污泥混合基質(zhì)對綠化苗木生長的影響*

常恩福，謝菁鈺，李婭，贠新華，永培偉

(1.云南省高黎貢山生物多樣性重點實驗室，云南 昆明 650201；2.昆明理工大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650500；3.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，云南 昆明 650201；4.云南灃園苗木種植有限公司，云南 昆明 650000；5.高黎貢山森林生態(tài)系統(tǒng)云南省野外科學(xué)觀測研究站，云南 保山 678000)

城市污泥是指城市生活污水、工業(yè)廢水處理過程中產(chǎn)生的固體廢棄物(簡稱‘污泥’)。對城市污泥的處理方法，主要有高溫?zé)峤?、厭氧消化、污泥堆肥、生物處理、利用微生物煉制高附加產(chǎn)品[1]等方法。隨著城市化進程的加快和城鎮(zhèn)人口劇增，城市污泥的產(chǎn)出量也在逐年增加，大量的污泥所引起的環(huán)境問題日益突出[2]，對城市污泥進行無害化和資源化處理，是對城市污泥進行合理利用的迫切需要，對于促進城市的可持續(xù)、長遠發(fā)展也有著重要的現(xiàn)實意義。

從城市污泥的組成來看，大部分污泥中蘊含有大量的有機質(zhì)以及氮、磷等有利于植物生長的微量元素，這些營養(yǎng)元素能夠使城市污泥作為一項肥料資源[3-4]，變廢為寶。熊建軍等[5]利用污泥堆肥作為栽培基質(zhì)，可以有效地提高基質(zhì)中的氮磷含量，顯著增加一串紅紅(Salviasplendens)與矮牽牛(Petuniahybrida)的株高、冠幅和生物量。儲雙雙等[6]在污泥堆肥對黃梁木幼苗的生長實驗中發(fā)現(xiàn)，50%的污泥+赤紅壤混合物可以顯著增加黃梁木(Neolamarckiacadamba)的株高、地徑和生物量，同時可以促進黃梁木對銅(Cu)、鉛(Pb)等重金屬元素的吸收。之外，污泥堆肥實驗表明：污泥混合基質(zhì)對黑麥草(Loliumperenne)[7]、木槿(Hibiscussyriacus)[8]、金森女貞(Ligustrumaponicum)[8]、山杏(Prunnsmandshurica)[9]等草本及灌木的生長量具有明顯的增長作用，但王金旺等[10]研究表明以泥炭、珍珠巖和稻殼的混合基質(zhì)不適宜用于培養(yǎng)黃連木容器苗。城市綠化苗木培育工作中已呈現(xiàn)出卓越效果，為城市污泥的資源化處理提供了一條途徑。

黃連木(Pistaciachinensis)屬漆樹科(Anacardiaceae)黃連木屬植物，在中國廣泛分布，是城市中優(yōu)良的用材和觀賞綠化樹種[10]。大花野茉莉(Styraxgrandiflorus)和歐洲莢蒾(Viburnumopulus)均作為城市中的主要綠化灌木，大花野茉莉主要分布在中國西藏、云南等地，歐洲莢蒾主要分布在中國新疆西北部[11]，陳蘊等[11]研究表明了歐洲莢蒾也適宜在昆明地區(qū)栽培。金葉苔草(Carexoshimensis)和澳洲朱蕉(Cordylinefruticosa)屬于草本植物，是云南省城市建設(shè)中常用的綠化植物。目前，尚未有關(guān)于污泥混合基質(zhì)對這5種綠化苗木生長影響的報道。

本試驗以云南省這5種綠化苗木為材料，用污泥、草碳、中藥渣及煙渣等多種物料混合發(fā)酵后制取的基質(zhì)與圃地土壤以不同配比混合作為苗木的栽培基質(zhì)，通過對苗木生長量指標、生物量指標的測定與分析，旨在探討綠化苗木生長對基質(zhì)中污泥不同配比量的響應(yīng)，分析污泥用作綠化苗木栽培基質(zhì)的可行性及可靠性，并篩選出適宜的污泥基質(zhì)配方，以期為今后城市綠化苗木培育提供參考，并為污泥的進一步資源化和商品化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點位于昆明市安寧市八街街道辦云南灃園苗木種植有限公司的小營苗圃。其地理位置24°36′10″N、102°21′20″E，海拔1 973 m，具有干濕分明、雨熱同季、年溫差小、日溫差大等氣候特點；年均降水量840 mm，年平均氣溫14.8 ℃，極端最高氣溫29 ℃，極端最低氣溫-3 ℃；生長期年均180 d，無霜期年均150 d；年平均日照時數(shù)2 054 h。

