張青青,伍海兵,李躍忠,張 浪,梁 晶

(上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院,上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心,上海200232)

據(jù)統(tǒng)計(jì),2017 年上海生活垃圾產(chǎn)量約為900 萬t,其中濕垃圾占生活垃圾的60%。 面對(duì)如此數(shù)量龐大的濕垃圾,對(duì)其處置已成為突出的資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問題。 為此,2018 年1 月住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于加快推進(jìn)部分重點(diǎn)城市生活垃圾分類工作的通知》中明確提出了2018—2036 年生活垃圾分類工作的目標(biāo)和任務(wù)。 2019 年1 月31 日上海市人大表決通過了《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》,明確提出在公共綠地、公益林優(yōu)先使用濕垃圾資源化利用產(chǎn)品。

目前,濕垃圾的常規(guī)處理方式有填埋、焚燒、堆肥等。 其中,填埋會(huì)增加滲濾液對(duì)土壤和地下水污染的風(fēng)險(xiǎn),焚燒則存在熱值不足而產(chǎn)生二英等有害物質(zhì)的問題[1]。 而堆肥處理能最大限度的將濕垃圾無害化、資源化,作為一種生態(tài)環(huán)保的方式備受人們的青睞[2]。 但現(xiàn)有研究主要側(cè)重于濕垃圾堆肥產(chǎn)品對(duì)土壤質(zhì)量影響的研究,如王越等[3]發(fā)現(xiàn)濕垃圾堆肥產(chǎn)品可以增加土壤的團(tuán)聚體數(shù)量,提高土壤的有機(jī)碳含量。 賈璇等[4]研究表明施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品可顯著提高土壤有機(jī)碳含量,并隨施用年份的增加深層土壤有機(jī)碳含量也呈增加趨勢(shì)。 羅伽檸等[5]發(fā)現(xiàn)濕垃圾堆肥產(chǎn)品能顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)及全氮、全磷含量,增強(qiáng)土壤持水能力,降低容重,對(duì)養(yǎng)分貧瘠、易呈堿性的城市土壤有良好的改善作用。 而關(guān)于濕垃圾堆肥對(duì)植物生長(zhǎng)影響的研究還較少,即便有關(guān)于濕垃圾對(duì)植物生長(zhǎng)影響的研究,也多以農(nóng)作物為主[6-7],如Yang 等[8]發(fā)現(xiàn),與馬糞、化肥、雞糞、不施肥相比,施用濕垃圾產(chǎn)品更能促進(jìn)土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量增多,且對(duì)番茄的莖生物量、果實(shí)直徑、果實(shí)產(chǎn)量影響最大,還改善了水果質(zhì)量,維生素C、可溶性糖和有機(jī)酸含量,其可作為化學(xué)肥料和其他動(dòng)物肥料的替代品。 而對(duì)園林綠化植物關(guān)注較少,尤其對(duì)綠化植物生長(zhǎng)影響的研究較少。

本研究以園林綠化中的3 種常見植物傘房決明(灌木)、大花秋葵(宿根花卉)和皇帝菊(草本植物)為研究對(duì)象,通過設(shè)置濕垃圾堆肥產(chǎn)品的添加量,測(cè)定3 種植物的株高、蓬徑、葉綠素含量、葉面積、生物量等指標(biāo),研究適宜園林植物生長(zhǎng)的濕垃圾最佳用量,以期為濕垃圾產(chǎn)品在綠林地中合理的資源化利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為傘房決明(Cassia corymbosa)、大花秋葵(Hibiscus grandiflorus)和皇帝菊(Melampodium divaricatum),均為1 年生的穴盤苗。 濕垃圾堆肥產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱濕垃圾)由上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院提供,由濕垃圾原料同15% 木屑和10% 黑碳素堆肥而成,其有機(jī)質(zhì)含量為464.2 g∕kg,全氮含量為21.0 g∕kg,全磷含量為6.24 g∕kg,全鹽量為46.1 g∕kg,pH 為7.22,EC 為3.59 mS∕cm。 供試土壤為一般綠化土壤(灰潮土),有機(jī)質(zhì)含量為21.4 g∕kg,全氮含量為1.28 g∕kg,速效磷含量為31.7 mg∕kg,速效鉀含量為183.7 mg∕kg,全鹽量0.63 g∕kg,pH 為8.53,EC 為0.15 mS∕cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017 年6 月,在上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院試驗(yàn)基地,將濕垃圾堆肥產(chǎn)品按體積比5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%與供試土壤混勻裝盆,另設(shè)一原土作為對(duì)照(CK),共8 個(gè)處理,每個(gè)處理分別種植傘房決明10 盆、大花秋葵10 盆、皇帝菊10 盆,共240 盆,種植過程中調(diào)節(jié)土壤含水量至最大持水量的60%—70%。 根據(jù)種植植物的生長(zhǎng)特性,傘房決明和大花秋葵均分別在種植一個(gè)月后(7 月份)和種植五個(gè)月后(11 月份),測(cè)定植株的株高、蓬徑、葉綠素、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo),皇帝菊在其生長(zhǎng)旺盛期(9 月份)測(cè)定植物的蓬徑、株高、地上和地下部分的質(zhì)量(干重、鮮重)。

