濕垃圾堆肥產品對園林綠化植物生長的影響

張青青,伍海兵,李躍忠,張 浪,梁 晶

(上海市園林科學規劃研究院,上海城市困難立地綠化工程技術研究中心,上海200232)

據統計,2017 年上海生活垃圾產量約為900 萬t,其中濕垃圾占生活垃圾的60%。 面對如此數量龐大的濕垃圾,對其處置已成為突出的資源、環境、經濟和社會問題。 為此,2018 年1 月住房城鄉建設部《關于加快推進部分重點城市生活垃圾分類工作的通知》中明確提出了2018—2036 年生活垃圾分類工作的目標和任務。 2019 年1 月31 日上海市人大表決通過了《上海市生活垃圾管理條例》,明確提出在公共綠地、公益林優先使用濕垃圾資源化利用產品。

目前,濕垃圾的常規處理方式有填埋、焚燒、堆肥等。 其中,填埋會增加滲濾液對土壤和地下水污染的風險,焚燒則存在熱值不足而產生二英等有害物質的問題[1]。 而堆肥處理能最大限度的將濕垃圾無害化、資源化,作為一種生態環保的方式備受人們的青睞[2]。 但現有研究主要側重于濕垃圾堆肥產品對土壤質量影響的研究,如王越等[3]發現濕垃圾堆肥產品可以增加土壤的團聚體數量,提高土壤的有機碳含量。 賈璇等[4]研究表明施用濕垃圾堆肥產品可顯著提高土壤有機碳含量,并隨施用年份的增加深層土壤有機碳含量也呈增加趨勢。 羅伽檸等[5]發現濕垃圾堆肥產品能顯著增加土壤有機質及全氮、全磷含量,增強土壤持水能力,降低容重,對養分貧瘠、易呈堿性的城市土壤有良好的改善作用。 而關于濕垃圾堆肥對植物生長影響的研究還較少,即便有關于濕垃圾對植物生長影響的研究,也多以農作物為主[6-7],如Yang 等[8]發現,與馬糞、化肥、雞糞、不施肥相比,施用濕垃圾產品更能促進土壤中細菌、真菌、放線菌數量增多,且對番茄的莖生物量、果實直徑、果實產量影響最大,還改善了水果質量,維生素C、可溶性糖和有機酸含量,其可作為化學肥料和其他動物肥料的替代品。 而對園林綠化植物關注較少,尤其對綠化植物生長影響的研究較少。

本研究以園林綠化中的3 種常見植物傘房決明(灌木)、大花秋葵(宿根花卉)和皇帝菊(草本植物)為研究對象,通過設置濕垃圾堆肥產品的添加量,測定3 種植物的株高、蓬徑、葉綠素含量、葉面積、生物量等指標,研究適宜園林植物生長的濕垃圾最佳用量,以期為濕垃圾產品在綠林地中合理的資源化利用提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為傘房決明(Cassia corymbosa)、大花秋葵(Hibiscus grandiflorus)和皇帝菊(Melampodium divaricatum),均為1 年生的穴盤苗。 濕垃圾堆肥產品(以下簡稱濕垃圾)由上海市園林科學規劃研究院提供,由濕垃圾原料同15% 木屑和10% 黑碳素堆肥而成,其有機質含量為464.2 g∕kg,全氮含量為21.0 g∕kg,全磷含量為6.24 g∕kg,全鹽量為46.1 g∕kg,pH 為7.22,EC 為3.59 mS∕cm。 供試土壤為一般綠化土壤(灰潮土),有機質含量為21.4 g∕kg,全氮含量為1.28 g∕kg,速效磷含量為31.7 mg∕kg,速效鉀含量為183.7 mg∕kg,全鹽量0.63 g∕kg,pH 為8.53,EC 為0.15 mS∕cm。

1.2 試驗設計

2017 年6 月,在上海市園林科學規劃研究院試驗基地,將濕垃圾堆肥產品按體積比5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%與供試土壤混勻裝盆,另設一原土作為對照(CK),共8 個處理,每個處理分別種植傘房決明10 盆、大花秋葵10 盆、皇帝菊10 盆,共240 盆,種植過程中調節土壤含水量至最大持水量的60%—70%。 根據種植植物的生長特性,傘房決明和大花秋葵均分別在種植一個月后(7 月份)和種植五個月后(11 月份),測定植株的株高、蓬徑、葉綠素、葉面積等生長指標,皇帝菊在其生長旺盛期(9 月份)測定植物的蓬徑、株高、地上和地下部分的質量(干重、鮮重)。