1.2 育苗基質(zhì)

以污泥堆肥腐熟物料及圃地土為基質(zhì)原料，按體積比配制成6種育苗基質(zhì)(表1)。其中污泥堆肥腐熟物料為污泥︰草碳︰農(nóng)作物秸稈︰羊糞︰中藥渣︰煙渣按5︰1︰1.5︰1︰1︰0.5的體積比混合后，經(jīng)高溫好氧堆肥化技術(shù)處理后使用，主要原料污泥及中藥渣、煙渣等輔料均來自于昆明市的污水處理廠及相關(guān)的企業(yè)。

1.3 試驗方法

將配制好的6種育苗基質(zhì)分別裝于18 cm×16 cm的塑料育苗容器內(nèi)，基質(zhì)與容器上端平齊。每種育苗基質(zhì)作為1個處理，在苗床上采用單因素完全隨機區(qū)組設(shè)計排列試驗小區(qū)，每處理3次重復(fù)。共設(shè)置90個試驗小區(qū)，每小區(qū)參試的苗木株數(shù)為50株。

2021年1月，將云南灃園苗木種植有限公司自主培育的5種1年生綠化植物(黃連木、大花野茉莉、歐洲莢蒾、金葉苔草、澳洲朱蕉)，選擇苗高基本一致(同一樹種)的苗木分別移植于按試驗設(shè)計、排列在一起的育苗容器內(nèi)。移植后澆透定根水，之后據(jù)天氣情況，適時澆水，并保持育苗基質(zhì)濕潤。苗木移植成活后苗木生長期的管理按照常規(guī)容器苗培育措施進行管理。

1.4 苗木調(diào)查

2021年9月28—30日，植物生長量調(diào)查參考常恩福等[12]的苗木調(diào)查方法，在每個小區(qū)中進行抽樣調(diào)查。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

計算各指標的隸屬函數(shù)值，公式為：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xman-Xmin)

式中：Xi為第i個生長指標測定的平均值；Xmax和Xmin分別為對照(CK)對應(yīng)生長指標測定的最大值和最小值。

應(yīng)用Excel 2010，DPS 9.05軟件進行統(tǒng)計與試驗數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)對苗木苗高和地徑生長的影響

從表2可以看出，不同比例的污泥混合處理基質(zhì)對于不同種類的苗木的苗高和地徑都具有一定的促進作用。(1)黃連木，P1、P2、P3、P4等4種基質(zhì)與CK間的苗高和地徑差異呈極顯著或顯著水平，污泥混合基質(zhì)對黃連木苗高、地徑的促進效果分別為31%～294%，51%～95%，苗高和地徑長勢最好的是P1和P2基質(zhì)，苗高分別是79.67 cm、77.50 cm，地徑分別是10.85 mm、11.58 mm。(2)金葉苔草和澳洲朱蕉，P1、P2、P3、P4基質(zhì)與CK間苗高和叢徑差異呈極顯著或顯著水平，金葉苔草中長勢最好的是P2基質(zhì)，苗高和叢徑分別為16.40 cm和38.00 mm，較CK組提高了109%和88%。污泥混合基質(zhì)對澳洲朱蕉苗高、地徑的促進效果分別為8%～110%，16%～88%，苗高和地徑長勢最好的是P1和P2基質(zhì)，苗高分別是60.73 cm、60.37 cm，地徑分別是85.10 mm、85.67 mm。(3)大花野茉莉和歐洲莢蒾，P1、P2、P3、P4、P5等5種基質(zhì)與CK間苗高和叢徑差異呈極顯著或顯著水平。大花野茉莉中長勢最好的是P2處理，苗高和叢徑分別為16.40 cm和38.00 mm，較CK提高了107%和50%；污泥混合基質(zhì)對歐洲莢蒾苗高、地徑的促進效果分別為62%～201%，27%～64%，苗高和地徑長勢最好的是P1和P2基質(zhì)，苗高分別是36.47 cm、34.10 cm，地徑分別是7.11 mm、7.23 mm。

