湿垃圾好氧堆肥产品施用方式对土壤理化性状的影响

张青青 徐 冰 李跃忠 张 浪 梁 晶

据统计，2017年上海生活垃圾清运量为900 万t，其中约60%的生活垃圾为湿垃圾。湿垃圾富含有机质，N、P、K营养元素等植物所需的养分[1]，也含有畜禽生长所需的蛋白质、糖类[2]，合理地将湿垃圾减量化、资源化和无害化处理显得尤为重要。2019年1月31日上海市人大表决通过了《上海市生活垃圾管理条例》，明确提出在公共绿地、公益林优先使用湿垃圾资源化利用产品。

目前，贾璇等[3]发现施用湿垃圾调理剂可提高土壤有机碳含量，且随着施用时间的增加向深层土壤迁移。王越等[4]发现湿垃圾堆肥产品可以增加土壤颗粒有机碳含量，且可同土壤颗粒胶结形成大团聚体来提高土壤团聚体稳定性。李丰杰等[5]发现土表覆盖的湿垃圾堆肥产品对土壤的影响主要集中在表土层，对土壤的pH值和EC值无显著影响（P＞0.05）；且随施用量的增加，土壤有机质、硝态氮和有效磷显著增加（P＜0.05）。Lee等[6]发现与对照、商业堆肥和无机肥相比，湿垃圾堆肥产品处理的根际真菌和细菌数量、土壤生物量和土壤酶活性在2、4和6周时显著增加，且pH、EC、全氮含量、有机质含量普遍高于对照、商业堆肥和无机肥处理。Lee等[7]发现施用湿垃圾堆肥产品使作物收获后土壤pH、EC、有机碳、有效磷含量增加，尤其是CEC和交换性钠含量在不同水分条件下均增加。但现有的研究主要是关于湿垃圾不同处置方式的产品对土壤理化性质的影响[8]，而关于湿垃圾堆肥产品不同施用方式对绿林地土壤地力提升的研究较少。

本研究将湿垃圾好氧堆肥产品采用沟施、撒施的方式施用于上海市闵行外环林带，通过研究施用前、施用后1个月、施用后6个月的土壤的容重、pH、EC、有机质、全氮、有效磷、速效钾、全盐量等指标，评价湿垃圾堆肥产品沟施、撒施处理方式对土壤肥力质量的影响，为湿垃圾堆肥产品施用于绿林地提供了数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验布设在上海市闵行外环林带，试验面积约1 200 m2，将其划分为3个小区，每个小区400 m2，其中2个小区分别采用沟施、撒施湿垃圾产品，施用量为5 t/亩，1个小区不施湿垃圾堆肥产品作为对照。

湿垃圾堆肥产品由湿垃圾原料+15%木屑+10%黑碳素堆肥而成，其有机质含量为464.2 g/kg，全氮含量为21.0 g/kg，全磷含量为6.24 g/kg，全盐量为46.1 g/kg，pH值为7.22，EC值为3.59 mS/cm。

1.2 土壤样品的采集与处理

本试验于施用湿垃圾前和施用后1个月、6个月进行土壤样品的采集。采集土壤时先清除覆盖在土壤表面的堆肥层，避免影响试验数据。采用梅花点法在每个试验小区采集5个样点，每个样点分0～5 cm、5～30 cm和30～60 cm 3层采集，再将同一土层5个采样点的土壤混合，用四分法取足量土壤装入自封袋，并编号记录。自然风干，磨细备用。同时，对不同小区、不同土层进行环刀取样，每层取3个。

1.3 测定指标与方法

采用环刀法测土壤容重；pH值按水土比 5∶1浸提后用pH计测定；EC值采用电导仪测定；土壤有机碳采用重铬酸钾—外加热法测定；全氮采用凯氏定氮仪测定；有效磷、速效钾分别采用钼锑抗比色法、乙酸铵浸提—火焰光度法测定；土壤全盐量采用质量法测定。

1.4 数据处理与统计分析

采用 SAS 9.0对不同处理进行方差分析判别差异显著性水平（P＜0.05），并用origin 8.5软件进行作图。

为了评价施用前和施用后不同时期的土壤肥力，参照DB 31/T1191-2019《绿化土壤肥力质量评价方法》，选用容重、pH、EC、有机质、全氮、有效磷、速效钾共7项指标作为评价指标，运用修正的内梅罗（Nemoro）公式，对土壤肥力进行定量综合评价。内梅罗（Nemoro）计算公式如下：

