以城市生活污泥好氧堆肥为主的香樟专用基质配伍研究

2016-01-14王守红,寇祥明,徐荣等

山西农业大学学报（自然科学版） 2015年6期

以城市生活污泥好氧堆肥为主的香樟专用基质配伍研究王守红

1，寇祥明1，徐荣1，朱凌宇1，王小治2，张家宏1*，韩光明1，毕建花1，王桂良1

(1.江苏里下河地区农业科学研究所，江苏扬州 225007； 2.扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州 225127)

摘要：为实现城市生活污泥的资源化利用，本文通过盆栽试验，测定不同基质处理香樟的多项生长指标，对以城市生活污泥好氧堆肥为主的香樟专用基质配伍开展研究。结果表明，相较于菌菇渣，城市生活污泥堆肥更适合作为香樟的有机肥源；维生素B12、微量元素B、Zn配合施用，比萘乙酸更能促进香樟的恢复生长；杀菌剂对于香樟专用基质功效存在负作用；在11个不同配伍处理中，E处理(城市生活污泥堆肥+复合肥+维生素B12+微量元素B、Zn+聚天冬氨酸)基质配伍最好，其综合评价最高，在香樟8个单项生长指标中，5个指标排在前两位。研究结果将为香樟专用基质的开发提供理论和实践依据。

关键词：城市生活污泥好氧堆肥；香樟；专用基质；配伍

收稿日期：2015-06-05修回日期：2015-09-18

作者简介：王守红(1971-)，男(汉)，江苏兴化人，硕士，副研究员，研究方向：生态农业工程技术

通讯作者：*张家宏，硕士，研究员。Tel:0514-87302257；E-mail：yzzhangjh@126.com

基金项目：江苏省科技支撑计划(社会发展)项目(BE2014680)；江苏省里下河地区农业科学研究所

中图分类号：X712文献标识码：A

Study of Specialized Matrix Formula for Camphor Based on Aerobic Composting of Municipal Sewage Sludge

Wang Shouhong1, Kou Xiangming1, Xu Rong1, Zhu Lingyu1, Wang Xiaozhi2, Zhang Jiahong1﹡, Han Guangming1, Bi Jianhua1, Wang Guiliang1

(1.JiangsuInstituteofAgriculturalSciencesintheLixiaheDistrict,Yangzhou225007,China; 2.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Jiangsu225127,China)

Abstract:To realize resource utilization of municipal sewage sludge, with the aerobic composting of municipal sewage sludge as the main raw material, the formula ratio of camphor seedling has been optimized by the different kinds of growth indicator of camphor seedling in pot. The results show that:comparing with mushroom residue, municipal sludge compost was suitable as organic part of formula for camphor seedling; the combination of vitamin B12, microelement B and Zn, was of better effect on camphor growing, made a good substitute for 1-naphthlcetic acid; antiseptic played a negative role in the special matrix for camphor growing; the E treatment(aerobic composting of municipal sewage sludge + compound fertilizer + vitamin B12+trace elements(B, Zn)+polyaspartic acid) was the most suitable formula of camphor seedling which had five kinds of growth indicator of camphor seedling ranking top two between the eleven ratio; the comprehensive evaluation index system also supported the conclusion.

Key words:Aerobic composting of municipal sewage sludge; Camphor; Special matrix; Formula ratio

我国城市污水处理厂每年污泥产生量大约为3 000万吨(以含水率80%计)，污泥处理处置的任务艰巨繁重[1]。如何有效地对污泥进行综合利用，避免二次污染，是亟待解决的问题。由于环境与经济压力，许多国家已禁止海洋倾倒、卫生填埋、焚烧处理等方法，而加大了污泥肥料化利用的研究[2]。然而目前关于污泥农用意见分歧较大，争议的焦点是部分生活污泥可能含有较多的重金属、有机污染物以及部分病原微生物等。人们担心随着污泥的使用，使得污染物进入食物链，威胁人类食品安全。众所周知，生态建设是城市现代化建设的重要组成部分，而行道树在城市生态建设中起着骨架作用，其移植后成活率、长势及养护耗费决定着城市生态建设的成本。由于起挖、运输、移栽过程中，行道树通常都会被“去冠断根”，树体损伤严重，导致其对自然环境的适应性变差，影响其成活率及长势。近年来，在促进大树移植后快速生根成活的专用药剂、营养液研制方面，取得了一定成果[3～5]。基质作为主要养分来源，对行道树成活、长势起着决定性作用，在国内已有许多行道树专用基质的相关研究，但香樟专用基质研发较匮乏。

