污泥添加对盐碱土性质及冷季型草坪草生长的影响_赵嘉林.pdf

北方园艺 （）：园林花卉第一作者简介：赵嘉林（），女，硕士研究生，研究方向为风景园林与人居环境。：责任作者：王雷（），男，博士，副教授，现主要从事草坪生态学与园林植物等研究工作。：基金项目：国家重点研发计划资助项目（）；内蒙古自治区科技计划资助项目（）；内蒙古农业大学高层次人才引进资助项目（）。收稿日期：污泥添加对盐碱土性质及冷季型草坪草生长的影响赵 嘉 林，王雷（内蒙古农业大学 林学院，内蒙古 呼和浩特 ）摘要：以北方地区常用的草地匍匐剪股颖（）、草地早熟禾（）、高羊茅（）为试材，以盐碱土为空白对照（），营养土为参照（），污泥堆肥比例为、做试验处理，正常养护管理 后，测定草坪草苗高根长、鲜质量干质量、相对电导率、叶绿素、可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛（）含量各项指标变化，研究了堆肥污泥对盐碱土壤理化性质的影响和作用于种冷季型草坪草生长发育的影响，以期降低盐碱地区草坪草生产成本，提高绿化率。结果表明：）随着污泥施加量增加，土壤理化性质得到显著改善，容重降低 、总孔隙度和毛管孔隙度分别升高 和 ，土壤、含盐量分别下降 、。）随着污泥施加量比例增加，改良后的盐碱土作为基质对种草坪草生长促进作用趋势为先升后降。匍匐剪股颖、草地早熟禾、高羊茅分别在污泥堆肥添加量为、时表现最佳。综上可知，施加定量污泥堆肥可以有效改良盐碱土性质，提高草坪草生长质量。关键词：堆肥污泥；土壤理化性质；植物生理生化指标；冷季型草坪草中图分类号：文献标识码：文章编号：（）污泥是污水净化处理过程中产生的不包括栅渣、浮渣和沉砂池沙砾含水率不同的废弃物。近年来，随着中国城镇化发展以及污水处理技术提高，污水厂年产量已达到 ，污泥中含有丰富的营养物质，如有机质、氮磷、矿物质等，同时也包含微生物菌体、胶体、重金属、可溶性盐等。污泥经过好氧堆肥后，不仅轻质、无害，而且可以促进植物生长，将其应用于绿化建设方面，避开食物链，进而实现资源化利用，是一种潜在的优良基质。有研究表明污泥可以有助于土壤团聚体的形成，有效改变土壤物理结构，降低土壤容重，提高土壤保水储水能力、有机质含量，同时还具有缓释肥的功效且作为有机肥的改土能力远高于化肥。徐瑾等研究发现污泥添加土壤有机质含量、最大持水量与当地农田草地土壤相近。上 海外滩 试 验 也 得出 污泥可以改良土壤的结论。对于污泥利用方面，除着眼于其所含有的营养物质外，已有学者发现污泥在提高植物抗性方面也有影响。张宁等发现，干旱胁迫下，污泥可以显著提高植物叶片中吲哚乙酸和色氨酸含量。闫逊等研究发现寒冷干旱条件下，污泥可以促进紫花苜蓿的生长。改良前人方法，发现污泥可以改变 和色氨酸的含量，提高高羊茅抗性。当土壤含盐量为 ，或土壤 为 ，钠碱化度（）为时，就属于盐碱土的范围，会抑制大多数植物生长。我国西北地区盐碱土占全国 左右，极大地影响绿化建设。而在盐碱环境下污泥施用对于植物的影响研究重点在农作物表现方面，但是新颁布的 农用污泥污染物控制标准 对污泥应用于农业进行了进一步的限制。目前大量对于污泥应用于草坪草的研究也集中在提高其抗旱性方面。高羊茅、草地早熟禾、匍匐剪股颖为北方常见的草坪草，大量应用于园林绿化中。该研究拟探究城市污泥不同比例对种冷季型草坪草生长以及土壤理化性质的影响，使污泥得到资源化的利用，找出西北盐碱地区降低草坪生产成本的新途径，旨在为草坪草栽培基质研究和城市污泥用于园林绿化的可行性提供参考依据。