蔡守峰，蕭優(yōu)平，賀文員，陳 楓，宋福強(qiáng)

（1深圳市大鵬新區(qū)城市管理綜合服務(wù)中心，廣東深圳 518000；2深圳市博林環(huán)保工程有限公司，廣東深圳 518000；3黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(chǎn)管理過程中，所產(chǎn)生的樹枝、根莖、落葉、碎草等有機(jī)垃圾[1]。隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市綠地面積穩(wěn)步增長(zhǎng)，園林綠化垃圾的總量隨之顯著增長(zhǎng)，已經(jīng)成為巨大的城市污染源。目前，中國(guó)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(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間、人力和經(jīng)濟(jì)成本，還會(huì)嚴(yán)重危害土壤、空氣及地下水資源等。此外對(duì)于資源化利用的產(chǎn)品應(yīng)用進(jìn)行合理的科學(xué)評(píng)估是確保這種處理方式進(jìn)一步推廣的重要前提。目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)有相對(duì)成熟的法律法規(guī)和技術(shù)方法對(duì)園林綠化垃圾進(jìn)行資源化利用，例如美國(guó)環(huán)境保護(hù)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(duì)園林垃圾的收運(yùn)、分類、發(fā)酵和后序加工都在法律法規(guī)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(duì)園林垃圾的處理提出了“等級(jí)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(guó)的園林綠化垃圾的資源化利用相對(duì)歐美國(guó)家起步較晚，2007年，中華人民共和國(guó)建設(shè)部發(fā)布了建城[2007]215號(hào)《關(guān)于建設(shè)節(jié)約型城市園林綠化的意見》，文中指出“鼓勵(lì)通過堆肥、發(fā)展生物質(zhì)燃料、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)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(shí)現(xiàn)循環(huán)利用”。2015年，中國(guó)正式頒布《綠化植物廢棄物處置和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(GB/T31755—2015)，該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)首次規(guī)范了綠化植物廢棄物再利用過程中處置場(chǎng)的標(biāo)配、處置工藝、綠化植物廢棄物產(chǎn)品質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法等各項(xiàng)技術(shù)問題[5]。中國(guó)目前園林綠化垃圾的資源化利用產(chǎn)品主要包括：有機(jī)堆肥、生物質(zhì)炭、土壤改良劑、園林覆蓋物、栽培基質(zhì)以及木塑產(chǎn)品等[6]。有研究表明上述這些資源化利用產(chǎn)品可以改善土壤結(jié)構(gòu)[7]、提高養(yǎng)分含量[8]、調(diào)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(jié)構(gòu)[8]等，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

目前通過好氧發(fā)酵堆肥制備有機(jī)肥以及通過高溫裂解制備生物質(zhì)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(chǎn)品—有機(jī)肥和生物質(zhì)炭在園林綠化中的應(yīng)用效果，為園林綠化垃圾資源化利用產(chǎn)品重新回歸到土壤中，發(fā)揮更大的生態(tài)效益提供理論基礎(chǔ)。本研究將有機(jī)肥和生物質(zhì)炭應(yīng)用于園林綠化，通過測(cè)定植株的長(zhǎng)勢(shì)以及土壤養(yǎng)分含量變化，以期為園林垃圾資源化利用提供數(shù)據(jù)支持，進(jìn)一步推動(dòng)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(yàn)材料

本試驗(yàn)使用的園林綠地有機(jī)肥和園林生物質(zhì)炭由深圳市博林環(huán)保工程有限公司提供。園林綠地有機(jī)肥是將收集的園林綠化垃圾經(jīng)過二次粉碎后，加入微生物發(fā)酵液和碳酸氫銨調(diào)節(jié)碳氮比后經(jīng)過高溫腐熟而成。其中有機(jī)質(zhì)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(zhì)炭是園林綠化垃圾經(jīng)過高溫裂解制作而成，具體參數(shù)如下：有機(jī)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(dǎo)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(shù)據(jù)的檢測(cè)均由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)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(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以紅花檵木作為灌木或小喬木的代表，通過設(shè)計(jì)不同的有機(jī)肥和生物炭含量，來探究有機(jī)肥對(duì)灌木或小喬木的影響。共設(shè)計(jì)4個(gè)處理，分別是：空白（不添加任何肥料）(CK)、每平方5 kg有機(jī)肥(5OF)、每平方10 kg有機(jī)肥(10OF)、每平方5 kg有機(jī)肥（含40%生物質(zhì)炭）(5OF+Biochar)，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)。通過測(cè)定植株的葉綠素含量以及株高探索不同劑量的有機(jī)肥和生物質(zhì)炭對(duì)灌木植株的影響，通過測(cè)定土壤養(yǎng)分探索不同處理對(duì)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(shè)計(jì)不同的有機(jī)肥和生物質(zhì)炭含量，來探究有機(jī)肥對(duì)草本植物的影響。5個(gè)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(jī)肥(5OF)、每平方10 kg精制有機(jī)肥(10OF)、每平米2 kg生物質(zhì)炭(2BC)、每平米3 kg精制有機(jī)肥+2 kg生物質(zhì)炭(3OF+2BC)，每個(gè)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(jī)肥和生物質(zhì)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(yàn)方法