1.3 研究方法

植物株高和蓬徑用卷尺進行測定,株高為盆土表面至植株的最高生長點的高度,蓬徑為苗木冠叢的最大幅度之間的平均直徑。 葉綠素含量和葉面積測定:隨機選取每盆植物中等高度處葉片6 片,用葉綠素速測儀(JC-SPAD-DL)取每片葉的上、中、下3 個部位測定葉綠素含量,用葉面積儀(Yaxin-1241)測定每片葉的葉面積,葉綠素含量和葉面積均為6 片葉片測定值的平均數。 試驗結束后采集皇帝菊整個植株,從根莖處剪斷分為地上部分和地下部分,清洗干凈并吸干表面水分后稱量為鮮重,干重則指在65 ℃烘箱中烘至恒重后的質量。

1.4 數據處理

采用SAS 9.2 軟件進行方差分析和主成分分析,采用Origin 8.5 作圖。

2 結果與分析

2.1 株高

濕垃圾不同添加量對3 種植物株高影響不同(圖1)。 傘房決明在種植一個月后,各處理間株高差異不顯著,但添加5%—60%濕垃圾處理的株高高于CK;種植五個月后,添加100%濕垃圾的處理株高顯著低于CK,其余處理株高雖與CK 無明顯差異,但添加10%、20%、40%、80%濕垃圾的處理株高高于CK。相比植物種植初期,種植五個月后所有處理傘房決明的株高都有增加,但與CK 相比,添加10%、20%、100%濕垃圾的處理株高增加較多,增加范圍為106.87—115.37 cm。

而大花秋葵在種植一個月后,添加10%濕垃圾處理的株高顯著高于CK,其余處理雖與CK 差異不顯著,但添加60%和100%濕垃圾處理株高低于CK;種植五個月后,濕垃圾添加量5%時,株高遠小于CK,當濕垃圾添加量為10%—40%時,株高大于CK 處理,但與CK 均無顯著性差異。 相比植物種植初期,種植五個月后所有處理大花秋葵的株高都增高,但與CK 相比,株高增長量差異不顯著。

皇帝菊則在生長旺盛期時,添加濕垃圾5%和10%處理的株高顯著高于CK,另外,雖然添加濕垃圾20%、40%和100%的處理株高也高于CK,但與CK 相比差異不顯著。

2.2 蓬徑

圖2 為濕垃圾不同添加量對3 種植物蓬徑的影響。 傘房決明在種植一個月后,各處理間蓬徑都高于CK,但僅有濕垃圾添加量10%處理植株蓬徑顯著高于CK;種植五個月后,各處理傘房決明蓬徑也都高于CK,但植物蓬徑隨濕垃圾添加量的增多呈“S”型曲線變動,即低添加量時傘房決明蓬徑隨著濕垃圾添加量的增加而增加,達到20%時呈現極大值,當濕垃圾添加量為60%時又急速下降,達到100%時又呈現最大值。 這說明濕垃圾添加量高于一定量時,隨著植物生長時間的增加,其對植物生長的影響較不穩定。相比植物種植初期,種植五個月后所有處理傘房決明的蓬徑都增高,但與CK 相比,添加濕垃圾10%—100%處理的蓬徑增長量高于CK。

從大花秋葵生長狀況也可得知,在種植一個月后,各處理大花秋葵蓬徑雖均大于CK,但各處理之間差異不顯著。 種植五個月后,除了濕垃圾添加量為60%和100%處理的蓬徑比CK 處理低外,其余處理的蓬徑均高于CK,且添加量5%處理蓬徑顯著高于CK。 相比種植初期,所有處理大花秋葵的蓬徑都增高,但與CK 相比,添加濕垃圾5%、40%、80%處理的蓬徑增長量高于CK。

所有添加濕垃圾處理的皇帝菊蓬徑均高于CK,其中,濕垃圾添加量為10%和20%時皇帝菊蓬徑顯著高于CK,其余處理對皇帝菊蓬徑有一定影響,但與CK 相對差異不顯著。

2.3 葉綠素含量

植物葉片的葉綠素含量是反映植物的光合作用能力和營養供給情況的重要生理指標,是植物生長發育的指示器[9-10]。 一般而言,植物葉片中的葉綠素含量指示了植物本身的狀況,長勢良好的植物的葉子會含有更多的葉綠素。 通過對兩種植物葉片葉綠素的測定可以發現,傘房決明在種植一個月后,濕垃圾添加量100%處理葉綠素含量顯著低于CK;濕垃圾添加量10%處理葉綠素含量顯著高于CK,其中,濕垃圾添加量20%、40%和80%處理葉綠素含量與CK 相比差異不顯著。 種植五個月后,傘房決明的葉綠素含量隨濕垃圾添加量的增多呈“V”型變動,濕垃圾添加量為40%時,傘房決明葉綠素含量最低。 濕垃圾添加量5%、10%、80%、100%處理的葉綠素含量顯著高于CK(圖3)。 隨著植物的生長,CK 以及濕垃圾添加量20%、40%處理傘房決明葉綠素含量呈降低趨勢,而5%、10%、60%—100%濕垃圾添加量傘房決明葉綠素含量呈增加趨勢。