1.3 研究方法

植物株高和蓬徑用卷尺進(jìn)行測(cè)定,株高為盆土表面至植株的最高生長(zhǎng)點(diǎn)的高度,蓬徑為苗木冠叢的最大幅度之間的平均直徑。 葉綠素含量和葉面積測(cè)定:隨機(jī)選取每盆植物中等高度處葉片6 片,用葉綠素速測(cè)儀(JC-SPAD-DL)取每片葉的上、中、下3 個(gè)部位測(cè)定葉綠素含量,用葉面積儀(Yaxin-1241)測(cè)定每片葉的葉面積,葉綠素含量和葉面積均為6 片葉片測(cè)定值的平均數(shù)。 試驗(yàn)結(jié)束后采集皇帝菊整個(gè)植株,從根莖處剪斷分為地上部分和地下部分,清洗干凈并吸干表面水分后稱量為鮮重,干重則指在65 ℃烘箱中烘至恒重后的質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 9.2 軟件進(jìn)行方差分析和主成分分析,采用Origin 8.5 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高

濕垃圾不同添加量對(duì)3 種植物株高影響不同(圖1)。 傘房決明在種植一個(gè)月后,各處理間株高差異不顯著,但添加5%—60%濕垃圾處理的株高高于CK;種植五個(gè)月后,添加100%濕垃圾的處理株高顯著低于CK,其余處理株高雖與CK 無明顯差異,但添加10%、20%、40%、80%濕垃圾的處理株高高于CK。相比植物種植初期,種植五個(gè)月后所有處理傘房決明的株高都有增加,但與CK 相比,添加10%、20%、100%濕垃圾的處理株高增加較多,增加范圍為106.87—115.37 cm。

而大花秋葵在種植一個(gè)月后,添加10%濕垃圾處理的株高顯著高于CK,其余處理雖與CK 差異不顯著,但添加60%和100%濕垃圾處理株高低于CK;種植五個(gè)月后,濕垃圾添加量5%時(shí),株高遠(yuǎn)小于CK,當(dāng)濕垃圾添加量為10%—40%時(shí),株高大于CK 處理,但與CK 均無顯著性差異。 相比植物種植初期,種植五個(gè)月后所有處理大花秋葵的株高都增高,但與CK 相比,株高增長(zhǎng)量差異不顯著。

皇帝菊則在生長(zhǎng)旺盛期時(shí),添加濕垃圾5%和10%處理的株高顯著高于CK,另外,雖然添加濕垃圾20%、40%和100%的處理株高也高于CK,但與CK 相比差異不顯著。

2.2 蓬徑

圖2 為濕垃圾不同添加量對(duì)3 種植物蓬徑的影響。 傘房決明在種植一個(gè)月后,各處理間蓬徑都高于CK,但僅有濕垃圾添加量10%處理植株蓬徑顯著高于CK;種植五個(gè)月后,各處理傘房決明蓬徑也都高于CK,但植物蓬徑隨濕垃圾添加量的增多呈“S”型曲線變動(dòng),即低添加量時(shí)傘房決明蓬徑隨著濕垃圾添加量的增加而增加,達(dá)到20%時(shí)呈現(xiàn)極大值,當(dāng)濕垃圾添加量為60%時(shí)又急速下降,達(dá)到100%時(shí)又呈現(xiàn)最大值。 這說明濕垃圾添加量高于一定量時(shí),隨著植物生長(zhǎng)時(shí)間的增加,其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響較不穩(wěn)定。相比植物種植初期,種植五個(gè)月后所有處理傘房決明的蓬徑都增高,但與CK 相比,添加濕垃圾10%—100%處理的蓬徑增長(zhǎng)量高于CK。

