园林绿化垃圾资源化利用产品在园林绿化中的应用效果评价

蔡守峰，萧优平，贺文员，陈 枫，宋福强

（1深圳市大鹏新区城市管理综合服务中心，广东深圳 518000；2深圳市博林环保工程有限公司，广东深圳 518000；3黑龙江大学生命科学学院，哈尔滨 150080）

0 引言

园林垃圾是指在城市绿化美化和园林生产管理过程中，所产生的树枝、根茎、落叶、碎草等有机垃圾[1]。随着城市化进程的不断发展，城市绿地面积稳步增长，园林绿化垃圾的总量随之显著增长，已经成为巨大的城市污染源。目前，中国城市园林垃圾的处理方式主要是通过焚烧、填埋、弃管和少量的资源化利用。除了资源化利用以外，其他3种处理方式均会花费大量的时间、人力和经济成本，还会严重危害土壤、空气及地下水资源等。此外对于资源化利用的产品应用进行合理的科学评估是确保这种处理方式进一步推广的重要前提。目前一些发达国家已经有相对成熟的法律法规和技术方法对园林绿化垃圾进行资源化利用，例如美国环境保护署于1994年颁布了园林废弃物和城市固体废弃物堆肥“EPA530-R-94-003法则”，对园林垃圾的收运、分类、发酵和后序加工都在法律法规中提出了具体要求[2-3]；日本于1991年颁布了“废弃物处理法（修订版）”，对园林垃圾的处理提出了“等级化”原则；欧盟在园林绿话垃圾的处理主要有填埋、焚烧和堆肥[4]等。

中国的园林绿化垃圾的资源化利用相对欧美国家起步较晚，2007年，中华人民共和国建设部发布了建城[2007]215号《关于建设节约型城市园林绿化的意见》，文中指出“鼓励通过堆肥、发展生物质燃料、有机营养基质和深加工等方式处理修剪的树枝，减少占用垃圾填埋库容，实现循环利用”。2015年，中国正式颁布《绿化植物废弃物处置和应用技术规程》(GB/T31755—2015)，该国家标准首次规范了绿化植物废弃物再利用过程中处置场的标配、处置工艺、绿化植物废弃物产品质量的控制标准和检测方法等各项技术问题[5]。中国目前园林绿化垃圾的资源化利用产品主要包括：有机堆肥、生物质炭、土壤改良剂、园林覆盖物、栽培基质以及木塑产品等[6]。有研究表明上述这些资源化利用产品可以改善土壤结构[7]、提高养分含量[8]、调解土壤温度[9-10]、改变土壤透气性透水性[11]、改变土壤微生物群落结构[8]等，进而促进植物生长。

目前通过好氧发酵堆肥制备有机肥以及通过高温裂解制备生物质炭是园林绿化垃圾资源化利用的两大重要途径。为了探索资源化利用产品—有机肥和生物质炭在园林绿化中的应用效果，为园林绿化垃圾资源化利用产品重新回归到土壤中，发挥更大的生态效益提供理论基础。本研究将有机肥和生物质炭应用于园林绿化，通过测定植株的长势以及土壤养分含量变化，以期为园林垃圾资源化利用提供数据支持，进一步推动垃圾分类以及园林垃圾的资源化利用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验使用的园林绿地有机肥和园林生物质炭由深圳市博林环保工程有限公司提供。园林绿地有机肥是将收集的园林绿化垃圾经过二次粉碎后，加入微生物发酵液和碳酸氢铵调节碳氮比后经过高温腐熟而成。其中有机质含量为65.37%，全氮、全磷、全钾含量分别是 2.19%、2.16%、1.31%，pH 7.01，水分含量32.64%。园林生物质炭是园林绿化垃圾经过高温裂解制作而成，具体参数如下：有机碳607.90 g/kg、总氮12.20 g/kg、总磷4.32 g/kg、总钾15.64 g/kg、pH 10.10、含水率15%、电导率844 mS/cm、阳离子交换量7.43 cmol/kg、BET比表面积9.22 m2/g。以上数据的检测均由南京农业大学农业资源与环境研究所完成。

