城市污泥堆肥對(duì)錦紫蘇生長(zhǎng)的影響

梁華祖 尚衛(wèi)輝 黃少玲 李彩群 葉祥森 李綿盛

摘要：以錦紫蘇（Coleus blumei）為試驗(yàn)材料，將不同比例的城市污泥堆肥作為栽培基質(zhì)，通過(guò)盆栽試驗(yàn)，測(cè)定錦紫蘇的生長(zhǎng)狀況及其生物量等指標(biāo)。結(jié)果表明，當(dāng)栽培基質(zhì)中城市污泥所占比例為70%時(shí)，錦紫蘇的葉片數(shù)為44.40片、株高為36.75 cm、節(jié)數(shù)為9.41節(jié)、冠幅為42.41 cm、鮮重為59.06 g、干重為4.72 g，各指標(biāo)均大于其余各處理組，且經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，與對(duì)照組無(wú)顯著差異。

關(guān)鍵詞：城市污泥堆肥;錦紫蘇（Coleus blumei）;栽培基質(zhì);生物量

中圖分類(lèi)號(hào)：X705? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）23-0071-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.016? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

城市污泥是污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余物以及污水表面漂出的浮沫形成的團(tuán)聚體[1]。至2014年底，中國(guó)城市污泥產(chǎn)生量已達(dá)2801.5萬(wàn)t[2];在2015年，中國(guó)產(chǎn)生的污泥突破3015.9萬(wàn)t[3]，污泥產(chǎn)量巨大，已成為中國(guó)亟待解決的問(wèn)題。城市污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)成分，還含有重金屬、有毒有害物質(zhì)、致癌物質(zhì)、寄生蟲(chóng)卵、病原微生物、細(xì)菌等，任意排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[4]?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外污泥處理的方法有很多種，傳統(tǒng)的處理方法主要包括投海、填埋、焚燒，投海會(huì)造成水資源的污染以及對(duì)人類(lèi)的二次污染，現(xiàn)已被禁用;填埋受到場(chǎng)地的限制，只起到暫時(shí)延緩污染的作用，也逐漸被棄用;而焚燒需要大量的投資，其運(yùn)行成本高，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平要求較大[5]。城市污泥的堆積發(fā)酵能殺死污泥中的有害病原微生物、寄生蟲(chóng)卵，降低重金屬的有效態(tài)，并將一些有機(jī)物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，將污泥變廢為寶，因此，資源化利用成為城市污泥發(fā)展的主要方向[6]。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在城市污泥資源化利用中，污泥堆肥技術(shù)成本較低。目前，國(guó)內(nèi)外許多研究將城市污泥堆肥應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)的生產(chǎn)和花卉、草坪草等的種植，研究結(jié)果表明，城市污泥堆肥應(yīng)用能改善不同作物的品質(zhì)以達(dá)到增產(chǎn)的作用。因此，城市污泥堆肥成為處理日益增多的城市污泥利用的有效途徑[6]。如史靖等[7]對(duì)毛白楊的研究表明，污泥對(duì)林木的生長(zhǎng)具有良好的生物效應(yīng);于芳芳等[8]對(duì)草坪草的研究表明，污泥堆肥的使用能極大提高草坪草的質(zhì)量;李艷艷[9]對(duì)鳳仙花的研究表明，施加污泥堆肥可以延長(zhǎng)花期和增加開(kāi)花量，但將污泥堆肥應(yīng)用于彩葉草等觀葉草本植物的研究相對(duì)較少。錦紫蘇（Coleus blumei），又名彩葉草、洋紫蘇，是唇形科鞘蕊花屬多年生草本植物，原產(chǎn)印度尼西亞爪哇等地，現(xiàn)中國(guó)已廣泛栽培。錦紫蘇的葉顏色豐富，有淡黃、暗紫、鮮紅等顏色[10]，常用于花壇地栽或者會(huì)場(chǎng)、劇院等專(zhuān)用盆栽，也可作為花籃、花束的配葉，是具有重要價(jià)值的資源型觀葉植物[11]，與傳統(tǒng)的污泥處理方法相比，植物處理及農(nóng)業(yè)利用具有成本低，能耗低，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已逐步成為國(guó)際上開(kāi)發(fā)利用和研究城市污泥堆肥的熱點(diǎn)[12]。因此，本研究以錦紫蘇為材料，將無(wú)害化處理后的城市污泥堆肥作為栽培基質(zhì)，通過(guò)觀察測(cè)量錦紫蘇生長(zhǎng)狀況，研究不同配比的城市堆肥污泥對(duì)錦紫蘇生長(zhǎng)狀況的影響，探討城市污泥的農(nóng)藝價(jià)值，有利于城市污泥的資源化利用，避免二次污染，為城市污泥用于錦紫蘇等觀葉草本植物栽培提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