大花秋葵在種植一個月后,濕垃圾添加量20%處理葉綠素含量最大,且顯著高于CK,而100%處理的葉綠素含量顯著低于CK。 濕垃圾添加量在5%—20%時,大花秋葵的葉綠素含量隨著濕垃圾添加量的增加逐漸增加,當濕垃圾添加量在40%—100%時,大花秋葵葉綠素含量呈下降趨勢。 種植五個月后,濕垃圾添加量為10%和100%處理的葉綠素含量較低,其余處理大花秋葵葉綠素含量與CK 差異不顯著。 隨植株的生長,10%和20%處理的葉綠素含量呈降低趨勢,其余處理大花秋葵的葉綠素含量呈增加趨勢。

2.4 葉面積

葉面積大小是反映植物生長發育狀態的重要指標[11]。 圖4 為濕垃圾添加量對傘房決明和大花秋葵葉片葉面積的影響。 從中可以發現,傘房決明種植五個月后,濕垃圾添加量10%處理的葉面積最大,且顯著高于CK,而當濕垃圾添加量達到40%時,傘房決明葉面積降為最低,添加量60%—80%其葉面積大小又逐漸上升,而當濕垃圾添加量為100%時,傘房決明葉面積又降低。 這說明濕垃圾添加量高于一定量時,隨著植物生長時間的增加,其對植物生長的影響較不穩定。

大花秋葵種植一個月后,隨著濕垃圾添加量的增多葉面積大小呈先增加后降低的趨勢。 大花秋葵葉面積在濕垃圾添加量為5%—20%的處理與CK 無顯著性差異,濕垃圾添加量在40%—100%的處理,大花秋葵葉面積顯著低于CK;種植五個月后,濕垃圾添加量為20%、80%處理的葉面積迅速增加,且顯著高于CK,而其他處理的葉面積顯著低于CK。 隨著植株的生長,大花秋葵的葉面積大小均呈增加趨勢,其中,濕垃圾添加量為20%、60%、80%、100%的處理葉面積增加量高于CK,80%和100%的增加幅度較大。

2.5 鮮重和干重

皇帝菊地上部分的鮮重呈“S”型單峰曲線變動,隨著濕垃圾添加量的增多,10%處理的皇帝菊地上部分鮮重含量最大,80%處理地上部分鮮重最小,當濕垃圾添加量在100%時,地上部分鮮重又增加。 皇帝菊地上部分的干重與鮮重變化趨勢相近,5%處理的地上部分鮮重達到最大值,隨著濕垃圾添加量的增多,地上部分干重逐漸降低,至濕垃圾添加量為60%時,地上干重達到了最小值,當濕垃圾添加量在80%時,地上部分干重增加,當濕垃圾添加量在100%時,地上部分干重降低。 濕垃圾不同添加量的處理中,濕垃圾5%、10% 和20% 添加量皇帝菊地上部分鮮重、干重均顯著高于CK,其他處理與CK 無顯著差異(圖5)。

皇帝菊地下部分的鮮重呈“S”型曲線變動,隨著濕垃圾添加量的增多,10%處理的皇帝菊地下部分鮮重達到較大值,40%處理的地下鮮重達到了最小值,當濕垃圾添加量在60%—100%,地下部分鮮重逐漸增加。 地下部分的干重與鮮重變化趨勢相近,隨著濕垃圾添加量的增多,10%處理的地下部分干重達到最大值,40%處理的地下干重達到了最小值,當濕垃圾含量在80%時,地下部分干重增加,濕垃圾添加量在100%時地下部分干重又達到了最低。 其中濕垃圾添加量為10%、20%、80%和100%處理的皇帝菊地下部分鮮重顯著高于CK,5%、10%、20%、80%、100%處理的皇帝菊干重顯著高于CK 植株干重,其余處理與CK 差異不顯著(圖5)。

