伍海兵，馬 想，梁 晶*

廚余垃圾沼渣堆肥與化學(xué)改良劑對城市搬遷地土壤團聚體形成的影響①

伍海兵1,2，馬 想1,2，梁 晶1,2*

(1 上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，上海 200232；2 上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 200232)

為改善城市土壤團粒結(jié)構(gòu)，以上海典型搬遷地土壤為研究對象，通過室外培養(yǎng)試驗，研究了不同用量廚余垃圾沼渣堆肥和化學(xué)改良劑分別單施以及混施對土壤水穩(wěn)定性團聚體、團粒結(jié)構(gòu)形成的影響。結(jié)果表明：20%、30% 沼渣堆肥單施處理可顯著增加搬遷地土壤0.5 ～ 1.0、1.0 ～ 2.0 mm粒徑大團聚體以及0.106 ～ 0.25 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)，而顯著降低<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)?；瘜W(xué)改良劑β-環(huán)糊精單施處理可顯著增加土壤微團聚體總量(<0.05)；3 kg/m3用量硫酸鈣、氧化鐵單施處理均可顯著促進土壤大團聚體的形成(<0.05)。沼渣堆肥和化學(xué)改良劑混施處理較單施處理顯著增加土壤>2.0、0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)，而降低<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)。在沼渣堆肥處理中，以20% 沼渣堆肥添加量對土壤團粒結(jié)構(gòu)改良效果最佳；在化學(xué)改良劑處理中，以3 kg/m3硫酸鈣處理對土壤團粒結(jié)構(gòu)改良效果最佳，其次是3 kg/m3氧化鐵處理。WG20+ SMmix處理(20%沼渣堆肥+化學(xué)改良劑混施)對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)改良效果最佳，團粒結(jié)構(gòu)達19.03%，較CK(對照組)、SMmix(化學(xué)改良劑混施)、WG20(20%沼渣堆肥)處理分別提高了94.0%、73.5% 和26.0%。

廚余垃圾沼渣堆肥；化學(xué)改良劑；團聚體；團粒結(jié)構(gòu)；搬遷地

隨著社會經(jīng)濟和城市化進程的快速發(fā)展，人們對人居環(huán)境和城市生態(tài)要求越來越高。城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是唯一有生命的基礎(chǔ)設(shè)施，對維持良好的城市生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[1-2]。近年來，城市綠化建設(shè)在國內(nèi)得到迅速的發(fā)展，但由于土地資源緊張，越來越多的綠化需在工企業(yè)、城中村等搬遷地上開展建設(shè)，如李曉策等[3]研究表明當(dāng)前上海中心城區(qū)已規(guī)未建綠地中搬遷地占比達到76%。然而搬遷地可能受到原生產(chǎn)和生活活動等的長期影響[4-5]，土壤質(zhì)量退化嚴(yán)重，如土壤緊實、板結(jié)、結(jié)構(gòu)差等[6]，尤其土壤團聚體的破壞制約了搬遷地綠化建設(shè)質(zhì)量。

