城市污泥堆肥對錦紫蘇生長的影響

梁華祖 尚衛輝 黃少玲 李彩群 葉祥森 李綿盛

摘要：以錦紫蘇（Coleus blumei）為試驗材料，將不同比例的城市污泥堆肥作為栽培基質，通過盆栽試驗，測定錦紫蘇的生長狀況及其生物量等指標。結果表明，當栽培基質中城市污泥所占比例為70%時，錦紫蘇的葉片數為44.40片、株高為36.75 cm、節數為9.41節、冠幅為42.41 cm、鮮重為59.06 g、干重為4.72 g，各指標均大于其余各處理組，且經統計學分析，與對照組無顯著差異。

關鍵詞：城市污泥堆肥;錦紫蘇（Coleus blumei）;栽培基質;生物量

中圖分類號：X705? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）23-0071-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.016? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

城市污泥是污水處理過程中產生的殘余物以及污水表面漂出的浮沫形成的團聚體[1]。至2014年底，中國城市污泥產生量已達2801.5萬t[2];在2015年，中國產生的污泥突破3015.9萬t[3]，污泥產量巨大，已成為中國亟待解決的問題。城市污泥中含有豐富的有機質和植物生長發育所需要的營養成分，還含有重金屬、有毒有害物質、致癌物質、寄生蟲卵、病原微生物、細菌等，任意排放會對環境造成嚴重的污染[4]。現階段國內外污泥處理的方法有很多種，傳統的處理方法主要包括投海、填埋、焚燒，投海會造成水資源的污染以及對人類的二次污染，現已被禁用;填埋受到場地的限制，只起到暫時延緩污染的作用，也逐漸被棄用;而焚燒需要大量的投資，其運行成本高，對國家經濟水平要求較大[5]。城市污泥的堆積發酵能殺死污泥中的有害病原微生物、寄生蟲卵，降低重金屬的有效態，并將一些有機物轉化為腐殖質，將污泥變廢為寶，因此，資源化利用成為城市污泥發展的主要方向[6]。

經研究發現，在城市污泥資源化利用中，污泥堆肥技術成本較低。目前，國內外許多研究將城市污泥堆肥應用于農林業的生產和花卉、草坪草等的種植，研究結果表明，城市污泥堆肥應用能改善不同作物的品質以達到增產的作用。因此，城市污泥堆肥成為處理日益增多的城市污泥利用的有效途徑[6]。如史靖等[7]對毛白楊的研究表明，污泥對林木的生長具有良好的生物效應;于芳芳等[8]對草坪草的研究表明，污泥堆肥的使用能極大提高草坪草的質量;李艷艷[9]對鳳仙花的研究表明，施加污泥堆肥可以延長花期和增加開花量，但將污泥堆肥應用于彩葉草等觀葉草本植物的研究相對較少。錦紫蘇（Coleus blumei），又名彩葉草、洋紫蘇，是唇形科鞘蕊花屬多年生草本植物，原產印度尼西亞爪哇等地，現中國已廣泛栽培。錦紫蘇的葉顏色豐富，有淡黃、暗紫、鮮紅等顏色[10]，常用于花壇地栽或者會場、劇院等專用盆栽，也可作為花籃、花束的配葉，是具有重要價值的資源型觀葉植物[11]，與傳統的污泥處理方法相比，植物處理及農業利用具有成本低，能耗低，無二次污染等優點，現已逐步成為國際上開發利用和研究城市污泥堆肥的熱點[12]。因此，本研究以錦紫蘇為材料，將無害化處理后的城市污泥堆肥作為栽培基質，通過觀察測量錦紫蘇生長狀況，研究不同配比的城市堆肥污泥對錦紫蘇生長狀況的影響，探討城市污泥的農藝價值，有利于城市污泥的資源化利用，避免二次污染，為城市污泥用于錦紫蘇等觀葉草本植物栽培提供理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料