從大花秋葵生長(zhǎng)狀況也可得知,在種植一個(gè)月后,各處理大花秋葵蓬徑雖均大于CK,但各處理之間差異不顯著。 種植五個(gè)月后,除了濕垃圾添加量為60%和100%處理的蓬徑比CK 處理低外,其余處理的蓬徑均高于CK,且添加量5%處理蓬徑顯著高于CK。 相比種植初期,所有處理大花秋葵的蓬徑都增高,但與CK 相比,添加濕垃圾5%、40%、80%處理的蓬徑增長(zhǎng)量高于CK。

所有添加濕垃圾處理的皇帝菊蓬徑均高于CK,其中,濕垃圾添加量為10%和20%時(shí)皇帝菊蓬徑顯著高于CK,其余處理對(duì)皇帝菊蓬徑有一定影響,但與CK 相對(duì)差異不顯著。

2.3 葉綠素含量

植物葉片的葉綠素含量是反映植物的光合作用能力和營(yíng)養(yǎng)供給情況的重要生理指標(biāo),是植物生長(zhǎng)發(fā)育的指示器[9-10]。 一般而言,植物葉片中的葉綠素含量指示了植物本身的狀況,長(zhǎng)勢(shì)良好的植物的葉子會(huì)含有更多的葉綠素。 通過對(duì)兩種植物葉片葉綠素的測(cè)定可以發(fā)現(xiàn),傘房決明在種植一個(gè)月后,濕垃圾添加量100%處理葉綠素含量顯著低于CK;濕垃圾添加量10%處理葉綠素含量顯著高于CK,其中,濕垃圾添加量20%、40%和80%處理葉綠素含量與CK 相比差異不顯著。 種植五個(gè)月后,傘房決明的葉綠素含量隨濕垃圾添加量的增多呈“V”型變動(dòng),濕垃圾添加量為40%時(shí),傘房決明葉綠素含量最低。 濕垃圾添加量5%、10%、80%、100%處理的葉綠素含量顯著高于CK(圖3)。 隨著植物的生長(zhǎng),CK 以及濕垃圾添加量20%、40%處理傘房決明葉綠素含量呈降低趨勢(shì),而5%、10%、60%—100%濕垃圾添加量傘房決明葉綠素含量呈增加趨勢(shì)。

大花秋葵在種植一個(gè)月后,濕垃圾添加量20%處理葉綠素含量最大,且顯著高于CK,而100%處理的葉綠素含量顯著低于CK。 濕垃圾添加量在5%—20%時(shí),大花秋葵的葉綠素含量隨著濕垃圾添加量的增加逐漸增加,當(dāng)濕垃圾添加量在40%—100%時(shí),大花秋葵葉綠素含量呈下降趨勢(shì)。 種植五個(gè)月后,濕垃圾添加量為10%和100%處理的葉綠素含量較低,其余處理大花秋葵葉綠素含量與CK 差異不顯著。 隨植株的生長(zhǎng),10%和20%處理的葉綠素含量呈降低趨勢(shì),其余處理大花秋葵的葉綠素含量呈增加趨勢(shì)。

2.4 葉面積

葉面積大小是反映植物生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)的重要指標(biāo)[11]。 圖4 為濕垃圾添加量對(duì)傘房決明和大花秋葵葉片葉面積的影響。 從中可以發(fā)現(xiàn),傘房決明種植五個(gè)月后,濕垃圾添加量10%處理的葉面積最大,且顯著高于CK,而當(dāng)濕垃圾添加量達(dá)到40%時(shí),傘房決明葉面積降為最低,添加量60%—80%其葉面積大小又逐漸上升,而當(dāng)濕垃圾添加量為100%時(shí),傘房決明葉面積又降低。 這說明濕垃圾添加量高于一定量時(shí),隨著植物生長(zhǎng)時(shí)間的增加,其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響較不穩(wěn)定。

