腐熟污泥对苗圃土壤肥力及酶活性的影响.pdf
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1、Journal of Organic Chemistry Research 有机化学研究有机化学研究,2024,12(1),48-59 Published Online March 2024 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jocr https:/doi.org/10.12677/jocr.2024.121004 文章引用文章引用:曹希梅,王艳春,郑燚,李子敬,赵雪敏,刘淑英.腐熟污泥对苗圃土壤肥力及酶活性的影响J.有机化学研究,2024,12(1):48-59.DOI:10.12677/jocr.2024.121004 腐熟污泥对苗圃土壤肥力及酶
2、活性的影响腐熟污泥对苗圃土壤肥力及酶活性的影响 曹希梅曹希梅1*,王艳春,王艳春2,郑,郑 燚燚2,李子敬,李子敬2,赵雪敏,赵雪敏2,刘淑英,刘淑英1#1甘肃农业大学,资源与环境学院,甘肃 兰州 2北京市园林绿化科学研究院,北京 收稿日期:2024年1月29日;录用日期:2024年3月19日;发布日期:2024年3月28日 摘摘 要要 为探究腐熟污泥不同施用量对苗圃土壤肥力及酶活性的影响,在北京市大兴区黄垡苗圃进行腐熟污泥不为探究腐熟污泥不同施用量对苗圃土壤肥力及酶活性的影响,在北京市大兴区黄垡苗圃进行腐熟污泥不同施用量的田间试验。结果表明,腐熟污泥施用可显著提高苗圃土壤养分含量,且对同施用
3、量的田间试验。结果表明,腐熟污泥施用可显著提高苗圃土壤养分含量,且对020 cm土层的养土层的养分含量提升效果优于分含量提升效果优于2040 cm土层,土层,AN的提升量较其他养分最高,在的提升量较其他养分最高,在020 cm土层,施用腐熟污泥土层,施用腐熟污泥3 kg/m2(M3)土壤的土壤的AP含量最高,较含量最高,较CK提高了提高了55.84%;施用腐熟污泥土壤容重和;施用腐熟污泥土壤容重和pH无显著影响,施用无显著影响,施用腐熟污泥后土壤酶活性的变化趋势具有一致性,较腐熟污泥后土壤酶活性的变化趋势具有一致性,较CK同时上升或下降,同时土壤酶活性受施肥作用时间同时上升或下降,同时土壤酶活
4、性受施肥作用时间的影响较大,影响效果各异。结果表明,脲酶与蛋白酶活性均随施肥作用时间的推移而增加,磷酸酶活的影响较大,影响效果各异。结果表明,脲酶与蛋白酶活性均随施肥作用时间的推移而增加,磷酸酶活性除性除3 kg/m2(M3)土壤随时间逐渐升高外,其余三个处理均表现为先升高后降低的趋势;蔗糖酶活性随土壤随时间逐渐升高外,其余三个处理均表现为先升高后降低的趋势;蔗糖酶活性随时间的变化趋势为先升高后降低。综上,施用腐熟污泥可以提升苗圃土壤质量,提高土壤肥力状况,腐时间的变化趋势为先升高后降低。综上,施用腐熟污泥可以提升苗圃土壤质量,提高土壤肥力状况,腐熟污泥在园林绿化上的使用,是污泥资源化利用的重
5、要途径。熟污泥在园林绿化上的使用,是污泥资源化利用的重要途径。关键词关键词 污泥还田污泥还田,林地土壤林地土壤,酶活性酶活性,土壤养分土壤养分,循环利用循环利用 The Effect of Decomposed Sludge on Soil Fertility and Enzyme Activity in Nurseries Ximei Cao1*,Yanchun Wang2,Yi Zheng2,Zijing Li2,Xuemin Zhao2,Shuying Liu1#1College of Resources and Environment,Gansu Agricultural Univer
6、sity,Lanzhou Gansu 2Beijing Institute of Landscape and Greening Science,Beijing Received:Jan.29th,2024;accepted:Mar.19th,2024;published:Mar.28th,2024 *第一作者。#通讯作者。曹希梅 等 DOI:10.12677/jocr.2024.121004 49 有机化学研究 Abstract To investigate the effects of different application rates of decomposed sludge on s
7、oil fertility and enzyme activity in nurseries,field experiments were conducted in Huangfa Nursery in Daxing Dis-trict,Beijing.The results showed that the application of decomposed sludge significantly in-creased the nutrient content of nursery soil,and the effect of improving the nutrient content i
8、n the 020 cm soil layer was better than that in the 2040 cm soil layer.The increase in AN was the highest compared to other nutrients.In the 020 cm soil layer,the application of decomposed sludge at a rate of 3 kg/m2(M3)resulted in the highest AP content in soil,which increased by 55.84%compared to