土壤團聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元，主要靠凝聚、無機物質(zhì)的粘結(jié)、有機物質(zhì)的膠結(jié)以及有機–礦質(zhì)復(fù)合體等作用形成[7-9]，合理的土壤團聚體比例通過調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱等因素來影響土壤肥力的釋放。土壤團聚體的大小、數(shù)量及排列方式是決定土壤肥力、通氣能力、抗蝕性和固碳能力的重要因素[10]，是土壤結(jié)構(gòu)和肥力的重要評價指標(biāo)。目前對土壤團聚體的研究，一方面多集中在農(nóng)業(yè)或林業(yè)土壤上，較少對擬建綠化搬遷地土壤進行研究[11]；另一方面，采用的改良材料多為農(nóng)林業(yè)廢棄物，較少研究廚余垃圾對土壤團聚體的影響。如，Zhao 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，添加有機物料玉米、小麥秸稈，可顯著提高玉米–小麥復(fù)種系統(tǒng)土壤大團聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；朱秋麗等[13]利用石膏、貝殼、生物質(zhì)炭和爐渣等廢棄物施入稻田，土壤大團聚體分別增加了12.8%、32.7%、12.1% 和19.7%，且均提高了土壤團聚體穩(wěn)定性；劉景海等[14]研究北京林地土壤團聚體表明，覆蓋園林廢棄物能夠增加北京延慶縣的杜仲林、檜柏林、槭樹林和油松林下不同深度土壤的大團聚體數(shù)量和水穩(wěn)性大團聚體數(shù)量，改善土壤結(jié)構(gòu)。城市搬遷地土壤受人為活動、工程修復(fù)的強烈影響，土壤團粒結(jié)構(gòu)含量低，結(jié)構(gòu)體破壞率高，團聚體穩(wěn)定性差[11]，是搬遷地園林綠化的主要障礙因素之一。廚余垃圾是指易腐爛的、含有機質(zhì)的生活垃圾，又稱濕垃圾[15]。據(jù)統(tǒng)計，2020 年我國廚余垃圾占比為38%，產(chǎn)量高達 1.4×108t[16]。廚余垃圾極易腐爛變質(zhì)，若處置不當(dāng)，不僅占用大量的土地資源，還可能會嚴(yán)重影響市容并污染環(huán)境，危及居民身體健康。如何對廚余垃圾進行合理的資源化利用是當(dāng)前減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)的一項挑戰(zhàn)。為此，本研究采用廚余垃圾沼渣堆肥、化學(xué)改良劑等材料，研究其單施、混施對搬遷地土壤團聚體數(shù)量、團粒結(jié)構(gòu)形成的影響，以為改善城市搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)、促進廚余垃圾資源化利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤取自上海市浦東新區(qū)三林鎮(zhèn)遺留搬遷地(121°27′ E ～ 121°30′E，31°7′N ～ 31°8′N)，該區(qū)域原有城中村、工企業(yè)廠房等，據(jù)規(guī)劃要求擬建成公共綠地。將采集的土壤自然風(fēng)干，去除石塊、石礫、根系等，過10 mm篩備用，土壤基本性質(zhì)見表1。供試廚余垃圾沼渣堆肥(簡稱“沼渣堆肥”)為廚余垃圾沼渣(由上海老港生物能源再利用中心提供)好氧發(fā)酵腐熟，自然風(fēng)干，過2 mm篩備用。沼渣堆肥pH為8.26，有機質(zhì)含量為443 g/kg，發(fā)芽指數(shù)為85%。供試化學(xué)改良劑：氧化鐵為紅棕色粉末，純度≥99.99%；硫酸鈣為白色微帶灰色固體，純度≥97.0%；β-環(huán)糊精為白色至類白色結(jié)晶性固體，純度≥98%。3種改良劑均從國藥集團化學(xué)試劑有限公司采購。

表1 搬遷地土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

將供試搬遷地土壤、沼渣堆肥、化學(xué)改良劑按表2中的用量進行配比，共設(shè)置12個處理，每個處理3個重復(fù)。將每個處理的供試材料混勻后，裝入長×寬×高為135 cm × 45 cm × 40 cm的花盆中，澆水至土壤含水率保持在田間持水量的60% ～ 70%，放至上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院試驗地室外培養(yǎng)6個月后，每個花盆重復(fù)取3個原狀土樣混合為1個土壤樣品，并通過四分化法保留至1 kg備用。

1.3 試驗方法

土壤水穩(wěn)性團聚體采用濕篩法，通過DIK-2012土壤團粒分析儀進行測定[17]。具體為：將備用土樣中大的土塊按其結(jié)構(gòu)輕輕剝開至約10 mm；自然風(fēng)干后，取過10 mm篩風(fēng)干土50 g左右放至燒杯中；添加蒸餾水完全淹沒，放置24 h后放入土壤團粒分析儀中，進行上下振蕩30 min；然后分別洗出孔徑2、1、0.5、0.25和0.106 mm篩中土壤至燒杯中，放入105℃烘箱中烘干稱重，分別得到>2、1 ～ 2、0.5 ～ 1.0、0.25 ～ 0.5、0.106 ～ 0.25和<0.106 mm各級土壤水穩(wěn)性團聚體質(zhì)量，計算各級水穩(wěn)性團聚體質(zhì)量占土樣總質(zhì)量的百分比。

表2 試驗處理

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件進行作圖；利用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和LSD法進行方差分析和多重比較(=0.05)。圖和表中數(shù)據(jù)為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑對搬遷地土壤水穩(wěn)性團聚體形成的影響

