園林綠化垃圾資源化利用產品在園林綠化中的應用效果評價

蔡守峰，蕭優平，賀文員，陳 楓，宋福強

（1深圳市大鵬新區城市管理綜合服務中心，廣東深圳 518000；2深圳市博林環保工程有限公司，廣東深圳 518000；3黑龍江大學生命科學學院，哈爾濱 150080）

0 引言

園林垃圾是指在城市綠化美化和園林生產管理過程中，所產生的樹枝、根莖、落葉、碎草等有機垃圾[1]。隨著城市化進程的不斷發展，城市綠地面積穩步增長，園林綠化垃圾的總量隨之顯著增長，已經成為巨大的城市污染源。目前，中國城市園林垃圾的處理方式主要是通過焚燒、填埋、棄管和少量的資源化利用。除了資源化利用以外，其他3種處理方式均會花費大量的時間、人力和經濟成本，還會嚴重危害土壤、空氣及地下水資源等。此外對于資源化利用的產品應用進行合理的科學評估是確保這種處理方式進一步推廣的重要前提。目前一些發達國家已經有相對成熟的法律法規和技術方法對園林綠化垃圾進行資源化利用，例如美國環境保護署于1994年頒布了園林廢棄物和城市固體廢棄物堆肥“EPA530-R-94-003法則”，對園林垃圾的收運、分類、發酵和后序加工都在法律法規中提出了具體要求[2-3]；日本于1991年頒布了“廢棄物處理法（修訂版）”，對園林垃圾的處理提出了“等級化”原則；歐盟在園林綠話垃圾的處理主要有填埋、焚燒和堆肥[4]等。

中國的園林綠化垃圾的資源化利用相對歐美國家起步較晚，2007年，中華人民共和國建設部發布了建城[2007]215號《關于建設節約型城市園林綠化的意見》，文中指出“鼓勵通過堆肥、發展生物質燃料、有機營養基質和深加工等方式處理修剪的樹枝，減少占用垃圾填埋庫容，實現循環利用”。2015年，中國正式頒布《綠化植物廢棄物處置和應用技術規程》(GB/T31755—2015)，該國家標準首次規范了綠化植物廢棄物再利用過程中處置場的標配、處置工藝、綠化植物廢棄物產品質量的控制標準和檢測方法等各項技術問題[5]。中國目前園林綠化垃圾的資源化利用產品主要包括：有機堆肥、生物質炭、土壤改良劑、園林覆蓋物、栽培基質以及木塑產品等[6]。有研究表明上述這些資源化利用產品可以改善土壤結構[7]、提高養分含量[8]、調解土壤溫度[9-10]、改變土壤透氣性透水性[11]、改變土壤微生物群落結構[8]等，進而促進植物生長。

目前通過好氧發酵堆肥制備有機肥以及通過高溫裂解制備生物質炭是園林綠化垃圾資源化利用的兩大重要途徑。為了探索資源化利用產品—有機肥和生物質炭在園林綠化中的應用效果，為園林綠化垃圾資源化利用產品重新回歸到土壤中，發揮更大的生態效益提供理論基礎。本研究將有機肥和生物質炭應用于園林綠化，通過測定植株的長勢以及土壤養分含量變化，以期為園林垃圾資源化利用提供數據支持，進一步推動垃圾分類以及園林垃圾的資源化利用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗使用的園林綠地有機肥和園林生物質炭由深圳市博林環保工程有限公司提供。園林綠地有機肥是將收集的園林綠化垃圾經過二次粉碎后，加入微生物發酵液和碳酸氫銨調節碳氮比后經過高溫腐熟而成。其中有機質含量為65.37%，全氮、全磷、全鉀含量分別是 2.19%、2.16%、1.31%，pH 7.01，水分含量32.64%。園林生物質炭是園林綠化垃圾經過高溫裂解制作而成，具體參數如下：有機碳607.90 g/kg、總氮12.20 g/kg、總磷4.32 g/kg、總鉀15.64 g/kg、pH 10.10、含水率15%、電導率844 mS/cm、陽離子交換量7.43 cmol/kg、BET比表面積9.22 m2/g。以上數據的檢測均由南京農業大學農業資源與環境研究所完成。