9、CK;the application of decomposed sludge had no significant effect on soil bulk density and pH,but the trend of soil enzyme activity after the application of decomposed sludge was consistent,increasing or decreasing at the same time as CK.At the same time,soil en-zyme activity was greatly affected by
10、 the application time,and the effects were different.The re-sults showed that the activities of urease and protease increased with the passage of fertilization time.Except for the soil with a weight of 3 kg/m2(M3),the activity of phosphatase gradually in-creased with time,the other three treatments
11、showed a trend of first increasing and then de-creasing;the trend of sucrose enzyme activity over time is to first increase and then decrease.In summary,the application of decomposed sludge can improve the soil quality and fertility of nur-series.The use of decomposed sludge in landscaping is an imp
12、ortant way for the resource utiliza-tion of sludge.Keywords Returning Sludge to the Field,Forest Soil Enzyme Activity,Soil Nutrients,Recycling Copyright 2024 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creati
13、vecommons.org/licenses/by/4.0/1.前前言言 城市污泥是指城市生活废水处理后产生的沉淀物,它包含有机物、无机物、富含养分和重金属等成分。近年来,随着城市化进程的推进和人口增长。城市污泥的产量逐年增加,据统计,2019 年我国污泥产量已超过 6000 万吨(以含水率 80%计),预计 2025 年我国污泥年产量将突破 9000 万吨1,同时,污泥处理处置没有与污水处理同步提升,污泥处理处置还没有真正实现稳定化、无害化、资源化,污泥处理处置问题未能得到有效解决,形势十分严峻。早期城市污泥通过填埋、焚烧等方法处理,虽然操作非常简便,见效快,但由于内部有害物质没有得到有效处
14、理,极容易造成水资源和大气环境的污染,且处理成本高,需要花费大量资源,这种处理方法被逐渐摒弃。腐熟污泥含有丰富的有机物质和氮磷钾等养分,作为一种重要生产措施,在农业生产中被广泛应用,可以起到提升土壤肥力、酶活性和作物产量的积极作用2 3,但是污泥中存在重金属等有害物质,可能会对土壤养分、微生物活性等产生影响。相较于将污泥堆肥用于农业用途,将其施用于苗圃具有更高的安全性,这是因为苗圃与食品安全不直接相关,且森林生态系统具有较强的自我修复功能4。尽管国际上已经有关于在苗圃利用污泥堆肥的历史和相关研究报道,但国内对于在苗圃利用污泥堆肥的研究报道较少。前期彭祚登5等对污泥林地利用对土壤养分等的影响开展
15、了一系列研究,形成了初Open AccessOpen Access曹希梅 等 DOI:10.12677/jocr.2024.121004 50 有机化学研究 步的认识。然而,对于土壤微生物、土壤酶活性的影响尚不明确。林地土壤通常具有薄而酸性的腐质层6,土壤的持水性和养分持久性都较低7。施用污泥堆肥可以为林地提供有机基质,改善土壤质量8,同时有助于增加林地土壤中的营养元素,并且成本较低9,长期来看,施用污泥还有助于减小林地土壤容重、提升孔隙度5。此外,施用污泥还会影响土壤酶活性,作为土壤组分中最活跃的有机成分,土壤酶是生物过程的主要调节者,它与有机物质分解、营养物质循环、能量转移、环境质量等密切
16、相关,参与各种生物化学过程。酶的分解作用是物质循环过程的限制性步骤,土壤酶的分解作用参与并控制着土壤中的生物化学过程在内的自然界物质循环过程,酶活性的高低直接影响物质转化循环的速率,因而土壤酶活性对生态系统功能有很大的影响。在几乎所有生态系统的监测和研究中,土壤酶活性的检测似乎成了必不可少的测定指标10。目前,关于对施肥处理对土壤肥力和土壤酶活性的研究比较广泛,并已经取得了一定的研究成果11。研究污泥堆肥在苗圃施用对土壤的影响,可为污泥资源化利用提供参考,为恢复生态林地力衰退、生态修复提供参考,为可持续发展提供实际理论依据。2.材料与方法材料与方法 2.1.试验材料试验材料 供试无害化腐熟污泥
17、取自北京市大兴区庞各庄污水处理厂,其基本指标见表 1。Table 1.Basic properties of test sludge 表表 1.供试污泥基本性质 项目 参数 pH 值 7.94 有机质 g/kg 203 总氮/gkg1 20.9 钾/gkg1 3.19 总磷/gkg1 26.1 EC/Scm1 1.27*103 总汞/(mg/kg)6.77 总砷/(mg/kg)9.88 总铬/(mg/kg)51.0 总铅/(mg/kg)22.8 总镉/(mg/kg)1 2.2.试验地点试验地点 试验区位于北京市大兴区礼贤镇,该地属永定河洪积冲积平原的一部分,为暖温带半湿润季风气候,具有夏季高温