2.1.1 沼渣堆肥對搬遷地土壤水穩(wěn)性團聚體形成的影響 良好的土壤水穩(wěn)性團聚體結(jié)構(gòu)，有利于增強土壤的抗侵蝕能力，提高土壤肥力質(zhì)量[18]。由表3可知，沼渣堆肥添加量對搬遷地土壤各粒徑水穩(wěn)性團聚體影響不同，在大團聚體(≥0.25 mm)中，WG10處理各粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)與CK處理均無顯著差異；WG20處理1 ～ 2和0.5 ～ 1 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于CK處理(<0.05)，較CK處理分別提高了115.6% 和355.8%；WG30處理1 ～ 2、0.5 ～ 1和0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于CK處理(<0.05)，較CK處理分別提高了72.0%、97.3% 和61.2%。在微團聚體(<0.25 mm)中，WG10處理各粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較CK處理均無顯著差異，而WG20和WG30處理0.106 ～ 0.25 mm粒徑微團聚體數(shù)量均顯著高于CK處理(<0.05)，較CK處理分別提高了145.9% 和178.2%，但WG20和WG30處理<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著低于CK處理(<0.05)，較CK處理分別降低了14.0% 和12.4%。由此可見，WG10處理對土壤各粒徑團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不明顯，而WG20和WG30處理可明顯提高0.5 ～ 1、1 ～ 2 mm粒徑大團聚體以及0.106 ～ 0.25 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表3 沼渣堆肥對搬遷地土壤水穩(wěn)性團聚體形成的影響

注：表中同列不同小寫字母表示同一粒徑不同處理間差異達<0.05顯著水平，下同。

2.1.2 化學(xué)改良劑對搬遷地土壤水穩(wěn)性團聚體形成的影響 不同化學(xué)改良劑對土壤各粒徑水穩(wěn)性團聚體影響不同(表4)。在大團聚體中，β-環(huán)糊精處理(SM1β和SM3β)和硫酸鈣處理(SM1Ca和SM3Ca)>2 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于CK處理，但前者差異顯著(<0.05)，后者差異不顯著；而氧化鐵處理及其混合處理(SM1Fe、SM3Fe和SMmix)均高于CK處理，但差異不顯著；另外，SM1β與SM3β、SM1Ca與SM3Ca、SM1Fe與SM3Fe處理間差異不顯著(>0.05)。各化學(xué)改良劑處理對1 ～ 2 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較CK處理有所提高，其中SM3Fe處理較CK處理顯著提高了62.4%(<0.05)，而其他處理較CK處理差異不明顯；另外，對于相同化學(xué)改良劑不同用量處理，1 kg/m3和3 kg/m3處理間差異不顯著(>0.05)。各化學(xué)改良劑均可增加0.5 ～ 1 mm粒徑大團聚體占比，其中SM1β處理增加顯著(<0.05)，較CK處理增加了72.1%，而其他處理較CK處理差異不明顯；相同化學(xué)改良劑不同添加量處理間僅SM1β顯著高于SM3β(<0.05)，其他處理差異不明顯。SM3Ca與SM1β處理0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較CK處理顯著提高(<0.05)，分別增加了217.6% 和73.6%，而其他處理與CK處理相比，差異不顯著；SM3Ca處理較SM1Ca處理、SM3Fe處理較SM1Fe處理可顯著增加0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體比例(<0.05)，而SM3β處理較SM1β處理顯著降低(<0.05)。

表4 化學(xué)改良劑對搬遷地土壤水穩(wěn)性團聚體形成的影響

在微團聚體中，與CK處理相比，各化學(xué)改良劑處理對0.106 ～ 0.25 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)有提高趨勢，其中SM1β、SM3Ca、SM3Fe及SM1Fe處理達到了顯著水平(<0.05)，分別提高了470.3%、306.8%、188.9% 及118.8%。不同處理中 SM1β、SM3Ca、SM3Fe及SM1Fe處理<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較CK處理顯著降低(<0.05)，降幅分別為25.6%、24.5%、13.7% 及6.4%；而對于相同化學(xué)改良劑不同添加量處理，SM3β較SM1β、SM3Ca較SM1Ca、SM3Fe較SM1Fe其<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低(<0.05)，而SM3β較SM1β其顯著增加(<0.05)。

