濕垃圾好氧堆肥產(chǎn)品施用方式對土壤理化性狀的影響

張青青 徐 冰 李躍忠 張 浪 梁 晶

據(jù)統(tǒng)計，2017年上海生活垃圾清運(yùn)量為900 萬t，其中約60%的生活垃圾為濕垃圾。濕垃圾富含有機(jī)質(zhì)，N、P、K營養(yǎng)元素等植物所需的養(yǎng)分[1]，也含有畜禽生長所需的蛋白質(zhì)、糖類[2]，合理地將濕垃圾減量化、資源化和無害化處理顯得尤為重要。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條例》，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，賈璇等[3]發(fā)現(xiàn)施用濕垃圾調(diào)理劑可提高土壤有機(jī)碳含量，且隨著施用時間的增加向深層土壤遷移。王越等[4]發(fā)現(xiàn)濕垃圾堆肥產(chǎn)品可以增加土壤顆粒有機(jī)碳含量，且可同土壤顆粒膠結(jié)形成大團(tuán)聚體來提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。李豐杰等[5]發(fā)現(xiàn)土表覆蓋的濕垃圾堆肥產(chǎn)品對土壤的影響主要集中在表土層，對土壤的pH值和EC值無顯著影響（P＞0.05）；且隨施用量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮和有效磷顯著增加（P＜0.05）。Lee等[6]發(fā)現(xiàn)與對照、商業(yè)堆肥和無機(jī)肥相比，濕垃圾堆肥產(chǎn)品處理的根際真菌和細(xì)菌數(shù)量、土壤生物量和土壤酶活性在2、4和6周時顯著增加，且pH、EC、全氮含量、有機(jī)質(zhì)含量普遍高于對照、商業(yè)堆肥和無機(jī)肥處理。Lee等[7]發(fā)現(xiàn)施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品使作物收獲后土壤pH、EC、有機(jī)碳、有效磷含量增加，尤其是CEC和交換性鈉含量在不同水分條件下均增加。但現(xiàn)有的研究主要是關(guān)于濕垃圾不同處置方式的產(chǎn)品對土壤理化性質(zhì)的影響[8]，而關(guān)于濕垃圾堆肥產(chǎn)品不同施用方式對綠林地土壤地力提升的研究較少。

本研究將濕垃圾好氧堆肥產(chǎn)品采用溝施、撒施的方式施用于上海市閔行外環(huán)林帶，通過研究施用前、施用后1個月、施用后6個月的土壤的容重、pH、EC、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、全鹽量等指標(biāo)，評價濕垃圾堆肥產(chǎn)品溝施、撒施處理方式對土壤肥力質(zhì)量的影響，為濕垃圾堆肥產(chǎn)品施用于綠林地提供了數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

本試驗布設(shè)在上海市閔行外環(huán)林帶，試驗面積約1 200 m2，將其劃分為3個小區(qū)，每個小區(qū)400 m2，其中2個小區(qū)分別采用溝施、撒施濕垃圾產(chǎn)品，施用量為5 t/畝，1個小區(qū)不施濕垃圾堆肥產(chǎn)品作為對照。

濕垃圾堆肥產(chǎn)品由濕垃圾原料+15%木屑+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值為7.22，EC值為3.59 mS/cm。

1.2 土壤樣品的采集與處理

本試驗于施用濕垃圾前和施用后1個月、6個月進(jìn)行土壤樣品的采集。采集土壤時先清除覆蓋在土壤表面的堆肥層，避免影響試驗數(shù)據(jù)。采用梅花點法在每個試驗小區(qū)采集5個樣點，每個樣點分0～5 cm、5～30 cm和30～60 cm 3層采集，再將同一土層5個采樣點的土壤混合，用四分法取足量土壤裝入自封袋，并編號記錄。自然風(fēng)干，磨細(xì)備用。同時，對不同小區(qū)、不同土層進(jìn)行環(huán)刀取樣，每層取3個。

1.3 測定指標(biāo)與方法

采用環(huán)刀法測土壤容重；pH值按水土比 5∶1浸提后用pH計測定；EC值采用電導(dǎo)儀測定；土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀—外加熱法測定；全氮采用凱氏定氮儀測定；有效磷、速效鉀分別采用鉬銻抗比色法、乙酸銨浸提—火焰光度法測定；土壤全鹽量采用質(zhì)量法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用 SAS 9.0對不同處理進(jìn)行方差分析判別差異顯著性水平（P＜0.05），并用origin 8.5軟件進(jìn)行作圖。

為了評價施用前和施用后不同時期的土壤肥力，參照DB 31/T1191-2019《綠化土壤肥力質(zhì)量評價方法》，選用容重、pH、EC、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀共7項指標(biāo)作為評價指標(biāo)，運(yùn)用修正的內(nèi)梅羅（Nemoro）公式，對土壤肥力進(jìn)行定量綜合評價。內(nèi)梅羅（Nemoro）計算公式如下：

