城市堆肥污泥对2种草本植物生长的影响

陈　蓉　刘　宇　郭建斌　胡　辰

（北京林业大学水土保持学院，北京　100083）

城市堆肥污泥对2种草本植物生长的影响

陈蓉刘宇郭建斌胡辰

（北京林业大学水土保持学院，北京100083）

为探讨不同配比的城市堆肥污泥基质对高羊茅和紫花苜蓿2种草本植物生长的促进作用，用盆栽对比试验，将其与砂质土壤按不同比例混合，作为高羊茅和紫花苜蓿的生长基质，比较不同配比城市堆肥污泥对高羊茅和紫花苜蓿生长的影响。结果表明：堆肥污泥的添加改善了土壤的理化性质，显著提高了高羊茅和紫花苜蓿的出苗率、株高、生物量以及氮肥、钾肥的表观利用率。20%比例的污泥对高羊茅生长的促进效果最佳，30%比例的污泥对紫花苜蓿促进效果最佳。将污泥堆肥化后以一定比例添加入矿区土壤可促进当地植被的恢复，建议堆肥污泥的添加比例以20%～30%为宜。

堆肥污泥；砂质土壤；高羊茅；紫花苜蓿；土壤改良

近年来，我国经济发展迅速，人民生活水平不断提高，随着城区建设规模的不断扩大，城市污水处理厂产生的污泥也随之增加。城市污泥含有丰富的有机质及N、P、K等元素，同时也含有病原菌等有害物质［1］，大部分地区处理污泥的主要手段为直接填埋，既导致了大量土地被占用、填埋区周边环境恶化，也造成了资源的浪费。污泥中丰富的有机质和营养元素既可以满足植物生长的需要［2］，也可以有效改善土壤的理化性状，充当土壤的改良剂［3］，因此，以城市污泥为原料，通过堆肥化处理杀灭其中的病原菌和寄生虫后添加到土壤中［4］，应用到作物种植上，不仅可以减轻污泥中有害物质带来的污染，还可提高作物产量，是污泥无害化和资源化处理的重要途径，污泥应用于土壤添加剂的相关研究早已广泛开展［5-6］。

中国矿山废弃地的面积达2.0×106hm2以上，并以每年3.3×104hm2左右的速度增加，因此，急需对矿山废弃地进行土壤改良和生态修复，污泥具有改良土壤物理性质和为植物生长提供营养元素的功能，在矿山的土壤改良和植被恢复中有巨大的应用潜力，但目前国内对堆肥污泥在矿山修复中的应用很少报道，国外也处于研究探索阶段［7］。相比堆肥污泥在平原地区的园林绿化应用，堆肥污泥用于矿山修复更符合生态环境建设的要求，也更具有研究价值。

本试验以城市污泥为对象，将污泥堆肥化后添加进砂质土壤中，形成不同配比的绿化基质，通过盆栽试验观察不同污泥添加比例对高羊茅（Festuca arundinacea）和紫花苜蓿（Medicago sativa）2种草本植物生长的促进作用，研究城市污泥对砂质土壤理化性质的改良，可为我国城市生活污泥处理和砂质土壤改良提供理论依据和技术支持。

1　材料与方法

1.1供试材料

试验用土为砂质土壤，取自北京市房山区周口店镇原矿山废弃地，经风干后过5 mm筛用于盆栽试验，土壤各项理化性质见表1。试验所用植物为高羊茅和紫花苜蓿。试验污泥取自北京市庞各庄污泥处理厂，其相关重金属含量均满足GB/T 23486—2009和CJ/T 291—2008的要求。试验所用花盆规格为口部直径29 cm、底部直径26 cm、高30 cm。

表1　供试土壤基本理化性质Tab1e 1　Physica1 and chemica1 ProPerties of soi1

1.2试验设计

试验于2014年6—9月在北京林业大学花卉苗圃实验室进行。试验设置3个污泥基质处理水平，即M1，M2，M3，设置1个空白对照组，配比按质量计，各处理中污泥堆肥的施加比例分别为CK：0%；M1：10%；M2：20%；M3：30%，每个处理设置5个重复，随机排列布设试验。

播种前，对高羊茅和紫花苜蓿种子首先筛选，每个花盆装5 kg基质，于6月10日采用点穴种植法［8］播种，每个处理分别均匀点播40粒种子于花盆浅土层中，在出苗之前每日浇水，出苗后每3 d浇水1次。

1.3测定方法

1.3.1出苗率、株高、生物量测定

出苗率测定：待高羊茅和紫花苜蓿出苗后，测定每个处理的出苗数，计算出苗率。

株高测定：植株生长17 d后，每10 d测定1次株高，共测定9次。

生物量测定：植株生长50 d后，每处理随机选取10株，截取其地上部分，用水洗法取地下部分，注意保持其根部完整，用精度0.01 g的电子天平测定生物量［9］。

1.3.2植物体内营养元素测定

对高羊茅和紫花苜蓿的地上部分烘干粉碎，并作化学分析，测定其N、P、K元素含量。植物营养元素表观利用率计算方法为：植物体内某种营养元素含量（g/kg）与空白对照中的该种元素含量（g/kg）之差比施肥量。

