劉欣宇，曹 盼，林永鋒，方 昭，王琳琳，田光明

[1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)有機(jī)循環(huán)研究院(蘇州)，江蘇蘇州 215100；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083；3.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州 310058]

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，餐廚廢棄物成為影響城鄉(xiāng)環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要問題。資源化利用是處理餐廚廢棄物的一條關(guān)鍵路徑，包括堆肥化利用、飼料化利用及生物柴油利用等。其中堆肥化利用，即餐廚堆肥，是當(dāng)前餐廚廢棄物資源化利用眾多途徑中技術(shù)難度相對(duì)較低的一種方式[1]。Yang等早在1998年就提出將餐廚廢棄物作為堆肥進(jìn)行資源化利用[2]；楊麗娟等研究表明，餐廚堆肥對(duì)番茄的產(chǎn)量及品質(zhì)具有顯著的提升促進(jìn)作用[3]。

有機(jī)肥的施用，能夠改善土壤的理化性質(zhì)并提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)。餐廚堆肥相對(duì)于其他有機(jī)肥有著更加復(fù)雜的性質(zhì)，在當(dāng)前技術(shù)水平之下，餐廚堆肥往往含有大量的油脂及鹽分，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)及環(huán)境容易產(chǎn)生不良影響[4-6]。同時(shí)，由于我國(guó)各地飲食文化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r有所不同，餐廚廢棄物性質(zhì)也有很大的差異，導(dǎo)致以不同地域餐廚廢棄物為原料制備的餐廚堆肥在養(yǎng)分含量、鹽分含量、含水量等方面有很大的差異。當(dāng)前關(guān)于餐廚廢棄物資源化產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已有部分研究，但研究結(jié)果卻并不完全一致[7-9]，究其原因與餐廚堆肥原始物料的基本性質(zhì)差異較大有關(guān)。因此，本研究提供了試驗(yàn)所用肥料的主要理化性質(zhì)，可以為后人的相關(guān)研究提供參考依據(jù)。當(dāng)前關(guān)于餐廚堆肥在水稻生產(chǎn)上應(yīng)用的報(bào)道極少[10]，尤其是關(guān)于餐廚堆肥對(duì)稻米品質(zhì)及稻田水體環(huán)境質(zhì)量的影響未見報(bào)道。本研究以施用化肥及雞糞堆肥作為對(duì)照，重點(diǎn)研究餐廚堆肥應(yīng)用于水稻生產(chǎn)過程中對(duì)水稻產(chǎn)量、稻米品質(zhì)及水土環(huán)境的影響，從而為餐廚堆肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的合理應(yīng)用及餐廚廢棄物的高效資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于江蘇省蘇州市吳中區(qū)東山鎮(zhèn)，地處太湖流域，年平均氣溫18.5 ℃，最高氣溫35 ℃，最低氣溫2 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 198 h，年降水量 967 mm。試驗(yàn)地土壤為水稻土，土壤質(zhì)地為黏土，是環(huán)太湖地區(qū)水稻生產(chǎn)的主要土壤類型，供試區(qū)域平坦向陽，排灌方便，種植前細(xì)致整地，在水稻移栽前后無化肥投入施用。

1.2 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為南粳46，2007年以關(guān)東194為父本，武香粳14為母本經(jīng)人工選育雜交而成。南粳46抗條紋葉枯病、中抗白葉枯病，感穗頸瘟和紋枯病。全生育期165 d左右，屬中熟晚粳類型。供試化肥為復(fù)合肥，購(gòu)自江蘇華昌化工股份有限公司，試餐廚堆肥由環(huán)太湖地區(qū)收集的餐廚垃圾于環(huán)太湖有機(jī)廢棄物處理利用示范中心經(jīng)好氧發(fā)酵而得。試驗(yàn)地土壤及供試肥料基本情況見表1。

表1 供試土壤及肥料主要理化性質(zhì)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理：不施肥(CK)，等氮量化肥2.58 t/hm2(T1)，雞糞堆肥13.49 t/hm2(T2)，餐廚堆肥15 t/hm2(T3)，餐廚堆肥30 t/hm2(T4)，餐廚堆肥45 t/hm2(T5)，各處理作為水稻基肥于2020年5月21日1次施入。2020年6月5日移栽，2020年11月17日收獲。以上各處理地塊均多年連續(xù)種植水稻，各處理隨機(jī)排列，重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及調(diào)查方法

