城镇生活污泥有机栽培基质对一串红和非洲凤仙生长的影响

白家云　董爱香　崔超　马富亮　高始涛　熊建军　季翔宇　吴生瑞

摘要 以高级厌氧消化（热水解+厌氧消化）处理后的污泥产品为研究对象，设置污泥产品不同比例（体积比30%、40%、50%、60%、70%）与椰糠、珍珠岩、原土复配制得5种有机栽培基质，研究5种栽培基质对一串红和非洲凤仙植物株高、冠幅、生物量的影响，探讨不同种类原料何种配比组合下研发的有机栽培基质最有利于一串红和非洲凤仙植物的生长。结果显示：S3处理（污泥∶椰糠∶珍珠岩∶原土=5∶3∶1∶1）的一串红和非洲凤仙植株在生长时期的冠幅、株高、生物量高于其他处理，表明S3处理的配比基质最有利于这2种草花的生长。

关键词 污泥产品；有机栽培基质；一串红；非洲凤仙

中图分类号 X703文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）08-0071-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.017

Effects of Organic Cultivation Substrate Made from Municipal Sewage Sludge on the Growth of Salvia splendens and Impatiens walleriana

BAI Jia-yun1，DONG Ai-xiang2，CUI Chao1 et al

（1.Beijing Drainage Group Co.，Ltd.，Beijing 100044;2. Beijing Institute of Landscape and Greening Science，Beijing 100020）

Abstract Taking the sludge products treated with advanced anaerobic digestion （thermal hydrolysis+anaerobic digestion） as the research object，five organic cultivation substrates were prepared by compounding different proportions of sludge products （volume ratio of 30%，40%，50%，60%，70%） with coconut bran，perlite and original soil. The effects of these five cultivation substrates on the plant height，crown width，and biomass of Salvia splendens and Impatiens walleriana were studied，the organic cultivation substrate developed under the combination of different types of raw materials and different ratios was most beneficial for the growth of Salvia splendens and Impatiens walleriana plants.The results showed that the crown width，plant height and biomass of Salvia splendens and Impatiens walleriana plants treated with S3 （sludge：coconut bran∶perlite∶native soil=5∶3∶1∶1） were higher than those of other treatments during the growth period，indicating that the substrate ratio of S3 treatment was the most favorable for the growth of these two types of flowers.

Key words Sludge products;Organic cultivation substrate;Salvia splendens;Impatiens walleriana

城镇生活污泥经无害化、稳定化、减量化处理后进行土地资源化利用是解决污泥产品处置出路的主要形式之一［1］。污泥进行好氧发酵、厌氧消化是国内外应用广泛的无害化、稳定化处理手段［2］。在传统厌氧消化的前端加上热水解工艺，即高级厌氧消化技术不仅打破传统厌氧消化的水解限速，还在改善污泥流变特性、化学特性和去除新兴污染物等方面有着明显的优势［3］。热水解后的污泥中含有丰富的氮、磷、钾和有机质，这些养分元素是植物生长所必需的营养物质［4］。高级厌氧消化处理得到的高养分含量的污泥产品可用作苗圃、园林肥料和土壤调节剂等［5-6］，施入土壤中可提高土壤肥力，促进植物生长。污泥栽培基质的研发可为污泥产品土地利用拓展道路，同时提升污泥產品附加值，不仅辅助解决污泥产物的出路问题，更能规范污泥产品的利用，防止不合理的利用导致二次环境风险。

草本花卉作为城市园林绿化的重要组成，在城市生态建设中发挥独特的作用。草本花卉花繁色艳、花期集中，大面积种植时在一定时期内带给人们的巨大感染力是其他植物所不能比拟的［7］。目前，在城市绿化过程中常使用泥炭作为草花栽培基质［8-9］，需要大量泥炭资源，而泥炭是不可再生资源，由于大量开采利用已使泥炭资源出现枯竭现象，使得寻找新型环保的基质替代泥炭显得越来越重要［10］。因此，将高级厌氧消化处理后的污泥产品研发出有机栽培基质在草本花卉中的应用，有助于实现固废资源的可持续利用，减少泥炭资源的开采和使用，保护环境。该研究选择以高级厌氧消化处理后的污泥产品作为研究对象，通过污泥产品与不同比例的椰糠再加入相同比例的原土和珍珠岩复配形成的有机栽培基质，将一串红穴盘苗（200穴）和非洲凤仙穴盘苗（200穴）移栽到不同配比的栽培基质中进行盆栽试验，分析不同处理对2种草本花卉生长的影响，为培育成本较低的草本花卉提供技术支撑，也为北京市城市生活污泥资源化利用提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试植物材料。