式中：

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性質(zhì)

從表1中可以看出，與CK相比，溝施和撒施處理前后土壤容重?zé)o顯著差異（P＞0.05）。但施用后半年，溝施處理在0～5 cm、5～30 cm和30～60 cm土層的容重均降低，分別由1.40 g/cm3、1.59 g/cm3、1.62 g/cm3降至1.23 g/cm3、1.46 g/cm3、1.44 g/cm3。撒施處理0～5 cm和5～30 cm土層容重降低，分別由1.43 g/cm3、1.56 g/cm3降至1.27 g/cm3、1.52 g/cm3，但對30～60 cm土層的容重影響不明顯（表1）。研究表明，濕垃圾堆肥產(chǎn)品可以改善土壤的結(jié)構(gòu)，疏松土壤孔隙，降低土壤容重，其中以溝施的效果較佳。

1. 不同處理不同土層的pH和EC變化

2. 不同處理不同土層的有機(jī)質(zhì)和全氮的變化

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

2.2.1 土壤pH值

施用濕垃圾前，不同土層不同處理的土壤pH值無顯著差異（P＞0.05），均在8.30～8.60之間。施用后1個月，施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品的小區(qū)土壤pH降低明顯，其中以溝施和撒施的表層土pH值降低較多，且顯著低于對照（P＜0.05）。溝施處理中0～5 cm、5～30 cm和30～60 cm土層pH值均降低，從8.4降至7.8左右；撒施處理中，僅有0～5 cm的表層土pH值降低明顯，從8.35降至7.85，較深的土層pH值降幅較小。施用6個月后，土壤pH值有所回升，但是仍低于施用前。其中， 0～5 cm不同處理的pH無顯著差異；5～30 cm，溝施處理的土壤pH顯著低于對照和撒施處理（P＜0.05）；30～60 cm，撒施處理的土壤pH顯著低于對照和溝施處理（P＜0.05）（圖1）。

2.2.2 土壤EC值

施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品前，不同土層不同處理的土壤EC值基本均在0.1～0.2 mS/cm之間，無顯著差異（P＞0.05）。濕垃圾堆肥產(chǎn)品施用后，對照的土壤EC值沒有明顯變化，而溝施和撒施處理的土壤EC值均升高，變化的幅度因土層和施肥方式而異。施后1個月，溝施處理5～30 cm和30～60 cm土層EC值顯著升高；而撒施處理的0～5 cm土層EC值顯著升高，從0.14 mS/cm升高到0.68 mS/cm。施后6個月，0～5 cm和30～60 cm土層溝施、撒施處理與對照間差異不顯著（P＞0.05）；5～30 cm土層溝施處理EC值顯著高于對照（P＜0.05），但與施用前差異不顯著（P＞0.05）（圖1）。

表1 不同處理的土壤容重變化

2.2.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量

在施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品前，不同土層不同處理的有機(jī)質(zhì)含量差異不明顯（P＞0.05）。施用后土壤有機(jī)質(zhì)含量有不同程度的增加。施后1個月，撒施處理的表層土（0～5 cm）大幅度升高，顯著高于對照（P＜0.05），有機(jī)質(zhì)含量從30 g/kg增至228 g/kg。而溝施處理在5～30 cm的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高。施后6個月，溝施與撒施處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均比施用前增加，但是與對照間差異不顯著（P＞0.05）（圖2）。

2.2.4 土壤全氮含量

在施用濕垃圾前，不同土層不同處理的全氮含量差異不顯著（P＞0.05）。施用后1個月在撒施處理的表層土（0-5cm）中大幅度升高，從1.5 g/kg升高到9.6 g/kg，顯著高于對照（P＜0.05）。而溝施處理在5-30cm的土壤全氮含量較高。施用后6個月，施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品的小區(qū)的土壤全氮含量高于對照，但差異不顯著（P＞0.05）（圖2）。

2.2.5 土壤有效磷含量

土壤有效磷含量可以反映對當(dāng)季作物供應(yīng)磷素能力[9]。濕垃圾堆肥產(chǎn)品施用前，不同處理小區(qū)的有效磷含量差異不顯著（P＞0.05）。施用后1個月，撒施處理的表層（0～5 cm）有效磷大幅度升高，有效磷從9.7 mg/kg升高到269.4 mg/kg，而溝施處理在5～30 cm土層有效磷含量顯著升高，與對照差異顯著（P＜0.05）。施后6個月，撒施與溝施處理有效磷含量均升高，但僅有0～5 cm土層的溝施處理顯著高于對照（P＜0.05）（圖3）。

