的重金屬含量。

多立安等［17］的研究結(jié)果表明:高濃度的垃圾堆肥淋洗液使黑麥草(Lolium perenneL.)和高羊茅種子萌發(fā)高峰期推遲，但不影響發(fā)芽率，到萌發(fā)11 d時種子發(fā)芽率分別達到94%和92%以上。范海榮等［9］認為:與化肥相比較，垃圾復(fù)合肥能有效改善草坪草的色澤和整齊度、增加草坪的密度、促進對氮的吸收，提升草坪質(zhì)量。本研究結(jié)果顯示:垃圾堆肥對高羊茅種子的萌發(fā)有明顯抑制作用，主要表現(xiàn)為萌發(fā)推遲和萌發(fā)率降低，其原因可能是由于垃圾堆肥中含有一些對種子發(fā)芽有抑制作用的有機物質(zhì)，如酚類、醛類和有機酸等，但隨播種時間的延長，這些成分被逐漸分解且含量逐漸降低，其抑制作用也逐漸減弱。因此，只要經(jīng)過充分預(yù)腐熟處理，促進垃圾堆肥中一些有抑制作用的成分分解，就能有效減輕或消除其不利影響，使垃圾堆肥可以安全應(yīng)用于城市綠化草坪建設(shè)。

氮素是高羊茅生長所需的重要營養(yǎng)元素之一，氮素的吸收有利于提高高羊茅草坪的各項質(zhì)量指標(biāo)［20］。而施用垃圾堆肥能促進高羊茅的生長、提高葉片中N含量，從而可達到改善高羊茅草坪色澤、提高草坪質(zhì)量的目的，且與化肥配施效果最佳。

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(責(zé)任編輯:惠紅)

Effect of municipal waste compost on growth of Festuca arundinacea and soil property

FU Xueqin1，CHEN Xia2，LONG Zhong-er1(1.College of Life Sciences，Jiangxi Normal University，Nanchang 330022，China;2.Soil Fertilizer and Resource Environment Research Institute，Jiangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanchang 330200，China)，J.Plant Resour.＆Environ.2012，21(2):96－101

Using pot experiment，changes of growth ofFestuca arundinaceaL.and soil property were compared under applying 130 g waste compost per pot(T1)，1.5 g chemical fertilizer per pot(T2)and 130 g waste compost and 1.5 g chemical fertilizer per pot(T3).The results show that soil bulk density of T1 and T3 groups is significantly lower，cation exchange and contents of organic matter，available N，available P and available K in soil are significantly higher than those of the control(no fertilizer)and T2 groups with bigger increasing range of T3 group.Also，contents of Pb，As，Cu，Cr and Cd in soils of T1 and T3 groups are higher than those of the control and T2 groups，while contents of Pb，As，Cu and Cd in soil of T1 group are significantly higher than those of T3 group，but these heavy metal contents are less than the level of soil environmental quality standards，and cannot cause the soil environment pollution.Seed germination rate ofF.arundinaceain T1 and T3 groups is significantly lower than that of the control and T2 groups，but that increases gradually with prolonging of germinating time，indicating inhibition effect of waste compost on seed germination is temporary.Fertilizer can obviously improve growth ofF.arundinacea.Generally，plant height，dry weight of above-ground part and root，N and chlorophyll contents in leaf ofF.arundinaceain T1，T2 and T3 groups are significantly higher than those in the control.In which，plant height，dry weight of above-ground part and N content in leaf of T1 group are lower during earlier cultivated stage but higher during later cultivated stage than those in T2 group，while growth indexes ofF.arundinaceain T3 group are generally the highest.It is suggested that use of waste compost can improve soil property and enhance soil fertility.Waste compost has a sustained-releaseeffect，can improve growth status and turf quality ofF.arundinacea，and has the best improvement effect when mixed applying with chemical fertilizer.

municipal waste compost;Festuca arundinaceaL.;soil property;seed germination;growth

book=2012,ebook=62

X705;S688.404

A

1674－7895(2012)02－0096－06

2011－09－07

江西省科技支撐計劃項目(20090812);江西省農(nóng)牧漁業(yè)科研計劃項目(201126－08)

付學(xué)琴(1975—)，女，江西樟樹人，在職博士生，主要從事微生物生態(tài)學(xué)研究。