供試植物：紅花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、紫穗狼尾草[Pennisetumalopecuroides(L.)Spr.]、大葉油草[Axonopuscompressus(Sw.)P.Beauv.]。

1.2 試驗設計

本試驗以紅花檵木作為灌木或小喬木的代表，通過設計不同的有機肥和生物炭含量，來探究有機肥對灌木或小喬木的影響。共設計4個處理，分別是：空白（不添加任何肥料）(CK)、每平方5 kg有機肥(5OF)、每平方10 kg有機肥(10OF)、每平方5 kg有機肥（含40%生物質炭）(5OF+Biochar)，每個處理6個重復。通過測定植株的葉綠素含量以及株高探索不同劑量的有機肥和生物質炭對灌木植株的影響，通過測定土壤養分探索不同處理對土壤的影響。

以大葉油草和紫穗狼尾草分別作為草本植物的代表，通過設計不同的有機肥和生物質炭含量，來探究有機肥對草本植物的影響。5個處理分別是：空白（不添加任何肥料，只做15 cm翻耕處理）(CK)、每平方5 kg精制有機肥(5OF)、每平方10 kg精制有機肥(10OF)、每平米2 kg生物質炭(2BC)、每平米3 kg精制有機肥+2 kg生物質炭(3OF+2BC)，每個處理種植80 m2大葉油草和15叢紫穗狼尾草。

上述處理中的有機肥和生物質炭的使用均采是通過與土壤表層0～20 cm的土壤混合均勻后種植紅花檵木、大葉油草和紫穗狼尾草。

1.3 試驗方法

上述植物在2020年9月種植，一個月以后每隔半個月測試一次植株的株高和葉綠素含量，植株的株高采用卷尺測定，葉綠素采用便攜式LD-YA葉綠素測定儀（中國，山東萊恩德智能科技有限公司）測定。2個月以后采用隨機采樣法采集6個表層土壤(0～15 cm)混合成為一個樣本并過2 mm篩后測定土壤理化性質。土壤含水率和電導率采用智能便攜式檢測儀測定（萊恩德智能科技，中國）、用電極電位法測定土壤pH[12]、利用重鉻酸鉀氧化法測定有機質[13]、利用全自動凱氏定氮法土壤全氮和水解性氮[14]、采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷[15]、采用原子吸收光度法測定土壤速效鉀[16]，進而探究不同處理對土壤養分含量的影響。整個試驗周期在2020年9月—2021年4月完成。

1.4 數據分析

本研究的數據分析通過Excel 2016和Origin 2018完成。

2 結果與分析

2.1 有機肥及生物質炭在紅花檵木種植中的應用

2.1.1 不同處理對紅花檵木葉綠素含量的影響 葉綠素(chlorophyll)是一類與植物光合作用(photosynthesis)有關的最重要的色素，葉綠素含量越高，植物吸收光能越多，生長越快。據統計（圖1左），4個不同處理的紅花檵木中CK處理的葉綠素含量最低，其他3個添加有機肥的處理中葉綠素含量要顯著(P＜0.05)高于CK處理，且每平方5 kg有機肥（含40%生物質炭）處理下葉綠素含量最高，相比CK提高了98%。上述結果表明添加有機肥可以有效提高植物的葉綠素含量，而且每平米添加5 kg有機肥（含40%生物質炭）的效果最好。

圖1 不同處理下紅花檵木葉片的葉綠素和株高

通過對紅花檵木的葉綠素含量每隔半個月進行一次測量，連續測量4次后發現（圖2），添加有機肥以后，除第二次測量外，其他后兩次測量的葉綠素含量均要高于CK處理，表明有機肥的使用會有效提高植物的光合作用，促進植物生長。

圖2 不同處理下紅花檵木經過4次測量的葉綠素含量

2.1.2 不同處理對紅花檵木株高的影響 株高是植物形態學調查工作中最基本的指標之一，其定義為從植株基部至主莖頂部即主莖生長點之間的距離。本項目測量了4種不同處理下紅花檵木的株高，第一次測量發現添加5 kg有機肥（含40%生物質炭）的植株最高，分別比其他3個處理高4.88%、3.61%、14.67%，但是4個處理之間在統計學中并未產生顯著性差異(P＜0.05)（圖1右）。

