污泥制有机营养土养分释放规律及对国槐的效应_祁文俊.pdf
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1、第 51 卷 第 3 期东北林业大学学报Vol51 No32023 年 3 月JOUNAL OF NOTHEAST FOESTY UNIVESITYMar 20231)国家发改委环境污染第三方治理“北京市污泥资源化苗圃种植 项 目”;北 京 排 水 集 团 污 泥 资 源 化 苗 圃 种 植 项 目(2017HXFWLXY023)。第一作者简介:祁文俊,男,1995 年 4 月生,北京林业大学林学院,硕士研究生。Email:2428487784 qqcom。通信作者:彭祚登,北京林业大学林学院,教授。Email:zuo-deng sinacom。收稿日期:2022 年 2 月 26 日。责任编
2、辑:段柯羽。污泥制有机营养土养分释放规律及对国槐的效应1)祁文俊彭祚登王凯孙昱王海东于凌霄(北京林业大学,北京,100083)(北京市大兴区林业站)摘要为探究污泥制有机营养土养分释放特征及其施用后对国槐的养分作用效果,以污泥制有机营养土为试验材料,采用尼龙网袋法,对土壤深度(h)为 0h20 cm 和 20 cmh40 cm 的 2 个土层取样,定期监测袋内物质及成分的变化。同时,以国槐人工林为对象,采用完全随机区组试验设计,选设 6 个施用量水平(CK(0)、T1(15kg株1)、T2(30 kg株1)、T3(45 kg株1)、T4(60 kg株1)、T5(75 kg株1),监测国槐生长效果
3、。结果表明:污泥制有机营养土在 2 个土层分解速率规律均为先快后慢,埋放在 20 cmh40 cm 土层的污泥制有机营养土分解速率更快。0h20 cm 和 20 cmh40 cm 土层的污泥制有机营养土有机质经过 6 个月的分解后,残留率分别为 2672%和 2353%。N 元素在污泥制有机营养土埋放后的 6 个月内大量释放,释放规律为先快后慢;P 元素残留率在最初的 15 个月大幅度上升,半年的生长期内 P 元素残留率均高于初始;K 元素释放最为彻底,15 个月时分解了约 7000%。T3、T4 处理对国槐胸径、材积生长促进效果比较明显;T4、T5 处理有利于国槐叶片叶绿素的合成。施用污泥制
4、有机营养土 1 a 后,国槐叶片的氮、磷、钾元素质量分数没有明显上升,N 元素和 K 元素质量分数甚至均低于对照。2 个土层的污泥制有机营养土分解速率均为先快后慢,埋放在 20 cmh40 cm 土层的污泥制有机营养土分解速率更快。适量施用污泥制有机营养土有利于国槐胸径、材积生长和叶绿素积累,但对叶片养分元素积累无促进作用。关键词污泥制有机营养土;养分释放;国槐;养分作用分类号S79226Nutrient elease of Organic Nutrient Soil from Sludge and Its Effect on Sophora japonica/Qi Wenjun,Peng Z
5、uo-deng,Wang Kai,Sun Yu,Wang Haidong(Beijing Forestry University,Beijing 100083,P China);Yu Lingxiao(For-estry Station of Daxing District,Beijing)/Journal of Northeast Forestry University,2023,51(3):97102,135This study was conducted to explore the nutrient release characteristics of the sludge organ
6、ic nutrient soil and its effecton Sophora japonica after application Sludge organic nutrient soil was used as test material and nylon mesh bag method wasused to take samples from the soil depth(h)0h20 cm and 20 cmh40 cm soil layers,and the changes of substancesand components in the bags were monitor
7、ed regularly;six application levels were selected in a randomized block experi-ment design to monitor the growth effect of S japonica plantation The decomposition rate of the sludge organic nutrient soilin both soil layers was first fast,and then slow,and the decomposition rate of the sludge organic
8、 nutrient soil buried in thesoil depth(h)20 cmh40 cm soil layer was faster,and the residual rates of organic matter in the two soil layers were2672%and 2353%after 6-month decomposition,respectively N element was released in large quantities within 6 monthsafter the sludge organic nutrient soil was b