2.1.3 沼渣堆肥與化學(xué)改良劑混施對搬遷地土壤水穩(wěn)性團聚體形成的影響 沼渣堆肥與化學(xué)改良劑混施較沼渣堆肥、化學(xué)改良劑單施對搬遷地土壤各粒徑水穩(wěn)性團聚體影響不同(圖1)。在大團聚體中，混施處理(WG20+ SMmix)>2.0 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較WG20、SMmix和CK處理均顯著提高(<0.05)，分別提高了108.8%、69.8% 和50.1%；其1 ～ 2 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較CK 和SMmix處理均顯著提高(<0.05)，分別提高了135.5% 和47.0%；其0.5 ～ 1 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較CK 和SMmix處理均顯著提高(<0.05)，分別提高了202.0% 和151.0%，而較WG20處理顯著降低(<0.05)，降低了33.7%；其0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體較SMmix、WG20、CK處理均顯著提高(<0.05)，分別提高了78.0%、75.5%、63.5%。在微團聚體中，WG20+ SMmix處理0.106 ～ 0.25 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較CK 和SMmix處理顯著提高(<0.05)，分別提高了106.3% 和100.6%，而較WG20處理顯著降低(<0.05)，降低了16.1%；其<0.106 mm粒徑微團聚體較CK、SMmix、WG20處理顯著降低(<0.05)，分別降低了16.5%、15.2%、2.9%。

(柱圖上方不同小寫字母表示不同處理間差異達P<0.05顯著水平，下同)

2.2 不同改良劑對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的影響

2.2.1 沼渣堆肥對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的影響 團粒結(jié)構(gòu)是由若干土壤單粒黏結(jié)在一起形成團聚體的一種土壤結(jié)構(gòu)，是土壤最理想的結(jié)構(gòu)。一般將≥0.25 mm粒徑團聚體稱為土壤團粒結(jié)構(gòu)，其是維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，含量越高，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[19]。沼渣堆肥添加量對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)具有一定影響，其中，WG20處理土壤團粒結(jié)構(gòu)含量最高(圖2)，達15.1%，其次是WG30處理，達12.25%，均較CK處理提升顯著(<0.05)，分別提高了53.9% 和24.9%，而WG10處理對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)影響不明顯(>0.05)。

圖2 沼渣堆肥對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的影響

2.2.2 化學(xué)改良劑對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的影響 不同化學(xué)改良劑對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)具有一定影響(圖3)，其中SM3Ca處理改良效果最佳，顯著高于CK處理(<0.05)，較CK處理增加了70.6%，其次是SM3Fe處理，較CK處理增加了31.3%；同一改良劑不同添加量處理對土壤團粒結(jié)構(gòu)影響明顯，其中SM3Ca較SM1Ca、SM3Fe較SM1Fe土壤團粒結(jié)構(gòu)分別顯著增加了58.0% 和30.6%(<0.05)，而SM3β較SM1β土壤團粒結(jié)構(gòu)反而顯著降低了27.4%(<0.05)；SMmix處理較SM3Fe、SM3Ca處理土壤團粒結(jié)構(gòu)顯著降低，較SM3β處理顯著提高，而較CK處理提高了11.8%，但差異不明顯。由此可見，3種化學(xué)改良劑混施對土壤團粒結(jié)構(gòu)改良效果不顯著，主要是由于β-環(huán)糊精降低了土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成。

圖3 化學(xué)改良劑對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的影響

2.2.3 沼渣堆肥與化學(xué)改良劑混施對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的影響 沼渣堆肥和化學(xué)改良劑混施較沼渣堆肥、化學(xué)改良劑單施對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成影響明顯(圖4)，混施處理(WG20+ SMmix)搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)含量最高，達19.03%，顯著高于CK、SMmix和WG20處理(<0.05)，分別增加了94.0%、73.5% 和26.0%。由此可見，沼渣堆肥與化學(xué)改良劑混施對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)的改良效果明顯優(yōu)于沼渣堆肥、化學(xué)改良劑單施處理。