試驗用城市污泥堆肥取自廣寧縣奧茵環境工程科技股份有限公司。

1.2? 方法

共設7個污泥栽培基質處理水平和1個對照組。表1中處理①至處理⑦為不同城市污泥堆肥基質配比，經堆積發酵后作為栽培基質。處理⑧為對照組（CK）是由椰糠和泥炭土按體積比為1∶2配成栽培基質。選取生長狀態基本一致，5～6片葉子，高約15 cm的錦紫蘇扦插苗[13]。用處理①至處理⑧栽培基質種植，每盆1株，每組6盆，設3個重復，按常規管理進行。

1.3? 測定方法

錦紫蘇生長狀況的測定：N、P、K等元素含量檢測均由廣東省農業科學院按照國家標準檢測。每月測量錦紫蘇葉片數、最大葉長、最大葉寬、冠幅、節數等地上部分生物量。生長2個月時，測定其地上部分、地下部分鮮重和干重等生物量，方法參照霍慶霖等[14]的測量方法。

1.4? 數據處理與分析

數據用DPS 7.05軟件處理，采用極差法（LSD）法對數據進行多重比較。

2? 結果與分析

2.1? 不同栽培基質的元素含量和主要的理化性質

由表2可以看出，除處理⑥和處理⑦污泥中Cd含量超過《城鎮污水處理廠污泥處置-農用泥質標準》A級標準但低于B級標準（A標準是Cd含量 <3 mg/kg，B標準是Cd含量<15 mg/kg）外，其余重金屬指標均符合A級標準，可用于種植錦紫蘇。

由表3可以看出，不同栽培基質的總孔隙度以處理①的最高，為120.67%，是對照組的1.18倍;通氣孔隙度以處理②最高，是對照組的1.43倍;持水孔隙度以處理⑤最高，是對照組的1.29倍，除處理①為32.89%之外，其余處理的持水孔隙度均達到50%以上。各處理全氮含量在0.55%～1.87%，以處理③最高，處理⑥最低;有效磷含量以處理①的最高，以處理⑥最低;全鉀含量以處理⑧即對照組最高，其余各處理減少量在0.54～3.19個百分點;以總養分計算，各組值均低于對照組。有基質含量處理組均高于對照組，以處理⑤和處理⑥較高，均為66.72 g/kg，與對照組相差38.92 g/kg;各栽培基質pH中，除處理①、②、⑧的pH>7.00，為偏堿性土壤之外，其余各處理組pH<7.00，為偏酸性土壤。全鹽含量以對照組最高;電導率以對照組最低，處理⑦最高。

2.2? 不同基質配比對錦紫蘇生長狀況的影響

植物葉片數、最大葉長和葉寬、冠幅等是反映植株生長狀況的重要指標[15]。由表4可以看出，錦紫蘇種植30 d，處理①至處理⑦株高、最大葉長、冠幅與對照組⑧相比達到極顯著差異，3項指標的數值均低于對照組⑧;處理⑥與對照組⑧相比，處理⑥的葉片數比對照組⑧增加了3.62片，其株高為18.63 cm，較對照組少了5.03 cm。處理⑥在葉片數、最大葉寬和節數與對照無極顯著差異，處理⑥和對照組⑧各生長狀況基本相當。

從表5可以看出，錦紫蘇種植60 d，除處理⑥的葉片數和最大葉長外，其余各處理組與對照組相比均有極顯著差異。處理⑥和處理⑦各項指標均處于同一水平，略低于對照組⑧。所以處理⑥的各項指標與對照組接近。從圖1可以看出，處理⑥植株優美，長勢較好，具有良好的觀賞性。因此，認為處理⑥的栽培基質與對照組⑧對錦紫蘇的生長影響基本一致。

綜上所述，說明栽培基質中城市污泥添加范圍在20%～60%時，錦紫蘇的生長較為緩慢;栽培基質中城市污泥的含量在70%時錦紫蘇的生長狀況較為良好，能促進葉的生長，并且使株高、冠幅保持在一定的范圍，因為錦紫蘇是觀賞葉的植物，因此處理⑥的栽培效果與對照基本一致。