一串红（Salvia splendens）和非洲凤仙（Impatiens walleriana）成品穴盘苗（200穴）由北京市园林绿化科学研究院提供。

1.1.2 供试基质材料。

污泥产品为高级厌氧消化技术处理后的产物，由北京城市排水集团有限责任公司提供，符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T 23486—2009）的标准。原土由北京市园林绿化科学研究院提供，椰糠、珍珠岩购于北京市众兴花卉市场。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 基质配比。

试验设置污泥产品不同比例（体积比30%、40%、50%、60%、70%）与椰糖、珍珠岩、原土复配制得5种有机栽培基质，即共设5个处理水平，分别为S1（污泥产品∶椰糠∶珍珠岩∶原土=3∶5∶1∶1）、S2（污泥产品∶椰糠∶珍珠岩∶原土=4∶4∶1∶1）、S3（污泥产品∶椰糠∶珍珠岩∶原土=5∶3∶1∶1）、S4（污泥产品∶椰糠∶珍珠岩∶原土=6∶2∶1∶1）、S5（污泥产品∶椰糠∶珍珠岩∶原土=7∶1∶1∶1），基质原料配比均为体积比。5组基质配比测定指标均为全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾、有机质、电导率、pH、容重、种子发芽指数12项。测定方法参照 《花卉栽培基质》（DB11/T 770—2010）、《绿化用有机基质》（GB/T 33891—2017）标准。5组基质配比理化性质如表1所示。

1.2.2 试验方法。

试验在北京市园林绿化科学研究院6号温室中进行。5种栽培基质按一定体积均匀混合后装入15 cm×15 cm的塑料花盆中。选取长势相对一致的一串红（200穴盘苗）和非洲凤仙（200穴盘苗）移栽入花盆内，每个处理10盆，每盆1株。试验期间浇水采用见干见湿的原则，不施肥。

1.2.3 植物测定项目及方法。

株高、冠幅测定：自植株幼苗移栽入花盆时起，每隔15 d测定其株高和冠幅，共测定5次。

生物量测定：盆栽试验结束后，将植株地上部与地下部冲洗干净并将水分吸干，剪开分别测定地上部与地下部鲜重，并烘干测定其干重。

1.3 数据处理

试验采用 Excel 2010 进行数据统计；采用Origin 2018进行图表绘制；采用IBM SPSS 25.0 进行单因素方差分析，采用 LSD 法在0.05的水平进行显著性差异检验，P<0.05 则认为差异显著。

2 结果与分析

2.1 添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对一串红生长的影响

2.1.1 株高。从图1A可以看出，添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对一串红株高的影响不同。一串红植株在移栽后15 d，处理S2株高最高，为14.3 cm，S4和S5的株高较低，分别为11.6和12.6 cm，处理S2与S4和S5差异显著；一串红植株在移栽后30 d，各处理之间株高变化趋势与移栽后15 d的相近;表明一串红植株在移栽后30 d，添加40%污泥产品的S2处理最有利于植株生长，添加60%和70%污泥产品的S4和S5处理，不利于小苗的生长。一串红植株在移栽后45 d，处理S3的株高高于其他处理，为21.7 cm，S1的株高最低，为19.7 cm，与S3差异显著；一串红植株在移栽后60 d，各处理之间株高变化趋势与移栽后45 d的相近;表明一串红植株在移栽后45 d，添加50%污泥产品的S3处理最适于植株生长。

