摘要：為探究硫酸亞鐵和生物炭單獨或聯(lián)用施用對堆肥過程和產(chǎn)品特性的影響，以及產(chǎn)品施用于土壤的培肥效果，本研究以牛糞和菌渣為原料，在自行設計的強制通風好氧堆肥反應器中進行堆肥試驗，分別添加不同比例硫酸亞鐵（Fe）、生物炭（BC）和硫酸亞鐵+生物炭混合物（FeBC）；待堆肥結(jié)束后，將堆肥樣品與土壤混合進行盆栽試驗，以研究堆肥產(chǎn)品對土壤和植物生長的影響。結(jié)果表明：外源添加劑的聯(lián)用可以延長堆肥的高溫期，加快堆肥進程，且堆肥結(jié)束時各產(chǎn)品均符合施用標準（NY/T 525—2021）；各處理中腐殖質(zhì)含量整體上呈先降低后增加的趨勢，F(xiàn)eBC處理可以促進更多有機物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，堆肥結(jié)束時腐殖質(zhì)含量最高為115.0 g·kg-1；胡敏酸含量隨著堆肥時間呈持續(xù)上升的趨勢，而富里酸的含量逐漸降低；堆肥結(jié)束時，F(xiàn)eBC處理中胡敏酸含量最高（71.90 g·kg-1），而富里酸含量最低（24.65 g·kg-1）。堆肥產(chǎn)品的施用顯著提升土壤的有機質(zhì)含量（44.2%）和NPK含量（56.7%），小青菜的生長指標也得到顯著提高；此外，堆肥產(chǎn)品的添加提高土壤大團聚體的占比，機械團聚體穩(wěn)定性指標平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）在添加堆肥產(chǎn)品后也得到顯著提升，添加FeBC堆肥產(chǎn)品相較于其他堆肥產(chǎn)品處理更能顯著增加土壤機械團聚體的穩(wěn)定性。研究表明，硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)合添加相較于添加劑的單獨使用可以更好地促進堆肥進程，提高堆肥的腐殖化。在土壤改良方面，硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)用的堆肥產(chǎn)品能更好地改良土壤理化性質(zhì)以提高土壤肥力。

關(guān)鍵詞：添加劑；好氧堆肥；腐殖化；土壤團聚體；土壤培肥

中圖分類號：S141.4 文獻標志碼：A 文章編號：1672-2043（2024）11-2690-11 doi：10.11654/jaes.2024-0376

隨著人民生活水平的提高，畜禽養(yǎng)殖行業(yè)呈現(xiàn)明顯規(guī)?；?、集約化趨勢，畜禽糞污的處理和處置成為了制約畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵問題[1]。畜禽糞污得不到妥善處理，不僅會造成巨大的資源浪費，也會對環(huán)境和人體健康造成不利影響[2]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2019年底全國牛的存欄數(shù)約為9 138.3萬頭，牛糞日排泄量高達100～150萬t，占畜禽糞便總量的25% 左右[3]。因此，實現(xiàn)牛糞的無害化處置和資源化利用具有重要的意義。

好氧堆肥是畜禽糞便無害化處置和資源化利用的主流方式之一，具有成本低、生態(tài)友好、附加值高等優(yōu)點[4]。但是，傳統(tǒng)的好氧堆肥技術(shù)存在諸如堆肥時間長、有機物降解不完全、堆肥產(chǎn)品參差不齊等問題；此外，低品質(zhì)堆肥產(chǎn)品（低腐殖化程度、低養(yǎng)分含量）的施用也會對后續(xù)土壤環(huán)境以及農(nóng)作物生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響[5]。大量研究表明，在堆肥中添加外源物質(zhì)有助于提高堆肥中微生物的活性，加速堆肥進程并提高堆肥品質(zhì)[6]。硫酸亞鐵作為一種典型化學添加劑，可以降低堆肥的酸堿度，促進堆肥中的氨氮固定和碳轉(zhuǎn)化，進而提高堆肥的腐殖化程度[7]。然而，硫酸亞鐵的過量添加可能導致堆肥中鹽離子濃度的增加，使微生物活性受到影響，導致堆肥品質(zhì)的降低[8]。相比之下，生物炭因其較大的比表面積、穩(wěn)定性和離子交換能力，是目前備受關(guān)注的物理添加劑[9]。堆肥中添加生物炭可以提高堆體溫度、延長高溫期、增加微生物多樣性并提高堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量[10]。Zhao 等[11]在其研究中指出，5% 生物炭與0.5% 硫酸錳聯(lián)合使用使胡敏酸的含量相較于對照處理增加了26.67%，在堆肥結(jié)束后該處理富里酸的含量下降了62.32%，高于對照處理的52.84%。類似地，周順熙等[12]研究指出，生物炭與錳礦聯(lián)合添加相較于單獨添加劑使用促進了腐殖質(zhì)前體物質(zhì)和富里酸轉(zhuǎn)化為大分子量和高芳香性胡敏酸，并且還可以更好地改善胡敏酸的穩(wěn)定性。

