城市污泥堆肥对百日草生长发育的影响

欧阳英，王建湘，皮 俊

(湖南生物机电职业技术学院，湖南 长沙,410127)

随着我国城市化进程的快速推进，我国城市污水处理产生的污泥数量大幅度增加[1,2]。污泥富含大量的有机质与矿质养分[3]，同时，通过堆肥处理，可降低污泥中的污染物含量和生物有效性[1]，适合做为农用资源利用。目前，污泥农用已成为城市污泥的主要处置方式之一[4]。与传统的污泥农用相比较，观赏植物栽培利用是目前城市污泥农用的新方向，具有成本低，不进入食物链等优点[5]，应用前景广阔。

基于此，笔者选取观赏植物百日草(Zinniaelegans)为试验对象，以添加不同比例的城市污泥堆肥为栽培基质，以园土为对照，通过盆栽试验，对观赏植物百日草的生长发育情况进行研究，以期为使用污泥堆肥进行观赏植物栽培这一污泥农用新方向提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

栽培基质成分：园土、污泥堆肥、珍珠岩、河沙。基质成分的基本理化性质见表1。

供试植物：百日草(Zinniaelegans)，2019年3月15日于温室内进行穴盘播种育苗，苗期进行常规化管理。4月10日从中选取花苗长势基本一致的壮苗进行盆栽试验。

表1 基质成分的基本理化性质

1.2 试验方法

试验于2019年3月～9月在湖南省长沙市隆平高科技园试验基地进行。设6个处理：

CK 100%园土；

处理ⅠV(污泥堆肥)∶V(珍珠岩) ∶V(河沙)=2.0∶2.0∶1.0；

处理ⅡV(污泥堆肥)∶V(珍珠岩) ∶V(河沙)=2.5∶1.5∶1.0；

处理ⅢV(污泥堆肥)∶V(珍珠岩) ∶V(河沙)=3.0∶1.0∶1.0；

处理ⅣV(污泥堆肥)∶V(珍珠岩) ∶V(河沙)=3.5∶0.5∶1.0；

处理ⅤV(污泥堆肥)∶V(珍珠岩) ∶V(河沙)=4.0∶0.0∶1.0。

试验设计为单因素完全随机区组试验，每一处理重复4次。

1.3 测定指标与方法

1.3.1基质性质测定基质容质量与总孔隙度测定：环刀法。持水量测定：烘干法。pH测定：电位法。有机质测定：重铬酸钾容量法。重金属测定：原子吸收分光光度法。全氮测定：半微量凯氏法。全磷测定：NaOH熔融—钼锑抗比色法。全钾测定：NaOH熔融—火焰光度法。碱解氮测定：碱解扩散法。速效磷：用0.5 mol·L―1的 NaHCO3(pH 8.5)提取液，加入无磷活性炭，过滤，混匀滤液、蒸馏水、钼锑抗试剂，显色后用分光光度计测定。速效钾：用1 mol·L―1的中性NH4OAc溶液提取，火焰光度计测定。

1.3.2植株中营养元素质量分数的测定植株中氮质量分数测定：凯氏定氮法；植株中磷质量分数测定：钼锑抗比色法。植株中钾质量分数测定：火焰分光光度计法。

1.3.3植株部分生理指标测定每处理选取长势一致的植株10株，分别于移栽时(移栽株高H1)和收获时(收获株高H2)用直尺测量其株高，于收获时用游标卡尺测量最大叶长、叶宽，于收获时用电子天平称量植株鲜质量。同时，记录花期以及植株收获前的开花总数。

1.3.4植株生长量计算计算公式：增高量=H2-H1

1.4 数据处理与统计分析

使用Microsoft Excel 2019进行数据处理，通过SPSS 24.0对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 供试基质的物理性质分析

较理想的标准基质应满足以下条件：容质量约0.5 g·cm―3；总孔隙度在54%～96%之间；气水比范围为0.25～0.33[6]。为使试验设计的栽培基质符合这些要求，比较了供试基质的物理性质。

试验结果表明，试验设计的5种混合基质(处理Ⅰ～处理Ⅴ)的容质量均低于园土(CK)；污泥堆肥容质量较小，通气孔隙一般，持水量大；珍珠岩容质量小，通气孔隙大，通气透水性较好，堆肥中加入珍珠岩，增加了基质的通气性与透水性；河沙的容质量大，加入后可改善基质的容质量。除对照CK之外，5种混合基质(处理Ⅰ～处理Ⅴ)的容质量、总孔隙度以及气水比都与理想基质接近，较符合栽培基质的要求(表2)。

