餐廚有機(jī)肥對設(shè)施菜地土壤理化性質(zhì)的影響

徐四新，嚴(yán)謹(jǐn)，諸海燾，蔡樹美，張德閃，金海洋*

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所，上海 201106；2.上海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，上海 201103)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)生量不斷增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國城市生活垃圾的年產(chǎn)生量約為2億t，并每年以平均10%的速度增長[1]；而城市生活垃圾的減量化、無害化、資源化處理與利用已成為當(dāng)前我國城市高質(zhì)量發(fā)展的一個(gè)制約因素。餐廚垃圾是指由家庭、食堂及餐飲行業(yè)等在食物加工或消費(fèi)過程中產(chǎn)生的廢棄物或食物殘?jiān)黐2]，是一種具有易腐性的有機(jī)廢棄物[3]，占城市生活垃圾產(chǎn)生量的37%～62%[4]，餐廚垃圾具有量大、含水率高、有機(jī)物質(zhì)和養(yǎng)分含量豐富等特點(diǎn)[5]，是一種有機(jī)肥生產(chǎn)原料，利用餐廚垃圾進(jìn)行好氧堆肥是餐廚有機(jī)廢棄物資源循環(huán)與利用的重要途徑，具有很大的推廣價(jià)值[6]，但目前我國利用餐廚垃圾生產(chǎn)商品有機(jī)肥料的工作尚處于起步探索階段。

我國現(xiàn)行的有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 525-2021)已將廚余廢棄物(經(jīng)分類和陳化)列入評估類原料，經(jīng)安全性評價(jià)后可生產(chǎn)商品有機(jī)肥。為此本研究通過開展設(shè)施菜地餐廚有機(jī)肥田間試驗(yàn)，探討餐廚有機(jī)肥對設(shè)施蔬菜產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響，為餐廚垃圾在農(nóng)業(yè)上資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

開展試驗(yàn)的設(shè)施菜地位于上海市奉賢區(qū)莊行鎮(zhèn)上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站內(nèi)，地理坐標(biāo)為121.378 872°E，31.890 951°N。試驗(yàn)田塊的土壤類型為濱海鹽土，土壤肥力中等，肥力均勻；試驗(yàn)田塊基礎(chǔ)土壤樣品的有機(jī)質(zhì)含量為16.6 g·kg-1，全氮含量為1.73 g·kg-1，速效氮含量為117.4 mg·kg-1，有效磷含量為25.4 mg·kg-1，速效鉀含量為157.6 mg·kg-1，可溶性總鹽含量為2.25 g·kg-1，pH值為5.35。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)供試作物為青菜，品種為艷春。試驗(yàn)于2022年2月9日播種，播種量667 m20.5 kg；青菜于2022年3月23日采收。試驗(yàn)用餐廚有機(jī)肥由具有處理餐廚有機(jī)廢棄物資質(zhì)的有機(jī)肥廠生產(chǎn)，有機(jī)肥料質(zhì)量符合NY/T 525-2021規(guī)定的要求，商品有機(jī)肥和復(fù)合肥(N、P2O5、K2O分別為15%、15%、15%)均由市場采購；餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)供試有機(jī)肥料的養(yǎng)分含量見表1。

表1 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)供試有機(jī)肥料養(yǎng)分含量Table 1 Nutrient content of organic fertilizers tested in the kitchen organic fertilizer experiment

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積15 m2。處理1(T1)為無肥處理，不施任何肥料；處理2(T2)為化肥對照，667 m2施復(fù)合肥(N、P2O5、K2O分別為15%、15%、15%)40 kg；處理3(T3)商品有機(jī)肥對照，667 m2施復(fù)合肥(N、P2O5、K2O分別為15%、15%、15%)40 kg，667 m2配施商品有機(jī)肥料1 t；處理4(T4)為餐廚有機(jī)肥處理，667 m2施復(fù)合肥(N、P2O5、K2O分別為15%、15%、15%)40 kg，配施餐廚有機(jī)肥料1 t；處理5為高用量餐廚有機(jī)肥處理，667 m2施復(fù)合肥(N、P2O5、K2O分別為15%、15%、15%)40 kg，配施餐廚有機(jī)肥料3 t；除處理1無肥處理外，其他處理的有機(jī)肥和復(fù)合肥均在播種前作基肥一次性施入；試驗(yàn)期間的病、蟲、草害等防治管理按常規(guī)進(jìn)行，且各處理間保持一致。