2.3? 不同栽培基質對錦紫蘇各項指標增長量的影響

由表6可以看出，第一個月和第二個月相比，對照組⑧的葉片數和株高增長量最大，與其余各處理有極顯著差異;最大葉長以處理②、④、⑤較佳;最大葉寬處理②、⑤和對照組⑧在同一水平上;節數以處理②、⑤、⑥、⑦較佳;冠幅以處理①至⑥在同一水平上并且均優于對照組⑧。由于植物根系對栽培基質有改良作用，處理組的栽培基質后期可能會促進錦紫蘇的生長，甚至在某些指標的增長量優于對照組。

2.4? 不同栽培基質對錦紫蘇生物量的影響

從表7可以看出，在不同的栽培基質中，對照組⑧的各項指標均優于各處理組，與各處理組有極顯著差異。處理⑤、⑥、⑦地上部鮮重、全株鮮重、地上部干重和全株干重低于對照組，且與對照組差異極顯著。地下鮮重除對照組⑧之外，以處理③、⑥、⑦較高，且這3個處理無極顯著差異。地下干重除對照組⑧之外，以處理⑥最高，為0.86 g，從小到大順序是處理⑧、處理⑥、處理⑦、處理③、處理⑤、處理④、處理①、處理②。由此可見，在不同污泥基質配比中，以處理⑥為基質的錦紫蘇生物積累量最高，處理⑥與對照組⑧對錦紫蘇生物量的影響比較接近。

由此可見，當城市污泥比例為30%～70%，不同配比基質中錦紫蘇生物量的積累隨著城市污泥比例的增加而增加，且當城市污泥堆肥的比例為70%時，錦紫蘇的生物積累量最高，但當栽培基質中城市污泥的比例超過70%時，錦紫蘇的生物積累量有下降，說明適宜比例的城市堆肥污泥可促進植株生物量的增長。

3? 討論

現階段中國城市污泥產量巨大，城市污泥的處理任務艱巨，而城市污泥堆肥的利用成為當今探究的熱點和主要方向。大多數學者是將城市污泥堆肥作為肥料按一定比例加入到土壤中，探究對不同植物生長狀況的影響。如王社平等[16]將污泥堆肥與農田土按不同比例混合，探究施加城市污泥堆肥對青椒重金屬積累的影響;李淑芹等[17]將污泥堆肥施入大豆的栽培中，探究對土壤和大豆器官的影響;譚國棟等[18]將不同用量的污泥堆肥施加到菠菜地中，探究對菠菜生長狀況及對所施加土壤的影響。因此，在前人研究的基礎上，本試驗進一步探究將城市污泥與藥渣、菇渣、米糠經堆積發酵后直接作為錦紫蘇的栽培基質，從而更大程度地利用城市污泥堆肥，進一步探究城市污泥的資源化利用。

本研究所用栽培基質的主要理化性質如土壤的pH、通氣孔隙度、有機質含量、全氮、有效磷、全鉀含量以及各種重金屬等各項指標，對比《DB11T864-2012園林綠化種植土壤》，均符合園林綠化種植一級標準。另外，現有研究表明，污泥堆肥的利用并不會導致植物體內重金屬的積累，反而植物能對土壤中的重金屬起到鈍化的作用[19]。由此說明，本試驗中將城市污泥堆肥用于錦紫蘇的栽培是合理可行的。此外，城市污泥堆肥中重金屬Pb、As、Cr、Hg的最高含量分別為76.726、10.022、61.577、0.654 mg/kg，而《城鎮污水處理廠污泥處理-農用泥質標準》中的農用A級標準，分別是Pb含量<300 mg/kg、As含量<30 mg/kg、Cr含量<500 mg/kg、Hg含量<3 mg/kg，對比可知，本研究栽培基質的元素含量中重金屬Pb、Cr、As、Hg的含量遠遠小于《城鎮污水處理廠污泥處理-農用泥質標準》中的A級標準，可適用于蔬菜地、糧食作物、果樹、飼料作物、纖維作物等土壤限制值的要求。但本試驗缺少對栽培錦紫蘇后基質重金屬的變化以及錦紫蘇內是否累積重金屬等問題的研究，因此，是否可以將其用于農作物種植，解決重金屬累積和超標問題，這有待進一步探究。