2.6 生長性狀綜合評價

為了綜合評價濕垃圾不同添加量對園林綠化植物生長性狀的影響,分別對3 種植物的生長性狀指標進行了主成分分析(表1)。 以傘房決明為例,將7 月株高、11 月株高、7 月蓬徑、11 月蓬徑、7 月葉綠素含量、11 月葉綠素含量、11 月葉面積等指標分別設為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7,進行主成分分析。 分析結果顯示,累積貢獻率≥85%的特征值為2.73、2.33、1.19。 第一主成分F1=0.408X1+0.581X2+0.213X3-0.109X4+0.541X5-0.382X6+0.012X7,第二主成分為F2= -0.276X1+0.153X2+0.442X3+0.409X4+0.214X5+0.39X6+ 0.584X7,第三主成分為F3= 0.547X1- 0.12X2+ 0.519X3+ 0.389X4- 0.27X5+0.184X6-0.399X7,綜合得分為F=(2.73F1+2.33F2+1.19F3)∕7。 根據綜合得分進行排名,結合排名順序,可以指證植物的生長狀況。

表1 3 種植物的特征值及主成分Table 1 Eigenvalues and principal components of three species

由表2 可知,濕垃圾添加量為20%處理的傘房決明的生長狀況綜合評分最高,而未添加濕垃圾的傘房決明(CK)其生長狀況綜合評分最低。 整體而言,濕垃圾添加量為10%、20%、80%的處理下傘房決明長勢較好。

表2 傘房決明生長狀況的綜合評價Table 2 Comprehensive evaluation of growth status of Cassia corymbosa

采用同樣的方法,對大花秋葵進行分析后發現(表3),添加20%濕垃圾的處理的大花秋葵的生長狀況綜合評分最高,添加100%濕垃圾的處理的大花秋葵的生長狀況綜合評分最低。 綜合分析,濕垃圾添加量為20%的處理下大花秋葵長勢好于CK。

表3 大花秋葵生長狀況的綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation of growth status of Hibiscus grandiflorus

對皇帝菊進行分析后發現(表4),添加10%濕垃圾的處理的皇帝菊的生長狀況綜合評分最高,CK 處理的皇帝菊的生長狀況綜合評分最低。 綜合分析,添加5%、10%、20%濕垃圾的處理長勢相對較好。

表4 皇帝菊生長狀況的綜合評價Table 4 Comprehensive evaluation of growth status of Melampodium divaricatum

再通過3 種植物的綜合得分求和留小可以推斷出,濕垃圾添加量為10%、20%、80%時,3 種植株的長勢較佳,但由于濕垃圾添加量為80%時,植物的生長狀況不穩定,且此時土壤的含鹽量為0.2%[12],屬于中度鹽堿化,按照穩定、安全、可持續的原則,故剔除80%的研究結果。

3 結論與討論

本研究表明,施入適宜的濕垃圾堆肥產品于土壤中能促進傘房決明、大花秋葵和皇帝菊的生長,但濕垃圾不同添加量對植物的生長影響程度不同。 濕垃圾添加量在40%以上時,在栽培初期(7 月時)對植物有較明顯的傷害作用,表現為抑制傘房決明、大花秋葵的生長。 隨著植物生長,濕垃圾添加量高于60%時,雖然植物的生長量沒有降低,但其對植物生長影響不穩定,分析其原因可能與濕垃圾中含有一定鹽分有關。 隨著濕垃圾添加量的增多,土壤含鹽量較高。 當土壤的含鹽量超過一定量時,植株的生長初期易遭受鹽分脅迫,而在鹽分脅迫發生后的下一個生育階段,植株受鹽分脅迫的程度減弱,同時,植株會進行自身調節,在最大范圍內補償前期受到的抑制[13]。 綜合分析,當濕垃圾添加量為10%時,傘房決明和皇帝菊在不同生長時期長勢更佳;當濕垃圾添加量為20%時,大花秋葵在不同時期的長勢更佳。 綜合而言,濕垃圾含量為10%—20%的處理較適于3 種植物的生長發育。

濕垃圾富含大量脂肪、蛋白質、碳水化合物等有機物質,原料易得,堆肥工藝簡單,將其堆肥產品施入土壤后能提高土壤肥力,促進綠化植物的生長,將其應用到園林綠化養護可行性高,實現生態、經濟、社會效益的多贏。 但因濕垃圾堆肥產品性質存在很大差異,作用的土壤類型和植物種類不同,濕垃圾堆肥產品的施入量對植物的影響也必然不同,選擇適宜的濕垃圾施入量尤其重要。