大花秋葵種植一個(gè)月后,隨著濕垃圾添加量的增多葉面積大小呈先增加后降低的趨勢(shì)。 大花秋葵葉面積在濕垃圾添加量為5%—20%的處理與CK 無顯著性差異,濕垃圾添加量在40%—100%的處理,大花秋葵葉面積顯著低于CK;種植五個(gè)月后,濕垃圾添加量為20%、80%處理的葉面積迅速增加,且顯著高于CK,而其他處理的葉面積顯著低于CK。 隨著植株的生長(zhǎng),大花秋葵的葉面積大小均呈增加趨勢(shì),其中,濕垃圾添加量為20%、60%、80%、100%的處理葉面積增加量高于CK,80%和100%的增加幅度較大。

2.5 鮮重和干重

皇帝菊地上部分的鮮重呈“S”型單峰曲線變動(dòng),隨著濕垃圾添加量的增多,10%處理的皇帝菊地上部分鮮重含量最大,80%處理地上部分鮮重最小,當(dāng)濕垃圾添加量在100%時(shí),地上部分鮮重又增加。 皇帝菊地上部分的干重與鮮重變化趨勢(shì)相近,5%處理的地上部分鮮重達(dá)到最大值,隨著濕垃圾添加量的增多,地上部分干重逐漸降低,至濕垃圾添加量為60%時(shí),地上干重達(dá)到了最小值,當(dāng)濕垃圾添加量在80%時(shí),地上部分干重增加,當(dāng)濕垃圾添加量在100%時(shí),地上部分干重降低。 濕垃圾不同添加量的處理中,濕垃圾5%、10% 和20% 添加量皇帝菊地上部分鮮重、干重均顯著高于CK,其他處理與CK 無顯著差異(圖5)。

皇帝菊地下部分的鮮重呈“S”型曲線變動(dòng),隨著濕垃圾添加量的增多,10%處理的皇帝菊地下部分鮮重達(dá)到較大值,40%處理的地下鮮重達(dá)到了最小值,當(dāng)濕垃圾添加量在60%—100%,地下部分鮮重逐漸增加。 地下部分的干重與鮮重變化趨勢(shì)相近,隨著濕垃圾添加量的增多,10%處理的地下部分干重達(dá)到最大值,40%處理的地下干重達(dá)到了最小值,當(dāng)濕垃圾含量在80%時(shí),地下部分干重增加,濕垃圾添加量在100%時(shí)地下部分干重又達(dá)到了最低。 其中濕垃圾添加量為10%、20%、80%和100%處理的皇帝菊地下部分鮮重顯著高于CK,5%、10%、20%、80%、100%處理的皇帝菊干重顯著高于CK 植株干重,其余處理與CK 差異不顯著(圖5)。

2.6 生長(zhǎng)性狀綜合評(píng)價(jià)

為了綜合評(píng)價(jià)濕垃圾不同添加量對(duì)園林綠化植物生長(zhǎng)性狀的影響,分別對(duì)3 種植物的生長(zhǎng)性狀指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析(表1)。 以傘房決明為例,將7 月株高、11 月株高、7 月蓬徑、11 月蓬徑、7 月葉綠素含量、11 月葉綠素含量、11 月葉面積等指標(biāo)分別設(shè)為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7,進(jìn)行主成分分析。 分析結(jié)果顯示,累積貢獻(xiàn)率≥85%的特征值為2.73、2.33、1.19。 第一主成分F1=0.408X1+0.581X2+0.213X3-0.109X4+0.541X5-0.382X6+0.012X7,第二主成分為F2= -0.276X1+0.153X2+0.442X3+0.409X4+0.214X5+0.39X6+ 0.584X7,第三主成分為F3= 0.547X1- 0.12X2+ 0.519X3+ 0.389X4- 0.27X5+0.184X6-0.399X7,綜合得分為F=(2.73F1+2.33F2+1.19F3)∕7。 根據(jù)綜合得分進(jìn)行排名,結(jié)合排名順序,可以指證植物的生長(zhǎng)狀況。

表1 3 種植物的特征值及主成分Table 1 Eigenvalues and principal components of three species

由表2 可知,濕垃圾添加量為20%處理的傘房決明的生長(zhǎng)狀況綜合評(píng)分最高,而未添加濕垃圾的傘房決明(CK)其生長(zhǎng)狀況綜合評(píng)分最低。 整體而言,濕垃圾添加量為10%、20%、80%的處理下傘房決明長(zhǎng)勢(shì)較好。

