陳　蓉　劉　宇　郭建斌　胡　辰

（北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京　100083）

城市堆肥污泥對2種草本植物生長的影響

陳蓉劉宇郭建斌胡辰

（北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京100083）

為探討不同配比的城市堆肥污泥基質(zhì)對高羊茅和紫花苜蓿2種草本植物生長的促進(jìn)作用，用盆栽對比試驗(yàn)，將其與砂質(zhì)土壤按不同比例混合，作為高羊茅和紫花苜蓿的生長基質(zhì)，比較不同配比城市堆肥污泥對高羊茅和紫花苜蓿生長的影響。結(jié)果表明：堆肥污泥的添加改善了土壤的理化性質(zhì)，顯著提高了高羊茅和紫花苜蓿的出苗率、株高、生物量以及氮肥、鉀肥的表觀利用率。20%比例的污泥對高羊茅生長的促進(jìn)效果最佳，30%比例的污泥對紫花苜蓿促進(jìn)效果最佳。將污泥堆肥化后以一定比例添加入礦區(qū)土壤可促進(jìn)當(dāng)?shù)刂脖坏幕謴?fù)，建議堆肥污泥的添加比例以20%～30%為宜。

堆肥污泥；砂質(zhì)土壤；高羊茅；紫花苜蓿；土壤改良

近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人民生活水平不斷提高，隨著城區(qū)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥也隨之增加。城市污泥含有豐富的有機(jī)質(zhì)及N、P、K等元素，同時也含有病原菌等有害物質(zhì)［1］，大部分地區(qū)處理污泥的主要手段為直接填埋，既導(dǎo)致了大量土地被占用、填埋區(qū)周邊環(huán)境惡化，也造成了資源的浪費(fèi)。污泥中豐富的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素既可以滿足植物生長的需要［2］，也可以有效改善土壤的理化性狀，充當(dāng)土壤的改良劑［3］，因此，以城市污泥為原料，通過堆肥化處理殺滅其中的病原菌和寄生蟲后添加到土壤中［4］，應(yīng)用到作物種植上，不僅可以減輕污泥中有害物質(zhì)帶來的污染，還可提高作物產(chǎn)量，是污泥無害化和資源化處理的重要途徑，污泥應(yīng)用于土壤添加劑的相關(guān)研究早已廣泛開展［5-6］。

中國礦山廢棄地的面積達(dá)2.0×106hm2以上，并以每年3.3×104hm2左右的速度增加，因此，急需對礦山廢棄地進(jìn)行土壤改良和生態(tài)修復(fù)，污泥具有改良土壤物理性質(zhì)和為植物生長提供營養(yǎng)元素的功能，在礦山的土壤改良和植被恢復(fù)中有巨大的應(yīng)用潛力，但目前國內(nèi)對堆肥污泥在礦山修復(fù)中的應(yīng)用很少報道，國外也處于研究探索階段［7］。相比堆肥污泥在平原地區(qū)的園林綠化應(yīng)用，堆肥污泥用于礦山修復(fù)更符合生態(tài)環(huán)境建設(shè)的要求，也更具有研究價值。

本試驗(yàn)以城市污泥為對象，將污泥堆肥化后添加進(jìn)砂質(zhì)土壤中，形成不同配比的綠化基質(zhì)，通過盆栽試驗(yàn)觀察不同污泥添加比例對高羊茅（Festuca arundinacea）和紫花苜蓿（Medicago sativa）2種草本植物生長的促進(jìn)作用，研究城市污泥對砂質(zhì)土壤理化性質(zhì)的改良，可為我國城市生活污泥處理和砂質(zhì)土壤改良提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)用土為砂質(zhì)土壤，取自北京市房山區(qū)周口店鎮(zhèn)原礦山廢棄地，經(jīng)風(fēng)干后過5 mm篩用于盆栽試驗(yàn)，土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)見表1。試驗(yàn)所用植物為高羊茅和紫花苜蓿。試驗(yàn)污泥取自北京市龐各莊污泥處理廠，其相關(guān)重金屬含量均滿足GB/T 23486—2009和CJ/T 291—2008的要求。試驗(yàn)所用花盆規(guī)格為口部直徑29 cm、底部直徑26 cm、高30 cm。