1.4 檢測項(xiàng)目和方法

試驗(yàn)前采用對角線法采集試驗(yàn)地耕作層基礎(chǔ)土樣；試驗(yàn)結(jié)束后利用五點(diǎn)混合取樣法采集各試驗(yàn)小區(qū)的耕作層土壤樣品。土壤樣品分別檢測土壤有機(jī)質(zhì)含量，速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，土壤水溶性總鹽含量，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體和土壤pH值。其中采用重鉻酸鉀-外加熱容量法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；利用堿解擴(kuò)散法測定土壤速效氮含量；采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定土壤有效磷含量；采用1 mol·L-1NH4OAC浸提，火焰光度法測定土壤速效鉀含量；采用去CO2蒸餾水浸提，烘干法測定土壤水溶性總鹽含量；土壤pH值采用pH計(jì)法測定。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用濕篩法進(jìn)行測定[7]，使用團(tuán)聚體分析儀進(jìn)行濕篩分析，套篩孔徑分別為2、1、0.5、0.25和0.106 mm。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel2019和SPSS19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，不同處理間采用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 餐廚有機(jī)肥對蔬菜產(chǎn)量的影響

表2是餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)青菜產(chǎn)量結(jié)果，結(jié)果顯示，施用有機(jī)肥料處理比無肥處理的平均產(chǎn)量高5.3%～11.6%；其中處理5的青菜平均產(chǎn)量最高，為37 293.5 kg·hm-2；相同有機(jī)肥料用量的處理3青菜平均產(chǎn)量略高于處理4，分別為35 646.5和35 175.5 kg·hm-2；化肥對照處理青菜的平均產(chǎn)量較低，為35 058.0 kg·hm-2。但各處理間的青菜平均產(chǎn)量差異均不顯著。試驗(yàn)結(jié)果說明，增施有機(jī)肥可以提高青菜的產(chǎn)量，餐廚有機(jī)肥和商品有機(jī)肥在提高蔬菜產(chǎn)量效果方面無顯著差異。

表2 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)產(chǎn)量結(jié)果Table 2 Production of different kitchen organic fertilizer treatments 單位：kg·hm-2

2.2 餐廚有機(jī)肥對菜地土壤有機(jī)質(zhì)的影響

餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)結(jié)果(圖1)顯示，施用餐廚有機(jī)肥可明顯提高菜地土壤有機(jī)質(zhì)的含量，餐廚有機(jī)肥處理(T4、T5)的土壤有機(jī)質(zhì)含量比無肥處理(T1)高25.5%～31.8%，比化肥處理(T2)高12.3%～19.6%；但餐廚有機(jī)肥處理和商品有機(jī)肥處理間菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異。試驗(yàn)結(jié)果說明，施用有機(jī)肥可顯著提高菜地土壤有機(jī)質(zhì)的含量，餐廚有機(jī)肥和商品有機(jī)肥對提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的效果基本類似。

同組柱上無相同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，圖2～6同。圖1 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤有機(jī)質(zhì)含量結(jié)果Fig.1 Organic matter content of soil in kitchen organic fertilizer test

2.3 餐廚有機(jī)肥對土壤速效氮、磷、鉀含量的影響

餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)結(jié)果(圖2～4)顯示，和無肥處理(T1)相比，餐廚有機(jī)肥處理(T4、T5)菜地土壤的速效氮含量增加8.6%～11.3%，餐廚有機(jī)肥(T4、T5)和商品有機(jī)肥處理(T3)間土壤速效氮含量無顯著差異；和無肥處理(T1)相比，餐廚有機(jī)肥處理(T4、T5)菜地土壤有效磷含量增加3.1%～12.6%，餐廚有機(jī)肥(T4、T5)和商品有機(jī)肥處理(T3)間土壤有效磷含量未出現(xiàn)顯著差異；和無肥處理(T1)相比，餐廚有機(jī)肥處理(T4、T5)菜地土壤速效鉀含量增加6.5%～8.2%，餐廚有機(jī)肥(T4、T5)和商品有機(jī)肥處理(T3)間的速效鉀含量差異不顯著；但商品有機(jī)肥處理(T3)鉀含量高于其他處理，這可能和商品鉀含量較高有關(guān)?？偟膩砜矗┯糜袡C(jī)肥料可以提高土壤速效氮、磷、鉀的含量，餐廚有機(jī)肥和商品有機(jī)肥處理在提高土壤速效養(yǎng)分效果方面基本類似。

圖2 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤速效氮含量Fig.2 Soil available N content in different kitchen organic fertilizer treatments

圖3 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤有效磷含量Fig.3 Soil available P content in different kitchen organic fertilizer treatments

圖4 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤速效鉀含量Fig.4 Soil available K content of soil in different kitchen organic fertilizer treatments

2.4 餐廚有機(jī)肥對可溶性總鹽含量的影響

餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤可溶性總鹽含量(圖5)顯示，施肥具有提高土壤可溶性總鹽含量的趨勢；施肥后化肥對照(T2)、商品有機(jī)肥(T3)、餐廚有機(jī)肥(T4)和高用量餐廚有機(jī)肥處理(T5)的土壤可溶性總鹽含量分別比無肥處理(T1)高5.5%、1.1%、5.8%和4.0%，盡管含量均有增加，但上升幅度較小，這可能和設(shè)施菜地基礎(chǔ)土壤的可溶性總鹽含量較高有關(guān)，試驗(yàn)結(jié)果和張青青等[8]研究結(jié)果一致。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，各處理間可溶性總鹽含量差異均不顯著。試驗(yàn)結(jié)果說明，施用餐廚有機(jī)肥或商品有機(jī)肥對土壤可溶性總鹽含量的影響不大。

