餐廚垃圾生物有機(jī)肥對貧瘠黃褐土改良的研究

朱 琳，安立超*，戴 昕，于家伊，王 勇，李鳴曉*

1.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，江蘇 南京 210094 2.南京萬德斯環(huán)保科技股份有限公司，江蘇 南京 211100 3.北京嘉博文生物科技有限公司，北京 100015 4.中國環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

我國以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植為主，是化肥生產(chǎn)和使用大國，長期濫用化肥導(dǎo)致耕地土壤板結(jié)、微生物活性降低、水土流失嚴(yán)重，使得土壤中過剩的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)滲入地下水，污染地下水和湖泊，導(dǎo)致嚴(yán)重的面源污染[1]. 據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的利用率為30%～35%，氮肥的地下滲漏損失為10%，農(nóng)田排水和暴雨徑流損失為15%，導(dǎo)致地下水污染問題十分突出，部分地區(qū)硝酸鹽含量超過飲用水硝酸鹽含量最大允許濃度(50 mg/L). 此外，化肥流失還造成地下水中硝態(tài)氮含量超標(biāo)，影響土壤自凈能力[2]. 施用生物有機(jī)肥可以改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分有效性，增加土壤保水能力，在提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量的同時(shí)減少環(huán)境污染[3-4]. 但是有機(jī)肥施用過多會(huì)降低肥料的利用率，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的堆積和流失[5]. 而合理施用生物有機(jī)肥是代替化肥，緩解面源污染和地下水污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一[6].

目前已有學(xué)者對不同種類生物有機(jī)肥改良土壤的效果進(jìn)行了研究. Selvakumar等[7]通過田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，畜禽堆肥和綠肥可以提高土壤OM (有機(jī)質(zhì))、AP(速效磷)等養(yǎng)分指標(biāo)，改善土壤肥力狀況. LI等[8]研究發(fā)現(xiàn)，施加以菌渣和雞糞等為主要原料并經(jīng)好氧高溫堆肥制得的生物有機(jī)肥，可以提高土壤中w(OM)，也有利于土壤中腐殖質(zhì)的積累，且腐殖質(zhì)含量與有機(jī)肥施加量成正比. 侯曉娜等[9]研究表明，以秸稈、畜禽糞便為原料的生物有機(jī)肥所含營養(yǎng)元素在微生物的作用下緩慢釋放，其中的腐殖酸可促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，并顯著提高土壤w(OM)與w(TN)(TN為全氮)、w(AN)(AN為速效氮)和土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)及耕性. 孔濤等[10]通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以木霉菌和北蟲草廢棄培養(yǎng)基堆肥制備的生物有機(jī)肥可大幅增加土壤中w(OM)、w(TN)、w(TP)(TP為全磷)和w(TK)(TK為全鉀)，并隨施肥量的增加而增加. 傳統(tǒng)有機(jī)肥主要由畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等經(jīng)堆肥腐熟制成，施用后可以增加土壤中的養(yǎng)分含量并有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，然而堆肥原料的種類和腐熟程度直接影響著有機(jī)肥的品質(zhì)和安全性，制約傳統(tǒng)有機(jī)肥的應(yīng)用[11].

據(jù)報(bào)道[12-14]，餐廚垃圾富含糖類、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物及豐富的微量元素，經(jīng)好氧發(fā)酵后可轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖酸和可利用的營養(yǎng)物質(zhì). 餐廚垃圾制備的生物有機(jī)肥腐殖酸含量大于50%、易氧化有機(jī)物質(zhì)含量大于20%，是理想的貧瘠土壤調(diào)理劑，具有較高的應(yīng)用價(jià)值[15]. 因此，餐廚垃圾經(jīng)發(fā)酵處理后不僅可得到好品質(zhì)、高活性的生物有機(jī)肥，還可實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的資源化利用. 而研究施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥對土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)元素的影響，對指導(dǎo)貧瘠土壤改良和肥料的施用方式也具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義.