2.2 不同基質(zhì)對苗木根系生長的影響

從表3可以看出，黃連木P1、P2基質(zhì)與P3、P4、P5、CK的根長存在顯著或極顯著差異，P1、P2基質(zhì)與P5、CK的根幅的差異則達顯著或極顯著水平。根長和根幅長勢最好的均是P1和P2基質(zhì)，根長分別是45.50 cm、42.61 cm，較CK組分別提高了79%、68%，根幅分別是16.70 cm、17.18 cm，較CK組分別提高了76%、81%。

金葉苔草僅P2基質(zhì)與CK的根長和根幅差異達極顯著水平，其根長和根幅分別為20.83 cm、10.87 cm，較CK分別提高了37%、27%。澳洲朱蕉P1、P2基質(zhì)與P5、CK間根長存在極顯著差異，P1與P5、CK間根幅的差異則達顯著或極顯著水平。綜合而言，根長和根幅長勢均較好的是P1基質(zhì)，分別為32.60 cm和15.30 cm，較CK分別提高了45%、49%。

大花野茉莉P1、P2基質(zhì)與CK間的根長及P2與CK間的根幅存在極顯著差異，而在歐洲莢蒾處理組中，5種基質(zhì)與CK間在根長和根幅均存在呈極顯著差異。從2個灌木樹種根長和根幅的測定結(jié)果來看，最有利于大花野茉莉根系生長的是P2基質(zhì)，根長和根幅分別為25.97 cm、17.77 cm，較CK分別提高了38%、42%；歐洲莢蒾則是P1基質(zhì)，根長和根幅分別為28.03 cm、14.27 cm，較CK分別提高了217%、90%。

綜上可知，不同育苗基質(zhì)對5種苗木根系的生長發(fā)育有著不同程度的影響，不同比例混合的污泥基質(zhì)對于不同種類的苗木的根系生長均有一定的促進作用，但對木本植物根系的生長促進作用更為明顯。部分處理基質(zhì)下，根長小于CK組，可能是有部分單株生長發(fā)育受遺傳或其他因素影響而發(fā)育遲緩，導(dǎo)致檢測結(jié)果有很大的誤差。

2.3 不同基質(zhì)培育的苗木生物量差異性比較

從表4可以看出，不同基質(zhì)對黃連木、大花野茉莉、歐洲莢蒾、金葉苔草及澳洲朱蕉5種苗木的地上生物量、地下生物量及單株生物量等3個性狀指標的影響基本與對其影響苗高、地(叢)徑、根系的生長發(fā)育變化的趨勢一致，P1、P2基質(zhì)與CK間的生物量均存在顯著或極顯著差異。這說明：不同基質(zhì)對參試的5種苗木的地上生物量、地下生物量及單株生物量的積累有不同的影響，不同基質(zhì)對其苗高、地(叢)徑、根系的生長發(fā)育的影響程度不同是其生物量產(chǎn)生差異的原因。

從5種不同基質(zhì)苗木的根冠比來看，隨著基質(zhì)中圃地土壤配比的升高，其生物量及根冠比大多呈下降趨勢，表明不同的基質(zhì)會影響其地上、地下生物量的分配，比值的大小則可能是基質(zhì)理化性狀的差異與樹草種的生長特性綜合作用的結(jié)果。5種混合基質(zhì)中，黃連木、大花野茉莉及歐洲莢蒾3個樹種的根冠比在大多在0.71～1.03之間，說明其地上、地下部分的生長發(fā)育較為均衡；2個草本植物，金葉苔草的根冠比在1.07～1.42，澳洲朱蕉的則在0.30～0.49之間，說明金葉苔草在苗期主要以根系的生長發(fā)育為主，澳洲朱蕉則以地上部分的生長發(fā)育為主。就生物量的積累而言，5種苗木均以P1、P2基質(zhì)表現(xiàn)最好。

2.4 苗木質(zhì)量的綜合評價

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)分析法，對不同育苗基質(zhì)的苗木質(zhì)量進行綜合分析，以實現(xiàn)對不同育苗基質(zhì)優(yōu)劣的全面評價[13]。隸屬函數(shù)值的平均值越大，基質(zhì)越優(yōu)[14]。對5種參試樹苗木6個生長指標隸屬函數(shù)值計算結(jié)果表明(表5～表6)，黃連木、大花野茉莉及歐洲莢蒾各生長指標的平均隸屬數(shù)函數(shù)值分別表現(xiàn)為P1>P2>P3>P4>CK>P5、P2>P1>P3>P4>P5>CK和P1>P2>P3>P5>P4>CK，2個草本植物金葉苔草及澳洲朱蕉則表現(xiàn)為P2>P3>P1>P4>P5>CK、P1>P2>P3>P4>P5>CK，說明除采用P5基質(zhì)培育的黃連木的苗木質(zhì)量差于CK外，其余均優(yōu)于CK。

