園林廢棄物堆肥對楸樹苗木生長和養(yǎng)分狀況的影響

余 韻, 劉 勇, 煙亞萍, 王長偉, 彭泰來

(北京林業(yè)大學林學院；省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083)

園林廢棄物堆肥是指利用微生物活動，將園林廢棄物中易腐有機質(zhì)分解成易被植物吸收的腐殖質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，是城市綠色廢棄物資源化利用的有效途徑之一[1-4].當前，我國一些發(fā)達城市如北京、深圳、上海等已開始重視園林有機廢棄物的處理處置[5]，建立了園林有機廢棄物處理場，對枯枝落葉進行收集處理，轉(zhuǎn)化成易于植物吸收的有機肥和栽培基質(zhì).國內(nèi)外學者先后用農(nóng)業(yè)有機廢棄物等材料進行堆肥，將堆肥產(chǎn)品全部或部分替代泥炭進行花卉栽培試驗[6-7].近年來，園林廢棄物堆肥處理與利用的研究主要集中于容器育苗基質(zhì)以替代泥炭[8-10]，但將其作為裸根苗培育施用基肥的研究很少.有研究表明，在土壤中使用園林廢棄物堆肥能明顯改善土壤綜合指標[11]，有機質(zhì)、氮磷鉀等含量都有明顯提升[12-14].但在生產(chǎn)中，因施肥不當而導致的燒苗等現(xiàn)象也常有發(fā)生，且不同的植物類型對養(yǎng)分的需求是不同的，因此確定適宜的土壤中園林廢棄物堆肥添加量在實際生產(chǎn)中是非常重要的.

楸樹(Catalpabungei)是我國重要的鄉(xiāng)土樹種，也是暖溫帶和亞熱帶傳統(tǒng)栽培的著名園林觀賞樹種.其在氣候溫和、水肥充沛的環(huán)境下表現(xiàn)速生，具有很大的豐產(chǎn)潛力.隨著楸樹需求量的增大，除原產(chǎn)地河北、甘肅、江蘇、湖南等地外，在廣西、貴州、云南等地也有栽培[15].目前，在楸樹水肥利用、養(yǎng)分吸收及施肥技術方面已有一些初步研究[16-17]，但有關土壤中添加園林廢棄物堆肥對其影響方面的研究還沒有.本文通過在土壤中添加不同量園林廢棄物堆肥，研究其對楸樹苗木生長發(fā)育的影響，旨在探索適合大田栽植楸樹苗木適宜的添加量，為科學利用園林廢棄物資源提供指導.

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

試驗地位于北京市延慶區(qū)永寧鎮(zhèn)苗圃(115°97′E，40°47′N)，屬于大陸性季風氣候，年平均溫度10.0 ℃，年降水量797.3 mm.經(jīng)測定土壤基本理化性質(zhì)為：pH=7.6，全氮1.22 g·kg-1，全磷1.45 g·kg-1，全鉀6.14 g·kg-1，堿解氮179.75 mg·kg-1，有效磷2.51 mg·kg-1，速效鉀36.7 mg·kg-1.

1.2 研究材料

試驗以楸樹1年生嫁接苗為材料，砧木為梓樹，平均地徑20±1.33 mm，購于河北省正定市.選取長勢相近的裸根苗，于2016年4月初統(tǒng)一截干至50 cm(位于嫁接點以上)，并移栽至永寧苗圃大田.肥料為園林廢棄物堆肥(于香山植物園消納站購買的已完全腐熟的園林廢棄物堆肥)，其理化特性為：全氮16.5 g·kg-1，全磷3.10 g·kg-1，全鉀5.98 g·kg-1，有機碳150 g·kg-1，有機質(zhì)約為25.6%，電導率6.97 dS·m-1，C/N=9.09，pH=8.57.

1.3 試驗設計

試驗采用完全隨機區(qū)組試驗設計，進行園林廢棄物對楸樹苗木影響試驗.試驗共設置4個試驗梯度(添加比例為0%、10%、20%、30%，分別以T1、T2、T3、T4代表)，每個處理設置3個重復，每個重復16株苗，共計192株.

2016年3月末進行整地，按照株行距1 m×1.5 m栽植，樹穴60 cm×60 cm×60 cm，將肥料均勻摻入覆土中施入，移栽后統(tǒng)一進行澆水抹芽，苗期采用常規(guī)管理.

1.4 取樣與測定指標

1.4.1 生長量及養(yǎng)分含量測定 在2016年11月生長季末，選取5株苗木，測定苗高增長量、地徑，并取根莖烘干用干樣粉碎機粉碎過0.08 mm篩，用四分法取0.2 g樣品，采用H2SO4-H2O2消煮法進行消煮，測定氮磷鉀質(zhì)量分數(shù)，采用凱氏定氮法、鉬藍比色法、火焰光度計法分別測定植物樣全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分數(shù)，每個指標測定3次.根據(jù)公式:含量=生物量×質(zhì)量分數(shù)，進而計算出N、P、K含量[18-19].