材料与方法 试验材料供试材料为内蒙古鄂尔多斯尔旗泰禹污水处理有限责任公司的经过好氧堆肥处理的城市污泥，堆肥方式为添加 秸秆的静态垛堆肥。堆肥 后，污泥呈黑褐色，无明显异味，结构疏松，含水量 ，符合园林绿化标准。盐碱土壤选用内蒙古包头市盐碱土，土壤黄色偏白；营养土选用盈山红 装通用型营养土，呈黑棕色。由表可知，种土壤各项指标达到 城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质 使用标准。表土壤和污泥堆肥性质 指标 全盐量 有机质 全氮 （）速效磷 （）速效钾 （）重金属 （）镍铜镉铅锌 注：代表营养土，代表盐碱土，代表污泥堆肥，下同。：，供试草种为 北方 地区 常 见的匍 匐 剪 股颖（）、草 地 早 熟 禾（）、高羊茅（）个北方常见冷季型草坪草，品种依次选择 普 特（）、新 歌 来 德（）、爱瑞（）。供试基质制备：将污泥与盐碱土风干碾碎，过 筛，按不同比例混合后搅拌均匀，加入适量水继续搅拌成糊状，风干，过 筛，加入蛭石。试验方法采用 上 口 ，下 口 ，盆高 树脂盆于内蒙古农业大学智能温室进行盆栽试验，时间为 年 月。设定个处理，污泥堆肥施用量分别为：空白对照（）、（）、（）、（）、（）和（），以质量比计，以及营养土（）；整个生长过程中不施肥、不进行病虫害防治处理，按照正常养护管理，定期测定指标，第 天后收割，每个处理次重复。项目测定用环刀法测定土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度，计测定，全盐量。苗高、根长：在植物生长及采样后用钢尺、根系扫描仪进行测量；鲜质量、干质量：在试验盆栽内随机取样，清洗后擦去水分测量鲜质量，烘干箱 杀青，烘干至恒质量；相对电导率（，）采用电导仪法 测定；叶绿素含量用遮光暗处理法 测定；可溶性糖含量用蒽酮比色法 测定；游离脯氨酸含量用茚三酮法 测定；丙二醛（，）含量用硫代巴比妥酸显色法 测定。第第期期 北方园艺 数据分析采用 、软件进行数据的统计、分析以及图表绘制。结果与分析 基质理化性质分析随着污泥施加量的增加容重降低 ，总 孔 隙 度 和 毛 管 孔 隙 度 分 别 升 高 和 ，均在 处理之后变化开始显著。处理总孔隙度和管孔隙度、处理土壤容重接近处理且差异不显著。、含 盐 量 显 著 降 低 、，在 处理达到最低值，仍显著高于处理（图）。由表可知，污泥中有机质、全氮、速效磷、速效钾含量均高于盐碱土，故随着污泥添加量的增加，试验基质中营养物质含量也会随之增加，各处理土壤理化性质得到不同程度的改善。注：不同小写字母表示差异显著（）。下同。：（）图污泥堆肥对基质物理性质的影响 污泥堆肥对草坪草苗高、根长的影响随着污泥施加量的增加，种草坪草苗高、根长变化均呈现先升高后降低的趋势（图），但较对照增幅各不相同，分别为匍匐剪股颖 图污泥堆肥对基质化学性质的影响 注：左侧刻度为匍匐翦股颖、草地早熟禾的指标，右侧刻度为高羊茅的指标。下同。：，图污泥堆肥对种草坪草苗高、根长的影响 、；草 地 早 熟 禾 、；高羊茅 、。仅在匍匐剪股颖 处理出现抑制，说明施加污泥在一定比例范围内对植物长势有显著提升，施用污泥对种草坪草根长的促进作用显著大于苗高。其中匍匐剪股颖、草地早熟禾、高羊茅苗高分别在、处理达到最大值，且高羊茅与处理北方园艺月月（上上）无显著差异；根长在、处理达到最大值，草地早熟禾与处理无显著差异，最大值均不出现在同一处理内，这说明基质对于地上部分和地下部分的影响不同。污泥堆肥对草坪草地上部分鲜质量、干质量的影响与苗高根长一致，在不同配比基质处理中，随着污泥添加量的增加，种草坪草鲜质量、干质量均呈现先升后降趋势（图）。