1.4数据处理

应用R 3.2.2、SigmaP1ot 12.5和Exce1 2013对实测数据进行分析处理。

2　结果与分析

2.1污泥基质不同配比对2种植物出苗率的影响

不同处理高羊茅和紫花苜蓿出苗率统计结果见表2。

由表2可知，添加不同比例堆肥污泥的处理组均比空白对照组的出苗率高，随着污泥添加比例的增加，2种植物出苗率均呈现先增加后减少的趋势，M2处理高羊茅和紫花苜蓿出苗率均最高。方差分析显示，各处理组间紫花苜蓿（P＜0.01）出苗率均存在极显著差异。TukeyHSD多重比较结果表明，高羊茅CK组出苗率与其他处理组存在显著差异，处理组间出苗率差异不显著；紫花苜蓿CK组和M1组出苗率差异不显著，其余各处理组间差异均显著。说明添加10%～30%的堆肥污泥对高羊茅的出苗率有明显的促进作用，添加20%～30%的堆肥污泥对紫花苜蓿出苗率有明显促进作用，且添加比例为20%时对紫花苜蓿的出苗率促进效果最好。

2.2污泥基质不同配比对2种植物高生长的影响

不同配比的污泥基质中播种高羊茅和紫花苜蓿，其株高生长规律见图1。

图1　不同处理高羊茅和紫花苜蓿株高生长曲线Fig.1　Effect of different treatments on P1ant height of Festuca arundinacea and Medicago sativa

随着播种时间的增长，高羊茅和紫花苜蓿各处理平均株高均呈现逐渐增加的趋势。M2和M3组在生长期的株高增速较为均匀，且均大于CK组；M1组在出苗到生长至30 d期间增速较慢，后期生长速度增加；而CK组在整个生长期株高增速均较缓慢。施用堆肥污泥的紫花苜蓿各处理组株高增长量均大于CK组。紫花苜蓿各组均在出苗到生长至60 d期间生长速度较快，随后长势趋于平缓。这是由于紫花苜蓿植株生长量较大，因此，随着苗木根系生长空间和营养元素消耗的限制，后期的生长速度相对降低；高羊茅的植株生物量小，整个生长期内生长空间和营养元素对其限制较小，因此，生长速度增长较为平稳。施用了堆肥污泥的高羊茅和紫花苜蓿各处理组株高增长量均大于CK组，高羊茅M2组的株高增长量最大，比CK组高78.22%；紫花苜蓿M3组株高增长量最大，比CK组高34.30%。

2.3污泥基质不同配比对2种植物生物量的影响

植株生长50 d后，收集2种植物地上和地下部分并对其生物量测定，得到每10株高羊茅和紫花苜蓿地上部分、地下部分的鲜质量和干质量，结果见图2。

图2　不同处理高羊茅和紫花苜蓿生物量测定结果Fig.2　Effect of different treatments on biomass of Festuca arundinacea and Medicago sativa

图2表明，各处理组的生物量均高于CK组，高羊茅地上和地下部分生物量均随着堆肥污泥比例的增加呈现先增加后减少的趋势，M2组的生物量最大；紫花苜蓿地上部分生物量随污泥比例增加而增加，最大值出现在M3组，地下部分生物量则随着污泥比例的增加呈现先减少后增加的趋势，排序为：M3＞M1＞M2＞CK。可见，堆肥污泥对于高羊茅和紫花苜蓿生物量增加均具有一定的促进作用，但不同配比对二者生物量的促进效果不尽相同，高羊茅20%比例的堆肥污泥对植株生物量的促进作用最大，紫花苜蓿30%比例的堆肥污泥对生物量的促进效果最佳。

植物根系为植物生长提供了必需的水分和无机盐，同时改善了土壤结构，增加土壤的通透性和孔隙度［10］。对比不同处理地下部分生物量可知，添加堆肥污泥的高羊茅和紫花苜蓿地下部分生物量均较CK组有明显增加，说明堆肥污泥通过改良土壤结构、增加土壤孔隙度而促进了植物根系的生长，而植物根系量的增加又增强了植物养分的吸收能力，从而导致植物地上部分的生物量也相应增加。

2.4污泥基质不同配比对2种植物营养元素含量的影响

植物营养元素表观利用率能够较好地反映不同处理水平植物对营养物质吸收利用的效果［11］。各处理植物营养元素表观利用率测定结果见表3。

表3　不同处理植物营养元素表观利用率Tab1e 3　APParent nutrient uti1ization of different treatments

由表3可知，堆肥污泥的添加提高了高羊茅氮肥和钾肥的表观利用率，其中M2组的氮肥和钾肥表观利用率均为最高，分别为69.42%和86.68%，提升效果十分明显，但添加污泥后的高羊茅对磷肥的吸收能力较空白对照组下降，且添加比例越大，表观利用率越低。堆肥污泥施入土壤同样提高了紫花苜蓿对氮肥和钾肥的吸收能力，M3组的紫花苜蓿氮肥和钾肥的表观利用率均最高，达到了38.77%和87.89%。