圖5 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤可溶性總鹽含量Fig.5 Total soluble salt content of soil in different kitchen organic fertilizer treatments

2.5 餐廚有機(jī)肥對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)聚體是土壤的基本結(jié)構(gòu)單元，也是形成良好土壤理化性質(zhì)的基礎(chǔ)物質(zhì)[9]。土壤團(tuán)聚體的形成受土壤物理?xiàng)l件、化學(xué)因素和生物綜合作用等影響，一定程度上決定了土壤肥力的高低[10-11]。表3是餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤水溶性團(tuán)聚體結(jié)果。

表3 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤水溶性團(tuán)聚體含量Table 3 Content of water-soluble aggregates in the soil of different kitchen organic fertilizer treatments 單位：%

粒徑≥2 mm的土壤團(tuán)聚體含量占5.79%～8.64%，其中處理3、處理5和處理1的差異達(dá)到顯著水平；1～<2 mm的土壤團(tuán)聚體占4.63%～6.35%，各處理間的差異不顯著；500～1 000 μm的土壤團(tuán)聚體占8.09%～10.40%，各處理間的差異不顯著；250～<500 μm的土壤團(tuán)聚體占14.66%～15.57%，各處理間的差異不顯著；106～<250 μm的土壤團(tuán)聚體占15.92%～19.88%，施用有機(jī)肥料處理間的差異不顯著；<106 μm的土壤團(tuán)聚體占44.40%～49.92%，施用有機(jī)肥料處理間的差異不顯著?？偟膩砜矗吞幚?(無肥處理)相比，施用有機(jī)肥處理可提高土壤水穩(wěn)性大粒徑團(tuán)聚體的含量，但餐廚有機(jī)肥和商品有機(jī)肥之間無明顯差異；說明施用有機(jī)肥可以提高土壤水穩(wěn)性大粒徑團(tuán)聚體的含量。試驗(yàn)結(jié)果和呂元春等[12]、李傳哲等[13]的研究結(jié)果一致，新進(jìn)入的外源碳主要分配在大團(tuán)聚體中，施用有機(jī)肥料可明顯提高土壤大團(tuán)聚體的含量。

土壤粒徑>0.25 mm的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體稱為大團(tuán)聚體，土壤粒徑<0.25 mm稱為微團(tuán)聚體[14]。把粒徑>0.25 mm的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量用R0.25值表示。試驗(yàn)結(jié)果(圖6)顯示，施用餐廚有機(jī)肥可以提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量(R0.25)9.9～14.5百分點(diǎn)；其中處理5和處理1、2之間的差異達(dá)到顯著水平，但餐廚有機(jī)肥和商品有機(jī)肥處理之間無顯著差異。說明施用有機(jī)肥可以顯著提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(R0.25)的含量，但餐廚有機(jī)肥和商品有機(jī)肥對提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(R0.25)的效果基本相似。

圖6 餐廚有機(jī)肥試驗(yàn)土壤大團(tuán)聚體(R0.25)含量Fig.6 Soil macroaggregate (R0.25)content in different kitchen organic fertilizer treatments

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用餐廚有機(jī)肥料可提高蔬菜產(chǎn)量5.3%～11.6%，和商品有機(jī)肥的增產(chǎn)效果無明顯差異。餐廚有機(jī)肥可提高設(shè)施菜地土壤的有機(jī)質(zhì)和土壤速效養(yǎng)分含量，試驗(yàn)結(jié)果和楊宏博等[15]、羅珈檸[16]、朱琳等[17]的研究結(jié)果一致。一般認(rèn)為大團(tuán)聚體所占比例高是土壤肥沃的標(biāo)志之一，施用餐廚有機(jī)肥可以提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(R0.25)含量9.9～14.5百分點(diǎn)，和楊華等[18]施用有機(jī)肥可以明顯促進(jìn)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(R0.25)含量的研究結(jié)果一致；餐廚有機(jī)肥和商品有機(jī)肥在提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(R0.25)方面效果未出現(xiàn)顯著差異。餐廚有機(jī)廢棄物原料中鹽分含量較高[19]，可能導(dǎo)致施用餐廚有機(jī)肥后土壤水溶性總鹽含量上升，試驗(yàn)結(jié)果顯示，餐廚有機(jī)肥處理的菜地土壤可溶性總鹽含量增加4.0%～5.8%，其上升幅度和商品有機(jī)肥料處理未出現(xiàn)顯著差異，但長期施用餐廚有機(jī)肥對土壤可溶性總鹽的影響還需進(jìn)一步開展試驗(yàn)研究。