不同配比餐廚垃圾沼渣與有機(jī)肥對土壤理化性質(zhì)的影響

荊衛(wèi)民 宮江平 劉秉壽 王喜勇 陳 理 王建成 姜 黎*

（1中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，新疆烏魯木齊 830011；2中國科學(xué)院吐魯番沙漠植物園，新疆吐魯番 838008；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4克拉瑪依瑞利康源園林工程有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834000）

近年來，隨著城市化水平與人們生活水平的提高，大量餐廚垃圾產(chǎn)生，其處理設(shè)施尚不完善，不僅導(dǎo)致環(huán)境污染，還危害人體健康。因此，餐廚垃圾的處理成為亟須解決的問題。餐廚垃圾是厭氧發(fā)酵生產(chǎn)肥料的理想原料[1]。通過餐廚垃圾無害化、資源化和減量化處理，合理利用餐廚發(fā)酵產(chǎn)物，可減輕大氣、土地、地下水等方面的環(huán)境污染，有利于提高城市環(huán)境質(zhì)量。沼氣工程產(chǎn)生大量沼渣，其處理問題日趨嚴(yán)峻。目前，僅有少量沼渣作為有機(jī)肥使用，剩余大量沼渣被遺棄堆放，如果不能妥善處理，其中含有的大量有機(jī)物、氮、磷和病原微生物等進(jìn)入環(huán)境，將會造成二次污染和資源浪費(fèi)。因此，資源化利用對可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2-4]。

厭氧消化技術(shù)在國外已經(jīng)不斷發(fā)展并且實際應(yīng)用很多年。中國于20世紀(jì)初才開始發(fā)展相關(guān)技術(shù)，并逐漸將其應(yīng)用到餐廚垃圾處理領(lǐng)域，同時將產(chǎn)生的沼液與沼渣進(jìn)行減量化、資源化與無害化處理。許多研究集中于沼渣在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[5-7]，而對于厭氧發(fā)酵后的殘余物深度處理的研究很少。我國研究人員開展的相關(guān)試驗表明，利用沼渣種植蔬菜能夠提高其產(chǎn)量和品質(zhì)、降低硝酸鹽含量、提高VC等營養(yǎng)物質(zhì)含量。將沼渣與沼液施用于三葉草和黑麥草，其草產(chǎn)量與單施一種復(fù)合無機(jī)肥料相近，并優(yōu)于直接施用無機(jī)氮肥，表明沼液、沼渣可替代無機(jī)肥料而不影響草的品質(zhì)與產(chǎn)量[8]。我國有關(guān)沼渣、沼液資源化利用的研究主要集中在以下方面：沼渣用作基肥追肥、制備營養(yǎng)土及作為造孔劑制作燒結(jié)材料，沼液浸種、葉面噴施、土壤施用、作為培養(yǎng)基制備微生物絮凝劑以及作為有機(jī)飼料等[9-10]。餐廚垃圾有機(jī)質(zhì)含量高且微量元素豐富，適合進(jìn)行資源化再利用，如制備貧瘠土壤改良劑、污染土壤修復(fù)劑等[11-14]。利用餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷可在實現(xiàn)餐廚垃圾資源化利用的同時解決肥料短缺問題，而我國沼氣工程很少有足夠的土地消納沼渣?；哪寥朗且活愄厥忸愋偷耐恋刭Y源，對其進(jìn)行改良具有保護(hù)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的雙重效益。目前，國內(nèi)外常用的荒漠土改良措施主要有物理、化學(xué)、生物等措施。利用生物廢棄物可對荒漠土進(jìn)行改良，在保證改良效果的同時可降低改良成本[15]。應(yīng)用于荒漠土改良的生物廢棄物主要有秸稈、沼渣、沼液、剩余污泥等廢棄物。進(jìn)行荒漠土改良，尤其在內(nèi)陸干旱農(nóng)業(yè)地區(qū)，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實意義。在園林中沼渣利用既可以促進(jìn)植物生長，又可以避開有害物質(zhì)進(jìn)入食物鏈循環(huán)，因而是目前最主要的土地利用形式。本研究實施地點在新疆克拉瑪依，目前區(qū)域內(nèi)沼渣年產(chǎn)量逾700 t，周邊能為沼渣消納提供大量荒漠土地。近年來，許多專家學(xué)者開展了一系列沼渣應(yīng)用方面的研究，但對沼渣改良荒漠土的研究有待進(jìn)一步開展。新疆荒漠土分布廣泛、土壤瘠薄、改良困難，適用的措施和方法較少，且難以持續(xù)，因而需要繼續(xù)探索改良荒漠土的新舉措。本研究擬利用當(dāng)?shù)夭陀嗾釉M(jìn)行荒漠土的改良試驗，以期探索治理荒漠土的新措施，同時為合理利用沼渣提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