試驗(yàn)用城市污泥堆肥取自廣寧縣奧茵環(huán)境工程科技股份有限公司。

1.2? 方法

共設(shè)7個(gè)污泥栽培基質(zhì)處理水平和1個(gè)對(duì)照組。表1中處理①至處理⑦為不同城市污泥堆肥基質(zhì)配比，經(jīng)堆積發(fā)酵后作為栽培基質(zhì)。處理⑧為對(duì)照組（CK）是由椰糠和泥炭土按體積比為1∶2配成栽培基質(zhì)。選取生長(zhǎng)狀態(tài)基本一致，5～6片葉子，高約15 cm的錦紫蘇扦插苗[13]。用處理①至處理⑧栽培基質(zhì)種植，每盆1株，每組6盆，設(shè)3個(gè)重復(fù)，按常規(guī)管理進(jìn)行。

1.3? 測(cè)定方法

錦紫蘇生長(zhǎng)狀況的測(cè)定：N、P、K等元素含量檢測(cè)均由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。每月測(cè)量錦紫蘇葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、冠幅、節(jié)數(shù)等地上部分生物量。生長(zhǎng)2個(gè)月時(shí)，測(cè)定其地上部分、地下部分鮮重和干重等生物量，方法參照霍慶霖等[14]的測(cè)量方法。

1.4? 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)用DPS 7.05軟件處理，采用極差法（LSD）法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同栽培基質(zhì)的元素含量和主要的理化性質(zhì)

由表2可以看出，除處理⑥和處理⑦污泥中Cd含量超過(guò)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置-農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)但低于B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（A標(biāo)準(zhǔn)是Cd含量 <3 mg/kg，B標(biāo)準(zhǔn)是Cd含量<15 mg/kg）外，其余重金屬指標(biāo)均符合A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可用于種植錦紫蘇。

由表3可以看出，不同栽培基質(zhì)的總孔隙度以處理①的最高，為120.67%，是對(duì)照組的1.18倍;通氣孔隙度以處理②最高，是對(duì)照組的1.43倍;持水孔隙度以處理⑤最高，是對(duì)照組的1.29倍，除處理①為32.89%之外，其余處理的持水孔隙度均達(dá)到50%以上。各處理全氮含量在0.55%～1.87%，以處理③最高，處理⑥最低;有效磷含量以處理①的最高，以處理⑥最低;全鉀含量以處理⑧即對(duì)照組最高，其余各處理減少量在0.54～3.19個(gè)百分點(diǎn);以總養(yǎng)分計(jì)算，各組值均低于對(duì)照組。有基質(zhì)含量處理組均高于對(duì)照組，以處理⑤和處理⑥較高，均為66.72 g/kg，與對(duì)照組相差38.92 g/kg;各栽培基質(zhì)pH中，除處理①、②、⑧的pH>7.00，為偏堿性土壤之外，其余各處理組pH<7.00，為偏酸性土壤。全鹽含量以對(duì)照組最高;電導(dǎo)率以對(duì)照組最低，處理⑦最高。