表5 不同基質(zhì)的植物苗木質(zhì)量指標函數(shù)值及其綜合評價Tab.5 Quality index function values of woody plants with different growing media and comprehensive evaluation

表6 不同基質(zhì)的草本植物苗木質(zhì)量指標函數(shù)值及其綜合評價Tab.6 Quality index function values of woody plants with different growing media and comprehensive evaluation

3 討論與結(jié)論

基質(zhì)是植物生長發(fā)育的介質(zhì)和載體，在苗木生長過程中基質(zhì)對苗木起著固定與提供營養(yǎng)的作用[15]。城市污泥中富含植物生長所需營養(yǎng)元素和有機質(zhì)，經(jīng)高溫好氧發(fā)酵后的污泥堆肥產(chǎn)品可實現(xiàn)無害化、穩(wěn)定化和減量化，進行土地資源化利用可增加土壤肥力、促進植物生長[16]。

基于參試的5種苗木6個表型性狀的測定，可以看出，不同基質(zhì)對參試樹草種苗木的各項生長指標均有著不同的影響。相較于CK，除P5基質(zhì)黃連木的地徑、澳洲朱蕉的根長及P4、P5基質(zhì)金葉苔草的根長觀測值小于CK外，其余指標均優(yōu)于CK，說明5種基質(zhì)對苗木的生長均具有一定的促進作用，且影響著其地上、地下生物量的分配，該結(jié)果與孫楠等[17]的研究結(jié)果類似。但不同的基質(zhì)對于同種或不同種的苗木，均會隨著基質(zhì)中污泥堆肥腐熟物料添加劑量的增加，6個性狀指標的觀測值多呈上升之勢，污泥對于苗木的生長促進效果較為明顯，其中尤以P1、P2基質(zhì)的增幅最為顯著。同時，同一基質(zhì)對于不同種類的苗木，以因樹(草)種生長特性的差異而致苗木生長促進效果也大為不同，如以P1基質(zhì)為例，同樣是灌木，其對歐洲莢蒾苗高的增幅效果是大花野茉莉的2倍，根長的增幅效果是大花野茉莉的5倍，這與Poulton等[18]研究結(jié)果相符，這主要是污泥中含磷含量高，有利于植物根長和根幅的生長發(fā)育，從而提高苗木的營養(yǎng)吸收率，進而促進植物生長。由此可見，同一種原料配比的基質(zhì)對不同的類型的苗木具有不同的影響，同一種基質(zhì)不同的配比對同一苗木也會造成不同的影響，不同的樹(草)種適應(yīng)不同的育苗基質(zhì)，這與常恩福等[19-20]及楊貴釵等[21]在不同育苗基質(zhì)對鐵橡櫟(Quercusbaronii)、華西小石積(Osteomelesschwerinae)、蒜頭果(Malaniaoleifera)等喬灌樹種苗木生長影響研究中得出的結(jié)果基本一致。

從5種苗木質(zhì)量指標函數(shù)值計算結(jié)果來看，除采用P5基質(zhì)培育的黃連木的苗木質(zhì)量差于CK外，其余均優(yōu)于CK。與采用單一性狀指標判別的結(jié)果相比，5種苗木6個性狀指標的優(yōu)劣位序排列均與平均隸屬函數(shù)值計算結(jié)果相吻合。綜合考慮，可以選用100%污泥堆肥腐熟物料(P1)和80%泥堆肥腐熟物料+20%圃地土壤(P2)作為5個參試苗木的培育基質(zhì)。本項研究雖為污泥用作綠化苗木培育基質(zhì)提供了一定的理論依據(jù)，但因云南可用于城市綠化的樹草種極為豐富，而選擇參謀試的樹(草)種相對較少，因此，污泥用作培育基質(zhì)對于其它樹種適宜性還有待進一步的試驗加以驗證。今后可在優(yōu)化污泥堆肥腐熟物料及混合基質(zhì)配比的基礎(chǔ)上，選擇更多常用的云南鄉(xiāng)土綠化樹種開展不同樹(草)種對基質(zhì)適應(yīng)機制方面的研究，以期為為污泥的進一步資源化和商品化利用提供更為翔實依據(jù)。