克拉瑪依餐廚廢棄物處理廠位于克拉瑪依城區(qū)東南邊緣25 km、石西公路15 km處，即生活垃圾填埋場二期旁，是全國第一個日處理餐廚廢棄物50 t的項目，也是全國小城市餐廚廢棄物處理的第一個在建項目。其產(chǎn)生大量的沼渣，本文以沼渣為試驗材料進(jìn)行研究。沼渣經(jīng)過室外晾曬至干，按照不同比例與有機(jī)肥（牛糞）、生物復(fù)合肥充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

1.2 試驗設(shè)計

為研究餐廚垃圾沼渣與有機(jī)肥、生物復(fù)合肥的不同配比對土壤理化性質(zhì)的影響，設(shè)4個處理：以純沼渣為對照（CK），與有機(jī)肥配比為處理 1、2、3。具體肥料配比見表1。本文主要采用田間小區(qū)試驗，肥料處理30 d后取表層（0～20 cm）土壤，風(fēng)干、過篩分析土壤理化性質(zhì)。

1.3 土壤理化性質(zhì)測定

土壤風(fēng)干后，粉碎至全部通過0.25 mm篩孔，供理化性質(zhì)分析。土壤pH值采用梅特勒Seven Easy型pH計測定，電導(dǎo)率采用DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀測定，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀測定參照鮑士旦[16]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用LSD法在P=0.05水平進(jìn)行比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料配比對土壤pH值和總鹽含量的影響

與施加純沼渣（CK）相比，處理 1、2、3 的 pH 值變化不明顯，表明了與餐廚垃圾沼渣進(jìn)行不同配比制成有機(jī)肥對土壤pH值的影響不顯著，見圖1（A）。與施加純沼渣（CK）相比，處理1、2、3的土壤總鹽含量顯著下降，降幅分別為110.12%、145.00%、97.65%；其中處理2的土壤總鹽含量最低，見圖1（B），表明處理2的肥料配比最優(yōu)。

2.2 不同肥料配比對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

與施加純沼渣（CK）相比，處理 1、2、3 的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加，增幅分別為24.19%、35.57%、44.05%；其中處理3土壤中的有機(jī)質(zhì)含量最高（圖2），表明處理3的肥料配比最優(yōu)。

2.3 不同肥料配比對土壤氮含量的影響

與施加純沼渣（CK）相比，處理 1、2、3 的土壤氮含量顯著增加，增幅分別為34.05%、48.34%、55.71%；其中處理3土壤中的氮含量最高（圖3），表明處理3的肥料配比最優(yōu)。

2.4 不同肥料配比對土壤速效磷、速效鉀含量的影響

與施加純沼渣（CK）相比，處理 1、2、3 的土壤速效磷含量顯著增加，增幅分別為69.04%、56.64%、59.01%；其中處理1土壤中速效磷含量最高，表明處理1的肥料配比最優(yōu)，見圖4（A）。與施加純沼渣（CK）相比，處理 1、2、3的土壤速效鉀含量均增加，增幅分別為15.72%、58.63%、44.92%，僅處理2和處理3增加達(dá)到顯著水平；其中處理2土壤中速效鉀含量最高，表明處理2的肥料配比最優(yōu)，見圖 4（B）。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