圖4 沼渣堆肥和化學(xué)改良劑混施對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的影響

3 討論

搬遷地作為當(dāng)前城市綠化建設(shè)的主要土地資源，其土壤質(zhì)量尤其土壤物理結(jié)構(gòu)是決定綠化成敗的關(guān)鍵所在。伍海兵[20]研究表明，土壤物理特性差是導(dǎo)致城市綠地中植物長勢不佳或死亡的主要原因。土壤水穩(wěn)性團聚體的粒徑分布不僅反映土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[21]，還影響土壤容重、孔隙度、含水量等多種物理特性[22]，也是衡量土壤質(zhì)量是否發(fā)生退化的重要指標(biāo)[23]。土壤水穩(wěn)性團聚體是土粒通過各種自然作用形成的抗水力分散的結(jié)構(gòu)單位[24]，與土壤抗侵蝕性有著密切關(guān)系[25]。本研究中，沼渣堆肥、β-環(huán)糊精、硫酸鈣和氧化鐵等一種材料單施或幾種材料混施對土壤水穩(wěn)性團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響明顯，10% 沼渣堆肥處理對土壤各粒徑水穩(wěn)性團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不明顯，20% 和30% 沼渣堆肥處理可顯著降低<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)，而提升0.106 ～ 0.25 mm粒徑微團聚體和1 ～ 2、0.5 ～ 1 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)。這一方面可能是由于沼渣堆肥含有豐富的碳，外源碳的施用可有效促進土壤微團聚體向大團聚體轉(zhuǎn)化，與Puttaso等[26]的研究結(jié)果類似；另一方面可能是由于沼渣堆肥降低了搬遷地土壤pH，促進了有機物質(zhì)和礦物顆粒間的膠結(jié)[27]。本研究表明，3種化學(xué)改良劑處理對土壤大團聚體、微團聚體形成的影響不同，其中β-環(huán)糊精處理可顯著促進土壤微團聚體總量的形成，而降低土壤大團聚體含量，這與謝國雄等[28]研究結(jié)果不一致，可能是由于β-環(huán)糊精主要可促進粉砂或砂質(zhì)土壤大團聚體形成，對于上海搬遷地黏質(zhì)土壤改良效果不明顯，也可能β-環(huán)糊精改善土壤團聚體需要長期效應(yīng)。本研究表明，1 kg/m3硫酸鈣以及1 kg/m3氧化鐵處理均可促進土壤微團聚體形成大團聚體，但效果不明顯，而3 kg/m3硫酸鈣以及3 kg/m3氧化鐵處理可顯著促進大團聚體的形成。其中，硫酸鈣處理主要促進0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體形成，這可能由于硫酸鈣能明顯降低土壤pH[29]，從而促進<0.25 mm粒徑微團聚體向大團聚體轉(zhuǎn)化；同時鈣離子本身具有一定的膠結(jié)作用，能夠提高微團聚體間的黏結(jié)性，從而促進大團聚體的形成[30]。氧化鐵處理顯著降低<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，增加1 ～ 2 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這可能是由于氧化鐵在土壤中可形成各種形態(tài)的鐵氧化物，一方面鐵氧化物在土壤溶液中充當(dāng)絮凝劑將微團聚體結(jié)合在一起形成大團聚體，如Zhao等[31]研究發(fā)現(xiàn)鐵氧化物可改善土壤團聚體粒徑分布，提升大團聚體結(jié)構(gòu)含量；另一方面鐵氧化物較粉砂粒和砂粒細小，少量鐵氧化物的吸附可顯著增加粉砂粒/砂粒的表面積，促進較大礦物顆粒和有機物質(zhì)之間的相互作用[32]，有利于土壤顆粒的相互團聚，從而促進大團聚體的形成。沼渣堆肥和化學(xué)改良劑混施較單施對土壤團聚體改善明顯，尤其是顯著增加了>2.0、0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而降低了<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這可能是由于沼渣堆肥分解的腐殖質(zhì)、多糖等有機化合物，在硫酸鈣、氧化鐵的協(xié)同作用下，通過吸附、包裹、黏結(jié)、凝聚和復(fù)合等作用，使微團體更易膠結(jié)為大團聚體。