本文通过将城市生活污泥堆肥资源化利用与城市行道树专用基质开发相结合，以生活污泥堆肥为主要成分，同时添加具有促进生根、生长功能的物质，针对移植较多的香樟树种，研制专用高效复合基质，既实现生活污泥资源化利用，又具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。

1材料与方法

1.1试验地点、时间

试验于2013-2014年在江苏里下河地区农业科学研究所九龙湖循环农业示范基地开展，位于扬州市邗江区北郊，属北亚热带温暖亚带与温和亚带的过渡性地带，四季分明，气候温和，年平均气温15 ℃，雨量充沛，年平均降水量1 063.2 mm，无霜期223 d，光照充足，年平均总辐射量4 855 MJ·m-2·a-1。

1.2供试材料

供试苗木：两年生香樟。基质成份：城市生活污泥堆肥产品(扬州大学环境科学与工程学院提供，基本性质见表1，以重金属和多环芳烃含量见表2)，复合肥(15-15-10)(扬州市壮禾生态肥业有限公司生产)、聚天冬氨酸(分子量为8 000左右，南京工业大学生产，主要作为肥料促吸收剂)、维生素B12(山西太原药业有限公司生产)、微量元素(B、Zn)(四川国光农化有限公司生产)、敌磺钠杀菌剂(四川国光农化有限公司生产)、萘乙酸生根粉(四川国光农化有限公司生产)、菌菇渣(江苏上品现代生态农业发展有限公司提供，基本性质见表1)。

表1　有机肥源基本性质

表2　污泥好氧堆肥中重金属及多环芳烃总含量

供试花盆：购于扬州市中环高科技塑业有限公司，盆口直径30 cm，高35 cm。

1.3试验方法

香樟预处理：修除叶片与须根，将地上部(25 cm)、地下部(10 cm)修至等长。

试验设计：取土过筛(0.5 cm*0.5 cm)，装盆，每盆装土20 kg；依次施入各配方组分(表3)，以空白土壤为对照，共计11个处理(表3)，每处理设10个重复；取已修剪香樟移栽，每盆1株，覆土浇水。

试验情况介绍：于2013年9月27日开始，定期记录香樟生长指标，主要包括叶片数、叶面积、叶绿素含量、冠径、分枝数、株高、地径及高径比。于2014年3月28日各处理重复均追施10 g复合肥，日常管理主要包括除草、浇水及防治虫害等。

数据处理：不同基质对苗木生长指标影响的差异性采用SPSS 20进行方差分析，对处理组间的香樟生长指标进行方差齐性levene检验，方差齐时(P>0.05)，用Duncan法；方差不齐时(P<0.05)，采用非参数检验中的Kruskal-Wallis H(K)法(见表4、表5)。

采用Fuzzy函数综合评价苗木生长状况。该法是在假定苗高、地径、地上部分鲜质量、鲜根质量、全株生物量等对壮苗有同等作用的基础上，用下列公式来衡量基质的适宜性：

(1)

(2)

式中：wi，j为第i处理第j观测指标的得分；Xj，i为第i处理第j观测指标的平均值；Xjmin为第j观测指标各处理平均值中的最小值；Xjmax为第j观测指标各处理平均值中的最大值；n为观测指标数；Wi为第i处理的综合评分[6, 7]。

表3　试验设计

2结果与分析

2.1不同基质对香樟苗各生长指标的影响

营养基质作为苗木的养分来源，其成分直接影响苗木的生长状态。苗高、地径、叶片数等生长指标显示植株长势强弱，在一定程度上可反映植株的健壮程度。

A和J基质配方中只含有有机、无机肥的配施，无其他组分，差异在于前者有机肥源为污泥堆肥，后者是菌菇渣；B～I基质配方均是用污泥堆肥作为有机肥源，复合肥作为无机肥源的基础上，添加各功能成分。

通过方差齐性检验发现，除冠径、高径比及叶面积方差齐性外(见图1)，其余指标方差均非齐性(见图2)。

2.1.1叶片相关指标分析

叶片相关指标主要包括叶片数、叶面积及叶绿素含量。

描述性统计显示，11个处理组的香樟，叶片数平均值为148.52片，变幅为35～292片；叶面积均值为33.48 cm2，变幅为20.67～43.00 cm2；叶绿素含量均值为31.71SPAD，变幅为24.47～37.73SPAD。