現(xiàn)階段，雖有較多研究證實硫酸亞鐵和生物炭聯(lián)用能夠?qū)Χ逊蔬M程和產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生積極的影響，但其在強化牛糞堆肥中的研究還相對較少，有關(guān)硫酸亞鐵施用量對其與生物炭聯(lián)合強化堆肥的效果還缺乏系統(tǒng)評估。另一方面，有機肥的施用能夠有效調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)與養(yǎng)分含量，在補充土壤有機質(zhì)和營養(yǎng)元素的同時通過促進團聚體的形成，改良土壤結(jié)構(gòu)并提高土壤保水保肥的能力，進而促進作物生長和產(chǎn)量提升[13-14]。然而，有關(guān)不同腐殖化程度的有機肥產(chǎn)品對土壤性質(zhì)和作物生長的影響還有待評估。因此，本研究擬以牛糞和菇渣為原料，研究硫酸亞鐵、生物炭單獨和聯(lián)合施用對堆肥進程和產(chǎn)品品質(zhì)的影響；同時，通過盆栽試驗探究強化堆肥產(chǎn)品施用對土壤肥力和作物生長的影響，以期為金屬氧化物-生物炭聯(lián)合好氧堆肥技術(shù)的應用提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮牛糞、菌渣來自重慶綦江區(qū)茂財農(nóng)業(yè)有限公司，生物炭為玉米秸稈在制作爐中450～550 ℃缺氧干餾2 h制得，硫酸亞鐵（分析純）購自成都市科隆化學品有限公司。堆肥原料的理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 堆肥制作

試驗共設6 個處理：未添加外源物質(zhì)的對照組（CK）；添加低比例（2.50%）硫酸亞鐵處理組（FeL）；添加中比例（3.75%）硫酸亞鐵處理組（FeM）；添加高比例（5.00%）硫酸亞鐵處理組（FeH）；添加5.00% 生物炭處理組（BC）；添加中比例（3.75%）硫酸亞鐵與5.00%生物炭處理組（FeBC）。根據(jù)堆肥原料的性質(zhì)，將牛糞和菌渣（干物質(zhì)）按照3∶2的比例（質(zhì)量比）進行混合，調(diào)節(jié)堆體含水率至50%～60%后將其裝入自行設計的強制通風好氧堆肥反應器，進行周期為30 d的堆肥，每個處理的堆肥材料總量約為15 kg。堆肥開始后采用間歇鼓風法，保持0.25 L·kg-1·h-1的空氣流速。每次采樣后手動翻堆，以保證堆體內(nèi)物質(zhì)和氧氣均勻。堆肥結(jié)束后，將樣品風干后用于盆栽試驗。