從錦紫蘇生長測定結果可知，處理①至⑧的植株生長狀況呈逐漸增長的趨勢，其中處理①至③生長狀況較差，錦紫蘇植株較為矮小，葉片顏色較暗淡;處理④和處理⑤處于中間水平，生長狀況較為良好，葉片多并已經出現分枝，但由于總養分較低導致植株莖稈較細，葉片較小;處理⑥和處理⑦與對照組相比生長狀況最好，葉片多而大，莖粗壯，甚至在某些方面還優于對照組。數據表明，當城市污泥的添加量為70%時，葉片數、株高、最大葉長、最大葉寬、節數和冠幅略低于對照組，但錦紫蘇的生長狀況與對照組基本一致，這可能是由于各方面因素的共同影響。當城市污泥添加量為70%時，錦紫蘇葉片數在第一個月高于對照組以及其余各處理，錦紫蘇生長至第二個月時，對照組⑧的葉片數極顯著高于其他各處理的葉片數，這可能是由于城市污泥配比的各處理營養成分過高，導致葉片脫落，所以栽培基質在錦紫蘇的后期生產可能會更好。但當城市污泥比例超過70%時，錦紫蘇的品質反而有所下降。綜上所述，說明一定比例的城市污泥堆肥有利于錦紫蘇的生長，最適合錦紫蘇生長的污泥配比為70%城市污泥、5%藥渣、5%菇渣、20%米糠。但當城市污泥的添加量大于70%時，營養過于豐富。對于長期栽培，70%城市污泥配比的栽培基質與其他基質混合使用效果可能更好。當栽培基質中城市污泥堆肥的含量超過70%時，錦紫蘇生長由于多方面因素的共同影響而受到抑制，這與陳同斌等[20]將城市污泥堆肥按不同比例添加到小麥栽培基質中，探究植物生長狀況，楊道蘭[4]將城市污泥堆肥與田園土配比作為矮牽牛的栽培基質的研究相近。銀葉菊無土栽培的適宜基質為50%污泥+50%（蛭石+珍珠巖）和60%污泥+40%（蛭石+珍珠巖），當基質為50%污泥+50%（蛭石+珍珠巖）時，銀葉菊的冠幅和株高長勢最好。當60%污泥+40%（蛭石+珍珠巖）時，銀葉菊的葉長和葉寬長勢最好[21]。

植物根系的重要功能之一是從土壤吸收生長所需的水分和無機鹽，而根系在吸收營養物質的同時也改善了土壤的通透性和孔隙度[22]，對比錦紫蘇在不同栽培基質的地下部分的生物量可知，當城市污泥的比例為70%時，錦紫蘇的鮮重、干重在添加城市污泥處理中最高。結果表明，一定比例的城市堆肥污泥可促進錦紫蘇生物量的增長，這是由于錦紫蘇根系通過吸收營養物質進而改善了土壤結構，促進了其根系的生長，根系的生長又進一步促進了地上部生物量的增長。當城市污泥的比例為70%，錦紫蘇的生物量最佳。

根冠比是指植物地下部分與地上部分的鮮重或干重的比值，它的大小能反映出植株地上、地下部生長發育情況以及土壤的營養供應狀況，該指標高則根系機能活性強，低則弱[22]。錦紫蘇在不同栽培基質下，除處理⑥外，其他處理根冠比均高于對照組，說明不同配比基質的城市堆肥污泥有利于植物根系發達，增加植物的根系機能活性，從而有利于培養壯株，有利于作物的地上部分生長。試驗證明，城市污泥堆肥對于錦紫蘇生長具有好的適應性，并為污泥堆肥直接用于觀葉類草本植物的種植提供了理論基礎，在一定程度上促進了城市污泥堆肥的資源化利用。

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