表1　供試土壤基本理化性質(zhì)Tab1e 1　Physica1 and chemica1 ProPerties of soi1

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年6—9月在北京林業(yè)大學(xué)花卉苗圃實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置3個污泥基質(zhì)處理水平，即M1，M2，M3，設(shè)置1個空白對照組，配比按質(zhì)量計(jì)，各處理中污泥堆肥的施加比例分別為CK：0%；M1：10%；M2：20%；M3：30%，每個處理設(shè)置5個重復(fù)，隨機(jī)排列布設(shè)試驗(yàn)。

播種前，對高羊茅和紫花苜蓿種子首先篩選，每個花盆裝5 kg基質(zhì)，于6月10日采用點(diǎn)穴種植法［8］播種，每個處理分別均勻點(diǎn)播40粒種子于花盆淺土層中，在出苗之前每日澆水，出苗后每3 d澆水1次。

1.3測定方法

1.3.1出苗率、株高、生物量測定

出苗率測定：待高羊茅和紫花苜蓿出苗后，測定每個處理的出苗數(shù)，計(jì)算出苗率。

株高測定：植株生長17 d后，每10 d測定1次株高，共測定9次。

生物量測定：植株生長50 d后，每處理隨機(jī)選取10株，截取其地上部分，用水洗法取地下部分，注意保持其根部完整，用精度0.01 g的電子天平測定生物量［9］。

1.3.2植物體內(nèi)營養(yǎng)元素測定

對高羊茅和紫花苜蓿的地上部分烘干粉碎，并作化學(xué)分析，測定其N、P、K元素含量。植物營養(yǎng)元素表觀利用率計(jì)算方法為：植物體內(nèi)某種營養(yǎng)元素含量（g/kg）與空白對照中的該種元素含量（g/kg）之差比施肥量。

1.4數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用R 3.2.2、SigmaP1ot 12.5和Exce1 2013對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2　結(jié)果與分析

2.1污泥基質(zhì)不同配比對2種植物出苗率的影響

不同處理高羊茅和紫花苜蓿出苗率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

由表2可知，添加不同比例堆肥污泥的處理組均比空白對照組的出苗率高，隨著污泥添加比例的增加，2種植物出苗率均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，M2處理高羊茅和紫花苜蓿出苗率均最高。方差分析顯示，各處理組間紫花苜蓿（P＜0.01）出苗率均存在極顯著差異。TukeyHSD多重比較結(jié)果表明，高羊茅CK組出苗率與其他處理組存在顯著差異，處理組間出苗率差異不顯著；紫花苜蓿CK組和M1組出苗率差異不顯著，其余各處理組間差異均顯著。說明添加10%～30%的堆肥污泥對高羊茅的出苗率有明顯的促進(jìn)作用，添加20%～30%的堆肥污泥對紫花苜蓿出苗率有明顯促進(jìn)作用，且添加比例為20%時對紫花苜蓿的出苗率促進(jìn)效果最好。

2.2污泥基質(zhì)不同配比對2種植物高生長的影響

不同配比的污泥基質(zhì)中播種高羊茅和紫花苜蓿，其株高生長規(guī)律見圖1。

圖1　不同處理高羊茅和紫花苜蓿株高生長曲線Fig.1　Effect of different treatments on P1ant height of Festuca arundinacea and Medicago sativa

隨著播種時間的增長，高羊茅和紫花苜蓿各處理平均株高均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。M2和M3組在生長期的株高增速較為均勻，且均大于CK組；M1組在出苗到生長至30 d期間增速較慢，后期生長速度增加；而CK組在整個生長期株高增速均較緩慢。施用堆肥污泥的紫花苜蓿各處理組株高增長量均大于CK組。紫花苜蓿各組均在出苗到生長至60 d期間生長速度較快，隨后長勢趨于平緩。這是由于紫花苜蓿植株生長量較大，因此，隨著苗木根系生長空間和營養(yǎng)元素消耗的限制，后期的生長速度相對降低；高羊茅的植株生物量小，整個生長期內(nèi)生長空間和營養(yǎng)元素對其限制較小，因此，生長速度增長較為平穩(wěn)。施用了堆肥污泥的高羊茅和紫花苜蓿各處理組株高增長量均大于CK組，高羊茅M2組的株高增長量最大，比CK組高78.22%；紫花苜蓿M3組株高增長量最大，比CK組高34.30%。