上述植物在2020年9月種植，一個(gè)月以后每隔半個(gè)月測(cè)試一次植株的株高和葉綠素含量，植株的株高采用卷尺測(cè)定，葉綠素采用便攜式LD-YA葉綠素測(cè)定儀（中國(guó)，山東萊恩德智能科技有限公司）測(cè)定。2個(gè)月以后采用隨機(jī)采樣法采集6個(gè)表層土壤(0～15 cm)混合成為一個(gè)樣本并過2 mm篩后測(cè)定土壤理化性質(zhì)。土壤含水率和電導(dǎo)率采用智能便攜式檢測(cè)儀測(cè)定（萊恩德智能科技，中國(guó)）、用電極電位法測(cè)定土壤pH[12]、利用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定有機(jī)質(zhì)[13]、利用全自動(dòng)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(cè)定土壤有效磷[15]、采用原子吸收光度法測(cè)定土壤速效鉀[16]，進(jìn)而探究不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響。整個(gè)試驗(yàn)周期在2020年9月—2021年4月完成。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究的數(shù)據(jù)分析通過Excel 2016和Origin 2018完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥及生物質(zhì)炭在紅花檵木種植中的應(yīng)用

2.1.1 不同處理對(duì)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(guān)的最重要的色素，葉綠素含量越高，植物吸收光能越多，生長(zhǎng)越快。據(jù)統(tǒng)計(jì)（圖1左），4個(gè)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(gè)添加有機(jī)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(jī)肥（含40%生物質(zhì)炭）處理下葉綠素含量最高，相比CK提高了98%。上述結(jié)果表明添加有機(jī)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(jī)肥（含40%生物質(zhì)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(duì)紅花檵木的葉綠素含量每隔半個(gè)月進(jìn)行一次測(cè)量，連續(xù)測(cè)量4次后發(fā)現(xiàn)（圖2），添加有機(jī)肥以后，除第二次測(cè)量外，其他后兩次測(cè)量的葉綠素含量均要高于CK處理，表明有機(jī)肥的使用會(huì)有效提高植物的光合作用，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

圖2 不同處理下紅花檵木經(jīng)過4次測(cè)量的葉綠素含量

2.1.2 不同處理對(duì)紅花檵木株高的影響 株高是植物形態(tài)學(xué)調(diào)查工作中最基本的指標(biāo)之一，其定義為從植株基部至主莖頂部即主莖生長(zhǎng)點(diǎn)之間的距離。本項(xiàng)目測(cè)量了4種不同處理下紅花檵木的株高，第一次測(cè)量發(fā)現(xiàn)添加5 kg有機(jī)肥（含40%生物質(zhì)炭）的植株最高，分別比其他3個(gè)處理高4.88%、3.61%、14.67%，但是4個(gè)處理之間在統(tǒng)計(jì)學(xué)中并未產(chǎn)生顯著性差異(P＜0.05)（圖1右）。

通過4次測(cè)量株高發(fā)現(xiàn)（表1），每次的株高均會(huì)較上一次有所增高，但是CK處理的增長(zhǎng)率在4個(gè)處理中最低，后3次的增長(zhǎng)率分別是4.39%、1.17%、1.15%。添加有機(jī)肥以后，植株的長(zhǎng)勢(shì)要強(qiáng)于CK處理，且后3次測(cè)量的增長(zhǎng)率要高于CK處理。結(jié)果表明，有機(jī)肥的使用更加有利于植株生長(zhǎng)，且對(duì)于灌木生長(zhǎng)每平方10 kg有機(jī)肥和每平方5 kg有機(jī)肥（含40%生物質(zhì)炭）更加適合作為底肥使用，但是每平方10 kg有機(jī)肥更加經(jīng)濟(jì)。