本研究發(fā)現(xiàn)，不同處理對土壤團粒結(jié)構(gòu)改良明顯，沼渣堆肥處理中，以20% 沼渣堆肥添加量對土壤團粒結(jié)構(gòu)體改良效果最佳，這主要是由于沼渣堆肥分解產(chǎn)生的多糖、脂肪等都是土壤膠結(jié)劑，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)體的形成[33]，這與張志毅等[34]研究結(jié)果類似；而添加10% 沼渣堆肥處理，可能是由于沼渣堆肥分解產(chǎn)生的多糖、脂肪等土壤膠結(jié)劑含量少，故對團粒結(jié)構(gòu)的形成作用效果不明顯?；瘜W(xué)改良材料中，硫酸鈣對土壤團粒結(jié)構(gòu)改良效果最佳，其次是氧化鐵，且3 kg/m3處理顯著優(yōu)于1 kg/m3處理，這可能是由于Ca2+置換Na+、K+后被土壤顆粒吸附，削弱了Na+、K+對土壤顆粒及團聚體的分散作用，從促進了土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成[35]，而鐵氧化物擁有較大的比表面積[36]，在土壤顆粒團聚過程中，能夠與不同大小的土壤顆粒通過吸附作用形成粒徑較大的團粒結(jié)構(gòu)[37]。沼渣堆肥和化學(xué)改良劑混施處理較其單施處理對土壤團粒結(jié)構(gòu)的提升效果顯著(<0.05)，這是由于一方面沼渣堆肥增加了搬遷地土壤有機質(zhì)含量，其分解產(chǎn)生的腐殖質(zhì)、多糖等有機化合物以及硫酸鈣、氧化鐵產(chǎn)生的金屬陽離子均具有吸附、黏結(jié)能力；另一方面沼渣堆肥分解產(chǎn)生的多種有機化合物可與鐵、鈣等金屬陽離子、氧化物等形成有機礦物復(fù)合體，其作為土壤團粒結(jié)構(gòu)形成的重要膠結(jié)物質(zhì)[38]，從而促進了搬遷地土壤中的微團聚體向團粒結(jié)構(gòu)膠結(jié)和轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)論

1) 在搬遷地，10% 沼渣堆肥處理對土壤各粒徑團聚體影響不明顯，20%、30% 沼渣堆肥處理顯著增加土壤0.5 ～ 1、1 ～ 2 mm粒徑大團聚體以及0.106 ～ 0.25 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)，而顯著降低土壤<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)。β-環(huán)糊精處理可顯著增加土壤微團聚體總量，而降低大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)；3 kg/m3硫酸鈣處理可顯著增加土壤0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)，3 kg/m3氧化鐵處理可顯著降低土壤 <0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，增加1 ～ 2 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)。沼渣堆肥與化學(xué)改良劑混施較單施對土壤水穩(wěn)性團聚體形成具有促進作用，尤其是顯著增加了>2.0、0.25 ～ 0.5 mm粒徑大團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而降低了<0.106 mm粒徑微團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.05)。

2) 沼渣堆肥單施處理中，20% 沼渣堆肥對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)改良效果最佳；化學(xué)改良劑單施處理中，3 kg/m3硫酸鈣對搬遷地土壤團粒結(jié)構(gòu)改良效果最佳，其次是3 kg/m3氧化鐵處理。而沼渣堆肥與化學(xué)改良劑混施(WG20+ SMmix)對搬遷地土壤團粒體改良效果最佳，團粒結(jié)構(gòu)達19.03%，較CK、SMmix、WG20處理分別增加了94.0%、73.5%和26.0%。

[1] 宋晨晨, 劉時彥, 趙娟娟, 等. 基于功能特征的城市植物群落生態(tài)功能評價[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2020, 39(2): 703–714.

[2] 盧瑛, 甘海華, 史正軍, 等. 深圳城市綠地土壤肥力質(zhì)量評價及管理對策[J]. 水土保持學(xué)報, 2005, 19(1): 153–156.

[3] 李曉策, 鄭思俊, 張浪. 上海城市困難立地識別及分布特征[J]. 園林, 2021, 38(2): 7–12.

[4] 屠德剛, 馮濤, 楊國棟, 等. 機械廠遺留場地重金屬污染特征及健康風(fēng)險評價[J]. 環(huán)境工程, 2022, 40(4): 217–223.

[5] 易超, 李紫惠. 上海某城中村改造地塊土壤污染狀況初步調(diào)查與分析[J]. 化工管理, 2021(15): 50–51.

[6] 梁晶, 伍海兵, 張浪. 城市典型搬遷地土壤質(zhì)量特征及綠化障礙因子研究[J]. 中國園林, 2021, 37(12): 38–42.

[7] Emerson W W. A classification of soil aggregates based on their coherence in water[J]. Soil Research, 1967, 5(1): 47.

[8] Greenland D J. Mechanism of interaction between clays and defined organic compounds[J]. Soils and Fertilizers, 1961, 28: 415–425.

[9] Edwards A P, Bremner J M. Dispersion of soil particles by sonic vibration1[J]. Journal of Soil Science, 1967, 18(1): 47–63.