通過4次測量株高發現（表1），每次的株高均會較上一次有所增高，但是CK處理的增長率在4個處理中最低，后3次的增長率分別是4.39%、1.17%、1.15%。添加有機肥以后，植株的長勢要強于CK處理，且后3次測量的增長率要高于CK處理。結果表明，有機肥的使用更加有利于植株生長，且對于灌木生長每平方10 kg有機肥和每平方5 kg有機肥（含40%生物質炭）更加適合作為底肥使用，但是每平方10 kg有機肥更加經濟。

表1 不同處理下紅花檵木的株高及增長率

2.1.3 不同處理對紅花檵木土壤指標的影響 如表2，添加有機肥的3個處理土壤含水量分別比CK處理高52.56%、68.27%、55.07%，其中添加10 kg有機肥和5 kg有機肥（含40%生物質炭）土壤水分含量顯著(P＜0.05)高于CK處理。不同處理中有機質含量并沒有產生顯著性變化，但是10OF處理的有機質含量最高。有效磷含量則在5OF+BC處理中紅有最大值，且含量顯著(P＜0.05)高于CK處理，增長率達86.59%。全氮、水解性氮及速效鉀含量較CK處理均呈現不同程度的下降，其中5OF+BC處理中的全氮和水解性氮含量最低且顯著(P＜0.05)低于CK，下降率分別達32.72%和41.05%。

上述結果表明，有機肥具有保持土壤水分的功能，使用以后土壤的含水量會顯著提高，可以有效減少園林養護的成本。有機肥使土壤中的含水量提高，土壤中的離子交換量提高，所以電導率含量提高。因此，有機肥的使用可以有效緩解土壤干旱，增加土壤與植物之間的離子交換量，更加有利于植物生長。

2.2 有機肥和生物質炭在草本植物中的應用效果

2.2.1 不同處理對大葉油草生長指標及土壤指標的影響 通過測量不同處理中大葉油草的葉綠素含量發現（圖3左），添加有機肥以后大葉油草的葉綠素含量分別比CK處理高21.05%、24.54%、11.36%、11.20%，其中施加10 kg有機肥的處理葉綠素含量更是顯著(P＜0.05)高于CK處理。有機肥的使用有效提高了大葉油草的葉綠素含量，更加有利于大葉油草的光合作用，可以更快的促進大葉油草的生長。

同樣經過測量大葉油草的株高后發現（圖3右），4個添加有機肥的處理中大葉油草的株高要比不添加有機肥的處理分別高27.10%、24.46%、54.14%、21.75%，其中添加了2 kg生物質炭的處理株高要顯著(P＜0.05)高于CK處理。

圖3 不同處理大葉油草的葉綠素和株高

綜合上述2個指標發現，有機肥的使用有效促進了大葉油草的生長，因此在園林綠化中特別是草本植物的種植中，使用有機肥可以有效促進植物生長。

通過測量大葉油草土壤養分發現（表2），添加有機肥以后，土壤中的含水率和電導率2個指標均要顯著(P＜0.05)高于CK處理。其中4個有機肥處理的土壤水分含量分別要比CK處理高59.56%、98.61%、115.37%、91.41%；土壤電導率含量較CK處理分別高53.26%、118.48%、176.09%、196.74%。土壤中的有機質含量先減小后增加，其中10OF、2BC和3OF+2BC 3個處理中的有機質含量均顯著高于CK處理，增長率分別是155.74%、122.95%、28.69%。5OF、10OF、2BC、3OF+2BC 4個處理中的全氮含量均要高于CK處理，增長率分別是1.33%、137.33%、60%、4%。水解性氮、有效磷、速效鉀3個指標在5個處理中先增加后減小，在3OF+2BC處理中均有最小值，上述3個指標5OF、10OF、2BC 3個處理中的含量均高于CK處理，水解性氮的增長率分別是9.45%、171.34%、22.60%，有效磷的增長率分別是8.75%、86.25%、13.75%，速效鉀的增長率分別是49.05%、56.27%、13.18%。有機肥的使用有效提高了土壤中的養分含量，滿足了植物生長的養分需求。