1.3 盆栽實驗

本試驗共設7 個處理，分別記為CK（空白對照組）、M（添加堆肥產(chǎn)品CK）、MFL（添加堆肥產(chǎn)品FeL）、MFM（添加堆肥產(chǎn)品FeM）、MFH（添加堆肥產(chǎn)品FeH）、MC（添加堆肥產(chǎn)品BC）、MFC（添加堆肥產(chǎn)品FeBC）。盆栽試驗的土壤為采自重慶銅梁區(qū)菜地表層（0～30 cm）的土壤。土壤基本理化性質(zhì)為：pH6.31、EC 156 μS·cm-1、全氮0.98 g·kg-1、全磷0.88 g·kg-1、全鉀18.3 g·kg-1、有機質(zhì)9.89 g·kg-1。試驗前，將土壤樣品挑出碎石塊后風干，研磨過5 mm尼龍篩后備用。將不同處理的堆肥產(chǎn)品按5% 的比例與土壤混合均勻后轉(zhuǎn)移到塑料花盆中（每盆3 kg），空白對照處理只添加3 kg土壤，不添加任何肥料。每個處理重復3次，分別加入去離子水調(diào)節(jié)含水率為70%田間持水量進行培養(yǎng)。正常放置14 d后，在每盆中種入10粒小青菜種子。在小青菜幼苗期間進行間苗，每個盆中留下三株長勢較為良好的小青菜幼苗。待盆栽實驗進行40 d之后，收獲小青菜的地上部分（莖和葉）進行分析測試。盆栽實驗在溫室中進行，期間定期補水保證盆栽中土壤的持水量。

1.4 測定指標與方法

每日上午、下午用溫度計分別測定堆體上、中、下3個不同深度的溫度及環(huán)境溫度，并計算平均值。分別于堆肥開始的第1、4、7、12、20、30天對物料進行人工翻堆，同時采集樣品2份。其中一份鮮樣200 g用于測定堆肥的pH值、電導率EC、種子萌發(fā)指數(shù)GI、銨態(tài)氮（NH+4 -N）、硝態(tài)氮（NO-3 -N）；另一份鮮樣200 g，在自然條件風干后粉碎（0.15 mm），用于測定有機碳和腐殖質(zhì)[15]。種子萌發(fā)指數(shù)GI 值的測定選用顆粒飽滿、大小均勻的蘿卜種子在培養(yǎng)皿中進行培養(yǎng)[16]。pH值和EC值的測定用去離子水按固液質(zhì)量比1∶10浸提鮮樣后，分別使用pH計和電導率儀進行測量[16]。有機碳OM 通過在馬弗爐中550 ℃的高溫灼燒測定[17]。NH+4 -N和NO-3 -N的測定分別采用靛酚藍比色法和酚二磺酸比色法。腐殖質(zhì)的測定按照NY/T1867—2010標準，采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取，重鉻酸鉀氧化容量法測定，腐殖質(zhì)主要測定腐植酸、胡敏酸、富里酸3個部分。

小青菜在收獲前先用SPAD-502 葉綠素儀測定葉片的SPAD值，然后將收獲的小青菜裝入信封袋中在105 ℃烘箱中殺青30 min，然后在60 ℃的情況下烘干至質(zhì)量恒定，記錄干物質(zhì)的量。采集盆栽土壤樣品，取部分鮮樣測定pH值和EC值（水土比為2.5∶1），其余土壤樣品風干研磨后利用H2SO4-HClO4消解，再分別以半微量凱氏定氮法、磷鉬藍比色法和火焰光度計法測定盆栽土壤的氮磷鉀含量，通過重鉻酸鉀氧化硫酸亞鐵滴定法測定盆栽土壤有機質(zhì)含量[18]。用干篩法測定土壤的機械穩(wěn)定性團聚體含量[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤大團聚體占比（R0.25）、機械性團聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD），分別采用以下公式進行計算：

采用SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析（one-way ANOVA）和相關(guān)性分析（Spearman 法，P=0.05），通過R 語言randomForest包的隨機森林分類模型對影響土壤和作物生長的關(guān)鍵堆肥品質(zhì)指標進行分析，采用Origin 2021軟件進行作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 外源添加劑對堆肥基本理化性質(zhì)的影響