2.3污泥基質(zhì)不同配比對2種植物生物量的影響

植株生長50 d后，收集2種植物地上和地下部分并對其生物量測定，得到每10株高羊茅和紫花苜蓿地上部分、地下部分的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，結(jié)果見圖2。

圖2　不同處理高羊茅和紫花苜蓿生物量測定結(jié)果Fig.2　Effect of different treatments on biomass of Festuca arundinacea and Medicago sativa

圖2表明，各處理組的生物量均高于CK組，高羊茅地上和地下部分生物量均隨著堆肥污泥比例的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，M2組的生物量最大；紫花苜蓿地上部分生物量隨污泥比例增加而增加，最大值出現(xiàn)在M3組，地下部分生物量則隨著污泥比例的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，排序?yàn)椋篗3＞M1＞M2＞CK。可見，堆肥污泥對于高羊茅和紫花苜蓿生物量增加均具有一定的促進(jìn)作用，但不同配比對二者生物量的促進(jìn)效果不盡相同，高羊茅20%比例的堆肥污泥對植株生物量的促進(jìn)作用最大，紫花苜蓿30%比例的堆肥污泥對生物量的促進(jìn)效果最佳。

植物根系為植物生長提供了必需的水分和無機(jī)鹽，同時改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的通透性和孔隙度［10］。對比不同處理地下部分生物量可知，添加堆肥污泥的高羊茅和紫花苜蓿地下部分生物量均較CK組有明顯增加，說明堆肥污泥通過改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤孔隙度而促進(jìn)了植物根系的生長，而植物根系量的增加又增強(qiáng)了植物養(yǎng)分的吸收能力，從而導(dǎo)致植物地上部分的生物量也相應(yīng)增加。

2.4污泥基質(zhì)不同配比對2種植物營養(yǎng)元素含量的影響

植物營養(yǎng)元素表觀利用率能夠較好地反映不同處理水平植物對營養(yǎng)物質(zhì)吸收利用的效果［11］。各處理植物營養(yǎng)元素表觀利用率測定結(jié)果見表3。

表3　不同處理植物營養(yǎng)元素表觀利用率Tab1e 3　APParent nutrient uti1ization of different treatments

由表3可知，堆肥污泥的添加提高了高羊茅氮肥和鉀肥的表觀利用率，其中M2組的氮肥和鉀肥表觀利用率均為最高，分別為69.42%和86.68%，提升效果十分明顯，但添加污泥后的高羊茅對磷肥的吸收能力較空白對照組下降，且添加比例越大，表觀利用率越低。堆肥污泥施入土壤同樣提高了紫花苜蓿對氮肥和鉀肥的吸收能力，M3組的紫花苜蓿氮肥和鉀肥的表觀利用率均最高，達(dá)到了38.77%和87.89%。

3　結(jié)論與討論

3.1討論

除M1組紫花苜蓿外，不同處理植物出苗率對比空白對照組均有顯著差異，說明堆肥污泥的添加能明顯的提高植物的出苗率。而過高的污泥添加比例（≥30%）會使2種植物的出苗率降低，這與王博宇等［12］的研究結(jié)果相似，這是由于當(dāng)污泥施入量過大時，污泥中含有的重金屬等有害物質(zhì)濃度過大，抑制了種子的萌發(fā)和生長。

試驗(yàn)表明，堆肥污泥的添加對高羊茅和紫花苜蓿的生長過程均有明顯的促進(jìn)作用，施用不同比例的污泥后，2種植物的株高對比CK組均有顯著的增加。這是由于污泥為植物生長提供了豐富的營養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)，同時有效地改善了土壤的物理性質(zhì)，提高了孔隙度，增強(qiáng)了砂質(zhì)土壤的持水能力［13］。當(dāng)污泥添加比例為20%時，對高羊茅的株高提升效果最佳，當(dāng)比例達(dá)到30%時，對紫花苜蓿的株高提升效果最佳。

在添加堆肥污泥后，高羊茅和紫花苜蓿的地上和地下部分生物量均有顯著增加，說明堆肥污泥對植物生物量的增加有較大促進(jìn)作用。堆肥污泥改善了土壤結(jié)構(gòu)，提升了土壤的通透性，促進(jìn)了植物根系的生長發(fā)育，而發(fā)育良好的根系使得植物對于土壤中水肥的吸收能力增強(qiáng)，從而增加了植物地上部分的生物量。提升高羊茅和紫花苜蓿生物量的最佳污泥添加比例分別為20%和30%。