式中：

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质

从表1中可以看出，与CK相比，沟施和撒施处理前后土壤容重无显著差异（P＞0.05）。但施用后半年，沟施处理在0～5 cm、5～30 cm和30～60 cm土层的容重均降低，分别由1.40 g/cm3、1.59 g/cm3、1.62 g/cm3降至1.23 g/cm3、1.46 g/cm3、1.44 g/cm3。撒施处理0～5 cm和5～30 cm土层容重降低，分别由1.43 g/cm3、1.56 g/cm3降至1.27 g/cm3、1.52 g/cm3，但对30～60 cm土层的容重影响不明显（表1）。研究表明，湿垃圾堆肥产品可以改善土壤的结构，疏松土壤孔隙，降低土壤容重，其中以沟施的效果较佳。

1. 不同处理不同土层的pH和EC变化

2. 不同处理不同土层的有机质和全氮的变化

2.2 土壤化学性质

2.2.1 土壤pH值

施用湿垃圾前，不同土层不同处理的土壤pH值无显著差异（P＞0.05），均在8.30～8.60之间。施用后1个月，施用湿垃圾堆肥产品的小区土壤pH降低明显，其中以沟施和撒施的表层土pH值降低较多，且显著低于对照（P＜0.05）。沟施处理中0～5 cm、5～30 cm和30～60 cm土层pH值均降低，从8.4降至7.8左右；撒施处理中，仅有0～5 cm的表层土pH值降低明显，从8.35降至7.85，较深的土层pH值降幅较小。施用6个月后，土壤pH值有所回升，但是仍低于施用前。其中， 0～5 cm不同处理的pH无显著差异；5～30 cm，沟施处理的土壤pH显著低于对照和撒施处理（P＜0.05）；30～60 cm，撒施处理的土壤pH显著低于对照和沟施处理（P＜0.05）（图1）。

2.2.2 土壤EC值

施用湿垃圾堆肥产品前，不同土层不同处理的土壤EC值基本均在0.1～0.2 mS/cm之间，无显著差异（P＞0.05）。湿垃圾堆肥产品施用后，对照的土壤EC值没有明显变化，而沟施和撒施处理的土壤EC值均升高，变化的幅度因土层和施肥方式而异。施后1个月，沟施处理5～30 cm和30～60 cm土层EC值显著升高；而撒施处理的0～5 cm土层EC值显著升高，从0.14 mS/cm升高到0.68 mS/cm。施后6个月，0～5 cm和30～60 cm土层沟施、撒施处理与对照间差异不显著（P＞0.05）；5～30 cm土层沟施处理EC值显著高于对照（P＜0.05），但与施用前差异不显著（P＞0.05）（图1）。

表1 不同处理的土壤容重变化

2.2.3 土壤有机质含量

在施用湿垃圾堆肥产品前，不同土层不同处理的有机质含量差异不明显（P＞0.05）。施用后土壤有机质含量有不同程度的增加。施后1个月，撒施处理的表层土（0～5 cm）大幅度升高，显著高于对照（P＜0.05），有机质含量从30 g/kg增至228 g/kg。而沟施处理在5～30 cm的土壤有机质含量较高。施后6个月，沟施与撒施处理的土壤有机质含量均比施用前增加，但是与对照间差异不显著（P＞0.05）（图2）。

2.2.4 土壤全氮含量

在施用湿垃圾前，不同土层不同处理的全氮含量差异不显著（P＞0.05）。施用后1个月在撒施处理的表层土（0-5cm）中大幅度升高，从1.5 g/kg升高到9.6 g/kg，显著高于对照（P＜0.05）。而沟施处理在5-30cm的土壤全氮含量较高。施用后6个月，施用湿垃圾堆肥产品的小区的土壤全氮含量高于对照，但差异不显著（P＞0.05）（图2）。

2.2.5 土壤有效磷含量

土壤有效磷含量可以反映对当季作物供应磷素能力[9]。湿垃圾堆肥产品施用前，不同处理小区的有效磷含量差异不显著（P＞0.05）。施用后1个月，撒施处理的表层（0～5 cm）有效磷大幅度升高，有效磷从9.7 mg/kg升高到269.4 mg/kg，而沟施处理在5～30 cm土层有效磷含量显著升高，与对照差异显著（P＜0.05）。施后6个月，撒施与沟施处理有效磷含量均升高，但仅有0～5 cm土层的沟施处理显著高于对照（P＜0.05）（图3）。