18、多雨,冬季寒冷干燥的特点。土壤类型为冲积性砂质壤土,保水保肥能力较差。试验地为黄垡苗圃 13 号地块,该地块主要用于种植、培育三倍体毛白杨,2022 年春季毛白杨出圃后,试验地未种植苗木,期间只进行中耕锄草管理。2.3.试验设计试验设计 2023 年 8 月,采用田间完全随机区组设计,将试验林地划分为等面积的若干区域(小区面积为 30 m 曹希梅 等 DOI:10.12677/jocr.2024.121004 51 有机化学研究 30 m),采用不同污泥施用量处理布置于田间,施用量(污泥干基重)和处理分别为:0 kg/m2(CK)、1 kg/m2(M1)、2 kg/m2(M2)、3 kg/m2
19、(M3),具体排列方式如图 1 所示。每个处理三个重复。采用人工撒施的方式将污泥施用在土壤表层,施用后浇水使其保持湿润。同时,为避免边缘效应,小区间设置保护行,间隔 3 m。Figure 1.Specific distribution of experimental sites and sludge application amount 图图 1.试验样地具体分布及污泥施用量 2.4.样品采集与分析样品采集与分析 施肥前采集 020 cm 和 2040 cm 土样用于测定试验地土壤本底值,结果如表 2 所示:Table 2.Physical and chemical properties of
20、 soil in the experimental site 表表 2.试验样地土壤理化性质 土层深度 pH 值 容重(BD)/g/cm3 有机质(SOM)/gkg1 碱解氮(AN)/mgkg1 有效磷(AP)/mgkg1 速效钾(AK)/mgkg1 020 cm 8.11 1.38 7.55 34.84 57.3 258 2040 cm 8.18 1.43 8.34 37.65 49.7 209 施肥林地平衡十天后,每 1 个月采集土壤样品用于测定酶活性,3 个月后测定土壤理化性质。采用电位法测定土壤 pH 值,环刀法测定土壤容重(BD),重铬酸钾外加热方法(K2Cr2O7-H2SO4法)测
21、定有机质(SOM)含量,碱解扩散法测定碱解氮(AN)含量,0.5 mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定速效磷(AP)含量,1.0 mol/L NH4OAc 浸提火焰光度法法测速效钾(AK)含量12,靛酚蓝比色法测定脲酶水解尿素产生的 NH3-N,3,5二硝基水杨酸比色法测土壤蔗糖酶活性,茚三酮比色法测定土壤蛋白酶活性,磷酸苯二钠比色法测定土壤磷酸酶活性。2.5.数据处理数据处理 采用改进的内梅罗指数法13 14,对土壤肥力质量进行综合评价。参照表 3 的分级标准,对选择的指标参数进行均一化处理,目的是建立统一标准的量纲关系,从而实现不同指标之间比重的权衡,处理曹希梅 等 DOI:10.
22、12677/jocr.2024.121004 52 有机化学研究 方法如下:当属性值属于差的级别,即iaCX时,()1iiaiFCXF=(1)当属性值属于中等级别,即aicXCX时,()()()112iiacaiFCXXXF=+(2)当属性值属于较好级别,即cipXCX时,()()()223iicpciFCXXXF=+时,3iF=(4)其中,i为某分类属性的分系数,iC为对应该属性的测定值,iF为经过标准化处理后的值,aX,cX,pX为分级指标。Table 3.Classification standards for various soil indicators in the Nemero
23、evaluation method 表表 3.内梅罗评定法中各土壤指标的分级标准 土壤指标 内梅罗分级指标 xa xc xp pH 9 8 7 容重 BD 1.45 1.35 1.25 有机质 SOM 10 20 30 碱解氮 AN 60 120 180 有效磷 AP 5 10 20 速效钾 AK 50 100 200 此外,由于土壤容重在 1.141.26 g/cm3之间是最优植物正常生长范围,这个范围以外的土壤容重均不利于植被生长。针对不同范围的土壤容重标准化后数值极差较大的问题,应对容重标准化阈值进行适当调整、处理,具体方法如下:当容重1.45iC 时,()1.451iiiFCF=(5)
24、当1.351.45iC 时,()()()11.451.35 1.45 12iiiFCF=+(6)当1.251.35iC 时,()()()21.351.25 1.3523iiiFCF=+(7)当1.141.25iC 时,3iF=(8)其次,根据改进的内梅罗指数法,得出土壤综合肥力指数的计算公式为:曹希梅 等 DOI:10.12677/jocr.2024.121004 53 有机化学研究 ()()22min12iiFFnFn+=(9)式中:F为土壤的综合肥力指数,iF为土壤各个肥力指标分肥力指数平均值,n为代入公式的测定指标个数,miniF为土壤各个肥力指标中肥力指数的最小值。3.结果与分析结果与
25、分析 3.1.不同施肥处理对林地土壤理化性质及综合肥力指数的影响不同施肥处理对林地土壤理化性质及综合肥力指数的影响 由图 2 可知,施用腐熟污泥产品对土壤 pH 值的影响不显著,各处理间 pH 值基本相同,020 cm 和2040 cm 处土壤 pH 值基本接近,施用腐熟污泥能降低土壤 pH 值,但差异不显著;不同处理土壤 BD 在1.381.45 之间,在 020 cm 土层,M1,M2,M3 较 CK 差异不显著,在 2040 cm 土层,M1,M2,M3较 CK 差异不显著。Note:Different lowercase letters indicate significant dif
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