不同比例的污泥添加入土壤，對高羊茅和紫花苜蓿氮元素和鉀元素的利用率均有所提升，產(chǎn)生了與其他土壤改良劑和肥料類似的效果［14］。這是因?yàn)槲勰嘣黾恿送寥赖耐ㄍ感?，增?qiáng)了土壤與植物進(jìn)行離子交換的能力，從而使植物對于營養(yǎng)元素的利用效率得到了提升。其中20%的污泥添加比例對高羊茅營養(yǎng)元素表觀利用率的提升效果最好，30%的添加比例對紫花苜蓿的提升效果最好。值得注意的是，添加污泥后植物對于磷元素的表觀利用率提升不明顯，甚至出現(xiàn)了一定程度的下降，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因有待后續(xù)研究的進(jìn)一步分析。

3.2結(jié)論

1）盆栽試驗(yàn)表明，加入堆肥污泥的實(shí)驗(yàn)組植物的出苗率、株高、生物量以及氮、鉀利用率均較對照組有顯著提升，說明城市堆肥污泥可以有效促進(jìn)高羊茅和紫花苜蓿的生長。

2）城市堆肥污泥對不同植物的生長促進(jìn)效果不同，在本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的污泥添加比例范圍內(nèi)，對于高羊茅，當(dāng)污泥添加比例為20%時對其生長的促進(jìn)效果最好，對于紫花苜蓿則為30%。

3）城市堆肥污泥有效改善了砂質(zhì)土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)了高羊茅和紫花苜蓿的生長。因此，在礦山修復(fù)等工程中，可以考慮加入一定量的城市堆肥污泥對當(dāng)?shù)氐纳百|(zhì)土壤進(jìn)行改良，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，建議添加污泥的比例為20%～30%。

4）本試驗(yàn)主要采用盆栽試驗(yàn)，因此植物的生長環(huán)境與礦區(qū)的實(shí)際生長環(huán)境存在一定差異，需要后續(xù)試驗(yàn)對此進(jìn)行一定的完善，但對礦區(qū)砂質(zhì)土壤的改良和植被恢復(fù)研究具有一定的理論指導(dǎo)意義和參考價值。

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（責(zé)任編輯趙粉俠）

The Research of Effects of Sewage S1udge on Two Herbaceous P1ants Growth

Chen Rong，Liu Yu，Guo Jianbin，Hu Chen
（Co11ege of Soi1 and Water Conservation，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China）

In order to exP1ore the effect of different ProPortions of s1udge treatment on the growth of Festuca arundinacea and Medicago sativa，Pot incubation test with the different ProPortions of the sewage s1udge and sandy soi1 was used to comPare the growth of the two herbs.The resu1ts showed that the aPP1ication of sewage s1udge ame1-iorates the soi1 Physica1 and chemica1 ProPerties and imProves the seed1ing emergence rates，height growth，biomass and the aPPearance uti1ization rate of nitrogen and Potassium.20 Percent of the sewage s1udge comPost has the best Promoting effect of the growth of Festuca arundinacea，30 Percent of the sewage s1udge comPost is best for the growth of Medicago sativa.This study i11ustrates the feasibi1ity of adding sewage s1udge comPost with a certain Pro-Portion to ame1iorate the mine soi1，and the ProPortion of the sewage s1udge comPost shou1d be 20%-30%for restoring vegetation effective1y.

sewage s1udge comPost，sandy soi1，F(xiàn)estuca arundinacea，Medicago sativa，soi1 amendments

S723.7

A

2095-1914（2016）04-0070-05

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.012

2016-01-20

北京林業(yè)大學(xué)北林先進(jìn)生態(tài)環(huán)保技術(shù)研究院—深圳鐵漢公司校企聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目（THRD003）資助；國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（G201410022006）資助。
第1作者：陳蓉（1993—），女，本科生。研究方向：生態(tài)環(huán)境工程。Emai1：755633698@qq.com。

郭建斌（1962—），男，博士，教授。研究方向：生態(tài)環(huán)境工程。Emai1：jianbinguo@bjfu.edu.cn。