城市污泥堆肥對百日草生長發(fā)育的影響

歐陽英，王建湘，皮 俊

(湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學院，湖南 長沙,410127)

隨著我國城市化進程的快速推進，我國城市污水處理產(chǎn)生的污泥數(shù)量大幅度增加[1,2]。污泥富含大量的有機質(zhì)與礦質(zhì)養(yǎng)分[3]，同時，通過堆肥處理，可降低污泥中的污染物含量和生物有效性[1]，適合做為農(nóng)用資源利用。目前，污泥農(nóng)用已成為城市污泥的主要處置方式之一[4]。與傳統(tǒng)的污泥農(nóng)用相比較，觀賞植物栽培利用是目前城市污泥農(nóng)用的新方向，具有成本低，不進入食物鏈等優(yōu)點[5]，應(yīng)用前景廣闊。

基于此，筆者選取觀賞植物百日草(Zinniaelegans)為試驗對象，以添加不同比例的城市污泥堆肥為栽培基質(zhì)，以園土為對照，通過盆栽試驗，對觀賞植物百日草的生長發(fā)育情況進行研究，以期為使用污泥堆肥進行觀賞植物栽培這一污泥農(nóng)用新方向提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

栽培基質(zhì)成分：園土、污泥堆肥、珍珠巖、河沙?；|(zhì)成分的基本理化性質(zhì)見表1。

供試植物：百日草(Zinniaelegans)，2019年3月15日于溫室內(nèi)進行穴盤播種育苗，苗期進行常規(guī)化管理。4月10日從中選取花苗長勢基本一致的壯苗進行盆栽試驗。

表1 基質(zhì)成分的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗方法

試驗于2019年3月～9月在湖南省長沙市隆平高科技園試驗基地進行。設(shè)6個處理：

CK 100%園土；

處理ⅠV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=2.0∶2.0∶1.0；

處理ⅡV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=2.5∶1.5∶1.0；

處理ⅢV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=3.0∶1.0∶1.0；

處理ⅣV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=3.5∶0.5∶1.0；

處理ⅤV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=4.0∶0.0∶1.0。

試驗設(shè)計為單因素完全隨機區(qū)組試驗，每一處理重復4次。

1.3 測定指標與方法

1.3.1基質(zhì)性質(zhì)測定基質(zhì)容質(zhì)量與總孔隙度測定：環(huán)刀法。持水量測定：烘干法。pH測定：電位法。有機質(zhì)測定：重鉻酸鉀容量法。重金屬測定：原子吸收分光光度法。全氮測定：半微量凱氏法。全磷測定：NaOH熔融—鉬銻抗比色法。全鉀測定：NaOH熔融—火焰光度法。堿解氮測定：堿解擴散法。速效磷：用0.5 mol·L―1的 NaHCO3(pH 8.5)提取液，加入無磷活性炭，過濾，混勻濾液、蒸餾水、鉬銻抗試劑，顯色后用分光光度計測定。速效鉀：用1 mol·L―1的中性NH4OAc溶液提取，火焰光度計測定。

1.3.2植株中營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)的測定植株中氮質(zhì)量分數(shù)測定：凱氏定氮法；植株中磷質(zhì)量分數(shù)測定：鉬銻抗比色法。植株中鉀質(zhì)量分數(shù)測定：火焰分光光度計法。

1.3.3植株部分生理指標測定每處理選取長勢一致的植株10株，分別于移栽時(移栽株高H1)和收獲時(收獲株高H2)用直尺測量其株高，于收獲時用游標卡尺測量最大葉長、葉寬，于收獲時用電子天平稱量植株鮮質(zhì)量。同時，記錄花期以及植株收獲前的開花總數(shù)。

1.3.4植株生長量計算計算公式：增高量=H2-H1

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)處理，通過SPSS 24.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試基質(zhì)的物理性質(zhì)分析

較理想的標準基質(zhì)應(yīng)滿足以下條件：容質(zhì)量約0.5 g·cm―3；總孔隙度在54%～96%之間；氣水比范圍為0.25～0.33[6]。為使試驗設(shè)計的栽培基質(zhì)符合這些要求，比較了供試基質(zhì)的物理性質(zhì)。

試驗結(jié)果表明，試驗設(shè)計的5種混合基質(zhì)(處理Ⅰ～處理Ⅴ)的容質(zhì)量均低于園土(CK)；污泥堆肥容質(zhì)量較小，通氣孔隙一般，持水量大；珍珠巖容質(zhì)量小，通氣孔隙大，通氣透水性較好，堆肥中加入珍珠巖，增加了基質(zhì)的通氣性與透水性；河沙的容質(zhì)量大，加入后可改善基質(zhì)的容質(zhì)量。除對照CK之外，5種混合基質(zhì)(處理Ⅰ～處理Ⅴ)的容質(zhì)量、總孔隙度以及氣水比都與理想基質(zhì)接近，較符合栽培基質(zhì)的要求(表2)。

表2 供試基質(zhì)的物理性質(zhì)