1.4.1 水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素調(diào)查 以小區(qū)收獲后全部風(fēng)干籽粒質(zhì)量計(jì)算產(chǎn)量，產(chǎn)量構(gòu)成因素于室內(nèi)進(jìn)行考種，調(diào)查有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率。

1.4.2 稻米品質(zhì)調(diào)查 參考江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T 1762—2011《稻米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)》[11]對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量及食味值進(jìn)行評(píng)價(jià)；按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2005《食品中污染物限量》[12]對(duì)稻米汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鎘 (Cd)、鉻(Cr)、硒(Se)含量進(jìn)行測(cè)定。

1.4.3 水土環(huán)境質(zhì)量調(diào)查 于水稻成熟期(2020年10月21日)采集水體樣本，以腳踏真空泵采集水面以下、土表以上的水，用250 mL玻璃瓶分裝，置于4 ℃冰箱中保存，并參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的方法，對(duì)水樣進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)定水樣中化學(xué)需氧量(COD)、pH值及懸浮物含量。

于水稻收獲當(dāng)日采集土壤樣本，采樣位置為水稻根系0～15 cm處，將樣本風(fēng)干、磨碎、過100 mm篩備用。土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定參考鮑士旦的方法[13]，測(cè)定pH值、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量；依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[14]中規(guī)定的方法，對(duì)土壤中的重金屬含量進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用DPS 18.1軟件進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度與單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表2可知，相對(duì)于化肥處理，餐廚堆肥各個(gè)施用量均對(duì)水稻產(chǎn)量產(chǎn)生了明顯的提升效果，T3、T4、T5處理相對(duì)于T1處理分別提升了3.76%、9.96%和13.14%。同時(shí)，餐廚堆肥高用量處理(T5)相對(duì)于化肥及雞糞堆肥處理的有效穗數(shù)、千粒質(zhì)量及結(jié)實(shí)率也均達(dá)到了顯著差異水平(P<0.05)。在每穗粒數(shù)方面，餐廚堆肥處理與其他處理均具有顯著差異(P<0.05)。采用灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果(表3)可知，有效穗數(shù)與水稻產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)最大，說明有效穗數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。隨著餐廚堆肥施用量的增加，有效穗數(shù)也在逐步上升，并使水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。

2.2 不同處理對(duì)稻米品質(zhì)的影響

由表4可知，在稻米外觀品質(zhì)與食味品質(zhì)方面，與化肥處理及雞糞堆肥處理相比，餐廚堆肥處理降低了稻米的堊白度，T3處理水稻的堊白度在處理組中最低。餐廚堆肥處理的食味值整體大于化肥處理，其中T3處理餐廚堆肥處理的食味值最高，與雞糞堆肥處理無顯著差異。由此可見，餐廚堆肥替代化肥能夠改善稻米的外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)。在稻米安全品質(zhì)方面(表5)，T3處理能夠顯著降低稻米中的Hg含量，而在其他重金屬含量方面，各個(gè)處理并無顯著差異。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2005《食品中污染物限量》對(duì)大米污染物的限量要求：Hg≤0.02 mg/kg、As≤0.15 mg/kg、Pb≤0.2 mg/kg、Cd≤0.2 mg/kg、Cr≤1 mg/kg、Se≤0.3 mg/kg，本試驗(yàn)所有處理均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不同施肥處理?xiàng)l件下水稻產(chǎn)量及構(gòu)成

表3 產(chǎn)量構(gòu)成因素與水稻產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度分析

表4 不同施肥處理?xiàng)l件下稻米外觀與食味品質(zhì)

2.3 不同施肥處理對(duì)土壤環(huán)境的影響

由表6可知，在土壤養(yǎng)分含量方面，施用餐廚堆肥能夠提升土壤的有機(jī)質(zhì)及速效鉀含量。各處理在土壤全氮含量及pH值方面并無顯著差異，而T5處理能夠顯著提升土壤中的速效磷含量(P<0.05)。在土壤安全性方面，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》對(duì)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值各項(xiàng)指標(biāo)做了明確要求，本研究各處理的結(jié)果詳見表7，各處理pH值無顯著差異，重金屬含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值，屬于安全范圍。