2.2.6 土壤速效钾含量

土壤速效钾含量能够直观反映土壤可供植物利用的钾素含量水平[10]。湿垃圾产品施用前，不同处理小区的速效钾含量差异不显著（P＞0.05）。施用后1个月，速效钾在撒施处理的表层（0～5 cm）大幅度升高，比对照增加5倍，差异显著（P＜0.05）；沟施处理小区5～30 cm土层速效钾含量也显著升高。施后6个月，0～5 cm和30～60 cm土层沟施处理和撒施处理的速效钾含量均降低，且与对照间差异不显著（P＞0.05），5～30 cm土层沟施处理的速效钾含量有所降低，但仍显著高于对照（P＜0.05）（图3）。

2.2.7 土壤全盐量

湿垃圾堆肥产品施用前，不同土层不同处理土壤全盐量均在1.0 g/kg以下，处理间无显著差异（P＞0.05）。施用1个月后，沟施处理各土层和撒施处理的表层土的全盐量有明显升高。其中，沟施处理在5～30 cm和30～60 cm土层全盐量显著高于对照（P＜0.05）；撒施处理的表层土盐分升高最多，为1.8 g/kg，显著高于对照（P＜0.05），土壤为轻度盐碱。这是由于湿垃圾中含有较多的盐分，这些盐分在堆肥过程中没有得到有效的去除，故导致施用湿垃圾堆肥产品后土壤盐分增加。施用6个月后，沟施和撒施处理的土壤全盐量下降，均降至1.0 g/kg以下，与施用前差异不显著，与对照间也无显著性差异（表2），这可能是在雨水的作用下土壤中的盐分被淋溶的缘故。

3. 不同处理不同土层的有效磷和速效钾的变化

2.3 土壤质量综合评价

根据DB 31/T1191-2019《绿化土壤肥力质量评价方法》对不同土层不同处理的土壤质量进行评价分级，P＞2.7，土壤质量为“优”；1.8≤P≤2.7，土壤质量为“良”；0.9≤P≤1.8，土壤质量为“中”；P＜0.9，土壤质量为“差”。从表3可以发现，施用湿垃圾好氧堆肥产品1个月后土壤质量得到了提升，其中沟施处理在30～60 cm对土壤的改良效果优于撒施处理。施用湿垃圾好氧堆肥产品6个月后，不同处理之间土壤质量无显著差异。

3 结论与讨论

通过分析湿垃圾堆肥产品不同施用方式对上海市闵行外环林带的土壤理化性质的影响，可以看出，相比CK，湿垃圾堆肥产品施用后土壤pH值有所降低，EC值升高，有机质、全盐量及速效养分含量均有所升高。湿垃圾好氧堆肥产品施用1个月后，不同土层的土壤pH存在不同程度的降低，土壤EC、有机质、全氮、有效磷、速效钾均增加。其中，在0～5 cm土层，撒施处理的土壤EC、有机质、全氮、有效磷、速效钾、全盐量高于沟施处理。在5～30 cm和30～60 cm，沟施处理的土壤EC、有机质、全氮、有效磷、速效钾、全盐量高于撒施处理。这是因为撒施处理是将湿垃圾堆肥产品直接撒在土壤的表面，湿垃圾堆肥产品暴露于地表容易造成养分流失，对深层土壤影响较小；而沟施处理则是将湿垃圾堆肥产品施在30 cm内，在雨水的作用下，养分会随着雨水的下渗而向下流失。施用后6个月，各处理的pH值比施用前低，EC值、全盐量、有机质及速效养分比施用前高，但差异不显著，这可能是因为湿垃圾堆肥产品释放养分较快，属于短效肥。

综合而言，根据内罗梅指数法评价土壤肥力质量，发现施用湿垃圾堆肥产品1个月后，不同施用方式处理的土壤质量均得到提升，其中沟施处理对30～60 cm土壤质量提升优于撒施处理。湿垃圾堆肥产品原料易得，堆肥方法操作简单，可作追肥沟施于绿林地，为实现湿垃圾废物再利用提供了现实可行的方案。

表2 不同处理的土壤全盐量变化

表3 不同处理的土壤肥力质量综合评价