不同配比餐厨垃圾沼渣与有机肥对土壤理化性质的影响

2022-07-02荆卫民宫江平刘秉寿王喜勇王建成

现代农业科技 2022年12期

荆卫民宫江平刘秉寿王喜勇陈理王建成姜黎*

（1中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011；2中国科学院吐鲁番沙漠植物园，新疆吐鲁番 838008；3中国科学院大学，北京 100049；4克拉玛依瑞利康源园林工程有限责任公司，新疆克拉玛依 834000）

近年来，随着城市化水平与人们生活水平的提高，大量餐厨垃圾产生，其处理设施尚不完善，不仅导致环境污染，还危害人体健康。因此，餐厨垃圾的处理成为亟须解决的问题。餐厨垃圾是厌氧发酵生产肥料的理想原料[1]。通过餐厨垃圾无害化、资源化和减量化处理，合理利用餐厨发酵产物，可减轻大气、土地、地下水等方面的环境污染，有利于提高城市环境质量。沼气工程产生大量沼渣，其处理问题日趋严峻。目前，仅有少量沼渣作为有机肥使用，剩余大量沼渣被遗弃堆放，如果不能妥善处理，其中含有的大量有机物、氮、磷和病原微生物等进入环境，将会造成二次污染和资源浪费。因此，资源化利用对可持续发展具有重要意义[2-4]。

厌氧消化技术在国外已经不断发展并且实际应用很多年。中国于20世纪初才开始发展相关技术，并逐渐将其应用到餐厨垃圾处理领域，同时将产生的沼液与沼渣进行减量化、资源化与无害化处理。许多研究集中于沼渣在农业上的应用[5-7]，而对于厌氧发酵后的残余物深度处理的研究很少。我国研究人员开展的相关试验表明，利用沼渣种植蔬菜能够提高其产量和品质、降低硝酸盐含量、提高VC等营养物质含量。将沼渣与沼液施用于三叶草和黑麦草，其草产量与单施一种复合无机肥料相近，并优于直接施用无机氮肥，表明沼液、沼渣可替代无机肥料而不影响草的品质与产量[8]。我国有关沼渣、沼液资源化利用的研究主要集中在以下方面：沼渣用作基肥追肥、制备营养土及作为造孔剂制作烧结材料，沼液浸种、叶面喷施、土壤施用、作为培养基制备微生物絮凝剂以及作为有机饲料等[9-10]。餐厨垃圾有机质含量高且微量元素丰富，适合进行资源化再利用，如制备贫瘠土壤改良剂、污染土壤修复剂等[11-14]。利用餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷可在实现餐厨垃圾资源化利用的同时解决肥料短缺问题，而我国沼气工程很少有足够的土地消纳沼渣。荒漠土壤是一类特殊类型的土地资源，对其进行改良具有保护生态环境、发展农村经济的双重效益。目前，国内外常用的荒漠土改良措施主要有物理、化学、生物等措施。利用生物废弃物可对荒漠土进行改良，在保证改良效果的同时可降低改良成本[15]。应用于荒漠土改良的生物废弃物主要有秸秆、沼渣、沼液、剩余污泥等废弃物。进行荒漠土改良，尤其在内陆干旱农业地区，对当地农村经济发展和生态环境保护具有重要的现实意义。在园林中沼渣利用既可以促进植物生长，又可以避开有害物质进入食物链循环，因而是目前最主要的土地利用形式。本研究实施地点在新疆克拉玛依，目前区域内沼渣年产量逾700 t，周边能为沼渣消纳提供大量荒漠土地。近年来，许多专家学者开展了一系列沼渣应用方面的研究，但对沼渣改良荒漠土的研究有待进一步开展。新疆荒漠土分布广泛、土壤瘠薄、改良困难，适用的措施和方法较少，且难以持续，因而需要继续探索改良荒漠土的新举措。本研究拟利用当地餐余沼渣进行荒漠土的改良试验，以期探索治理荒漠土的新措施，同时为合理利用沼渣提供新途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

克拉玛依餐厨废弃物处理厂位于克拉玛依城区东南边缘25 km、石西公路15 km处，即生活垃圾填埋场二期旁，是全国第一个日处理餐厨废弃物50 t的项目，也是全国小城市餐厨废弃物处理的第一个在建项目。其产生大量的沼渣，本文以沼渣为试验材料进行研究。沼渣经过室外晾晒至干，按照不同比例与有机肥（牛粪）、生物复合肥充分搅拌均匀。

1.2 试验设计

为研究餐厨垃圾沼渣与有机肥、生物复合肥的不同配比对土壤理化性质的影响，设4个处理：以纯沼渣为对照（CK），与有机肥配比为处理 1、2、3。具体肥料配比见表1。本文主要采用田间小区试验，肥料处理30 d后取表层（0～20 cm）土壤，风干、过筛分析土壤理化性质。