2.2 污泥堆肥對百日草生長發(fā)育的影響

百日草喜肥沃濕潤的土壤，在貧瘠干旱的土壤上生長發(fā)育較差。本次試驗分別從百日草增高量、最大葉長、最大葉寬、花朵數(shù)量、花期、鮮質(zhì)量等幾個方面分析了不同污泥堆肥處理對百日草生長發(fā)育的影響。試驗結(jié)果表明，不同供試基質(zhì)中生長的百日草植株生理指標數(shù)據(jù)差別較大，污泥堆肥可促進百日草的生長發(fā)育，5種供試基質(zhì)均適于栽種百日草，效果均優(yōu)于園土(表3)。這可能與污泥堆肥富含大量的有機質(zhì)與礦質(zhì)養(yǎng)分，而百日草喜肥的特性有關(guān)。

通過對不同配比基質(zhì)中百日草的生理指標數(shù)據(jù)進行方差分析與多重比較，不同配比基質(zhì)間植株的生長發(fā)育存在顯著差異，處理Ⅱ中的百日草生長發(fā)育最好，處理Ⅲ次之(表3)。分析其原因，可能與污泥堆肥中的重金屬過量危害及百日草喜濕潤土壤的習性有關(guān)。隨著供試基質(zhì)中污泥用量的增加，有機質(zhì)與礦質(zhì)養(yǎng)分更充足，促進了喜肥的百日草的生長發(fā)育，但隨著污泥用量的繼續(xù)增加，其中的重金屬等有害物質(zhì)含量超出了百日草的適應(yīng)范圍，危害其生長發(fā)育。同時，處理Ⅱ的持水量優(yōu)于處理Ⅲ，土壤更濕潤，更有利于百日草的生長發(fā)育。

表3 不同污泥堆肥處理對百日草生長發(fā)育的影響

2.3 污泥堆肥對百日草氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)的影響

試驗對CK和處理Ⅱ的百日草全株中的氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)進行了測定，以分析污泥堆肥對百日草氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)的影響。試驗結(jié)果表明，污泥堆肥可為百日草生長發(fā)育提供所需的氮、磷及部分鉀元素(表4)。處理Ⅱ的氮、磷質(zhì)量分數(shù)均高于對照CK，但鉀質(zhì)量分數(shù)較對照CK低，這可能與供試基質(zhì)中的氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)相關(guān)，已有研究表明，污泥堆肥中的各元素含量均高于土壤，氮、磷尤其明顯，而鉀含量變化并不明顯[6]。

表4 污泥堆肥對百日草氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)的影響

2.4 百日草栽植前后栽培基質(zhì)中重金屬的殘留

我國污泥中Cu，Zn的含量高，是限制污泥土地利用的主要因素之一，同時，不同植物對重金屬的吸收富集能力不同[9]。本次試驗對百日草栽植前后處理Ⅱ中基質(zhì)的重金屬元素Cu，Zn，Pb，Cd，Cr，As的質(zhì)量分數(shù)進行了測定。結(jié)果表明，栽植前后基質(zhì)中幾種重金屬元素的質(zhì)量分數(shù)變化幅度并不明顯(圖1)，大部分添加的城市污泥中的重金屬還殘留在基質(zhì)中。究其原因，可能與植物本身的特點有關(guān)，百日草對幾種重金屬的吸收富集作用較弱。

圖1 栽植前后基質(zhì)中重金屬質(zhì)量分數(shù)的變化

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

(1)城市污泥堆肥容質(zhì)量較小，通氣孔隙一般，持水量大。加入污泥堆肥后的混合基質(zhì)的容質(zhì)量、總孔隙度以及氣水比都與理想基質(zhì)接近，較符合栽培基質(zhì)的要求，能為百日草提供利于根系生長的環(huán)境條件。

(2)使用污泥堆肥作為栽培基質(zhì)能明顯促進百日草的生長發(fā)育，以V(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=2.5∶1.5∶1.0的比例最適合，該結(jié)果與本課題組在高羊茅無土草毯與鳳仙花上的栽培研究結(jié)果相似[7,8]。

(3)城市污泥養(yǎng)分豐富，污泥堆肥可為百日草生長發(fā)育提供所需的氮、磷及部分鉀元素，從營養(yǎng)角度來看，是較為理想的栽培基質(zhì)。

3.2 討論

利用城市污泥堆肥栽培觀賞植物，可脫離食物鏈，減輕對人體的危害。本試驗主要研究了污泥堆肥用于百日草栽培時，對栽培基質(zhì)理化性質(zhì)以及百日草生長發(fā)育的影響，有關(guān)百日草的重金屬凈化及富集問題還有待進一步的研究。在本研究中，百日草對污泥堆肥中重金屬的凈化效果不明顯，這與鳳仙花[8]、白三葉[9]、紫花苜蓿[9]等對污泥堆肥中重金屬的凈化試驗結(jié)果基本一致。已有研究表明，部分觀賞植物會富集某些重金屬[9,10]，在今后的研究過程中，需要關(guān)注不同重金屬在不同觀賞植物體內(nèi)的富集效果，以便對觀賞植物植株殘體采取更有針對性的處置方式，避免再次污染環(huán)境。