不同配比的餐廚垃圾沼渣與有機(jī)肥對土壤pH值的影響不顯著，說明了pH值不能作為肥料配比優(yōu)化的指標(biāo)。與施加純沼渣相比，處理1（沼渣50%+有機(jī)肥50%）、處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）和處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）的土壤總鹽含量顯著下降，降幅分別為110.12%、145.00%、97.65%。這說明土壤總鹽含量可作為肥料配比優(yōu)化的指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，沼渣加入肥料對土壤pH值的影響不顯著，但顯著降低了土壤總鹽含量，完全施加沼渣會引起土壤總鹽含量顯著增加。其引起土壤總鹽含量改變的原因可能是沼渣中富含礦質(zhì)元素。因此，利用沼渣改良土壤，需要配合施用有機(jī)肥料。

土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力的重要特征之一，是制約土壤理化性質(zhì)、通氣性、抗蝕力、涵養(yǎng)水源能力、供肥保肥能力和養(yǎng)分有效性等的關(guān)鍵因子[17]。與施加純沼渣相比，處理1（沼渣50%+有機(jī)肥50%）、處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）和處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加，增幅分別為24.19%、35.57%、44.05%，表明與其他有機(jī)肥合理配比有利于增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。因此，選擇適宜的比例將沼渣與其他有機(jī)肥配合施用更有利于提高干旱區(qū)荒漠土壤有機(jī)質(zhì)含量，是解決干旱區(qū)荒漠土壤有機(jī)質(zhì)含量低問題的有效途徑。

與施加純沼渣相比，處理1（沼渣50%+有機(jī)肥50%）、處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）和處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）的土壤速效磷含量顯著增加，增幅分別為69.04%、56.64%、59.01%；其中處理 1（沼渣 50%+有機(jī)肥50%）土壤中的速效磷含量最高，表明處理1（沼渣50%+有機(jī)肥50%）的肥料配比最優(yōu)。與施加純沼渣相比，處理 1（沼渣50%+有機(jī)肥50%）、處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）和處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）的土壤速效鉀含量均增加，增幅分別為15.72%、58.63%、44.92%，僅處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）和處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）增加達(dá)到顯著水平。因此，將沼渣與其他有機(jī)肥進(jìn)行適宜配比更有利于增加干旱區(qū)荒漠土壤養(yǎng)分含量，是改善干旱區(qū)荒漠土壤養(yǎng)分含量低的有效途徑[18]。

以土壤總鹽含量為指標(biāo)，各處理中處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）最低，表明處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）的肥料配比最優(yōu)；以有機(jī)質(zhì)含量為指標(biāo)，處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）最高，表明處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）的肥料配比最優(yōu)；以氮含量為指標(biāo)，處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）最高，表明處理3（沼渣40%+生物復(fù)合肥40%+有機(jī)肥20%）的肥料配比最優(yōu)；以土壤速效磷含量為指標(biāo)，處理1（沼渣50%+有機(jī)肥50%）最高，表明處理1（沼渣50%+有機(jī)肥50%）的肥料配比最優(yōu)；以速效鉀含量為指標(biāo)，處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）最高，表明處理2（沼渣50%+生物復(fù)合肥35%+有機(jī)肥15%）的肥料配比最優(yōu)。

3.2 結(jié)論

綜上所述，不同配比的肥料對土壤pH值的影響不顯著，但顯著降低了土壤總鹽含量，顯著增加了有機(jī)質(zhì)含量、氮含量、速效磷含量和速效鉀含量。綜合分析得出，沼渣∶生物復(fù)合肥∶有機(jī)肥=50%∶35%∶15%總體效益最優(yōu)。因此，相對于施純沼渣，合理配施其他有機(jī)肥更有利于改善荒漠區(qū)土壤理化性質(zhì)。