2.2? 不同基質(zhì)配比對(duì)錦紫蘇生長(zhǎng)狀況的影響

植物葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)和葉寬、冠幅等是反映植株生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)[15]。由表4可以看出，錦紫蘇種植30 d，處理①至處理⑦株高、最大葉長(zhǎng)、冠幅與對(duì)照組⑧相比達(dá)到極顯著差異，3項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值均低于對(duì)照組⑧;處理⑥與對(duì)照組⑧相比，處理⑥的葉片數(shù)比對(duì)照組⑧增加了3.62片，其株高為18.63 cm，較對(duì)照組少了5.03 cm。處理⑥在葉片數(shù)、最大葉寬和節(jié)數(shù)與對(duì)照無(wú)極顯著差異，處理⑥和對(duì)照組⑧各生長(zhǎng)狀況基本相當(dāng)。

從表5可以看出，錦紫蘇種植60 d，除處理⑥的葉片數(shù)和最大葉長(zhǎng)外，其余各處理組與對(duì)照組相比均有極顯著差異。處理⑥和處理⑦各項(xiàng)指標(biāo)均處于同一水平，略低于對(duì)照組⑧。所以處理⑥的各項(xiàng)指標(biāo)與對(duì)照組接近。從圖1可以看出，處理⑥植株優(yōu)美，長(zhǎng)勢(shì)較好，具有良好的觀賞性。因此，認(rèn)為處理⑥的栽培基質(zhì)與對(duì)照組⑧對(duì)錦紫蘇的生長(zhǎng)影響基本一致。

綜上所述，說(shuō)明栽培基質(zhì)中城市污泥添加范圍在20%～60%時(shí)，錦紫蘇的生長(zhǎng)較為緩慢;栽培基質(zhì)中城市污泥的含量在70%時(shí)錦紫蘇的生長(zhǎng)狀況較為良好，能促進(jìn)葉的生長(zhǎng)，并且使株高、冠幅保持在一定的范圍，因?yàn)殄\紫蘇是觀賞葉的植物，因此處理⑥的栽培效果與對(duì)照基本一致。

2.3? 不同栽培基質(zhì)對(duì)錦紫蘇各項(xiàng)指標(biāo)增長(zhǎng)量的影響

由表6可以看出，第一個(gè)月和第二個(gè)月相比，對(duì)照組⑧的葉片數(shù)和株高增長(zhǎng)量最大，與其余各處理有極顯著差異;最大葉長(zhǎng)以處理②、④、⑤較佳;最大葉寬處理②、⑤和對(duì)照組⑧在同一水平上;節(jié)數(shù)以處理②、⑤、⑥、⑦較佳;冠幅以處理①至⑥在同一水平上并且均優(yōu)于對(duì)照組⑧。由于植物根系對(duì)栽培基質(zhì)有改良作用，處理組的栽培基質(zhì)后期可能會(huì)促進(jìn)錦紫蘇的生長(zhǎng)，甚至在某些指標(biāo)的增長(zhǎng)量?jī)?yōu)于對(duì)照組。

2.4? 不同栽培基質(zhì)對(duì)錦紫蘇生物量的影響

從表7可以看出，在不同的栽培基質(zhì)中，對(duì)照組⑧的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于各處理組，與各處理組有極顯著差異。處理⑤、⑥、⑦地上部鮮重、全株鮮重、地上部干重和全株干重低于對(duì)照組，且與對(duì)照組差異極顯著。地下鮮重除對(duì)照組⑧之外，以處理③、⑥、⑦較高，且這3個(gè)處理無(wú)極顯著差異。地下干重除對(duì)照組⑧之外，以處理⑥最高，為0.86 g，從小到大順序是處理⑧、處理⑥、處理⑦、處理③、處理⑤、處理④、處理①、處理②。由此可見(jiàn)，在不同污泥基質(zhì)配比中，以處理⑥為基質(zhì)的錦紫蘇生物積累量最高，處理⑥與對(duì)照組⑧對(duì)錦紫蘇生物量的影響比較接近。