供试植物：红花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、紫穗狼尾草[Pennisetumalopecuroides(L.)Spr.]、大叶油草[Axonopuscompressus(Sw.)P.Beauv.]。

1.2 试验设计

本试验以红花檵木作为灌木或小乔木的代表，通过设计不同的有机肥和生物炭含量，来探究有机肥对灌木或小乔木的影响。共设计4个处理，分别是：空白（不添加任何肥料）(CK)、每平方5 kg有机肥(5OF)、每平方10 kg有机肥(10OF)、每平方5 kg有机肥（含40%生物质炭）(5OF+Biochar)，每个处理6个重复。通过测定植株的叶绿素含量以及株高探索不同剂量的有机肥和生物质炭对灌木植株的影响，通过测定土壤养分探索不同处理对土壤的影响。

以大叶油草和紫穗狼尾草分别作为草本植物的代表，通过设计不同的有机肥和生物质炭含量，来探究有机肥对草本植物的影响。5个处理分别是：空白（不添加任何肥料，只做15 cm翻耕处理）(CK)、每平方5 kg精制有机肥(5OF)、每平方10 kg精制有机肥(10OF)、每平米2 kg生物质炭(2BC)、每平米3 kg精制有机肥+2 kg生物质炭(3OF+2BC)，每个处理种植80 m2大叶油草和15丛紫穗狼尾草。

上述处理中的有机肥和生物质炭的使用均采是通过与土壤表层0～20 cm的土壤混合均匀后种植红花檵木、大叶油草和紫穗狼尾草。

1.3 试验方法

上述植物在2020年9月种植，一个月以后每隔半个月测试一次植株的株高和叶绿素含量，植株的株高采用卷尺测定，叶绿素采用便携式LD-YA叶绿素测定仪（中国，山东莱恩德智能科技有限公司）测定。2个月以后采用随机采样法采集6个表层土壤(0～15 cm)混合成为一个样本并过2 mm筛后测定土壤理化性质。土壤含水率和电导率采用智能便携式检测仪测定（莱恩德智能科技，中国）、用电极电位法测定土壤pH[12]、利用重铬酸钾氧化法测定有机质[13]、利用全自动凯氏定氮法土壤全氮和水解性氮[14]、采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤有效磷[15]、采用原子吸收光度法测定土壤速效钾[16]，进而探究不同处理对土壤养分含量的影响。整个试验周期在2020年9月—2021年4月完成。

1.4 数据分析

本研究的数据分析通过Excel 2016和Origin 2018完成。

2 结果与分析

2.1 有机肥及生物质炭在红花檵木种植中的应用

2.1.1 不同处理对红花檵木叶绿素含量的影响 叶绿素(chlorophyll)是一类与植物光合作用(photosynthesis)有关的最重要的色素，叶绿素含量越高，植物吸收光能越多，生长越快。据统计（图1左），4个不同处理的红花檵木中CK处理的叶绿素含量最低，其他3个添加有机肥的处理中叶绿素含量要显著(P＜0.05)高于CK处理，且每平方5 kg有机肥（含40%生物质炭）处理下叶绿素含量最高，相比CK提高了98%。上述结果表明添加有机肥可以有效提高植物的叶绿素含量，而且每平米添加5 kg有机肥（含40%生物质炭）的效果最好。

图1 不同处理下红花檵木叶片的叶绿素和株高

通过对红花檵木的叶绿素含量每隔半个月进行一次测量，连续测量4次后发现（图2），添加有机肥以后，除第二次测量外，其他后两次测量的叶绿素含量均要高于CK处理，表明有机肥的使用会有效提高植物的光合作用，促进植物生长。

图2 不同处理下红花檵木经过4次测量的叶绿素含量

2.1.2 不同处理对红花檵木株高的影响 株高是植物形态学调查工作中最基本的指标之一，其定义为从植株基部至主茎顶部即主茎生长点之间的距离。本项目测量了4种不同处理下红花檵木的株高，第一次测量发现添加5 kg有机肥（含40%生物质炭）的植株最高，分别比其他3个处理高4.88%、3.61%、14.67%，但是4个处理之间在统计学中并未产生显著性差异(P＜0.05)（图1右）。