方差分析显示，各处理中叶面积排序为B>E>H>G>F>J>D>C>A>I>CK，各处理组与对照组间叶面积差异显著，但各处理间并不显著；非参数检验显示，各处理叶片数秩均值排序为E>J>B>A>C>F>D>I>G>H>CK；各处理叶绿素含量秩均值排序为E>D>H>B>F>C>A>I>J>G>CK。

图1　不同基质处理后苗木生长指标的均值及标准差 (方差齐性)(Duncan，α=0.05) Fig.1　The mean and standard deviation of different growth indicators for camphor seedling which cultivated in different formula(homoscedasticity)(Duncan，α=0.05)

图2　不同基质处理后苗木生长指标的均值及标准差(方差非齐性) Fig.2　The mean and standard deviation of different growth indicators for camphor seedling which cultivated in different formula(heteroscedasticity)

分析Test苗木高度/cmHeight地径/cmGrounddiameter分枝数Branchnumber叶片数Leafnumber叶绿素含量/mg·g-1Chlorophyllcontent均值+标准差51.69±7.791.254±0.2134.05±0.78148.52±54.9231.71±2.78卡方34.9149.83542.91438.30316.799df1111111111渐进显著性0.0000.5450.0000.0000.114

采用菌菇渣作为有机肥源，与复合肥配施，香樟叶绿素含量低于污泥堆肥与复合肥配施组，而叶面积、叶片数则相反；生根粉与聚天冬氨酸或与杀菌剂配施降低香樟叶片数、叶面积，提高叶绿素含量(在生根粉中配合施用杀菌剂后，香樟叶绿素含量更高)；添加杀菌剂与不添加杀菌剂组对比(即G

表5不同基质处理后苗木生长指标(方差非齐性)非参数检验秩均值表

Table 5The average order of growth indicators for camphor seedling which cultivated in different formula(non-parametric methods)(heteroscedasticity)

处理类型Type苗木高度/cmHeight地径/cmGrounddiameter分枝数Branchnumber叶片数Leafnumber叶绿素含量/mg·g-1ChlorophyllconcentrationA42.6345.8876.1955.4445.63B71.1350.6960.1359.0051.44C67.5637.6956.1355.0646.13D41.8855.6345.0654.6353.00E60.0650.3178.1375.8171.25F43.3839.5647.6354.7547.38G48.6956.5650.1348.1942.00H40.1351.2535.2533.8852.81I52.6340.5642.8149.1943.06J29.6942.2529.9464.4464.31CK12.5641.507.0622.3142.88

与A，H与B，I与F)结果表明，添加杀菌剂对于叶片发育促进作用低，甚至有负作用；此外，在维生素B12及微量元素B、Zn基础上，添加聚天冬氨酸的处理，其香樟叶片数、叶绿素含量在所有处理中最高(叶面积列第2位)。综合叶片各指标分析，E基质配方处理的香樟长势最好。

2.1.2香樟树干相关指标分析

苗干相关指标主要包括苗高、地径、分枝数、冠径及高径比。

描述性统计(表4)显示，试验中采用11种基质培育的香樟，各基质处理组香樟，苗高均值为51.69 cm，变幅为21.00～65.00 cm；地径均值为1.274 cm，变幅为0.720～1.750 cm；分枝数均值为4.05个，变幅为5～35个；冠径均值为20.78 cm，变幅为10.50～29.50 cm；高径比均值为44.24，变幅为18.56～69.84。

方差分析显示，各处理中冠径排序：E>B>C>D>A>F>I>G>J>H>CK，除H处理组外，各处理组与对照组冠径差异显著，各处理组间冠径差异显著，其中E组与I、G、J及H组冠经差异显著；各处理中高径比排序：C>I>B>E>F>D>A>G>J>CK>H，除G、H、J组外，其余处理组均与对照组高径比差异显著，其中C组与I、G、J及H组高径比差异显著。非参数检验显示，各处理中苗高秩均值排序：B> C>E>I>G>F>A>D>H>J>CK；各处理中地径秩均值排序：G>D>H>B>E>A>J>CK>I>F>C；各处理中分枝数秩均值排序：E>A>B>C>G>F>D>I>H>J>CK。