1.3 土壤理化性质测定

土壤风干后，粉碎至全部通过0.25 mm筛孔，供理化性质分析。土壤pH值采用梅特勒Seven Easy型pH计测定，电导率采用DDSJ-308A型电导率仪测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定。土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾测定参照鲍士旦[16]的方法。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行统计分析，采用LSD法在P=0.05水平进行比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同肥料配比对土壤pH值和总盐含量的影响

与施加纯沼渣（CK）相比，处理 1、2、3 的 pH 值变化不明显，表明了与餐厨垃圾沼渣进行不同配比制成有机肥对土壤pH值的影响不显著，见图1（A）。与施加纯沼渣（CK）相比，处理1、2、3的土壤总盐含量显著下降，降幅分别为110.12%、145.00%、97.65%；其中处理2的土壤总盐含量最低，见图1（B），表明处理2的肥料配比最优。

2.2 不同肥料配比对土壤有机质含量的影响

与施加纯沼渣（CK）相比，处理 1、2、3 的土壤有机质含量显著增加，增幅分别为24.19%、35.57%、44.05%；其中处理3土壤中的有机质含量最高（图2），表明处理3的肥料配比最优。

2.3 不同肥料配比对土壤氮含量的影响

与施加纯沼渣（CK）相比，处理 1、2、3 的土壤氮含量显著增加，增幅分别为34.05%、48.34%、55.71%；其中处理3土壤中的氮含量最高（图3），表明处理3的肥料配比最优。

2.4 不同肥料配比对土壤速效磷、速效钾含量的影响

与施加纯沼渣（CK）相比，处理 1、2、3 的土壤速效磷含量显著增加，增幅分别为69.04%、56.64%、59.01%；其中处理1土壤中速效磷含量最高，表明处理1的肥料配比最优，见图4（A）。与施加纯沼渣（CK）相比，处理 1、2、3的土壤速效钾含量均增加，增幅分别为15.72%、58.63%、44.92%，仅处理2和处理3增加达到显著水平；其中处理2土壤中速效钾含量最高，表明处理2的肥料配比最优，见图 4（B）。

3 讨论与结论

3.1 讨论

不同配比的餐厨垃圾沼渣与有机肥对土壤pH值的影响不显著，说明了pH值不能作为肥料配比优化的指标。与施加纯沼渣相比，处理1（沼渣50%+有机肥50%）、处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）和处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）的土壤总盐含量显著下降，降幅分别为110.12%、145.00%、97.65%。这说明土壤总盐含量可作为肥料配比优化的指标。本研究结果表明，沼渣加入肥料对土壤pH值的影响不显著，但显著降低了土壤总盐含量，完全施加沼渣会引起土壤总盐含量显著增加。其引起土壤总盐含量改变的原因可能是沼渣中富含矿质元素。因此，利用沼渣改良土壤，需要配合施用有机肥料。

土壤有机质含量是土壤肥力的重要特征之一，是制约土壤理化性质、通气性、抗蚀力、涵养水源能力、供肥保肥能力和养分有效性等的关键因子[17]。与施加纯沼渣相比，处理1（沼渣50%+有机肥50%）、处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）和处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）的土壤有机质含量显著增加，增幅分别为24.19%、35.57%、44.05%，表明与其他有机肥合理配比有利于增加土壤有机质含量。因此，选择适宜的比例将沼渣与其他有机肥配合施用更有利于提高干旱区荒漠土壤有机质含量，是解决干旱区荒漠土壤有机质含量低问题的有效途径。

与施加纯沼渣相比，处理1（沼渣50%+有机肥50%）、处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）和处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）的土壤速效磷含量显著增加，增幅分别为69.04%、56.64%、59.01%；其中处理 1（沼渣 50%+有机肥50%）土壤中的速效磷含量最高，表明处理1（沼渣50%+有机肥50%）的肥料配比最优。与施加纯沼渣相比，处理 1（沼渣50%+有机肥50%）、处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）和处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）的土壤速效钾含量均增加，增幅分别为15.72%、58.63%、44.92%，仅处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）和处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）增加达到显著水平。因此，将沼渣与其他有机肥进行适宜配比更有利于增加干旱区荒漠土壤养分含量，是改善干旱区荒漠土壤养分含量低的有效途径[18]。

以土壤总盐含量为指标，各处理中处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）最低，表明处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）的肥料配比最优；以有机质含量为指标，处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）最高，表明处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）的肥料配比最优；以氮含量为指标，处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）最高，表明处理3（沼渣40%+生物复合肥40%+有机肥20%）的肥料配比最优；以土壤速效磷含量为指标，处理1（沼渣50%+有机肥50%）最高，表明处理1（沼渣50%+有机肥50%）的肥料配比最优；以速效钾含量为指标，处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）最高，表明处理2（沼渣50%+生物复合肥35%+有机肥15%）的肥料配比最优。