目前，以農(nóng)業(yè)廢棄物和畜禽糞便為原料的有機(jī)肥改良貧瘠土壤以及餐廚垃圾制備的有機(jī)肥成分含量的研究已有報(bào)道，但采用餐廚垃圾制備高品質(zhì)的生物有機(jī)肥用于貧瘠黃褐土改良的研究還鮮見報(bào)道. 該研究以華中某南水北調(diào)核心水源區(qū)為研究對象，對比分析不同施肥方式對貧瘠黃褐土OM、活性有機(jī)碳和土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)改良的影響，闡明餐廚垃圾生物有機(jī)肥改良貧瘠土壤的作用機(jī)制，為我國有機(jī)肥土壤改良提供新思路，為農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于華中某南水北調(diào)核心水源區(qū)，該地區(qū)屬于亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候，年均降水量824 mm，年均氣溫13～16 ℃，土壤類型為黃褐土，土壤貧瘠，質(zhì)地較黏重. 試驗(yàn)前耕地表層土壤(0～15 cm)基本理化性質(zhì)如表1所示.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 供試表層土壤(0～15 cm)基本指標(biāo)

試驗(yàn)中有4種施肥方式，不施肥、長期(>5 a)施用化肥、中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥和短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥，分別記為CK組、CF組、LOF-5組和MOF-1組. 試驗(yàn)面積共0.54 hm2，每個(gè)處理組的面積為0.13 hm2，具體施肥條件如表2所示. 供試復(fù)合肥和餐廚垃圾生物有機(jī)肥購自某肥料銷售公司，其中復(fù)合肥由尿素、過磷酸鈣、氯化銨以質(zhì)量比為4∶6∶15混合得到. 餐廚垃圾生物有機(jī)肥是餐廚廢棄物與稻殼以質(zhì)量比為11∶4混合后，經(jīng)70 ℃高溫發(fā)酵18 h制成，有機(jī)肥中w(OM)為340.6 g/kg、w(TN)為21.72 g/kg、pH為6.78.

表2 不同施肥方式的施肥條件

1.3 土壤樣品采集

采集0～15 cm土壤樣品，采用“S型”采樣法用土鉆多點(diǎn)采集樣品，每個(gè)區(qū)域取5個(gè)樣品混合成1個(gè)土樣，并用四分法留取樣品，去除土壤中動(dòng)植物殘?bào)w、石子等雜物，風(fēng)干研磨后過2 mm篩，混勻后備用.

1.4 分析方法

土壤w(OM)采用灼燒法測定[16].w(DOC)(DOC為可溶性有機(jī)碳)采用DU等[17]的方法測定；w(POC)(POC為顆粒有機(jī)碳)采用Bouaiila等[18]的方法測定；w(ROC)(ROC為易氧化有機(jī)碳)采用HUO等[19]的高錳酸鉀氧化法測定；w(TN)采用凱氏定氮法測定[20]；w(AN)采用堿解擴(kuò)散法測定[20]；w(AP)采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法測定[20]；w(TP)采用堿熔-鉬銻抗分光光度法測定[20]；w(AK)采用乙酸銨提取-火焰光度法測定[20]；w(TK)采用NaOH熔融-火焰光度法測定[20]；土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用濕篩法測定[21].

1.5 計(jì)算方法

團(tuán)聚體的穩(wěn)定性采用MWD(平均重量直徑)、GMD(幾何平均直徑)和DR0.25(大于0.25 mm團(tuán)聚體含量)來描述，計(jì)算公式：

(1)

(2)

DR0.25=MT>0.25/MT

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對貧瘠土壤OM的影響

OM是土壤的重要組成部分，是植物養(yǎng)分的來源和土壤微生物生命活動(dòng)的能量來源，與土壤肥力密切相關(guān). 由圖1可見：與CK組的w(OM)(12.43 g/kg)相比，MOF-1組(33.97 g/kg)增加了173.29%，LOF-5組(27.81 g/kg)增加了123.73%，CF組(12.47 g/kg)與其相近. MOF-1組和LOF-5組的w(OM)分別是CF組的2.72和2.23倍，而MOF-1組的w(OM)是LOF-5 組的1.22倍. 可見施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥可顯著提升w(OM)，其中短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥提升效果比中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥顯著，而化肥對w(OM)提升并不明顯.