进一步分析添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对一串红株高增长量的影响，由图1B可知，一串红植株移栽后迅速增长，30 d时株高增长最快，移栽后45和60 d株高增長量显著变小。移栽后15 d时，S1、S2和S3株高增长较大，植株生长较快，而添加污泥产品较多的S4和S5植株生长较慢。移栽后30 d，添加污泥产品最少的处理S1株高增长变得最小，其他4个处理植株生长较快，且差异不大。移栽后45和60d，所有处理的增长量均显著降低，增长量随污泥产品添加量的变化规律不明显，分析认为，一串红植株这个时期已进入生殖生长期，各个处理均已开花，需更多的养分，各个处理均出现一定程度的缺肥现象。

2.1.2 冠幅。从图2A可以看出，添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对一串红冠幅的影响不同。一串红植株在移栽后15  d，处理S2冠幅最大，为13.0 cm，其次为S3，S5的冠幅最小，仅为8.4 cm，处理S2与S1、S4、S5差异显著。一串红植株在移栽后30 d，处理S2和S3冠幅显著大于其他处理。一串红植株在移栽后45 d，处理S3的冠幅最大，为23.3 cm，其次为S2、S4，S1和S5冠幅较小。一串红植株在移栽后60 d，处理S2、S3和S4冠幅显著大于S1、S5。从植物移栽后各处理间一串红冠幅的生长变化趋势认为，随着一串红植株生长，较有利于冠幅生长的栽培基质中污泥产品添加量为40%、50%（S2、S3），过高或过低的污泥产品含量都不利于植株的生长。

进一步分析添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对一串红冠幅增长量的影响，由图2B可知，一串红植株冠幅增长最大的为移栽后30 d，其次为15 d，移栽后45和60 d冠幅增长量显著变缓。移栽后15 d时，处理S2冠幅增长量最大，其次为S3处理，而添加污泥产品较多的S4和S5植株冠幅增长较小，表明植株较小时期添加污泥产品量不宜过大。移栽后30 d后，S2处理的冠幅增长最大；移栽后45和60 d，所有处理的增长量均显著降低，增长量随污泥产品添加量的变化规律不明显，分析认为，一串红植株这个时期已进入生殖生长期，各个处理均已开花，需更多的养分，各个处理均出现一定程度的缺肥现象。

2.1.3 生物量。

分析添加不同比例污泥产品的有机栽培基質对一串红地上部分和地下部分生物量积累的影响，结果发现（图3），植株生长60  d各处理地上部生物量最大的为S3，其次为S2，S1和S4相近，S5最小；地下部根系生物量以S3最大，其次为S4，S2、S1和S5均较小。可见，最有利于植株地上和地下根系生长的处理为S3，即栽培基质中污泥产品的添加量为50%。

2.2 添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对非洲凤仙生长的影响

2.2.1 株高。从图4A可以看出，添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对非洲凤仙株高的影响不同。非洲凤仙植株在移栽后15 d，株高在处理间表现出明显差异，处理S3植株最高，为10.1 cm，其次为S2，株高为9.6 cm，S5的株高最低，仅为7.3 cm；非洲凤仙植株在移栽后30、45和60 d，S2和S3处理株高均显著高于其他处理，且S2与S3 、S1与S4和S5处理间株高相近。分析表明，非洲凤仙植株在移栽30 d后，污泥产品含量为40%和50%的S2和S3处理较有利于植株生长，而污泥产品含量过高和过低均不利于非洲凤仙植株株高的生长。

进一步分析添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对非洲凤仙株高增长量的影响，由图4B可知，非洲凤仙植株移栽后15 d，生长量最大，生长最迅速，而移栽后30、45和60 d，生长量显著减小。分析各个时期各处理株高生长量的差异，移栽后15 d，处理S3株高增长量最大，为3.6 cm，其次为S2，S5处理的植株生长最慢，生长量仅为1.1 cm；在移栽后30、45和60 d，各处理之间株高增长量没有显著差异。分析表明，非洲凤仙植株在移栽后15 d，生长速度是最快的，且以含污泥产品50%的S3处理最有利于植株生长；移栽30 d后，非洲凤仙植株进入生殖生长期，植株株高生长不明显，各处理植株进入始花期。

2.2.2 冠幅。

从图5A可以看出，添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对非洲凤仙各个时期植株冠幅的影响不同。非洲凤仙植株在移栽后15 d，处理S2和S3冠幅较大，分别为12.2和11.5 cm，其次为S4，S5的冠幅最小，仅为8.4 cm；移栽后30、45和60 d，处理间冠幅的差异相近，均为处理S3的冠幅最大，其次为S4和S2处理，S1和S5处理的冠幅较小。可知，栽培基质中以含污泥产品50%的S3处理最有利于非洲凤仙植株冠幅的生长。