[10] 張海歐, 解建倉, 南海鵬, 等. 凍融交替對復(fù)配土壤團粒結(jié)構(gòu)和有機質(zhì)的交互作用[J]. 水土保持學(xué)報, 2016, 30(3): 273–278.

[11] 梁晶, 伍海兵, 張浪. 上海市搬遷地土壤團聚體的分布特征[J]. 水土保持通報, 2022, 42(2): 59–66.

[12] Zhao H L, Shar A G, Li S, et al. Effect of straw return mode on soil aggregation and aggregate carbon content in an annual maize-wheat double cropping system[J]. Soil and Tillage Research, 2018, 175: 178–186.

[13] 朱秋麗, 曾冬萍, 王純, 等. 廢棄物施加對福州平原稻田土壤團聚體分布及其穩(wěn)定性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2016, 36(8): 3000–3008.

[14] 劉景海, 張萍, 吳春水, 等. 園林廢棄物覆蓋對北京市林地土壤養(yǎng)分和團聚體的影響[J]. 中國水土保持, 2016(6): 54–58, 77.

[15] 劉曉蘭. 干式厭氧發(fā)酵處理廚余垃圾的工況分析[J]. 節(jié)能與環(huán)保, 2022(5): 44–46.

[16] 國家市場監(jiān)督管理總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 生活垃圾分類標(biāo)志: GB/T 19095—2019[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2019.

[17] 白怡婧, 劉彥伶, 李渝, 等. 長期不同輪作模式對黃壤團聚體組成及有機碳的影響[J]. 土壤, 2021, 53(1): 161–167.

[18] Shinjo H, Fujita H, Gintzburger G, et al. Soil aggregate stability under different landscapes and vegetation types in a semiarid area in northeastern Syria[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 2000, 46(1): 229–240.

[19] 莊正, 張蕓, 張穎, 等. 不同發(fā)育階段杉木人工林土壤團聚體分布特征及其穩(wěn)定性研究[J]. 水土保持學(xué)報, 2017, 31(6): 183–188.

[20] 伍海兵. 上海中心城區(qū)典型綠地土壤物理性質(zhì)特征研究[J]. 土壤, 2018, 50(1): 155–161.

[21] 胡陽, 鄧艷, 蔣忠誠, 等. 典型巖溶山區(qū)植被恢復(fù)對土壤團聚體分布及穩(wěn)定性的影響[J]. 水土保持通報, 2015, 35(1): 61–67.

[22] 鄒鑫, 陳春峰, 劉文杰. 西雙版納橡膠種植對土壤團聚體及理化性質(zhì)的影響[J]. 土壤通報, 2020, 51(3): 597–605.

[23] Tang F K, Cui M, Lu Q, et al. Effects of vegetation restoration on the aggregate stability and distribution of aggregate-associated organic carbon in a typical Karst gorge region[J]. Solid Earth, 2016, 7(1): 141–151.

[24] 徐香茹, 汪景寬. 土壤團聚體與有機碳穩(wěn)定機制的研究進展[J]. 土壤通報, 2017, 48(6): 1523–1529.

[25] 劉文利, 吳景貴, 傅民杰, 等. 種植年限對果園土壤團聚體分布與穩(wěn)定性的影響[J]. 水土保持學(xué)報, 2014, 28(1): 129–135.

[26] Puttaso A, Vityakon P, Rasche F, et al. Does organic residue quality influence carbon retention in a tropical sandy soil?[J]. Soil Science Society of America Journal, 2013, 77(3): 1001–1011.

[27] Nguetnkam J P, Dultz S. Soil degradation in Central North Cameroon: Water-dispersible clay in relation to surface charge in Oxisol A and B horizons[J]. Soil and Tillage Research, 2011, 113(1): 38–47.

[28] 謝國雄, 季淑楓, 孔樟良, 等. 改良劑對粉砂質(zhì)涂地土壤水穩(wěn)定性團聚體形成和養(yǎng)分供應(yīng)能力的影響[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報, 2015, 5(1): 46–50.

[29] 高惠敏, 王相平, 屈忠義, 等. 脫硫石膏與有機物料配施對河套灌區(qū)土壤改良及向日葵生長的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2020, 39(8): 85–92.

[30] Chan K Y, Conyers M K, Scott B J. Improved structural stability of an acidic hardsetting soil attributable to lime application[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2007, 38(15/16): 2163–2175.