表2 傘房決明生長(zhǎng)狀況的綜合評(píng)價(jià)Table 2 Comprehensive evaluation of growth status of Cassia corymbosa

采用同樣的方法,對(duì)大花秋葵進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)(表3),添加20%濕垃圾的處理的大花秋葵的生長(zhǎng)狀況綜合評(píng)分最高,添加100%濕垃圾的處理的大花秋葵的生長(zhǎng)狀況綜合評(píng)分最低。 綜合分析,濕垃圾添加量為20%的處理下大花秋葵長(zhǎng)勢(shì)好于CK。

表3 大花秋葵生長(zhǎng)狀況的綜合評(píng)價(jià)Table 3 Comprehensive evaluation of growth status of Hibiscus grandiflorus

對(duì)皇帝菊進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)(表4),添加10%濕垃圾的處理的皇帝菊的生長(zhǎng)狀況綜合評(píng)分最高,CK 處理的皇帝菊的生長(zhǎng)狀況綜合評(píng)分最低。 綜合分析,添加5%、10%、20%濕垃圾的處理長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)較好。

表4 皇帝菊生長(zhǎng)狀況的綜合評(píng)價(jià)Table 4 Comprehensive evaluation of growth status of Melampodium divaricatum

再通過3 種植物的綜合得分求和留小可以推斷出,濕垃圾添加量為10%、20%、80%時(shí),3 種植株的長(zhǎng)勢(shì)較佳,但由于濕垃圾添加量為80%時(shí),植物的生長(zhǎng)狀況不穩(wěn)定,且此時(shí)土壤的含鹽量為0.2%[12],屬于中度鹽堿化,按照穩(wěn)定、安全、可持續(xù)的原則,故剔除80%的研究結(jié)果。

3 結(jié)論與討論

本研究表明,施入適宜的濕垃圾堆肥產(chǎn)品于土壤中能促進(jìn)傘房決明、大花秋葵和皇帝菊的生長(zhǎng),但濕垃圾不同添加量對(duì)植物的生長(zhǎng)影響程度不同。 濕垃圾添加量在40%以上時(shí),在栽培初期(7 月時(shí))對(duì)植物有較明顯的傷害作用,表現(xiàn)為抑制傘房決明、大花秋葵的生長(zhǎng)。 隨著植物生長(zhǎng),濕垃圾添加量高于60%時(shí),雖然植物的生長(zhǎng)量沒有降低,但其對(duì)植物生長(zhǎng)影響不穩(wěn)定,分析其原因可能與濕垃圾中含有一定鹽分有關(guān)。 隨著濕垃圾添加量的增多,土壤含鹽量較高。 當(dāng)土壤的含鹽量超過一定量時(shí),植株的生長(zhǎng)初期易遭受鹽分脅迫,而在鹽分脅迫發(fā)生后的下一個(gè)生育階段,植株受鹽分脅迫的程度減弱,同時(shí),植株會(huì)進(jìn)行自身調(diào)節(jié),在最大范圍內(nèi)補(bǔ)償前期受到的抑制[13]。 綜合分析,當(dāng)濕垃圾添加量為10%時(shí),傘房決明和皇帝菊在不同生長(zhǎng)時(shí)期長(zhǎng)勢(shì)更佳;當(dāng)濕垃圾添加量為20%時(shí),大花秋葵在不同時(shí)期的長(zhǎng)勢(shì)更佳。 綜合而言,濕垃圾含量為10%—20%的處理較適于3 種植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

濕垃圾富含大量脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物等有機(jī)物質(zhì),原料易得,堆肥工藝簡(jiǎn)單,將其堆肥產(chǎn)品施入土壤后能提高土壤肥力,促進(jìn)綠化植物的生長(zhǎng),將其應(yīng)用到園林綠化養(yǎng)護(hù)可行性高,實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的多贏。 但因濕垃圾堆肥產(chǎn)品性質(zhì)存在很大差異,作用的土壤類型和植物種類不同,濕垃圾堆肥產(chǎn)品的施入量對(duì)植物的影響也必然不同,選擇適宜的濕垃圾施入量尤其重要。