9、uried,and the release pattern was fast first and then slow The residual rate of Pelement increased greatly in the first 15 months,and was higher than the initial rate in half a year K element was releasedmost completely,decomposed by about 70%within 15 months The treatments of 45 and 60 kg ind1had o
10、bvious promo-ting effect on the growth of DBH and volume of S japonica,and the treatments of 60 and 75 kg ind1were beneficial to thesynthesis of chlorophyll in S japonica leaves After one year of application of the sludge organic nutrient,the contents ofN,P and K in S japonica leaves did not increas
11、e significantly,and the contents of N and K were even lower than those ofthe control Thus,the decomposition rate of the sludge organic nutrient in both soil layers was first fast and then slow,andthe decomposition rate of the sludge organic nutrient buried in 2040 cm soil layer was faster The releas
12、e law of N elementfirst increases and then slows down The residual rate of P element is always higher than the initial value Appropriate ap-plication of the sludge organic nutrient was beneficial to the growth of DBH,volume and chlorophyll accumulation of S ja-ponica,but had no effect on the accumul
13、ation of nutrient elements in leavesKeywordsSludge organic nutrient soil;Nutrient release;Sophora japonica;ole of nutrients污泥制有机营养土(SONS)是城镇污水处理厂、再生水厂和净化水厂产生的污泥经高温厌氧消化和板框脱水处理后,达到稳定化、无害化要求且可替代有机肥施用林地的污泥产品,是城市污泥资源化利用过程中获得的重要产物。污泥处理是城市在解决环境问题时面临的重要任务之一,预计 2025 年我国污泥产量将会突破 9 000 万 t1。城市污泥中同时含有林木生长所需的营养元
14、素和对环境不利的重金属等毒害物质,如果得到合理利用,可以有效化解其对环境造成的危害2。污泥经过热水解加高级厌氧消化处理后,满足了无害化要求,更加适合林地利用3。污泥制有机营养土施用林地后的过程包括养分释放和养分作用 2 个部分,养分释放特征与应用效DOI:10.13759/ki.dlxb.2023.03.001率是判别其可利用前景的重要因素,也是人们在污泥产品研究中关注的重点问题。目前国内外对污泥产品林地施用效果进行了广泛的研究,大量研究结果表明,适量施用污泥产品对林木或苗木的存活率、生长、养分积累等存在明显促进作用49。然而,目前关于污泥类产品养分释放规律的研究还未见有报道,也没有将污泥产品
15、的释放机制和施用后养分作用效果结合的研究。在污泥制有机营养土施用林地产生分解后,如不能及时有效进行补充,后续将达不到促进林木生长的效果;如一次性施用过多,则会因为重 金 属 等 毒 害 物 质 过 量 而 抑 制 林 木 生长4,67,1012,因此,探究污泥制有机营养土养分释放机制十分重要。国槐(Sophora japonica)是北京地区重要的乡土树种,也是北京平原生态景观林营造的首选树种,在北京城市森林中占地面积非常大,养护管理的任务量多。本研究选取 5 年生的国槐幼林,通过养分释放试验和养分作用试验,研究污泥制有机营养土养分释放特征及其在林地施用的效果,在此基础上确定合理的林地施用量和
16、施用频率,以期为污泥制有机营养土在北京平原林养护中的施用提供参考。1试验地概况试验地点位于北京大兴区北臧村镇永定河畔林地(1161311614E,39393940N),暖温带季风气候,年均温116,年均降水量 556 mm,降水主要集中在 7、8 月份。该试验林地为永定河中游冲积河滩沙地,地势平坦,砂质壤土,土壤结构性较差,保水保肥能力低。试验地的表层土壤主要理化性质:有机质质量分数为 558 gkg1,pH 值 735,电导率为 14853 Scm1,阳离子交换量为 632 molkg1,土壤密度为 146 gcm3。2研究方法21供试材料试验用的污泥制有机营养土来自北京排水集团高碑店污水处
17、理厂生产的高级厌氧消化污泥产品,养分质量分数为:有机质质量分数 24934 gkg1,总氮 154%,总磷 074%,总钾 456%。22试验设计养分释放试验:采用尼龙网袋法,称取 50 g 污泥制有机营养土(以烘干后干物质质量为准),装入20 cm15 cm,300 目的尼龙网袋。在国槐试验区林木行间中部,划设 10 个 2 m2 m 的试验样方,每个样方埋设 4 个污泥制有机营养土样袋。每 5 个样方为 1 个处理组,共分为 2 个处理组,其中 1 个处理组为在土壤深度(h)0h20 cm 土层埋放污泥制有机营养土样品;另外 1 个处理组为在 20 cmh40 cm土层埋放样品。试验设计共