2.1.1 外源添加劑對堆肥溫度的影響

溫度變化反映了堆體內(nèi)部微生物的活性、有機物的分解情況以及無害化的程度。如圖1a所示，整個堆肥過程中，各處理堆體的溫度變化趨勢大致相同，都呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)再下降的過程。堆體溫度在堆肥前期快速上升，到第5天時，堆體溫度均可達到50.0 ℃，這與堆肥初期微生物較高的活性有關(guān)。在第8天，堆肥溫度達到峰值。其中，CK、FeL、FeM、FeH、BC、FeBC處理的最高溫度分別為61.2、58.5、57.7、55.6、63.8、58.2 ℃。隨著易降解碳源的消耗，堆體溫度逐步降低。值得注意的是，單獨添加硫酸亞鐵的處理中堆體溫度偏低，這主要是由于偏低的pH值及其導致的微生物活性降低所至。類似地，Chang等[20]發(fā)現(xiàn)2.5%硫酸亞鐵添加顯著降低了堆體的溫度。相比之下，添加生物炭的處理則表現(xiàn)出更高的溫度，這是因為生物炭的使用改善了堆體的通氣狀態(tài)，有利于氧氣傳輸，進而促進了微生物的生長和繁殖，提升了堆體溫度[10]。

2.1.2 外源添加劑對堆肥有機物質(zhì)（OM）的影響

堆肥過程中微生物驅(qū)動的有機物降解導致OM含量出現(xiàn)不同程度的降低（圖1b）。堆肥結(jié)束時，各處理中有機物含量按照FeBCgt;BCgt;FeHgt;FeMgt;FeLgt;CK 的順序逐步降低。Mei等[21]指出，硫酸亞鐵的添加能夠通過抑制微生物的活性降低堆肥過程中有機物的損失。然而，Liu等[22]卻發(fā)現(xiàn)，生物炭、硫酸亞鐵單獨及其聯(lián)合施用均能夠促進牛糞堆肥中有機物的降解。

2.1.3 外源添加劑對堆肥pH值的影響

在堆肥過程中，各處理堆體pH值變化均呈現(xiàn)相似的趨勢，表現(xiàn)為先快速上升后緩慢下降并趨于穩(wěn)定（圖1c）。堆肥初期，由于含氮物質(zhì)降解產(chǎn)生NH3的累積導致堆體pH快速升高。此后，隨著氨的揮發(fā)、硝化作用以及大量無機酸和有機酸的產(chǎn)生，堆體pH逐漸下降直至穩(wěn)定[23]。相比而言，硫酸亞鐵的添加降低了堆體的pH，而生物炭的施用提高了堆體的pH。盡管如此，堆肥結(jié)束時，堆體pH在7.5～7.84之間，均達到腐熟堆肥對pH值的要求（8.0～9.0）。

2.1.4 外源添加劑對堆肥電導率EC值的影響

EC值的變化反映了堆肥過程中可溶性鹽基離子的變化，這與原料性質(zhì)和有機物的分解密切相關(guān)[10，23]。如圖1d所示，堆肥初期，有機物質(zhì)降解過程中可溶性鹽（如Na+，K+，Ca2+，NH+4 ，NO-3等）的釋放導致EC值的增加。此外，F(xiàn)eL、FeM 和FeH 處理中硫酸亞鐵的輸入導致堆體EC的顯著升高。相比而言，生物炭的施用則通過離子交換、吸附等作用使堆體EC維持在一個相對較低的水平[24]。堆肥結(jié)束時，CK、FeL、FeM、FeH、BC、FeBC處理的EC值分別為2 702、2 855、3 143、3 313、2 559、3 190 μS·cm-1。這些值均低于4 000 μS·cm-1的限量標準，表明有機肥的施用不會對農(nóng)作物產(chǎn)生毒害作用[25]。