注：不同小寫字母分別表示不同處理組之間0.05水平上差異顯著. 下同.圖1 不同施肥方式對土壤w(OM)的影響Fig.1 Effects of different fertilization methods on w(OM) in soil

2.2 不同施肥方式對貧瘠土壤活性有機(jī)碳的影響

2.2.1不同施肥方式對POC的影響

土壤POC主要由碳水化合物和木質(zhì)素構(gòu)成，是處于腐殖化有機(jī)物和新鮮的動(dòng)植物殘?bào)w之間短暫的或過渡的有機(jī)碳庫，可以反映土壤中易遷移轉(zhuǎn)化和利用的有機(jī)碳[22-23]. 如圖2所示，MOF-1組的w(POC)最高(4.71 g/kg)，分別是CK組(0.34 g/kg)和CF組(0.72 g/kg)的13.85、6.54倍，顯著增加了土壤中w(POC). LOF-5組的w(POC)為2.05 g/kg，分別是CK組和CF組的6.02和2.85倍. CF組w(POC)為0.72 g/kg，是CK組的2.11倍. 施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥可以顯著增加土壤中w(POC)，短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對土壤w(POC)的提升效果更加顯著.

圖2 不同施肥方式對土壤w(POC)的影響Fig.2 Effects of different fertilization methods on w(POC) in soil

2.2.2不同施肥方式對ROC的影響

土壤ROC在指示土壤質(zhì)量和肥力變化時(shí)比OM更加靈敏，可以及時(shí)反映土壤的物理性質(zhì)和肥力變化[24]. 如圖3所示，MOF-1組的w(ROC)最高(4.37 g/kg)，相比于CK組(3.14 g/kg)增加了39.17%，分別是CF組(3.68 g/kg)和LOF-5組(3.54 g/kg)的1.19和1.23倍. CF組的w(ROC)為3.68 g/kg，相比于CK組(3.14g/kg)增加了17.19%. 而LOF-5組的w(ROC)為3.54 g/kg，相比于CK組增幅較少，僅為12.77%. 相比長期(>5 a)施用化肥和中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥，短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對土壤w(ROC)的提升效果最顯著.

圖3 不同施肥方式對土壤w(ROC)的影響Fig.3 Effects of different fertilization methods on w(ROC) in soil

2.2.3不同施肥方式對DOC的影響

土壤中DOC是土壤有機(jī)碳中非?；钴S的一類，可以用來反映環(huán)境條件的變化[25]. 如圖4所示，不同施肥方式均可以增加土壤中w(DOC)，其中MOF-1組(0.32 g/kg)對w(DOC)提升最多，分別是CK組(0.031 g/kg)、CF組(0.051 g/kg)、LOF-5組(0.10 g/kg)的10.32、6.27、3.2倍. LOF-5組的w(DOC)為0.10 g/kg，分別是CK組和CF組的3.23和1.96倍. CF組的w(DOC)為0.051 g/kg，相比于CK組只增加了64.52%. 相比于長期(>5 a)施用化肥和中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥，短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對DOC的提升效果最顯著.

圖4 不同施肥方式對土壤w(DOC)的影響Fig.4 Effects of different fertilization methods on w(DOC) in soil

2.3 不同施肥方式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響

2.3.1不同施肥方式對土壤團(tuán)聚體粒徑分布的影響

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體是土壤中比較穩(wěn)定的團(tuán)聚體，反映了土壤的抵抗侵蝕能力，在調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力和改善生態(tài)功能中有著重要的地位. 由表3可知，不同處理下團(tuán)聚體分布的大致規(guī)律：CK組、CF組、LOF-5組、MOF-1組均以<0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為33.17%～47.46%；從各粒級土壤水穩(wěn)團(tuán)聚體來看，LOF-5組>2 mm粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(28.75%)提升最多，分別是CK組(6.14%)、MOF-1組(10.25%)、CF組(25.52%)的4.68、2.81、1.13倍；MOF-1組0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，比CK組增加了30.97%. 與不施肥相比，中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥有利于增加土壤中較大粒徑的比例，減少較小粒徑的比例.

表3 不同施肥方式下各粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3.2不同施肥方式對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

MWD、GMD、DR0.25可以較好地反映土壤團(tuán)聚體的大小分布變換狀況，MWD、GMD、DR0.25值越大，說明團(tuán)聚體的平均粒徑團(tuán)聚程度越高，團(tuán)聚體越穩(wěn)定[26]. 如表4所示，各處理組的MWD、GMD、DR0.25均有提升，其中LOF-5組的提升效果最明顯，MWD、GMD、DR0.25比CK組分別增加了100%、 82.98%、27.20%. CF組的 MWD、GMD、DR0.25比CK組分別增加了98.64%、63.83%、12.09%. MOF-1組的MWD、GMD、DR0.25最低. 綜上，化肥和有機(jī)肥的施用都有利于增加MWD、GMD和DR0.25，相比長期(>5 a)施用化肥和中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥，短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性作用不明顯.