通过4次测量株高发现（表1），每次的株高均会较上一次有所增高，但是CK处理的增长率在4个处理中最低，后3次的增长率分别是4.39%、1.17%、1.15%。添加有机肥以后，植株的长势要强于CK处理，且后3次测量的增长率要高于CK处理。结果表明，有机肥的使用更加有利于植株生长，且对于灌木生长每平方10 kg有机肥和每平方5 kg有机肥（含40%生物质炭）更加适合作为底肥使用，但是每平方10 kg有机肥更加经济。

表1 不同处理下红花檵木的株高及增长率

2.1.3 不同处理对红花檵木土壤指标的影响 如表2，添加有机肥的3个处理土壤含水量分别比CK处理高52.56%、68.27%、55.07%，其中添加10 kg有机肥和5 kg有机肥（含40%生物质炭）土壤水分含量显著(P＜0.05)高于CK处理。不同处理中有机质含量并没有产生显著性变化，但是10OF处理的有机质含量最高。有效磷含量则在5OF+BC处理中红有最大值，且含量显著(P＜0.05)高于CK处理，增长率达86.59%。全氮、水解性氮及速效钾含量较CK处理均呈现不同程度的下降，其中5OF+BC处理中的全氮和水解性氮含量最低且显著(P＜0.05)低于CK，下降率分别达32.72%和41.05%。

上述结果表明，有机肥具有保持土壤水分的功能，使用以后土壤的含水量会显著提高，可以有效减少园林养护的成本。有机肥使土壤中的含水量提高，土壤中的离子交换量提高，所以电导率含量提高。因此，有机肥的使用可以有效缓解土壤干旱，增加土壤与植物之间的离子交换量，更加有利于植物生长。

2.2 有机肥和生物质炭在草本植物中的应用效果

2.2.1 不同处理对大叶油草生长指标及土壤指标的影响 通过测量不同处理中大叶油草的叶绿素含量发现（图3左），添加有机肥以后大叶油草的叶绿素含量分别比CK处理高21.05%、24.54%、11.36%、11.20%，其中施加10 kg有机肥的处理叶绿素含量更是显著(P＜0.05)高于CK处理。有机肥的使用有效提高了大叶油草的叶绿素含量，更加有利于大叶油草的光合作用，可以更快的促进大叶油草的生长。

同样经过测量大叶油草的株高后发现（图3右），4个添加有机肥的处理中大叶油草的株高要比不添加有机肥的处理分别高27.10%、24.46%、54.14%、21.75%，其中添加了2 kg生物质炭的处理株高要显著(P＜0.05)高于CK处理。

图3 不同处理大叶油草的叶绿素和株高

综合上述2个指标发现，有机肥的使用有效促进了大叶油草的生长，因此在园林绿化中特别是草本植物的种植中，使用有机肥可以有效促进植物生长。

通过测量大叶油草土壤养分发现（表2），添加有机肥以后，土壤中的含水率和电导率2个指标均要显著(P＜0.05)高于CK处理。其中4个有机肥处理的土壤水分含量分别要比CK处理高59.56%、98.61%、115.37%、91.41%；土壤电导率含量较CK处理分别高53.26%、118.48%、176.09%、196.74%。土壤中的有机质含量先减小后增加，其中10OF、2BC和3OF+2BC 3个处理中的有机质含量均显著高于CK处理，增长率分别是155.74%、122.95%、28.69%。5OF、10OF、2BC、3OF+2BC 4个处理中的全氮含量均要高于CK处理，增长率分别是1.33%、137.33%、60%、4%。水解性氮、有效磷、速效钾3个指标在5个处理中先增加后减小，在3OF+2BC处理中均有最小值，上述3个指标5OF、10OF、2BC 3个处理中的含量均高于CK处理，水解性氮的增长率分别是9.45%、171.34%、22.60%，有效磷的增长率分别是8.75%、86.25%、13.75%，速效钾的增长率分别是49.05%、56.27%、13.18%。有机肥的使用有效提高了土壤中的养分含量，满足了植物生长的养分需求。