1.4.2 葉綠素含量的測定 于2016年10月2日選取5株苗木，取葉片測定.采用丙酮-乙醇提取法測定楸樹葉片的葉綠素含量，取功能葉(自上往下第5層葉片)，每處理9片.測定時，避開葉脈取0.2 g于試管中，加入80%的丙酮-乙醇在保溫箱中避光提取48 h，利用紫外分光光度計設定波長為646和663 nm進行吸光度測定，每個指標測定3次.計算公式如下：

Ca=12.21D663 nm-2.81D646 nm

Cb=20.13D646 nm-5.03D663 nm

C=Ca+Cb

光合色素含量/(mg·g-1)=(C×V×N)/W

C：色素濃度(mg·L-1),Ca：葉綠素a濃度(mg·L-1)，Cb：葉綠素b濃度(mg·L-1)，V：提取液體積，N：稀釋倍數(shù)，W：樣品質(zhì)量(g).

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2016軟件和SPSS 18.0軟件對楸樹苗高增長量、地徑、高徑比、生物量、養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)、養(yǎng)分含量、葉綠素和類胡蘿卜素含量進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與方差分析，若差異顯著(P<0.05)，則用Duncan法進行多重比較.

2 結(jié)果與分析

2.1 園林廢棄物堆肥對楸樹苗木苗高、地徑、生物量的影響

由表1可知，土壤中添加園林廢棄物堆肥對楸樹苗高增長量、地徑、高徑比、生物量有顯著影響.當園林廢棄物堆肥添加量為T2時，苗木的地徑、莖生物量、根生物量、總生物量達到最大，且與其他處理比較差異顯著，分別比T1顯著提高了5%、14%、25%和19%.苗高增長量也在T2達到最大，比T1增大8%，與T3、T4處理差異顯著.高徑比在T3達到最大，與T1差異顯著，比T1增加14%；在T2時比T1增加3%.

表1 園林廢棄物堆肥對楸樹苗木苗高、地徑、高徑比、根莖生物量和總生物量影響1)

1)表中數(shù)據(jù)為均值±標準誤，同列小寫字母相同表明同一指標不同處理間差異未達到顯著水平，字母不同表示差異顯著(P<0.05).

2.2 園林廢棄物堆肥添加量對楸樹苗木養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)及含量的影響

土壤中園林廢棄物堆肥不同添加量對楸樹苗木養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的影響顯著(圖1).T2的莖氮質(zhì)量分數(shù)、莖磷質(zhì)量分數(shù)最大，且與其他處理差異性顯著.T3的根氮質(zhì)量分數(shù)、根磷質(zhì)量分數(shù)、莖鉀質(zhì)量分數(shù)、根鉀質(zhì)量分數(shù)最大，除根氮質(zhì)量分數(shù)外均與其他處理差異顯著.根氮質(zhì)量分數(shù)T3與T2差異不顯著，與其余處理差異顯著.

土壤中園林廢棄物堆肥不同添加量對楸樹苗木養(yǎng)分含量有顯著影響(圖2).T2的莖氮含量、根氮含量、莖磷含量最大，且在莖氮含量、莖磷含量時與其他處理差異顯著；T2與T3處理的根氮含量差異不顯著，但均顯著大于其他處理.T3根磷含量、莖鉀含量和根鉀含量最大，與T2根磷含量差異不顯著，但顯著高于其余處理.

養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)及含量在該試驗中變化趨勢一致，莖氮、莖磷在T2處理顯著高于其他處理；莖鉀、根鉀在T3處理顯著高于其他處理.根氮的質(zhì)量分數(shù)及含量在T2和T3處理差異不顯著，與其他處理差異顯著.根磷質(zhì)量分數(shù)及含量在T3時達到最大，但兩者的差異性情況有所不同.

2.3 園林廢棄物堆肥對楸樹苗木葉綠素含量的影響

葉綠素含量高低是植物生長健康狀況的指標.由圖3可知，園林廢棄物堆肥添加量對楸樹苗木葉綠素含量影響差異顯著. T2的葉綠素含量最大，與其他處理差異顯著，T4最小.可以看出，在本試驗中，T2處理對葉綠素含量的增加效果最好.

3 結(jié)論與討論

3.1 園林廢棄物堆肥對楸樹苗木形態(tài)指標的作用

本研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中添加園林廢棄物堆肥對楸樹苗木的形態(tài)指標有顯著作用，土壤中施10%的園林廢棄物堆肥能顯著提高楸樹苗木的苗高增長量、地徑和生物量，與對照相比，苗高增長量、地徑分別增加了8%、5%，莖生物量、根生物量和總生物量分別顯著提高了14%、25%和19%.江定欽等[20]在研究園林垃圾肥化過程中理化性質(zhì)的變化及堆肥對幾種園林植物生長的影響中發(fā)現(xiàn)，園林垃圾堆肥作為栽培基質(zhì)可明顯促進樹木的生長.趙鳳蓮等[21]研究表明，增量施用園林廢棄物堆肥能顯著提升大葉女貞的凈生長量.與本研究的研究結(jié)果一致.