2.1.5 外源添加劑對堆肥銨態(tài)氮（NH+4 -N）和硝態(tài)氮（NO-3 -N）的影響

堆肥中NH+4 -N和NO-3 -N的變化如圖1e和圖1f所示。各處理中NH+4 -N 的變化趨勢相似。在堆肥初期，原料中含氮大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸等）的降解使堆體中NH+4 -N的含量迅速增加。隨著堆肥時間的延長，NH+4 -N 的濃度在第8 天到達峰值后開始下降，這主要與堆肥后期硝化作用和氮的同化作用有關(guān)[25-26]。堆肥結(jié)束時，CK、FeL、FeM、FeH、BC、FeBC處理的NH+4 -N 含量分別降低至76.99、105.1、109.9、116.8、126.9、148.7 mg·kg-1，均滿足NH+4 -N 濃度lt;400mg·kg-1的要求[26]。與之相對應，堆體中NO-3 -N 的濃度隨著堆肥時間的延長而逐漸增加。堆肥結(jié)束時，各處理中NO-3 -N的含量分別為FeL 81.99 mg·kg-1、FeM83.52 mg·kg-1、FeH 76.19 mg·kg-1、BC 69.80 mg·kg-1和FeBC 53.52 mg·kg-1，較CK分別降低了17.9%、16.3%、23.7%、30.1%、46.4%。生物炭的使用降低了NO-3 -N的含量，這可能與生物炭對NH+4較強的吸附作用有關(guān)[27]。有研究指出，生物炭的添加也可能通過提高改善堆體通氣條件，提高硝化細菌的活性，進而影響堆肥過程中氮素的轉(zhuǎn)化[6]。相比而言，硫酸亞鐵的施用則通過降低堆體的pH，減少氨揮發(fā)并減弱硝化作用來影響NH+4 -N的含量[28]。

2.2 外源添加劑對堆肥腐熟度的影響

2.2.1 外源添加劑對堆肥發(fā)芽指數(shù)GI的影響

發(fā)芽指數(shù)GI 是衡量堆肥腐熟度的重要指標之一，可以判斷堆肥是否存在植物毒性。一般認為，當GIgt;50% 時堆肥基本腐熟無植物毒性；當GIgt;80% 時堆肥達到完全腐熟[29]。在堆肥初期，由于有機物快速降解產(chǎn)生氨氣以及揮發(fā)性脂肪酸等有害物質(zhì)，各處理組的GI值較低[30]。然而，隨著堆肥的進行，有毒物質(zhì)被逐步降解，GI呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢。堆肥結(jié)束時，CK、FeL、FeM、FeH、BC 和FeBC 處理的GI 分別為115.8%、145.4%、135.3%、127.9%、139.7% 和142.9%，均超過腐熟堆肥要求的限值（圖2a）。與對照相比，添加劑的施用顯著提高了堆肥的發(fā)芽指數(shù)，表明硫酸亞鐵和生物炭單獨和聯(lián)合施用均能顯著提高堆肥的腐熟度[30]。

2.2.2 外源添加劑對堆肥腐殖質(zhì)含量的影響

腐殖質(zhì)含量和組分的變化可以用來評估堆肥的腐熟度和穩(wěn)定性。與前人的研究結(jié)果類似，堆肥中腐殖質(zhì)的含量呈先降低后增加的趨勢[31]。在堆肥初始階段，原料中復雜有機物被分解成簡單組分，不穩(wěn)定的腐殖質(zhì)可能被微生物利用，導致其含量有所下降。然而，堆肥后期，蛋白質(zhì)、木質(zhì)素和纖維素等物質(zhì)的降解為腐殖質(zhì)的形成提供了前體物質(zhì)，這些前體物質(zhì)通過多種方式聚合生成腐殖質(zhì)，使得堆肥后期腐殖質(zhì)含量逐漸增加[32]。堆肥結(jié)束時，CK、FeL、FeM、FeH、BC、FeBC 處理中腐殖質(zhì)的含量分別為102.9、107.8、106.7、108.5、111.6、115.0 g·kg-1（圖2b）。其中，F(xiàn)eBC處理的腐殖質(zhì)含量最高，說明生物炭與硫酸亞鐵的聯(lián)合添加可以更顯著地促進有機物向腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化。Pan等[33]研究發(fā)現(xiàn)，硫酸亞鐵的施用能夠通過強化多酚類物質(zhì)的聚合，在有機物分解受抑制的情況下提高堆肥中腐殖質(zhì)的含量及其在堆肥總有機碳中的占比。相比而言，生物炭則可以通過強化有機物料的降解、調(diào)控微生物群落組成與酶活等途徑強化堆肥的腐殖化進程[34]。胡敏酸作為腐殖質(zhì)中分子量較大且較為穩(wěn)定的有機組分，其含量變化趨勢與腐殖質(zhì)的變化保持一致（圖2c）。堆肥結(jié)束時，F(xiàn)eL、FeM、FeH、BC、Fe?BC 處理中胡敏酸含量相比于CK 分別提升了6.8%、8.7%、7.6%、9.9%、13.9%。生物炭處理中胡敏酸含量高于硫酸亞鐵的處理，而生物炭與硫酸亞鐵聯(lián)合添加的胡敏酸含量最高，表明添加劑聯(lián)合添加更利于好氧堆肥的腐殖化[11]。與之對應，富里酸的含量隨著堆肥的進程逐漸降低，這主要與其較低的分子量、較高的活性有關(guān)（圖2d）。在好氧發(fā)酵過程中，富里酸可以作為反應底物通過縮聚反應，轉(zhuǎn)化為聚合度高且穩(wěn)定的胡敏酸組分[35]。