进一步分析添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对非洲凤仙冠幅增长量的影响，由图5B可知，非洲凤仙植株冠幅增长较大的为移栽后15和30 d，移栽后45和60 d冠幅增长量显著变小。移栽后15 d时，处理S2和S3冠幅增长量较大，其次为S4处理，而添加污泥产品较多的S5植株冠幅增大最小，表明植株较小时基质中污泥产品添加量不宜过大。移栽后30 d，S3处理的冠幅增长最大，其次为S4，添加污泥产品较少的S1和S2冠幅增长变得较小。移栽后45和60 d，所有处理的增长量均显著降低，增长量随污泥产品添加量的变化规律不明显。分析添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对非洲凤仙冠幅增长量的变化情况，认为非洲凤仙植株在移栽前期冠幅增长迅速，移栽45 d后植株进入开花期，营养生长变缓，基质中养分更多地提供植株开花结果。

2.2.3 生物量。

分析添加不同比例污泥产品的有机栽培基质对非洲凤仙地上和地下生物量的影响，由图6可知，各处理植株生长60 d地上部生物量S3和S4显著大于S1、S2和S5，且S3与S4、S1与S2和S5间差异不明显。地下部根系生物量以S3最大，其次为S2、S4、S5，S1最小。可见，较有利于植株地上部生物量积累的处理为S3和S4，最有利于植株地下部根系生物量积累的处理为S3，即栽培基质中污泥产品的添加量为50%。

3 结论与讨论

城市绿化的不断推进加大了栽培基质的使用量，因此开发新型环保的基质用于城市绿化显得越来越重要［11-12］。厌氧消化对污泥进行稳定化和无害化处理，可以解决污泥在土地利用中带来的二次污染问题，同时实现污泥资源化利用［13］。利用高级厌氧消化后的污泥产品进行栽培基质使用不进入食物链，减轻对人体的危害。我国出台了栽培基质相关的标准《花木栽培基质》（LY/T 2700—2016）［14］、《绿化用有机基质》（LY/T 1970—2011）［15］规定了容重0.30～1.80 g/cm3，pH为5.0～8.5，《绿化用有机基质》（LY/T 1970—2011）规定了发芽指数≥80%，有机质含量≥15%，总养分≥1.5%。该试验研究发现，当污泥产品添加量为50%时，对一串红和非洲凤仙生长效果最好，这与马达等［16-19］对撇金竹、矮牵牛、一串红和香彩雀的研究结论（污泥含量在50%时花卉生长效果最好，城市污泥的存在对所栽培的植物生长起促进作用）相一致。该试验主要研究了高级厌氧消化后的污泥产品用于一串红和非洲凤仙栽植时栽培基质理化性状以及植株生长发育的影响，有关重金属净化及富集问题还有待进一步研究。

该研究通过探讨添加不同比例（体积比为30%、40%、50%、60%、70%）的污泥产品与常用基质复配，5个处理的栽培基质均能使一串红和非洲凤仙花卉正常生长，结果表明，经高级厌氧消化处理后的污泥产品可以作为花卉栽培基质的一种原料，5个处理栽培基质的总养分、速效养分、有机质、pH、容重、种子发芽指数均符合《花木栽培基质》（LY/T 2700—2016）、《绿化用有机基质》（LY/T 1970—2011）标准。主要受污泥产品添加量的影响，添加比例越高，有机栽培基质的总养分、电导率、容重越高，S3处理（污泥产品∶椰糠∶珍珠岩∶原土=5∶3∶1∶1）铵态氮、有效磷、速效钾含量均明显高于其他处理。

通过测定一串红和非洲凤仙植株的生长指标和生物量指标分析，结果表明，S3处理（污泥产品∶椰糠∶珍珠岩∶原土=5∶3∶1∶1）的配比对一串红（200穴盘苗）和非洲凤仙（200穴盘苗）在盆栽中的生长最为显著，其株高和冠幅增长趋势为移栽30 d内生长最快，之后逐渐降低，分析原因认为，一串红和非洲凤仙草花穴盘苗移栽30 d左右，植株开始由营养生长转为生殖生长为主，株高和冠幅增长会明显变缓。