2.2.2 不同處理對紫穗狼尾草生長指標及土壤指標的影響 紫穗狼尾草作為一種多年生的叢生型草本植物，具有耐旱，耐砂土貧瘠土壤等特征。經過測量其葉綠素（圖4左）和株高（圖4右）后發現，添加有機肥以后的4個處理葉綠素含量要分別比CK高42.60%、50.98%、64.10%、30.70%，且都達到了顯著性(P＜0.05)水平。4個有機肥處理的株高分別比CK處理高54.74%、50.74%、69.05%、58.53%，同樣達到了顯著性水平(P＜0.05)。有機肥的使用可以有效促進紫穗狼尾草的生長，因此在種植叢生型草本植物時使用有機肥可以更高效的促進植物生長。

圖4 不同處理下紫穗狼尾草葉綠素和株高

經過分析，施加了不同含量的有機肥和生物質炭以后土壤中的水分和電導率含量均要高于CK處理（表2）。其中4個添加有機肥和生物質炭的4個處理的土壤水分含量分別比CK高157.31%、203.61%、132.07%、50.85%，而且單獨添加有機肥和生物質炭的3個處理要顯著(P＜0.05)高于另外2個處理；土壤電導率含量分別比CK高300%、464.88%、160.98%、209.76%，平均增長2倍以上。

表2 不同處理對土壤養分含量的影響

有機質和速效鉀含量在5個處理中依次增加，5OF、10OF、2BC和3OF+2BC 4個處理中的有機質含量較CK分別增加32.81%、48.44%、9.38%、131.25%，速效鉀含量較CK分別增加253.78%、374.39%、110.98%、48.54%。全氮、水解性氮、有效磷的含量在5個處理中的變化趨勢并不一致。

綜合上述試驗結果，在草本植物特別是叢生型植物中，使用有機肥和生物質炭會有效提高土壤的養分含量，促進植物對于養分的吸收，促進植物生長。

3 結論

在本研究中，有機肥和生物質炭的使用通過改善植物根部生長的土壤環境，為其提供豐富的有機質和速效養分，從而有效促進了草本植物大葉油草和紫穗狼尾草以及灌木紅花檵木的生長。但是在試驗中發現雖然有機肥和生物質炭可以促進草本和灌木的生長，但是對于灌木植株根際土壤的改善并沒有草本植物那么明顯，主要原因可能是灌木在種植前已經通過人工育苗的方式形成穩定的根際環境，短時間內植株根部還無法吸收較遠距離的土壤養分。在后續對于灌木的培育和種植中建議直接將有機肥應用于育苗前期，這樣可以為植株根部提供更充足的營養成分，更有利于植株生長。

4 討論

在本研究中有機肥的使用提高了植株的葉綠素含量，這與黃國東[17]和杜守良[18]等的研究一致。但是不同處理對于土壤養分的影響并不一致，有機肥對于灌木植株的土壤養分的影響較小，這可能與紅花檵木的種植方式有關。紅花檵木的樹苗在種植前已經形成穩定的根際結構，在種植時樹坑中添加的有機肥在短時間內并不會迅速的釋放養分到樹苗的根際周圍，因此后續的研究應該延長對于灌木的土壤的檢測周期。有機肥和生物質炭可以有效提高草本植物的土壤養分含量，促進植物對養分的吸收[19-20]，這很可能是因為草本植物根系發達，很多細根會增加植物養分吸收的表面積，加速養分吸收，同時也會讓更多養分釋放到土壤中，更好的發揮土壤改良的作用。

本研究為園林垃圾資源化利用產品的應用提供了堅實的理論依據，后續的研究中應該更加系統的從土壤的物理性質、化學性質、生物性質3個方面對園林綠化垃圾資源化利用產品在土壤改良中的應用效果進行評估，同時要更加細致的對植物的葉綠素光合特征和熒光參數進行測定。園林綠化垃圾的資源化利用是節能減排的重要途徑，同時也是貫徹當今“碳中和”理念的一個重要舉措。將園林綠化垃圾實現資源化利用，并重新應用于園林綠化中，回歸土壤，是政府貫徹落實國家關于“堅持人與自然和諧共生，必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節約資源和保護環境的基本國策”中的重要舉措，也是政府在垃圾分類中的一項重要工作。將園林綠化垃圾的資源化利用產品真正推廣應用于人工濕地、海綿城市建設以及城市園林綠化中，可以進一步發揮園林綠化垃圾的生態效益。