2.3 添加劑堆肥產(chǎn)品對土壤理化性質(zhì)的影響

如圖3a所示，有機肥的施用能夠顯著提高土壤的pH（Plt;0.05），這與有機肥產(chǎn)品本身較高的pH及其相對豐富的鹽基離子有關(guān)[36]。然而，在施用添加硫酸亞鐵的堆肥產(chǎn)品的處理中，土壤pH略微降低。這可能與肥料中鐵鹽水解過程中產(chǎn)生的H+有關(guān)[37]。在施用含生物炭有機肥的處理中，土壤pH增加最大，表明其更適用于酸性土壤的改良。此外，生物炭和硫酸亞鐵輔助堆肥產(chǎn)品的施用顯著提高了土壤的電導率（圖3b）。這與有機肥較高的EC值有關(guān)。類似地，趙軍超等[38]發(fā)現(xiàn)鈣基膨潤土輔助堆肥產(chǎn)品的施用也顯著提高了土壤的EC。

土壤有機質(zhì)含量和NPK含量是表征土壤肥力的重要指標。相比于對照，有機肥的施用顯著提高了土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分的含量（圖3c、圖3d）。在盆栽實驗結(jié)束后，F(xiàn)eL、FeM、FeH、BC、FeBC處理中土壤有機質(zhì)含量相較于CK 分別提高了30.8%、32.7%、32.2%、36.3%、44.2%（Plt;0.05）。基于整合分析，Han 等[39]發(fā)現(xiàn)相比于對照有機無機配施能夠有效提高土壤SOC含量19.5%（無機+秸稈）和36.2%（無機+糞肥）。在盆栽實驗結(jié)束后，F(xiàn)eL、FeM、FeH、BC、FeBC處理中土壤NPK含量相較于對照處理分別增加了46.6%、47.1%、46.8%、52.8%、56.7%，這與有機肥中充足的養(yǎng)分含量有關(guān)。有研究指出，有機肥施用在替代比例低于70%的情況下能夠在增加或維持蔬菜產(chǎn)量的同時減少活性氮的損失和溫室氣體排放[40]。綜合來看，硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)合添加的堆肥產(chǎn)品可以更好地促進土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分的累積。

2.4 添加劑堆肥產(chǎn)品對土壤團聚體的影響

團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是土壤有機碳固存的主要場所，對穩(wěn)定和提高作物產(chǎn)量具有重要意義[41]。圖4a為各個處理不同粒徑團聚體的質(zhì)量占比。如圖所示，土壤團聚體以大團聚體為主，堆肥的施用增加了土壤中大團聚體的占比（3.9%～11.5%）。其中，硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)合輔助堆肥的產(chǎn)品對土壤大團聚體占比的影響最大（11.5%）。一方面，生物炭修飾下土壤有機碳疏水性和球囊霉素含量的變化對土壤團聚體粒徑分布具有顯著且直接的影響[42]；另一方面，鐵氧化物與土壤顆粒的相互團聚也能在一定程度上促進團聚體的形成[43]。土壤大團聚體含量（R0.25）、平均質(zhì)量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）是用來表征土壤團聚體穩(wěn)定性的常用指標，其數(shù)值越大，說明團聚體的穩(wěn)定性越好[44]。如圖4b～圖4d所示，各個指標均按照MFCgt;MCgt;MFH、MFM、MFLgt;Mgt;CK 的順序依次遞減，說明硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)合添加的堆肥產(chǎn)品比各添加劑的單獨添加更能促進土壤中大團聚體的形成與穩(wěn)定。