3　结论与讨论

3.1讨论

除M1组紫花苜蓿外，不同处理植物出苗率对比空白对照组均有显著差异，说明堆肥污泥的添加能明显的提高植物的出苗率。而过高的污泥添加比例（≥30%）会使2种植物的出苗率降低，这与王博宇等［12］的研究结果相似，这是由于当污泥施入量过大时，污泥中含有的重金属等有害物质浓度过大，抑制了种子的萌发和生长。

试验表明，堆肥污泥的添加对高羊茅和紫花苜蓿的生长过程均有明显的促进作用，施用不同比例的污泥后，2种植物的株高对比CK组均有显著的增加。这是由于污泥为植物生长提供了丰富的营养元素和有机质，同时有效地改善了土壤的物理性质，提高了孔隙度，增强了砂质土壤的持水能力［13］。当污泥添加比例为20%时，对高羊茅的株高提升效果最佳，当比例达到30%时，对紫花苜蓿的株高提升效果最佳。

在添加堆肥污泥后，高羊茅和紫花苜蓿的地上和地下部分生物量均有显著增加，说明堆肥污泥对植物生物量的增加有较大促进作用。堆肥污泥改善了土壤结构，提升了土壤的通透性，促进了植物根系的生长发育，而发育良好的根系使得植物对于土壤中水肥的吸收能力增强，从而增加了植物地上部分的生物量。提升高羊茅和紫花苜蓿生物量的最佳污泥添加比例分别为20%和30%。

不同比例的污泥添加入土壤，对高羊茅和紫花苜蓿氮元素和钾元素的利用率均有所提升，产生了与其他土壤改良剂和肥料类似的效果［14］。这是因为污泥增加了土壤的通透性，增强了土壤与植物进行离子交换的能力，从而使植物对于营养元素的利用效率得到了提升。其中20%的污泥添加比例对高羊茅营养元素表观利用率的提升效果最好，30%的添加比例对紫花苜蓿的提升效果最好。值得注意的是，添加污泥后植物对于磷元素的表观利用率提升不明显，甚至出现了一定程度的下降，出现此现象的原因有待后续研究的进一步分析。

3.2结论

1）盆栽试验表明，加入堆肥污泥的实验组植物的出苗率、株高、生物量以及氮、钾利用率均较对照组有显著提升，说明城市堆肥污泥可以有效促进高羊茅和紫花苜蓿的生长。

2）城市堆肥污泥对不同植物的生长促进效果不同，在本实验设置的污泥添加比例范围内，对于高羊茅，当污泥添加比例为20%时对其生长的促进效果最好，对于紫花苜蓿则为30%。

3）城市堆肥污泥有效改善了砂质土壤的理化性质，促进了高羊茅和紫花苜蓿的生长。因此，在矿山修复等工程中，可以考虑加入一定量的城市堆肥污泥对当地的砂质土壤进行改良，结合本实验的研究结果，建议添加污泥的比例为20%～30%。

4）本试验主要采用盆栽试验，因此植物的生长环境与矿区的实际生长环境存在一定差异，需要后续试验对此进行一定的完善，但对矿区砂质土壤的改良和植被恢复研究具有一定的理论指导意义和参考价值。

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（责任编辑赵粉侠）

The Research of Effects of Sewage S1udge on Two Herbaceous P1ants Growth

Chen Rong，Liu Yu，Guo Jianbin，Hu Chen
（Co11ege of Soi1 and Water Conservation，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China）

In order to exP1ore the effect of different ProPortions of s1udge treatment on the growth of Festuca arundinacea and Medicago sativa，Pot incubation test with the different ProPortions of the sewage s1udge and sandy soi1 was used to comPare the growth of the two herbs.The resu1ts showed that the aPP1ication of sewage s1udge ame1-iorates the soi1 Physica1 and chemica1 ProPerties and imProves the seed1ing emergence rates，height growth，biomass and the aPPearance uti1ization rate of nitrogen and Potassium.20 Percent of the sewage s1udge comPost has the best Promoting effect of the growth of Festuca arundinacea，30 Percent of the sewage s1udge comPost is best for the growth of Medicago sativa.This study i11ustrates the feasibi1ity of adding sewage s1udge comPost with a certain Pro-Portion to ame1iorate the mine soi1，and the ProPortion of the sewage s1udge comPost shou1d be 20%-30%for restoring vegetation effective1y.

sewage s1udge comPost，sandy soi1，Festuca arundinacea，Medicago sativa，soi1 amendments

S723.7

A

2095-1914（2016）04-0070-05

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.012

2016-01-20

北京林业大学北林先进生态环保技术研究院—深圳铁汉公司校企联合研发项目（THRD003）资助；国家级大学生创新训练项目（G201410022006）资助。
第1作者：陈蓉（1993—），女，本科生。研究方向：生态环境工程。Emai1：755633698@qq.com。

郭建斌（1962—），男，博士，教授。研究方向：生态环境工程。Emai1：jianbinguo@bjfu.edu.cn。