[31] Zhao Q A, Poulson S R, Obrist D, et al. Iron-bound organic carbon in forest soils: Quantification and characterization[J]. Biogeosciences, 2016, 13(16): 4777–4788.

[32] Kleber M, Sollins P, Sutton R. A conceptual model of organo-mineral interactions in soils: Self-assembly of organic molecular fragments into zonal structures on mineral surfaces[J]. Biogeochemistry, 2007, 85(1): 9–24.

[33] 郝翔翔, 楊春葆, 苑亞茹, 等. 連續(xù)秸稈還田對黑土團聚體中有機碳含量及土壤肥力的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2013, 29(35): 263–269.

[34] 張志毅, 熊桂云, 吳茂前, 等. 有機培肥與耕作方式對稻麥輪作土壤團聚體和有機碳組分的影響?[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(中英文), 2020, 28(3): 405–412.

[35] 朱經(jīng)偉, 張云貴, 李志宏, 等. 不同土壤改良劑對整治煙田土壤團聚體組成的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2018, 41(2): 341–348.

[36] Eusterhues K, Rumpel C, K?gel-Knabner I. Organo- mineral associations in sandy acid forest soils: Importance of specific surface area, iron oxides and micropores[J]. European Journal of Soil Science, 2005, 56(6): 753–763.

[37] Regelink I C, Stoof C R, Rousseva S, et al. Linkages between aggregate formation, porosity and soil chemical properties[J]. Geoderma, 2015, 247/248: 24–37.

[38] 魏朝富, 謝德體, 李保國. 土壤有機無機復(fù)合體的研究進展[J]. 地球科學(xué)進展, 2003, 18(2): 221–227.

Effects of Food Waste Biogas Residue Composting and Chemical Amendments on the Formation of Soil Aggregates in Urban Relocation Sites

WU Haibing1,2, MA Xiang1,2, LIANG Jing1,2*

(1 Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning, Shanghai 200232, China; 2 Shanghai Engineering Research Center of Landscaping on Challenging Urban Sites, Shanghai 200232, China)

In order to improve aggregate structure of urban soil, the effects of single application of food waste biogas residue composting (BRC), chemical amendment (CA) and mixed application of BRC and CA on the formation of soil water-stable aggregates and their structures were studied in a typical relocation site in Shanghai by outdoor cultivation experiments. The results showed that 20% and 30% BRC significantly increased large aggregates of 0.5–1.0 mm and 1.0–2.0 mm diameters and micro-aggregates of 0.106– 0.25 mm diameter in relocation site (<0.05), while significantly decreased micro-aggregates of <0.106 mm diameter (<0.05). β-cyclodextrin increased the total amount of micro-aggregates significantly (<0.05). 3 kg/m3calcium sulfate and ferric oxide significantly promoted the formation of large aggregates (<0.05). The combined application of BRC and CA significantly increased large aggregates of >2.0 mm and 0.25–0.5 mm diameters (<0.05), but decreased micro-aggregates of <0.106 mm diameter compared with the single application of BRC or CA (<0.05). On the improvement of aggregate structure, 20% BRC had the best effect in BRC treatments, while 3 kg/m3calcium sulfate had the best effect in CA treatments, followed by 3 kg/m3iron oxide, while WG20+SMmix(20% BRC+1 kg/m3of β-cyclodextrin, calcium sulfate and iron oxide, respectively) had the best effect in the combined BRC and CA treatments, whose aggregate structure reached 19.03%, increased by 94.0%, 73.5% and 26.0% respectively compared with CK (100% soil), SMmix(1 kg/m3of β-cyclodextrin, calcium sulfate and iron oxide, respectively) and WG20(20% BRC).

Food waste biogas residue composting; Chemical amendment; Aggregate; Aggregate structure; Relocation site

S152.7；S152.5

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.04.026

伍海兵, 馬想, 梁晶. 廚余垃圾沼渣堆肥與化學(xué)改良劑對城市搬遷地土壤團聚體形成的影響. 土壤, 2023, 55(4): 911–917.

上海市科委科技創(chuàng)新行動計劃科技支撐碳達峰碳中和專項(21DZ1209403) 資助。

(liangjing336@163.com)

伍海兵(1986—)，男，安徽蕪湖人，碩士，高級工程師，主要從事廢棄物資源化利用和城市土壤研究。E-mail: wuhaibing22@ 163.com