2.2.2 不同处理对紫穗狼尾草生长指标及土壤指标的影响 紫穗狼尾草作为一种多年生的丛生型草本植物，具有耐旱，耐砂土贫瘠土壤等特征。经过测量其叶绿素（图4左）和株高（图4右）后发现，添加有机肥以后的4个处理叶绿素含量要分别比CK高42.60%、50.98%、64.10%、30.70%，且都达到了显著性(P＜0.05)水平。4个有机肥处理的株高分别比CK处理高54.74%、50.74%、69.05%、58.53%，同样达到了显著性水平(P＜0.05)。有机肥的使用可以有效促进紫穗狼尾草的生长，因此在种植丛生型草本植物时使用有机肥可以更高效的促进植物生长。

图4 不同处理下紫穗狼尾草叶绿素和株高

经过分析，施加了不同含量的有机肥和生物质炭以后土壤中的水分和电导率含量均要高于CK处理（表2）。其中4个添加有机肥和生物质炭的4个处理的土壤水分含量分别比CK高157.31%、203.61%、132.07%、50.85%，而且单独添加有机肥和生物质炭的3个处理要显著(P＜0.05)高于另外2个处理；土壤电导率含量分别比CK高300%、464.88%、160.98%、209.76%，平均增长2倍以上。

表2 不同处理对土壤养分含量的影响

有机质和速效钾含量在5个处理中依次增加，5OF、10OF、2BC和3OF+2BC 4个处理中的有机质含量较CK分别增加32.81%、48.44%、9.38%、131.25%，速效钾含量较CK分别增加253.78%、374.39%、110.98%、48.54%。全氮、水解性氮、有效磷的含量在5个处理中的变化趋势并不一致。

综合上述试验结果，在草本植物特别是丛生型植物中，使用有机肥和生物质炭会有效提高土壤的养分含量，促进植物对于养分的吸收，促进植物生长。

3 结论

在本研究中，有机肥和生物质炭的使用通过改善植物根部生长的土壤环境，为其提供丰富的有机质和速效养分，从而有效促进了草本植物大叶油草和紫穗狼尾草以及灌木红花檵木的生长。但是在试验中发现虽然有机肥和生物质炭可以促进草本和灌木的生长，但是对于灌木植株根际土壤的改善并没有草本植物那么明显，主要原因可能是灌木在种植前已经通过人工育苗的方式形成稳定的根际环境，短时间内植株根部还无法吸收较远距离的土壤养分。在后续对于灌木的培育和种植中建议直接将有机肥应用于育苗前期，这样可以为植株根部提供更充足的营养成分，更有利于植株生长。

4 讨论

在本研究中有机肥的使用提高了植株的叶绿素含量，这与黄国东[17]和杜守良[18]等的研究一致。但是不同处理对于土壤养分的影响并不一致，有机肥对于灌木植株的土壤养分的影响较小，这可能与红花檵木的种植方式有关。红花檵木的树苗在种植前已经形成稳定的根际结构，在种植时树坑中添加的有机肥在短时间内并不会迅速的释放养分到树苗的根际周围，因此后续的研究应该延长对于灌木的土壤的检测周期。有机肥和生物质炭可以有效提高草本植物的土壤养分含量，促进植物对养分的吸收[19-20]，这很可能是因为草本植物根系发达，很多细根会增加植物养分吸收的表面积，加速养分吸收，同时也会让更多养分释放到土壤中，更好的发挥土壤改良的作用。

本研究为园林垃圾资源化利用产品的应用提供了坚实的理论依据，后续的研究中应该更加系统的从土壤的物理性质、化学性质、生物性质3个方面对园林绿化垃圾资源化利用产品在土壤改良中的应用效果进行评估，同时要更加细致的对植物的叶绿素光合特征和荧光参数进行测定。园林绿化垃圾的资源化利用是节能减排的重要途径，同时也是贯彻当今“碳中和”理念的一个重要举措。将园林绿化垃圾实现资源化利用，并重新应用于园林绿化中，回归土壤，是政府贯彻落实国家关于“坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策”中的重要举措，也是政府在垃圾分类中的一项重要工作。将园林绿化垃圾的资源化利用产品真正推广应用于人工湿地、海绵城市建设以及城市园林绿化中，可以进一步发挥园林绿化垃圾的生态效益。