匍匐剪股颖鲜质量、干质量较 增长量为 、，均 处理达到最大值，较处理高 、，无显著差异；草地早熟禾 鲜、干 质 量 增 长 量 为 、，在 处理到达最大值，但鲜质量仍显著低于处理，在、处理出现抑制。高羊茅鲜质量、干质量增长量为 、，同样在 处理达到最大值较处理高 、，无显著差异，在、处理出现抑制。种草坪草中，匍匐剪股颖仅表现促进作用，而草地早熟禾、高羊茅出现了抑制现象，抑制程度高羊茅大于早熟禾。除匍匐剪股颖外，草地早熟禾、高羊茅干质量变幅均小于鲜质量变幅，这说明基质的改变，不仅增加了草坪草营养物质含量，同时更有利于草坪草对于水分的吸收和储存。图污泥堆肥对种草坪草鲜质量、干质量的影响 污泥堆肥对草坪草叶绿素含量的影响叶绿素含量随着污泥施用量的增加也出现先升后降的趋势（图）。匍匐剪股颖叶绿素、增长量为 、，草地 早 熟 禾 增 长 量 为 、，种草坪草均在 处理出现最大值显著高于对照、低于处理，在 处理降低至试验处理 最 低 值；高 羊 茅 叶 绿 素、增 长 量 为 、，分别在、处理达到最大值，同样最小值出现在 处理。种草坪草处理除匍匐剪股颖叶绿素外，均显著高于对照，但显著低于处理，说明污泥的施用虽未使叶绿素和营养土基质环境下含量相同，但也使其显著增加，同时对于叶绿素的促进作用明显高于叶绿素。注：、分别为匍匐翦股颖、草地早熟禾、高羊茅。：、，图污泥堆肥对种草坪草叶绿素的影响 污泥堆肥对草坪草相对电导率的影响种草坪草相对电导率整体出现降低后升高的趋势（图）。种草坪草从 处理开始显著下降，处理出现最低值，匍匐剪股颖与 相较，降低 ，高于处理 ，高羊茅与 相较，降低 ，高于处理 。草地早熟 禾 相 较 降 低 ，高 于 处 理 。种草坪草电导率下降程度为匍匐剪股颖高羊茅草地早熟禾。第第期期 北方园艺图污泥堆肥对种草坪草相对电导率的影响 污泥堆肥对草坪草可溶性糖含量的影响随着污泥添加量的增加，可溶性糖含量整体变化趋势为先降低后升高（图），变化幅度分别为：匍匐剪股颖 、草地早熟禾 、高 羊 茅 。种草坪草在 处理变化均不显著。匍匐剪股颖、高羊茅试验处理可溶性糖含量均显著高于处理，且在 处理降低至最小值后回升至高于对照。草地早熟禾在 处理显著降低至低于对照、处理，处理为试验处理最大值，其它处理无显著性差异。说明添加堆肥污泥对于草地早熟禾可溶性糖含量影响较大，匍匐剪股颖、高羊茅较小。图污泥堆肥对种草坪草可溶性糖含量的影响 污泥堆肥对草坪草游离脯氨酸含量的影响随着污泥施加量增加，游离脯氨酸含量同样是先降低后上升的趋势，且所有试验处理均显著高于 处 理。变 化 范 围 分 别 为：、。匍匐剪股颖在 处显著下降至最低值后，在 、处理回升至与对照同一水平。草地早熟禾试验处理含量均低于对照，在 处理达到最小值后回升。高羊茅 依次下降，在 处理到达最低值后回升。种草坪草处理脯氨酸含量均显著高于 处理，其中剪股颖 处理相差最小。上述情况说明，不同比例污泥添加对于降低种草坪草脯氨酸含量有显著影响，但是远未达到营养土条件下的情况。试验处理内降低程度由大到小的依次是高羊茅、匍匐剪股颖、草地早熟禾。图污泥堆肥对种草坪草游离脯氨酸含量的影响 污泥堆肥对草坪草丙二醛含量的影响污泥施用量的增加对于种草坪草丙二醛含量的影响一致，变化趋势为先降低后上升。匍匐剪股颖、草地早熟禾、高羊茅分别降低 、，均在 处理开始显著降低至试验处理最小值后，、处理缓慢上升，且除剪股颖 处理、高羊茅 处理外均显著低于对照。其中匍匐剪股颖、草地早熟禾最小值与处理无显著差异，高羊茅最小值略高于 处理。