菌菇渣代替污泥堆肥与复合肥配施，对苗干6个指标均起负作用；与只添加生根粉组比，生根粉与聚天冬氨酸或与杀菌剂配合施用组的香樟树干指标中，苗木高度、分枝数及冠径均较低，地径较高(各处理组香樟地径排序为生根粉、杀菌剂组最高，生根粉组次之，生根粉、聚天冬氨酸组最低)；添加杀菌剂与不添加杀菌剂组对比(即G与A，H与B，I与F)结果表明，添加杀菌剂对于树干发育促进作用低，甚至有负作用；在维生素B12及微量元素B、Zn基础上，添加聚天冬氨酸，苗木高度、分枝数、冠径及高径比较高(11个处理组中，该处理组香樟的分枝数和冠径列第1位，苗木高度列第3位)，只有地径较差。综合树干各指标分析，E基质配方处理的香樟长势最好。

2.2不同基质应用效果综合评价

各基质处理组香樟的生长指标差异显著，但各生长指标的排序却不一致，有必要对香樟生长指标进行综合评价。采用苗木综合评价法来评价苗木的生长状况，根据公式(1)计算各观测指标的得分，根据公式(2)计算各处理所有指标的综合评分。结果显示(见图3)，综合评价排名：E>B>C>A>D>F>G>I>H>J>CK。E基质配方处理更适合香樟的生长，即污泥堆肥+复合肥+维生素B12+微量元素B、Zn+聚天冬氨酸。

图3　不同基质处理后苗木生长指标综合评价 Fig.3　The comprehensive evaluation of growth indicators for camphor seedling which cultivated in different formula

3讨论

采用菌菇渣代替污泥堆肥与复合肥复配成基质，香樟各指标均较差(除叶面积)。分析认为菌菇渣的有机质含量较高，达到79.79%(污泥堆肥为46.64%)；C/N也较高，约为79 (污泥堆肥的C/N约为23.4)，而一般认为腐熟堆肥的C/N<20[8, 9]。相比较而言，菌菇渣腐熟程度较低。未完全腐熟的菌菇渣施入土壤后，会继续腐解；腐解过程中，由于C/N过高，微生物夺取土壤中的氮素，使苗木陷入“氮饥饿”状态，从而影响苗木生长[10]。因此，污泥堆肥，更适于作为有机养分来源，参与基质复配；而该菌菇渣需进一步腐熟，降低其C/N比，才能作为理想的有机质源。

维生素B12与微量元素B、Zn替代生根粉，与聚天冬氨酸、污泥堆肥及复合肥复配基质，香樟所有生长指标中，6个指标表现较好，分别是叶片数、叶面积、叶绿素、冠径、分枝数及地径；最优基质配方E组中，也是采用两者替代生根粉；且通过综合评价法评价结果，也印证上述结论。维生素B12能够在一定程度上促进植物生根，同时也具有杀菌作用[11, 12]；微量元素B具有促进碳水化合物代谢循环，促进细胞分裂伸长[13]；微量元素Zn是生长素合成的必须物质[14, 15]；萘乙酸主要能促进细胞分裂与扩大，诱导形成不定根[16]。因此，利用维生素B12、微量元素B、Zn配合，能够在一定程度上取代萘乙酸，促进香樟生长。

杀菌剂对于香樟长势的影响，主要显示出负作用。杀菌剂的施用对于土壤中微生物生长、活性，对土壤酶活性均有一定抑制作用[17～19]。腐熟后的堆肥中，富含有益微生物，主要包括嗜温性真菌、细菌和放线菌[20]，而杀菌剂的添加可能影响有益微生物的繁殖，因此造成杀菌剂“负作用”的现象。

生活污泥富含多种营养元素及活性成分，将其应用于行道树基质开发，不仅具有经济效益，更具有显著的生态社会效益。然而污泥中存在的重金属等污染物，限制其资源化利用。对此，本文一方面通过高温好氧堆肥，可以降解有机污染物，杀灭病原菌，改变重金属形态，使其稳定化，降低生物有效性[21]；另一方面，通过将污泥堆肥与城市行道树专用基质开发相结合，脱离食物链，为城市园林绿地提供了客观的肥源，且如有部分重金属超标还可通过大树生长吸收而固定于植物体内[22, 23]。

4结论

污泥堆肥是香樟专用基质有机组分的理想来源；维生素B12、微量元素B、Zn配合施用，比萘乙酸更能促进香樟的恢复生长。杀菌剂对于香樟专用基质功效存在负作用。综合单个指标分析及fuzzy函数评价的结果，E基质配方处理更适合香樟的生长，即污泥堆肥+复合肥+维生素B12+微量元素B、Zn+聚天冬氨酸。

参考文献

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