2.5 添加劑堆肥產(chǎn)品對小青菜生長的影響

圖5a為各處理小青菜地上部分干物質(zhì)的量。添加堆肥產(chǎn)品的盆栽中小青菜產(chǎn)量顯著高于未添加堆肥產(chǎn)品的處理。其中，M、MFL、MFM、MFH、MC、MFC處理組中收獲的小青菜生物量分別比CK處理增加了65.1%、40.8%、43.8%、44.5%、131.1%、211.0%。值得注意的是，MFL、MFM、MFH 三個處理對小青菜的生物量提升作用不如M，這可能與其較高的EC 有關(guān)。王權(quán)[45]也發(fā)現(xiàn)鈣基膨潤土堆肥產(chǎn)品對小青菜生長也有不利影響。然而，硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)合添加的堆肥產(chǎn)品卻大幅提升了小青菜的產(chǎn)量，生物炭在促進小青菜產(chǎn)量提高的同時還能中和鐵鹽水解產(chǎn)生的H+，進而影響土壤中N、P等元素的生物有效性。如圖5b所示，添加堆肥產(chǎn)品處理的葉綠素含量顯著高于對照處理。各個處理的SPAD值相比于CK處理分別提高了M（19.3%）、MFL（16.8%）、MFM（22.2%）、MFH（19.6%）、MC（35.3%）、MFC（51.3%）。這一結(jié)果在一定程度上解釋了有機肥施用對植物生物量形成的積極作用。隨著堆肥產(chǎn)品中有機物降解，土壤中的有效養(yǎng)分含量增加，使得作物葉綠素的合成得到促進[46]。

2.6 堆肥性質(zhì)與土壤理化性質(zhì)和作物生長的相關(guān)性分析

通過相關(guān)性分析來判斷堆肥性質(zhì)指標對土壤理化性質(zhì)和作物生長的影響，結(jié)果如表2所示。土壤有機質(zhì)的提升與堆肥產(chǎn)品中NH+4 -N、腐植酸和胡敏酸的含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與NO-3 -N 和富里酸含量呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。相比而言，土壤大團聚體占比與堆肥產(chǎn)品無顯著相關(guān)關(guān)系，但與土壤有機質(zhì)含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。小青菜生物量的形成與葉綠素SPAD值之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，同時也受到了堆肥中腐殖質(zhì)含量的影響。

進一步通過隨機森林模型來預測堆肥產(chǎn)品中的OM、TN、TP、腐植酸、胡敏酸、富里酸等指標對土壤改良的重要性排序。其中，土壤有機質(zhì)含量及大團聚體比例是顯示土壤理化性質(zhì)的重要指標，而小青菜的生物量可以表明土壤支撐作物生長的潛力。隨機森林分析結(jié)果表明：堆肥產(chǎn)品中的胡敏酸（HA）是土壤有機質(zhì)的重要預測因子（Plt;0.01），其次是腐殖質(zhì)（Plt;0.05）和OM（Plt;0.05）；對于土壤的大團聚體來說，堆肥產(chǎn)品中的OM和胡敏酸（HA）都是土壤大團聚體的重要預測因子（Plt;0.05），而富里酸（FA）的重要性相對低于以上幾個因子；對于小青菜的生物量來說，胡敏酸（HA）和TP是小青菜生物量的重要預測因子（Plt;0.05）。

3 結(jié)論

相較于添加劑的單獨使用，硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)合可以更好地加快堆肥進程、促進堆肥腐熟，并提高堆肥品質(zhì)；硫酸亞鐵與生物炭聯(lián)合施用的堆肥產(chǎn)品也能更好地促進土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量的提升以及土壤大團聚體的形成和穩(wěn)定；此外，添加劑聯(lián)合使用的堆肥產(chǎn)品能夠更好地提高盆栽作物生物量和葉片SPAD值。

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