表5 不同施肥處理?xiàng)l件下稻米安全品質(zhì)

表6 不同施肥處理?xiàng)l件下土壤養(yǎng)分含量

表7 不同施肥處理?xiàng)l件下土壤安全性指標(biāo)

2.4 不同處理對(duì)稻田水體環(huán)境的影響

受限于當(dāng)前處理工藝水平，餐廚廢棄物在進(jìn)行堆肥化利用的過程中通常會(huì)有大量的鹽分及油脂等雜質(zhì)難以去除，因此施用餐廚堆肥應(yīng)格外注意對(duì)稻田水質(zhì)的影響。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[15]中對(duì)水作作物的水質(zhì)重點(diǎn)控制項(xiàng)目做出了明確的標(biāo)準(zhǔn)值：COD≤150 mg/L、懸浮物≤80 mg/L、pH值為5.5～8.5。其中，COD為以化學(xué)方法測(cè)量水樣中需要被氧化的物質(zhì)的氧當(dāng)量，是衡量水體有機(jī)污染的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本試驗(yàn)相關(guān)結(jié)果見表8，所有處理的水質(zhì)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。相對(duì)于其他處理，施用餐廚堆肥處理顯著提升了COD及懸浮物的含量(P<0.05)，且隨著餐廚堆肥施用量的增加而不斷提升。當(dāng)餐廚堆肥用量為45 t/hm2時(shí)，稻田水體中COD及懸浮物含量已接近國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限。由此可見，施用餐廚堆肥會(huì)對(duì)稻田水體環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，但在一定用量范圍內(nèi)不會(huì)超過國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

表8 不同施肥處理?xiàng)l件下水質(zhì)指標(biāo)

3 討論與結(jié)論

將餐廚廢棄物以堆肥方式進(jìn)行資源化利用是學(xué)界研究較早且普遍采用的一種方式。本試驗(yàn)中，相對(duì)于等氮量的化肥及雞糞堆肥，餐廚堆肥對(duì)水稻產(chǎn)量具有明顯的提升作用，分析其原因是餐廚堆肥能夠顯著提升水稻的有效穗數(shù)及每穗粒數(shù)，這與相關(guān)的研究結(jié)果[10]一致。

隨著人民生活質(zhì)量的不斷提高，農(nóng)作物的生產(chǎn)不應(yīng)只滿足于產(chǎn)量的提升，更要注重其品質(zhì)。為此，本試驗(yàn)首次針對(duì)餐廚堆肥對(duì)稻米品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)施用餐廚堆肥能夠有效改善稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)及食味品質(zhì)，且對(duì)稻米中的大部分重金屬含量沒有明顯影響，其中施用15 t/hm2餐廚堆肥處理能夠顯著降低稻米中的Hg含量。

餐廚堆肥作為一種有機(jī)肥，能夠明顯提高土壤中的有機(jī)質(zhì)及速效鉀含量，不僅高于化肥處理，而且也高于同為有機(jī)肥處理的雞糞堆肥，各處理在土壤安全性方面沒有顯著差異，表明餐廚堆肥在一定施用量范圍內(nèi)對(duì)稻田土壤具有較高的安全性，并能夠改良土壤的理化性質(zhì)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)田灌溉水的安全性同樣極為重要，本試驗(yàn)首次研究施用餐廚堆肥對(duì)稻田水質(zhì)的影響，研究結(jié)果表明，餐廚堆肥對(duì)稻田水體中COD、懸浮物含量及pH值有著較大的影響，相對(duì)于化肥及雞糞堆肥，對(duì)水體存在著一定的污染性，但仍在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的安全范圍內(nèi)，分析其原因在于餐廚廢棄物發(fā)酵等處理工藝未能完全去除掉其中的油脂等雜質(zhì)。綜上所述，餐廚堆肥適宜替代等氮量的化肥應(yīng)用于水稻生產(chǎn)，對(duì)農(nóng)田土壤及水體的安全性符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建議進(jìn)一步加大對(duì)餐廚廢棄物處理工藝的研究。