分别降低 、。污泥的添加可以大幅度降低草坪草丙二醛含量。对匍匐剪股颖、草地早熟禾影响较大，高羊茅相对稳定。北方园艺月月（上上）图污泥堆肥对种草坪草丙二醛含量的影响 灰色关联度分析采用灰色关联度分析评价模型，将不同污泥比例作为基质下的草坪草品质看作一个灰色系统，每个形态和生理生化指标看作影响灰色系统的一个因素，对数据进行无量纲化处理后，以处理作为母序列进行分辨系数为 的灰色关联度分析。按照关联公式可知，关联系数越大，关联性越强，越接近营养土试验处理。由表可知，草坪草各项指标关联顺序如下，匍匐剪股颖：叶绿素干质量鲜质量相对电导率可溶性糖丙二醛根长苗高游离脯氨酸；草地早熟禾：干质量叶绿素相对电导率鲜质量可溶性糖丙二醛根长苗高游离脯氨酸；高羊茅：叶绿素干质量相对电导率可溶性糖丙二醛鲜质量苗高根长游离脯氨酸。综上，种草坪草中叶绿素、干质量、相对电导率对其品质影响最大。表种草坪草处理与处理的关联度 指标 匍匐剪股颖 草地早熟禾 高羊茅 苗高 根长 鲜质量 干质量 相对电导率 叶绿素 可溶性糖 游离脯氨酸 丙二醛 由表可知，不同比例污泥堆肥作为基质的草坪草 品 质 优 秀 度 排 序 为 如 下，匍 匐 剪 股 颖：；草地早熟禾：；高羊茅：。匍匐剪股颖在污泥添加量、草地早熟禾在污泥添加量、高羊茅在 的个试验处理表现最接近营养土基质。与 土壤处理的灰色综合评判数值最大为匍匐剪股颖 ，之后为草地早熟禾 、高羊茅 。说明盐碱土壤基质条件下施用污泥堆肥对提高种冷季型草坪草品质有显著作用，同时对匍匐剪股颖影响效果较为突出。表不同比例堆肥污泥对种草坪草品质影响 污泥添加量 匍匐剪股颖灰色综合评判值（）排序 草地早熟禾灰色综合评判值（）排序 高羊茅灰色综合评判值（）排序 第第期期 北方园艺讨论结果表明，盐碱土壤基质中随着污泥施用量的增加，其对种冷季型草坪草的影响集中在促进作用，且表现为先升后降的趋势，且有最适值。盐碱土的孔隙度偏小，易板结，没有较好的透水性、通气性，同时有机质营养物质均较低。堆肥污泥的添加可以显著改变土壤理化性质，使容重、孔隙度等指标向营养土靠近，更加轻质化，进而增加了透水性和透气性，防止土壤板结（图）。随着污泥添加量的增加，种草坪草苗高、根长、鲜质量和干质量变化趋势均相同，且均显著高于空白对照的处理，促进作用降低出现在添加量、处理中，这说明堆肥污泥促进草坪草生长有最适值。而且种草坪草中，剪股颖最适值相较于对照变化最明显，其次为高羊茅，最后是早熟禾（图）。盐碱胁迫下，草坪草并不能吸收满足生长需要的水分、营养物质，导致叶绿素合成量低，进而影响光合作用。不同试验处理叶绿素、含量增加趋势虽为先升后降，但是相较空白对照均有不同程度的增加。这说明施用适量污泥比例可以减弱盐碱胁迫，提高草坪草质量（图）。盐碱胁迫首先会改变细胞质膜状态，并对其产生损害，增大细胞膜透性，相对电导率也随之增大。堆肥污泥比例在、情况下，相对电导率显著低于空白对照。这说明施用一定比例的堆肥污泥会在一定程度上减弱草坪草受盐碱胁迫的损害。在施用比例增加在时，相对电导率变化不显著，同时在、时出现显著高于空白对照的值（图），这说明在比例过小时，改善作用弱，比例增大时，污泥内重金属等有害物质含量会对草坪草产生新的胁迫，且胁迫作用大于促进作用。细胞膜的损坏一方面由于细胞膜透性增大，另一方面由于膜质的过氧化而引起的。丙二醛是带有毒性的膜脂过氧化产物，会导致生物大分子 的 交 联 聚 合，它 与 质 膜 透 性 显 著 性 相关，因此可以用丙二醛含量来反映质膜破坏程度。