表2 供试基质的物理性质

2.2 污泥堆肥对百日草生长发育的影响

百日草喜肥沃湿润的土壤，在贫瘠干旱的土壤上生长发育较差。本次试验分别从百日草增高量、最大叶长、最大叶宽、花朵数量、花期、鲜质量等几个方面分析了不同污泥堆肥处理对百日草生长发育的影响。试验结果表明，不同供试基质中生长的百日草植株生理指标数据差别较大，污泥堆肥可促进百日草的生长发育，5种供试基质均适于栽种百日草，效果均优于园土(表3)。这可能与污泥堆肥富含大量的有机质与矿质养分，而百日草喜肥的特性有关。

通过对不同配比基质中百日草的生理指标数据进行方差分析与多重比较，不同配比基质间植株的生长发育存在显著差异，处理Ⅱ中的百日草生长发育最好，处理Ⅲ次之(表3)。分析其原因，可能与污泥堆肥中的重金属过量危害及百日草喜湿润土壤的习性有关。随着供试基质中污泥用量的增加，有机质与矿质养分更充足，促进了喜肥的百日草的生长发育，但随着污泥用量的继续增加，其中的重金属等有害物质含量超出了百日草的适应范围，危害其生长发育。同时，处理Ⅱ的持水量优于处理Ⅲ，土壤更湿润，更有利于百日草的生长发育。

表3 不同污泥堆肥处理对百日草生长发育的影响

2.3 污泥堆肥对百日草氮、磷、钾质量分数的影响

试验对CK和处理Ⅱ的百日草全株中的氮、磷、钾质量分数进行了测定，以分析污泥堆肥对百日草氮、磷、钾质量分数的影响。试验结果表明，污泥堆肥可为百日草生长发育提供所需的氮、磷及部分钾元素(表4)。处理Ⅱ的氮、磷质量分数均高于对照CK，但钾质量分数较对照CK低，这可能与供试基质中的氮、磷、钾质量分数相关，已有研究表明，污泥堆肥中的各元素含量均高于土壤，氮、磷尤其明显，而钾含量变化并不明显[6]。

表4 污泥堆肥对百日草氮、磷、钾质量分数的影响

2.4 百日草栽植前后栽培基质中重金属的残留

我国污泥中Cu，Zn的含量高，是限制污泥土地利用的主要因素之一，同时，不同植物对重金属的吸收富集能力不同[9]。本次试验对百日草栽植前后处理Ⅱ中基质的重金属元素Cu，Zn，Pb，Cd，Cr，As的质量分数进行了测定。结果表明，栽植前后基质中几种重金属元素的质量分数变化幅度并不明显(图1)，大部分添加的城市污泥中的重金属还残留在基质中。究其原因，可能与植物本身的特点有关，百日草对几种重金属的吸收富集作用较弱。

图1 栽植前后基质中重金属质量分数的变化

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)城市污泥堆肥容质量较小，通气孔隙一般，持水量大。加入污泥堆肥后的混合基质的容质量、总孔隙度以及气水比都与理想基质接近，较符合栽培基质的要求，能为百日草提供利于根系生长的环境条件。

(2)使用污泥堆肥作为栽培基质能明显促进百日草的生长发育，以V(污泥堆肥)∶V(珍珠岩) ∶V(河沙)=2.5∶1.5∶1.0的比例最适合，该结果与本课题组在高羊茅无土草毯与凤仙花上的栽培研究结果相似[7,8]。

(3)城市污泥养分丰富，污泥堆肥可为百日草生长发育提供所需的氮、磷及部分钾元素，从营养角度来看，是较为理想的栽培基质。

3.2 讨论

利用城市污泥堆肥栽培观赏植物，可脱离食物链，减轻对人体的危害。本试验主要研究了污泥堆肥用于百日草栽培时，对栽培基质理化性质以及百日草生长发育的影响，有关百日草的重金属净化及富集问题还有待进一步的研究。在本研究中，百日草对污泥堆肥中重金属的净化效果不明显，这与凤仙花[8]、白三叶[9]、紫花苜蓿[9]等对污泥堆肥中重金属的净化试验结果基本一致。已有研究表明，部分观赏植物会富集某些重金属[9,10]，在今后的研究过程中，需要关注不同重金属在不同观赏植物体内的富集效果，以便对观赏植物植株残体采取更有针对性的处置方式，避免再次污染环境。