18、包括 2 个土层,每层 5个样方,每个样方 4 个尼龙网袋,共计254=40 个尼龙网袋。埋放样袋时,样袋间距离 1 m,防止互相影响。同时,将尼龙网袋 45倾斜放置土层中,再进行覆土,以保证其和土壤接触良好。试验于 2021 年3 月 1 日布置,之后每间隔 15 个月取样 1 次,每次取样在每个样方取 1 袋,10 个样方计 10 袋,前后共取样 4 次,至 2021 年 9 月 1 日取样结束。养分作用试验:选取北京平原沙地 5 年生国槐人工林,所选林分林木生长情况基本一致。采用完全随机区组试验设计,参照 CJ/T 362城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质 中的相关规定,将污泥制有机营养土
19、按照施用量 CK(0)、T1(15 kg株1)、T2(30 kg株1)、T3(45 kg株1)、T4(60kg株1)、T5(75 kg株1)进行梯度设置,计 6 个处理 3 次重复,共 18 个小区。于 2017 年 7 月,在每个小区挑选 10 株相近林木进行试验。根据树冠投影,在待测树木距离树根 50 cm 处两侧各挖 1 个深30 cm,长、宽均为 40 cm 的施肥穴,施完污泥制有机营养土后立即覆盖并浇水灌溉。经过 1 a 生长期后于第 2 年首次对林木生长生理情况进行调查,以后逐年调查 1 次,共调查 3 a。23取样与指标测定将尼龙网袋从土壤中取出,去除杂物并用蒸馏水清洗干净表面,
20、然后放在烘箱中以 80 烘干至恒质量。称取烘干后污泥制有机营养土质量,计算出样品干物质残留率。再利用烘干的污泥制有机营养土测量有机质、全 N、全 P 和全 K 质量分数,并计算出其残留率。相关计算公式如下:d=(Wt/W0)100%;e=(WtMt)/(W0M0)100%。式中:d为干物质残留率;e为养分物质残留率;Wt为分解 t 月后干物质残留量;W0为初始干物质量;Mt为分解 t 月后养分质量分数;M0为初始养分质量分数。用胸径尺进行胸径测定,用测高杆进行树高测定,查阅材积表进行材积测定。采样时,各小区选取3 株平均树木,按东西南北 4 个方向及相同树高位置处采集 1 年生新生枝叶进行叶片
21、的叶绿素和养分元素质量分数测定。叶绿素采用 95%乙醇浸泡提取。对叶片养分元素进行测定时,先将试验叶片105 下杀青 30 min,烘干至恒质量,磨碎过筛后再对有机质、全 N、全 P、全 K 质量分数进行测量,其中,重铬酸钾外加热法测定有机质质量分数;Smart-89东北林业大学学报第 51 卷chem 450 型全自动间断化学分析仪测定全 N 及全P 质量分数;火焰光度计法测定全 K 质量分数。24数据处理数据采用 Excel2019 进行统计,Origin2018 进行画图,SPSS220 软件进行数据分析,单因素方差分析和独立样本 T 检验进行显著性分析(P005),邓肯检验法进行多重比
22、较。3结果与分析31污泥制有机营养土的养分释放动态特征311干物质残留率的动态变化由表 1 可知,处在不同土层深度的污泥制有机营养土干物质残留率随入土时间推移表现出相同的变化规律,总体表现为持续下降,但在不同阶段其下降趋势存在显著差异(P005)。其干物质残留率在初埋后 15 个月时快速下降,在 1545 个月间下降趋势放缓,45 个月后又出现快速下降趋势,6个月后 0h20 cm 和 20 cmh40 cm 2 个土层的干物质残留率分别为 7918%和 7834%。在分解期内,20 cmh40 cm 土层的干物质残留率均较 0h20 cm 土层低,表明在相同时间污泥制有机营养土的迁移速度快。
23、同时,分析表明,埋放 15 个月时20 cmh40 cm 土层干物质残留率显著低于 0h20 cm 土层(P005)。表 1污泥制有机营养土在砂质土壤中干物质残留率的时间变化土层(h)/cm土壤干物质残留率/%0 个月15 个月30 个月45 个月60 个月0h20(100000)a(8838132)b*(8539342)c(8267063)c(7918195)d20h40(100000)a(8325148)b*(8320293)b(8220282)b(7834278)c注:表中数据为平均值标准误,同行不同小写字母表示差异显著(P005),*表示同列数据独立样本 T 检验差异显著(P005)。
24、312有机质残留率的动态变化由表 2 可知,埋放在不同土层深度的污泥制有机营养土有机质残留率随着时间推移表现出相同的变化规律,总体表现为持续下降,且在不同阶段其下降趋势存在显著差异(P005)。其中,埋放 345个月时下降最快,45 个月后下降趋势放缓,6 个月后 0h20 cm 和 20 cmh40 cm 2 个土层的污泥制有机营养土有机质残留率分别为 26 72%和2353%。不同土层间有机质残留率有差异,在各时间段 20 cmh40 cm 土层有机质残留率均较 0h20 cm 土层低,表明为相同时间 20 cmh40 cm土层的污泥制有机营养土有机质迁移速度快。埋放15、6 个月时,20
25、 cmh40 cm 土层有机质残留率显著低于 0h20 cm 土层(P005)。表 2污泥制有机营养土在砂质土壤中有机质残留率的时间变化土层(h)/cm土壤有机质残留率/%0 个月15 个月30 个月45 个月60 个月0h20(100000)a(8660218)b*(7251290)c(3069327)d(2672048)d*20h40(100000)a(7921102)b*(7000050)c(2681180)d(2353092)e*注:表中数据为平均值标准误,同行不同小写字母表示差异显著(P005),*表示同列数据独立样本 T 检验差异显著(P005)。313N、P、K 元素残留率的动态
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