该有机栽培基质是以北京城市排水集团高级厌氧消化处理后的污泥產品为主料，与椰糠、珍珠岩等材料科学配比而成，具有营养均衡、疏松透气、保水保肥等特性，栽植于该有机栽培基质中的一串红、非洲凤仙2种草本花卉表现为植株生长健壮、花色、叶色鲜亮、开花繁密、花期长等特性，具有很好的应用效果。因此，合理有效地利用固废资源作为园林基质，使污泥产品中的多种养分在园林绿化领域得到资源化利用，该基质配方可作为草本花卉盆栽基质应用推广，但还需要继续在其他品种上进一步试验。

参考文献

［1］ 梅晓洁，唐建国，张悦.城镇污水处理厂污泥稳定化处理产物转化机理及可利用价值揭示［J］.给水排水，2018，44（11）：11-19.

［2］ KELESSIDIS A，STASINAKIS A S.Comparative study of the methods used for treatment and final disposal of sewage sludge in European countries［J］.Water management，2012，32（6）：1186-1195.

［3］ AQUINO S F，STUCKEY D C.Integrated model of the production of soluble microbial products （SMP） and extracellular polymeric substances （EPS） in anaerobic chemostats during transient conditions［J］. Biochemical engineering journal，2008，38（2）：138-146.

［4］  鲍士旦.土壤农化分析［M］.3版.北京：中国农业出版社，2000：29.

［5］ 周立祥，胡霭堂，戈乃玢，等.城市污泥土地利用研究［J］.生态学报，1999，19（2）：185-193.

［6］ 孙颖，陈玲，赵建夫.污泥的处理处置与农林利用研究进展［J］.环境保护科学，2002，28（6）：28-30，37.

［7］ 孙虹.湖南草本花卉展示园设计研究［D］.长沙：湖南农业大学，2014：2-6.

［8］ 覃云梅. 草花在园林绿化中的应用研究［J］. 绿色科技，2015（3）：96-98.

［9］ WANG Z Q，GAN D X，LONG Y L.Advances in soilless culture research［J］. Agricultural science & technology，2013，14（2）：269-278，323.

［10］ 赵霞，胡自航，郑景明，等.污泥与园林废弃物混合堆肥对波斯菊生长及重金属积累的影响［J］. 生态学杂志，2019，38（3）：810-817.

［11］ WEBBER C L Ⅲ，WHITWORTH J，DOLE J. Kenaf （Hibiscus cannabinus L.） core as a containerized growth medium component［J］.Industrial crops and products，1999，10（2）：97-105.

［12］ 王建湘，皮俊，欧阳英.城市污泥堆肥对凤仙花生长发育的影响［J］.安徽农业科学，2018，46（27）：147-148，159.

［13］ 余杰，李宇佳，牟江涛，等.中国城市污泥土地利用限制性因素及前景分析［J］.环境科学与管理，2016，41（7）：64-68.

［14］ 国家林业局.花木栽培基质：LY/T 2700—2016［S］.北京：中国标准出版社，2016.

［15］  国家林业局. 绿化用有机基质：LY/T 1970—2011［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［16］ 马达，高定，刘洪涛，等.城市污泥堆肥用作花卉栽培基质的效果评价［J］.中国给水排水，2009，25（15）：115-116.

［17］ 杨道兰.城市污泥堆肥用于矮牵牛栽培基质的研究［J］.甘肃农业科技，2012（12）：33-35.

［18］ 幸宏伟.污泥堆肥对花卉一串红生长的影响［J］.重庆工商大学学报（自然科学版），2008，25（6）：631-633.

［19］ 储双双，赖灿，WEI X H，等.污泥堆肥混合基质对香彩雀生长开花的影响及植物适应性评价［J］.生态学杂志，2014，33（4）：966-972.

作者简介 白家云（1988—），女，山西太谷人，高级工程师，硕士，从事污泥园林资源化利用研究。*通信作者，高级工程师，硕士，从事固废处理处置与资源化利用研究。

收稿日期 2023-06-15