表4 不同施肥方式對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

2.4 不同施肥方式對土壤養(yǎng)分含量的影響

2.4.1不同施肥方式對土壤氮的影響

氮是土壤中最為活躍的營養(yǎng)元素之一，也是植物需要量較大的營養(yǎng)元素[1]. 由圖5可知，CF組的w(TN)、w(AN)最高，分別為 2 225、210 mg/kg，相比CK組(分別為945、127.48 mg/kg)，分別增加了135.45%和64.94%；其次是LOF-5組，w(TN)和w(AN)分別為1 676.67、153.82 mg/kg，與CK組相比，分別增加了77.42%和20.82%；MOF-1組w(TN)為1 440 mg/kg，與CK組相比，增加了52.38%，而w(AN)為120.3 mg/kg，相比CK組，卻減少了5.48%. 可見，長期(>5 a)施用化肥和中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥均可以增加土壤中的w(TN)和w(AN)，而短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥可以增加土壤中w(TN)，但對土壤中w(AN)的影響并不明顯.

圖5 不同施肥方式對土壤中w(TN)和w(AN)的影響Fig.5 Effects of different fertilization methods on w(TN) and w(AN) in soil

2.4.2不同施肥方式對土壤磷的影響

磷在構(gòu)成植株體調(diào)節(jié)代謝、增強(qiáng)作物抗逆能力中起重要作用[27]. 由圖6可見，CF組的w(AP)和w(TP)均最高，分別為162.79、408.39 mg/kg，w(AP)是CK組(9.86 mg/kg)的16.51倍，w(TP)相比CK組(240.65 mg/kg)增加了69.70%. LOF-5組的w(AP)和w(TP)分別為92.95、370.75 mg/kg，w(AP)是CK組的9.43倍，w(TP)相比CK組，增加了54.06%. MOF-1組w(AP)和w(TP)均是施肥處理組中最低值. 長期(>5 a)施用化肥和中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥都增加了土壤中磷含量，短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥雖然可以大幅增加土壤中w(TP)，但對土壤中易利用的w(AP)沒有顯著影響.

圖6 不同施肥方式對土壤中w(TP)和w(AP)的影響Fig.6 Effects of different fertilization methods on w(TP) and w(AP) in soil

2.4.3不同施肥方式對土壤鉀的影響

鉀作為作物必需的大量營養(yǎng)元素之一，對植物的生長、發(fā)育均起著重要的作用，由圖7可見，LOF-5組的w(AK)和w(TK)最高，分別為871、6 270 mg/kg，w(AK)是CK組(257 mg/kg)的3.39倍，w(TK)相比CK組(5 370 mg/kg)增加了16.76%. MOF-1組和CF組的w(AK)和w(TK)均減少了，其中MOF-1組降低量小于CF組降低量. MOF-1組和CF組的w(AK)分別為200、125 mg/kg，相比CK組分別減少了22.18%、51.36%，MOF-1組和CF組的w(TK)分別為 4 930、1 930 mg/kg，相比CK組分別減少了8.19%、64.06%. 可見，中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥能夠大幅增加土壤中w(TK)和w(AK)，有利于鉀元素的固存. 與長期(>5 a)施用化肥相比，短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥可減緩?fù)寥乐锈浀牧魇?

圖7 不同施肥方式對土壤中w(TK)和w(AK)的影響Fig.7 Effects of different fertilization methods on w(TK) and w(AK) in soil

3 討論

3.1 不同施肥方式對貧瘠土壤OM的影響

該研究發(fā)現(xiàn)中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥和短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對w(OM)均有顯著提升的作用，其中短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥會(huì)顯著提升w(OM)，但引起的土壤碳素提升不穩(wěn)定，需要較長時(shí)間的礦化穩(wěn)定化過程. 餐廚垃圾生物有機(jī)肥富含糖類、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，短期內(nèi)可以提高土壤活性有機(jī)碳的含量. 此外，餐廚垃圾生物有機(jī)肥也含有大量腐殖酸類大分子物質(zhì)，在土壤中經(jīng)過長期的積累和轉(zhuǎn)化，可以形成土壤膠體物質(zhì)，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，在一定程度上可減少OM的礦化和流失，促進(jìn)土壤OM積累，改善貧瘠土壤的土壤狀況[11]. 而施用化肥對w(OM)提升效果并不明顯，長期施用化肥，作物的根茬殘留量較低，土壤ROC礦化分解，不利于貧瘠土壤w(OM)的提高[28-29].