2.2.6 土壤速效鉀含量

土壤速效鉀含量能夠直觀反映土壤可供植物利用的鉀素含量水平[10]。濕垃圾產(chǎn)品施用前，不同處理小區(qū)的速效鉀含量差異不顯著（P＞0.05）。施用后1個月，速效鉀在撒施處理的表層（0～5 cm）大幅度升高，比對照增加5倍，差異顯著（P＜0.05）；溝施處理小區(qū)5～30 cm土層速效鉀含量也顯著升高。施后6個月，0～5 cm和30～60 cm土層溝施處理和撒施處理的速效鉀含量均降低，且與對照間差異不顯著（P＞0.05），5～30 cm土層溝施處理的速效鉀含量有所降低，但仍顯著高于對照（P＜0.05）（圖3）。

2.2.7 土壤全鹽量

濕垃圾堆肥產(chǎn)品施用前，不同土層不同處理土壤全鹽量均在1.0 g/kg以下，處理間無顯著差異（P＞0.05）。施用1個月后，溝施處理各土層和撒施處理的表層土的全鹽量有明顯升高。其中，溝施處理在5～30 cm和30～60 cm土層全鹽量顯著高于對照（P＜0.05）；撒施處理的表層土鹽分升高最多，為1.8 g/kg，顯著高于對照（P＜0.05），土壤為輕度鹽堿。這是由于濕垃圾中含有較多的鹽分，這些鹽分在堆肥過程中沒有得到有效的去除，故導(dǎo)致施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品后土壤鹽分增加。施用6個月后，溝施和撒施處理的土壤全鹽量下降，均降至1.0 g/kg以下，與施用前差異不顯著，與對照間也無顯著性差異（表2），這可能是在雨水的作用下土壤中的鹽分被淋溶的緣故。

3. 不同處理不同土層的有效磷和速效鉀的變化

2.3 土壤質(zhì)量綜合評價

根據(jù)DB 31/T1191-2019《綠化土壤肥力質(zhì)量評價方法》對不同土層不同處理的土壤質(zhì)量進(jìn)行評價分級，P＞2.7，土壤質(zhì)量為“優(yōu)”；1.8≤P≤2.7，土壤質(zhì)量為“良”；0.9≤P≤1.8，土壤質(zhì)量為“中”；P＜0.9，土壤質(zhì)量為“差”。從表3可以發(fā)現(xiàn)，施用濕垃圾好氧堆肥產(chǎn)品1個月后土壤質(zhì)量得到了提升，其中溝施處理在30～60 cm對土壤的改良效果優(yōu)于撒施處理。施用濕垃圾好氧堆肥產(chǎn)品6個月后，不同處理之間土壤質(zhì)量無顯著差異。

3 結(jié)論與討論

通過分析濕垃圾堆肥產(chǎn)品不同施用方式對上海市閔行外環(huán)林帶的土壤理化性質(zhì)的影響，可以看出，相比CK，濕垃圾堆肥產(chǎn)品施用后土壤pH值有所降低，EC值升高，有機(jī)質(zhì)、全鹽量及速效養(yǎng)分含量均有所升高。濕垃圾好氧堆肥產(chǎn)品施用1個月后，不同土層的土壤pH存在不同程度的降低，土壤EC、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀均增加。其中，在0～5 cm土層，撒施處理的土壤EC、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、全鹽量高于溝施處理。在5～30 cm和30～60 cm，溝施處理的土壤EC、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、全鹽量高于撒施處理。這是因為撒施處理是將濕垃圾堆肥產(chǎn)品直接撒在土壤的表面，濕垃圾堆肥產(chǎn)品暴露于地表容易造成養(yǎng)分流失，對深層土壤影響較小；而溝施處理則是將濕垃圾堆肥產(chǎn)品施在30 cm內(nèi)，在雨水的作用下，養(yǎng)分會隨著雨水的下滲而向下流失。施用后6個月，各處理的pH值比施用前低，EC值、全鹽量、有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分比施用前高，但差異不顯著，這可能是因為濕垃圾堆肥產(chǎn)品釋放養(yǎng)分較快，屬于短效肥。

綜合而言，根據(jù)內(nèi)羅梅指數(shù)法評價土壤肥力質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)施用濕垃圾堆肥產(chǎn)品1個月后，不同施用方式處理的土壤質(zhì)量均得到提升，其中溝施處理對30～60 cm土壤質(zhì)量提升優(yōu)于撒施處理。濕垃圾堆肥產(chǎn)品原料易得，堆肥方法操作簡單，可作追肥溝施于綠林地，為實現(xiàn)濕垃圾廢物再利用提供了現(xiàn)實可行的方案。

表2 不同處理的土壤全鹽量變化

表3 不同處理的土壤肥力質(zhì)量綜合評價