由此可見(jiàn)，當(dāng)城市污泥比例為30%～70%，不同配比基質(zhì)中錦紫蘇生物量的積累隨著城市污泥比例的增加而增加，且當(dāng)城市污泥堆肥的比例為70%時(shí)，錦紫蘇的生物積累量最高，但當(dāng)栽培基質(zhì)中城市污泥的比例超過(guò)70%時(shí)，錦紫蘇的生物積累量有下降，說(shuō)明適宜比例的城市堆肥污泥可促進(jìn)植株生物量的增長(zhǎng)。

3? 討論

現(xiàn)階段中國(guó)城市污泥產(chǎn)量巨大，城市污泥的處理任務(wù)艱巨，而城市污泥堆肥的利用成為當(dāng)今探究的熱點(diǎn)和主要方向。大多數(shù)學(xué)者是將城市污泥堆肥作為肥料按一定比例加入到土壤中，探究對(duì)不同植物生長(zhǎng)狀況的影響。如王社平等[16]將污泥堆肥與農(nóng)田土按不同比例混合，探究施加城市污泥堆肥對(duì)青椒重金屬積累的影響;李淑芹等[17]將污泥堆肥施入大豆的栽培中，探究對(duì)土壤和大豆器官的影響;譚國(guó)棟等[18]將不同用量的污泥堆肥施加到菠菜地中，探究對(duì)菠菜生長(zhǎng)狀況及對(duì)所施加土壤的影響。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)進(jìn)一步探究將城市污泥與藥渣、菇渣、米糠經(jīng)堆積發(fā)酵后直接作為錦紫蘇的栽培基質(zhì)，從而更大程度地利用城市污泥堆肥，進(jìn)一步探究城市污泥的資源化利用。

本研究所用栽培基質(zhì)的主要理化性質(zhì)如土壤的pH、通氣孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量、全氮、有效磷、全鉀含量以及各種重金屬等各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)比《DB11T864-2012園林綠化種植土壤》，均符合園林綠化種植一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。另外，現(xiàn)有研究表明，污泥堆肥的利用并不會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)重金屬的積累，反而植物能對(duì)土壤中的重金屬起到鈍化的作用[19]。由此說(shuō)明，本試驗(yàn)中將城市污泥堆肥用于錦紫蘇的栽培是合理可行的。此外，城市污泥堆肥中重金屬Pb、As、Cr、Hg的最高含量分別為76.726、10.022、61.577、0.654 mg/kg，而《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理-農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的農(nóng)用A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別是Pb含量<300 mg/kg、As含量<30 mg/kg、Cr含量<500 mg/kg、Hg含量<3 mg/kg，對(duì)比可知，本研究栽培基質(zhì)的元素含量中重金屬Pb、Cr、As、Hg的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理-農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可適用于蔬菜地、糧食作物、果樹(shù)、飼料作物、纖維作物等土壤限制值的要求。但本試驗(yàn)缺少對(duì)栽培錦紫蘇后基質(zhì)重金屬的變化以及錦紫蘇內(nèi)是否累積重金屬等問(wèn)題的研究，因此，是否可以將其用于農(nóng)作物種植，解決重金屬累積和超標(biāo)問(wèn)題，這有待進(jìn)一步探究。