表1 不同處理下紅花檵木的株高及增長(zhǎng)率

2.1.3 不同處理對(duì)紅花檵木土壤指標(biāo)的影響 如表2，添加有機(jī)肥的3個(gè)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(jī)肥和5 kg有機(jī)肥（含40%生物質(zhì)炭）土壤水分含量顯著(P＜0.05)高于CK處理。不同處理中有機(jī)質(zhì)含量并沒有產(chǎn)生顯著性變化，但是10OF處理的有機(jī)質(zhì)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(zhǎng)率達(dá)86.59%。全氮、水解性氮及速效鉀含量較CK處理均呈現(xiàn)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(dá)32.72%和41.05%。

上述結(jié)果表明，有機(jī)肥具有保持土壤水分的功能，使用以后土壤的含水量會(huì)顯著提高，可以有效減少園林養(yǎng)護(hù)的成本。有機(jī)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(dǎo)率含量提高。因此，有機(jī)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(zhǎng)。

2.2 有機(jī)肥和生物質(zhì)炭在草本植物中的應(yīng)用效果

2.2.1 不同處理對(duì)大葉油草生長(zhǎng)指標(biāo)及土壤指標(biāo)的影響 通過測(cè)量不同處理中大葉油草的葉綠素含量發(fā)現(xiàn)（圖3左），添加有機(jī)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(jī)肥的處理葉綠素含量更是顯著(P＜0.05)高于CK處理。有機(jī)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(jìn)大葉油草的生長(zhǎng)。

同樣經(jīng)過測(cè)量大葉油草的株高后發(fā)現(xiàn)（圖3右），4個(gè)添加有機(jī)肥的處理中大葉油草的株高要比不添加有機(jī)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(zhì)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(gè)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥的使用有效促進(jìn)了大葉油草的生長(zhǎng)，因此在園林綠化中特別是草本植物的種植中，使用有機(jī)肥可以有效促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

通過測(cè)量大葉油草土壤養(yǎng)分發(fā)現(xiàn)（表2），添加有機(jī)肥以后，土壤中的含水率和電導(dǎo)率2個(gè)指標(biāo)均要顯著(P＜0.05)高于CK處理。其中4個(gè)有機(jī)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(dǎo)率含量較CK處理分別高53.26%、118.48%、176.09%、196.74%。土壤中的有機(jī)質(zhì)含量先減小后增加，其中10OF、2BC和3OF+2BC 3個(gè)處理中的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK處理，增長(zhǎng)率分別是155.74%、122.95%、28.69%。5OF、10OF、2BC、3OF+2BC 4個(gè)處理中的全氮含量均要高于CK處理，增長(zhǎng)率分別是1.33%、137.33%、60%、4%。水解性氮、有效磷、速效鉀3個(gè)指標(biāo)在5個(gè)處理中先增加后減小，在3OF+2BC處理中均有最小值，上述3個(gè)指標(biāo)5OF、10OF、2BC 3個(gè)處理中的含量均高于CK處理，水解性氮的增長(zhǎng)率分別是9.45%、171.34%、22.60%，有效磷的增長(zhǎng)率分別是8.75%、86.25%、13.75%，速效鉀的增長(zhǎng)率分別是49.05%、56.27%、13.18%。有機(jī)肥的使用有效提高了土壤中的養(yǎng)分含量，滿足了植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求。

2.2.2 不同處理對(duì)紫穗狼尾草生長(zhǎng)指標(biāo)及土壤指標(biāo)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(jīng)過測(cè)量其葉綠素（圖4左）和株高（圖4右）后發(fā)現(xiàn)，添加有機(jī)肥以后的4個(gè)處理葉綠素含量要分別比CK高42.60%、50.98%、64.10%、30.70%，且都達(dá)到了顯著性(P＜0.05)水平。4個(gè)有機(jī)肥處理的株高分別比CK處理高54.74%、50.74%、69.05%、58.53%，同樣達(dá)到了顯著性水平(P＜0.05)。有機(jī)肥的使用可以有效促進(jìn)紫穗狼尾草的生長(zhǎng)，因此在種植叢生型草本植物時(shí)使用有機(jī)肥可以更高效的促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