這說明在土壤中添加10%的園林廢棄物堆肥對楸樹苗木的生長具有很好的促進作用.郝瑞軍等[22]在研究園林廢棄物堆肥對黑麥草產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響中也發(fā)現(xiàn)園林廢棄物添加量在20%～30%時能顯著提高黑麥草產(chǎn)量、干物質(zhì)的積累量、對氮的吸收量和葉綠素含量.張強等[23]研究園林廢棄物堆肥用作花卉栽培基質(zhì)的效果評價中指出，園林綠化廢棄物堆肥的添加比例以30%～50%為宜.張驊等[24]在研究園林綠化廢棄物花木基質(zhì)對矮牽牛生長效果的影響中得出，在土壤中添加30%的園林廢棄物時最好.但本研究發(fā)現(xiàn)，園林廢棄物堆肥在土壤中的施加比例為30%時，苗木的地徑、莖生物量和總生物量指標顯著高于對照.可見，不同植物和不同地區(qū)在土壤中添加園林廢棄物的比例對植物的影響有很大不同，這可能與不同植物本身的特性、試驗地土壤條件和各種園林廢棄物堆肥的性質(zhì)有關.

有研究表明，在普遍使用的施肥條件下，每株添加12 g N肥+12 g P肥+12 g K肥能使楸樹苗生物量增至對照組的3倍[25].本研究中添加10%園林廢棄物堆肥能使楸樹苗生物量增至對照組的1.19倍.生產(chǎn)效益方面與傳統(tǒng)化肥相比稍有不足，推測其原因為化肥養(yǎng)分含量高、施用精準，而園林廢棄物堆肥成分復雜，養(yǎng)分含量稍低，利用率不高.但是園林廢棄物原為廢棄物品，沒有原料成本，使用園林廢棄物堆肥能夠促進廢物循環(huán)利用.目前對園林廢棄物堆肥的使用尚待進一步開發(fā)，從而為將園林廢棄物堆肥用于苗木生產(chǎn)提供參考.

3.2 園林廢棄物堆肥對楸樹苗木養(yǎng)分狀況的作用

研究顯示，苗木體內(nèi)氮質(zhì)量分數(shù)的提高對苗木造林后的生長與抗性的促進作用是顯著的.祝燕在對長白落葉松的秋季施肥研究中發(fā)現(xiàn)，根、莖氮質(zhì)量分數(shù)的增加能有效提升造林后苗木的苗高和抗性[26].由此可以得出在土壤中添加一定量園林廢棄物堆肥的苗木部分組織內(nèi)高水平的N、P、K養(yǎng)分含量可能有利于造林.

本研究中園林廢棄物堆肥添加量對楸樹苗木的養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)和含量也有顯著影響.其中在養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)方面，添加量為10%對提升莖氮質(zhì)量分數(shù)、莖磷質(zhì)量分數(shù)效果最好，可分別提升7%和30%；添加量為20%對提升根磷質(zhì)量分數(shù)、莖鉀質(zhì)量分數(shù)、根鉀質(zhì)量分數(shù)效果最好，可分別提升13%、76%和71%；而根氮質(zhì)量分數(shù)對兩者反應無明顯差異，但均與不添加處理有顯著差異.在養(yǎng)分含量方面，添加量為10%對提升莖氮含量、莖磷含量效果最好，可分別提升25%和51%；添加量為20%對提升莖鉀含量、根鉀含量效果最好，可分別提升93%和96%；而根氮含量和根磷含量對兩者反應無明顯差異，但均顯著高于不添加處理.因此在土壤中添加10%～20%的園林廢棄物堆肥對楸樹苗木的養(yǎng)分狀況具有較強的提升作用.

3.3 園林廢棄物堆肥對楸樹苗木葉綠素含量的作用

葉綠素含量高低是反映葉片生理活性的指標.由于葉片個體發(fā)育經(jīng)歷不同，各種光合功能在先后達到最大值后，隨著葉片生理年齡的增長而逐漸減退，葉綠素含量隨之降解.葉綠素含量的增加也有利于葉片光合作用的進行，合成同化產(chǎn)物，促進植物生長.園林廢棄物堆肥對花卉的葉綠素有顯著影響[24]，本次研究發(fā)現(xiàn)園林廢棄物施肥量為10%時可以顯著提高楸樹苗木葉片的葉綠素含量，使葉綠素a含量增加45%，葉綠素b含量增加31%，總?cè)~綠素含量增加40%.但是，當園林廢棄物施肥量增加到30%時，苗木葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均顯著低于對照，說明苗木生理在一定程度上受到了影響，因此，這一施肥量已對苗木產(chǎn)生了損害.

綜上所述，在北京延慶永寧苗圃培育楸樹苗木時土壤中添加10%～20%的園林廢棄物堆肥有利于楸樹苗木生物量和體內(nèi)養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的提高.