3.2 不同施肥方式對貧瘠土壤活性有機(jī)碳的影響

該研究表明施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥可增加土壤w(POC)，其中短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對w(POC)提升效果最顯著，是長期(>5 a)施用化肥的6.54倍. 一方面餐廚垃圾生物有機(jī)肥含有大量腐殖酸，可作為土壤膠結(jié)劑與部分砂粒結(jié)合，直接提供與POC組成相近的有機(jī)碳組分[30]；另一方面生物有機(jī)肥富含腐殖酸等有膠結(jié)作用的物質(zhì)，可以改善土壤的結(jié)構(gòu)，對POC的形成和轉(zhuǎn)化有促進(jìn)作用[31-32].

土壤ROC是土壤活性有機(jī)碳重要的組分之一，由于其循環(huán)速率快、穩(wěn)定性差、易受到外界因素的影響從而造成碳損失[33]. 有研究[34]表明，長期施用化肥會(huì)增加土壤中難氧化有機(jī)碳的含量，不利于作物對有機(jī)碳的利用，導(dǎo)致土壤w(ROC)下降. 該研究發(fā)現(xiàn)，施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥和化肥均可以增加土壤w(ROC)，但是增加的效果并不明顯. 可能是由于餐廚垃圾生物有機(jī)肥含有速效小分子碳，可激發(fā)土壤微生物活性，加劇了土壤微生物礦化作用和作物吸收利用養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤w(ROC)增加不明顯[22]. 此外，長期(>5 a)施用生物有機(jī)肥可能使ROC向深層土壤遷移，有利于土壤的碳固定[35].

土壤DOC是在土壤微生物分泌代謝、OM分解和微生物死亡等過程產(chǎn)生的，是易被微生物分解利用的碳. 該研究表明，施用化肥和餐廚垃圾生物有機(jī)肥均可以增加土壤w(DOC)，其中短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥增加效果顯著，是長期(>5 a)施用化肥的6.27倍. 生物有機(jī)肥和化肥均可以改變土壤中有效養(yǎng)分含量，促進(jìn)作物根系生長發(fā)育，使根系分泌物和有機(jī)殘?bào)w等歸還量增加；而施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥既增加了土壤有機(jī)碳庫，其中的小分子有機(jī)物又激活了土壤功能微生物，經(jīng)過微生物的分解代謝進(jìn)一步釋放出更多的DOC[34,36].

3.3 不同施肥方式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響

該研究發(fā)現(xiàn)，中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥可以增加土壤中較大粒徑團(tuán)聚體的比例以及團(tuán)聚體的穩(wěn)定性. 餐廚垃圾生物有機(jī)肥中含有多糖、蛋白質(zhì)等不穩(wěn)定碳水化合物，可提高土壤微生物活性，而微生物代謝分解產(chǎn)生的腐殖酸、真菌菌絲和DOC，又可促進(jìn)土壤小粒徑團(tuán)聚體膠結(jié)成大粒徑團(tuán)聚體. 中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性影響最明顯，其大團(tuán)聚體占比為66.83%，提高了土壤的團(tuán)聚程度和穩(wěn)定性，在一定程度上彌補(bǔ)了耕作對土壤團(tuán)聚體的破壞[7,37-39]. 短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響并不顯著，可能是施肥周期較短，主要提升了土壤中活性有機(jī)碳的含量，有利于促進(jìn)土壤中小團(tuán)聚體形成，而對大團(tuán)聚體沒有產(chǎn)生較大影響. 有研究[38]表明，化肥的施用對土壤中大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性沒有顯著影響. 而該研究發(fā)現(xiàn)，化肥的施用也可增加土壤中大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性可能是因?yàn)榛士梢源龠M(jìn)作物生長，增加植物根系和落葉等有機(jī)物物料，促進(jìn)土壤中真菌生長，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成[40].