從錦紫蘇生長(zhǎng)測(cè)定結(jié)果可知，處理①至⑧的植株生長(zhǎng)狀況呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中處理①至③生長(zhǎng)狀況較差，錦紫蘇植株較為矮小，葉片顏色較暗淡;處理④和處理⑤處于中間水平，生長(zhǎng)狀況較為良好，葉片多并已經(jīng)出現(xiàn)分枝，但由于總養(yǎng)分較低導(dǎo)致植株莖稈較細(xì)，葉片較小;處理⑥和處理⑦與對(duì)照組相比生長(zhǎng)狀況最好，葉片多而大，莖粗壯，甚至在某些方面還優(yōu)于對(duì)照組。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)城市污泥的添加量為70%時(shí)，葉片數(shù)、株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、節(jié)數(shù)和冠幅略低于對(duì)照組，但錦紫蘇的生長(zhǎng)狀況與對(duì)照組基本一致，這可能是由于各方面因素的共同影響。當(dāng)城市污泥添加量為70%時(shí)，錦紫蘇葉片數(shù)在第一個(gè)月高于對(duì)照組以及其余各處理，錦紫蘇生長(zhǎng)至第二個(gè)月時(shí)，對(duì)照組⑧的葉片數(shù)極顯著高于其他各處理的葉片數(shù)，這可能是由于城市污泥配比的各處理營(yíng)養(yǎng)成分過(guò)高，導(dǎo)致葉片脫落，所以栽培基質(zhì)在錦紫蘇的后期生產(chǎn)可能會(huì)更好。但當(dāng)城市污泥比例超過(guò)70%時(shí)，錦紫蘇的品質(zhì)反而有所下降。綜上所述，說(shuō)明一定比例的城市污泥堆肥有利于錦紫蘇的生長(zhǎng)，最適合錦紫蘇生長(zhǎng)的污泥配比為70%城市污泥、5%藥渣、5%菇渣、20%米糠。但當(dāng)城市污泥的添加量大于70%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)過(guò)于豐富。對(duì)于長(zhǎng)期栽培，70%城市污泥配比的栽培基質(zhì)與其他基質(zhì)混合使用效果可能更好。當(dāng)栽培基質(zhì)中城市污泥堆肥的含量超過(guò)70%時(shí)，錦紫蘇生長(zhǎng)由于多方面因素的共同影響而受到抑制，這與陳同斌等[20]將城市污泥堆肥按不同比例添加到小麥栽培基質(zhì)中，探究植物生長(zhǎng)狀況，楊道蘭[4]將城市污泥堆肥與田園土配比作為矮牽牛的栽培基質(zhì)的研究相近。銀葉菊無(wú)土栽培的適宜基質(zhì)為50%污泥+50%（蛭石+珍珠巖）和60%污泥+40%（蛭石+珍珠巖），當(dāng)基質(zhì)為50%污泥+50%（蛭石+珍珠巖）時(shí)，銀葉菊的冠幅和株高長(zhǎng)勢(shì)最好。當(dāng)60%污泥+40%（蛭石+珍珠巖）時(shí)，銀葉菊的葉長(zhǎng)和葉寬長(zhǎng)勢(shì)最好[21]。

植物根系的重要功能之一是從土壤吸收生長(zhǎng)所需的水分和無(wú)機(jī)鹽，而根系在吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)也改善了土壤的通透性和孔隙度[22]，對(duì)比錦紫蘇在不同栽培基質(zhì)的地下部分的生物量可知，當(dāng)城市污泥的比例為70%時(shí)，錦紫蘇的鮮重、干重在添加城市污泥處理中最高。結(jié)果表明，一定比例的城市堆肥污泥可促進(jìn)錦紫蘇生物量的增長(zhǎng)，這是由于錦紫蘇根系通過(guò)吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)而改善了土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了其根系的生長(zhǎng)，根系的生長(zhǎng)又進(jìn)一步促進(jìn)了地上部生物量的增長(zhǎng)。當(dāng)城市污泥的比例為70%，錦紫蘇的生物量最佳。

根冠比是指植物地下部分與地上部分的鮮重或干重的比值，它的大小能反映出植株地上、地下部生長(zhǎng)發(fā)育情況以及土壤的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)狀況，該指標(biāo)高則根系機(jī)能活性強(qiáng)，低則弱[22]。錦紫蘇在不同栽培基質(zhì)下，除處理⑥外，其他處理根冠比均高于對(duì)照組，說(shuō)明不同配比基質(zhì)的城市堆肥污泥有利于植物根系發(fā)達(dá)，增加植物的根系機(jī)能活性，從而有利于培養(yǎng)壯株，有利于作物的地上部分生長(zhǎng)。試驗(yàn)證明，城市污泥堆肥對(duì)于錦紫蘇生長(zhǎng)具有好的適應(yīng)性，并為污泥堆肥直接用于觀葉類(lèi)草本植物的種植提供了理論基礎(chǔ)，在一定程度上促進(jìn)了城市污泥堆肥的資源化利用。

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