种草坪草丙二醛含量变化规律一致，添加量、处理开始显著性降低，时匍匐剪股颖、草地早熟禾与营养土处理含量无显著性差异，、含量开始上升（图）。这说明添加一定比例堆肥污泥可以有效减弱植物细胞质膜损坏程度，进而促进植物生长。植物体内渗透调节物质是其抗盐碱性评价的主要指标，研究表明，碳水化合物会在胁迫下产生积累。盐碱胁迫下，植物会通过合成渗透调节物质对不良环境做出反应，以减轻损坏，包括外界渗入无机离子和有机溶质如脯氨酸，以及代谢过程中产生的糖类衍生物。该试验结果表明，施入一定比例污泥堆肥会显著降低种草坪草体内游离脯氨酸含量，但依然显著高于处理（营养土），同时比例增大时，含量会显著高于空白对照。脯氨酸累积是植物面对盐碱胁迫的防御措施，这说明一定比例堆肥污泥会减弱土壤盐碱化，有助于草坪草生长，但是施入过多会起到相反作用，可能是因为堆肥污泥本身的盐分较高。可溶性糖不仅可以为植物提供营养，同时也是盐碱胁迫的信号指标，随着盐碱程度增加，表现出先增加后降低的趋势，抗性强的植物继续增加。一定的污泥添加会降低可溶性糖含量，但显著性不高，可能是因为污泥本身含盐量较高。结论）堆肥污泥可以降低土壤，改善土壤的理 化 性 质 升 趋 势，其 中 容 重 降 低 ，孔隙度和毛管孔隙度分别升高 和 。）在不同配比试验中，种冷季型草坪草苗高、根长、鲜质量、干质量、叶绿素指标均体现显著促进作用，且整体趋势相同，促进作用随比例增加呈先增强后减弱甚至表现为抑制；相对电导率、可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛相反，随比例增加先降低后升高。）通过灰色关联度分析得出盐碱土壤基质中添加污泥堆肥可以显著提高草坪草品质，使其趋近与营养土基质条件下品质存在最适比例，分别为，匍匐剪股颖 、草地早熟禾 、高羊茅 。同时种草坪草中剪股颖受污泥堆肥添加的影响较大。综上所述，一定比例堆肥污泥添加有助于缓解种草坪草盐碱胁迫，具有一定实际意义。参考文献住房和城乡建设部标准定额研究所城镇污水处理厂污泥处置系列标准实施指南 北京：中国标准出版社，北方园艺月月（上上）戴晓虎 城镇污水处理厂污泥稳定化处理的必要性和迫切性的思考给水排水，（）：，（），（）：（），（）：姚佳璇，俄胜哲，袁金华 城市污泥农用对灌漠土作物产量及土壤质量的影响生态学杂志，（）：徐瑾，王伟拉萨污水处理厂污泥对沙化土壤改良效果环境工程学报，（）：方海兰，张善发，陈华，等城市生活污泥在上海城市上的利用 杭州：中国风景园林学会第四次全国会员代表大会，张宁，曹允馨，徐伟，等干旱胁迫下污泥对草地早熟禾生长及激素代谢的影响 草业学报，（）：闫逊，习祥春，王娜寒冷干旱地区施用污泥有机肥对紫花苜蓿草生长和土壤理化性质的影响 中国农机化，（）：，：孙吉雄，韩烈保草坪学北京：中国农业出版社，刘国华 几种鸢尾属（）植物耐荫性的研究 南京：南京林业大学，李合生植物生理生化实验原理和技术北京：高等教育出版社，史树德，孙亚卿，魏磊，等植物生理学实验指导北京：中国林业出版社，李得孝，郭月霞，员海燕，等玉米叶绿素含量测定方法研究 中国农学通报，（）：许盼云，吴玉霞，何天明植物对盐碱胁迫的适应机理研究进展中国野生植物资源，（）：曹齐卫，李利斌，孔素萍，等 不同黄瓜品种幼苗对等渗 （）和 胁迫的生理响 应 应 用 生 态 学报，（）：柯丹霞，彭昆鹏，夏远君，等盐胁迫应答基因 的克隆及转基因百脉根的抗盐分析 草业学报，（）：刘铎，丛日春，党宏忠，等 柳树幼苗渗透调节物质对中、碱性钠盐响 应 的 差 异 性 生 态 环 境 学 报，（）：，（，）：，（）（），（），），），：；第第期期 北方园艺