圖4 不同處理下紫穗狼尾草葉綠素和株高

經(jīng)過分析，施加了不同含量的有機(jī)肥和生物質(zhì)炭以后土壤中的水分和電導(dǎo)率含量均要高于CK處理（表2）。其中4個(gè)添加有機(jī)肥和生物質(zhì)炭的4個(gè)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(dú)添加有機(jī)肥和生物質(zhì)炭的3個(gè)處理要顯著(P＜0.05)高于另外2個(gè)處理；土壤電導(dǎo)率含量分別比CK高300%、464.88%、160.98%、209.76%，平均增長(zhǎng)2倍以上。

表2 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量在5個(gè)處理中依次增加，5OF、10OF、2BC和3OF+2BC 4個(gè)處理中的有機(jī)質(zhì)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(gè)處理中的變化趨勢(shì)并不一致。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，在草本植物特別是叢生型植物中，使用有機(jī)肥和生物質(zhì)炭會(huì)有效提高土壤的養(yǎng)分含量，促進(jìn)植物對(duì)于養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

3 結(jié)論

在本研究中，有機(jī)肥和生物質(zhì)炭的使用通過改善植物根部生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，為其提供豐富的有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分，從而有效促進(jìn)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(zhǎng)。但是在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)雖然有機(jī)肥和生物質(zhì)炭可以促進(jìn)草本和灌木的生長(zhǎng)，但是對(duì)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(jīng)通過人工育苗的方式形成穩(wěn)定的根際環(huán)境，短時(shí)間內(nèi)植株根部還無法吸收較遠(yuǎn)距離的土壤養(yǎng)分。在后續(xù)對(duì)于灌木的培育和種植中建議直接將有機(jī)肥應(yīng)用于育苗前期，這樣可以為植株根部提供更充足的營(yíng)養(yǎng)成分，更有利于植株生長(zhǎng)。

4 討論

在本研究中有機(jī)肥的使用提高了植株的葉綠素含量，這與黃國(guó)東[17]和杜守良[18]等的研究一致。但是不同處理對(duì)于土壤養(yǎng)分的影響并不一致，有機(jī)肥對(duì)于灌木植株的土壤養(yǎng)分的影響較小，這可能與紅花檵木的種植方式有關(guān)。紅花檵木的樹苗在種植前已經(jīng)形成穩(wěn)定的根際結(jié)構(gòu)，在種植時(shí)樹坑中添加的有機(jī)肥在短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)迅速的釋放養(yǎng)分到樹苗的根際周圍，因此后續(xù)的研究應(yīng)該延長(zhǎng)對(duì)于灌木的土壤的檢測(cè)周期。有機(jī)肥和生物質(zhì)炭可以有效提高草本植物的土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收[19-20]，這很可能是因?yàn)椴荼局参锔蛋l(fā)達(dá)，很多細(xì)根會(huì)增加植物養(yǎng)分吸收的表面積，加速養(yǎng)分吸收，同時(shí)也會(huì)讓更多養(yǎng)分釋放到土壤中，更好的發(fā)揮土壤改良的作用。

本研究為園林垃圾資源化利用產(chǎn)品的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，后續(xù)的研究中應(yīng)該更加系統(tǒng)的從土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物性質(zhì)3個(gè)方面對(duì)園林綠化垃圾資源化利用產(chǎn)品在土壤改良中的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)要更加細(xì)致的對(duì)植物的葉綠素光合特征和熒光參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。園林綠化垃圾的資源化利用是節(jié)能減排的重要途徑，同時(shí)也是貫徹當(dāng)今“碳中和”理念的一個(gè)重要舉措。將園林綠化垃圾實(shí)現(xiàn)資源化利用，并重新應(yīng)用于園林綠化中，回歸土壤，是政府貫徹落實(shí)國(guó)家關(guān)于“堅(jiān)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(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策”中的重要舉措，也是政府在垃圾分類中的一項(xiàng)重要工作。將園林綠化垃圾的資源化利用產(chǎn)品真正推廣應(yīng)用于人工濕地、海綿城市建設(shè)以及城市園林綠化中，可以進(jìn)一步發(fā)揮園林綠化垃圾的生態(tài)效益。