3.4 不同施肥方式對土壤中養(yǎng)分含量的影響

氮是土壤中最為活躍的大量營養(yǎng)元素之一，也是植物需要量較大的營養(yǎng)元素[1]. 該研究發(fā)現(xiàn)，施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥和化肥均可以增加土壤w(TN)，而短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥對w(AN)影響不顯著，可能是由于有機(jī)肥的肥效緩釋慢，營養(yǎng)物質(zhì)需要經(jīng)微生物進(jìn)一步分解才能釋放. 而中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥可提高w(AN)，有利于激發(fā)土壤微生物對有機(jī)物質(zhì)的礦化分解，進(jìn)而促進(jìn)土壤活性氮組分的增加[41-42]. 該研究表明，中長期(5 a)施用化肥可以顯著增加土壤氮含量，因?yàn)榛手兄饕獮樗傩o機(jī)氮，施用后可以快速提高土壤中w(TN)和w(AN)，施用氮肥增加了根茬、根系和根分泌物的含量，從而增加了歸還土壤的有機(jī)氮量[1]. 但過量施用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分供應(yīng)失衡，影響作物正常吸收利用，進(jìn)而引起土壤鹽分累積和土壤退化[43].

磷在促進(jìn)植株體調(diào)節(jié)代謝、增強(qiáng)作物抗逆能力中起著重要作用[44]. 該研究發(fā)現(xiàn)，長期(>5 a)施用化肥可顯著提高土壤w(AP)和w(TP). 但有研究[45]表明，土壤中95%以上的磷以非活性形式存在，磷肥當(dāng)季作物的利用率僅為5%～25%，大部分轉(zhuǎn)化為難溶性磷酸鹽，且長期施用化肥的土壤對磷的吸附較強(qiáng)，新加入的磷很難被解吸出來，不利于作物的吸收利用. 而餐廚垃圾生物有機(jī)肥富含OM，OM在分解過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸會(huì)競爭土壤中磷的吸附位，減少土壤對磷的固定，從而增強(qiáng)土壤磷的移動(dòng)性和有效性[46-47].

該研究發(fā)現(xiàn)，長期施用化肥會(huì)加速土壤中鉀的流失，而施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥可以顯著提高土壤w(AK)和w(TK). 主要是因?yàn)椴蛷N垃圾生物有機(jī)肥中腐殖酸含量高，其中富里酸可以溶出釋放礦物質(zhì)的鉀[48]. 此外，生物有機(jī)肥中的膠體物質(zhì)可以使團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，吸附更多解鉀微生物，促進(jìn)作物植物對鉀的吸收利用，提高土壤中鉀的可利用性[49].

綜上，中長期(5 a)少量施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥的生態(tài)環(huán)境效益最顯著，可使0～15 cm表層土壤減少施用氮素 1 957.35 kg/hm2、磷素262.2 kg/hm2、鉀素 2 413.13 kg/hm2. 以當(dāng)?shù)爻Ｄ旮孛娣e為 36 544 hm2計(jì)，可減施氮素7.1×104t、磷素9.5×103t、鉀素8.4×104t，相當(dāng)于減少1.5×105t尿素、2.2×104t磷肥和1.8×105t鉀肥的施用，共減少化肥施用量3.52×104t. 可見，中長期(5 a)施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥進(jìn)行貧瘠黃褐土改良，可顯著削減化肥施用量，有效提升貧瘠黃褐土的肥力，減少土壤養(yǎng)分流失，緩解水體富營養(yǎng)化，是我國耕地土壤綠色可持續(xù)發(fā)展的施肥模式.

4 結(jié)論

a) 通過對比分析化肥與餐廚垃圾生物有機(jī)肥對貧瘠黃褐土的影響，發(fā)現(xiàn)施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥可有效提高貧瘠黃褐土的w(OM). 與不施肥相比，施用餐廚垃圾生物有機(jī)肥后w(OM)提升了123.73%～173.29%，是長期(>5 a)施用化肥的2.23～2.72倍.

b) 短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥有助于增加土壤中不穩(wěn)定、易被利用的活性有機(jī)碳含量，而中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥有利于增加土壤團(tuán)聚體中較大粒徑的比例，減少較小粒徑比例，增加MWD、GMD和DR0.25，有助于土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定，從而有利于改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤耕性.

c) 短期(1 a)施用大量餐廚垃圾生物有機(jī)肥僅增加了土壤中w(TN)、w(TP)，而中長期(5 a)施用少量餐廚垃圾生物有機(jī)肥可以顯著提高土壤中氮磷鉀的含量，并增強(qiáng)土壤對養(yǎng)分的固持能力，從而減少化肥施用量.