王站付 邱韩英 陆利民 徐四新 杨晓磊 林天杰 朱恩

摘要：为了评估餐厨垃圾堆肥产品的肥效和安全性，以南粳46为研究对象，设计2组餐厨垃圾堆肥产品配施量（LKWC、HKWC），以当地习惯配施商品有机肥量（CK）为对照，开展1季水稻田间试验，对水稻产量、试验前后土壤的物理化学性状、微生物量、重金属含量等指标分别进行检测。结果表明，与商品有机肥处理（CK）相比，等量施入餐厨垃圾堆肥产品（LKWC）可以维持水稻产量，并且对于改善土壤的理化性质、提升土壤速效养分含量和保肥性能、促进土壤中微生物的生长繁殖、增加土壤微生物数量等均有显著效果，高量施入餐厨垃圾堆肥产品（HKWC）虽然可以显著增加水稻产量，但是对土壤电导率的提高、As的积累存在不利风险。

关键词：商品有机肥;餐厨垃圾堆肥产品;水稻;产量;土壤环境;影响

中图分类号： S141.4  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）23-0093-05

随着我国畜禽养殖业的快速发展和居民生活水平的提高，大量畜禽粪便和餐厨垃圾等有机固体废弃物产生。由于畜禽粪便会散发出恶臭，且餐厨垃圾具有高含水率、高盐分含量、高油脂含量等特点，如果处置不当，会导致严重的环境问题[1]。

商品有机肥是以畜禽粪便、植物秸秆、蔬菜残体等为原料，经过发酵腐熟后制成含碳有机物料。由于有机肥养分全面，因此可以提供作物生长必需的元素，有利于作物产量的提高，施用后肥效持久，具有培肥改土的作用，在提高农作物的抗逆性及品质、风味等方面也有重要作用，因此近年来逐渐被种植户接受[2]。餐厨垃圾由于具有高含水率、高有机质含量和高氯含量的特性而不利于填埋或焚烧处理，若不及时处置易散发腐臭气味，影响居民生活。近年来，国内一些大中型城市不断探索餐厨垃圾资源化利用的新模式，处理方法包括高温好氧堆肥、厌氧发酵、养殖蚯蚓后利用蚓粪残渣作肥料、干燥热处理和湿热处理等。其中，将餐厨垃圾进行好氧堆肥是处理餐厨垃圾的有效途径之一[3-4]。目前，餐廚垃圾堆肥产品已被应用于园林绿地[5]、栽培基质中[6]，在农用地上也有少量应用及探索研究[7-8]。

本研究以水稻为试验材料，通过田间试验，从生态安全角度出发探讨不同量餐厨垃圾堆肥产品施入对水稻产量、土壤微生物、土壤理化环境等的影响，并与当地习惯施入商品有机肥用量处理进行对照，研究餐厨垃圾堆肥产品在水稻上的适宜施用量和替代商品有机肥的可行性，以期为今后大面积推广餐厨垃圾堆肥产品农用提供实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点在上海市宝山区罗泾镇宝丰园粮食专业合作社基地（121°19′28.65″E、31°27′31.13″N），土壤类型为水稻土，质地为沙性壤土，根据土壤肥力等级标准判断属中等肥力，肥力均匀。

1.2 试验材料

供试水稻品种为南粳46，前茬作物是小麦;栽培模式为水旱轮作。

供试肥料：42%水稻配方肥（含有24% N、8% P2O5、10% K2O）;商品有机肥（主要成分为猪粪、鸽粪、稻糠等，有机质含量为60.09%，全氮含量为3.01%，全磷含量为3.37%，全钾含量为1.79%）;餐厨垃圾堆肥产品（主要成分为餐厨垃圾、稻糠，有机质含量为67.31%，全氮含量为4.57%，全磷含量为1.02%，全钾含量为0.54%），尿素（46% N）。

1.3 试验设计

本试验设置2种不同物料的有机肥料产品（商品有机肥、餐厨垃圾堆肥产品），以当地习惯的化肥施肥配施商品有机肥（7.5 t/hm2）作为CK，以当地习惯的化肥施肥配施2个不同梯度（7.5、22.5 t/hm2）的餐厨垃圾堆肥产品作为研究对象（分别记作LKWC、HKWC），共3个处理（表1），比较习惯配施商品有机肥（CK）、等量餐厨垃圾堆肥产品（LKWC）及高用量餐厨垃圾堆肥产品（HKWC）对水稻生长和土壤环境的影响。

试验设3个处理（3重复），每个试验区的面积为222.23 m2，试验区面积共计2 000 m2。于2018年6月5日开始翻地，之后划分试验小区，水稻移栽时间为2018年6月10日。基肥均于移栽前施入，返青肥于移栽后1周施用、分蘖肥于6月25日追施，长粗肥于7月25日追施，8月10日追施拔节孕穗肥，10月27日进行水稻收割测产。

1.4 样品的采集与测定项目、测定方法

1.4.1 样品采集 在进行小区试验前及试验后，用土钻采集试验地土壤耕作层混合样品2 kg，将样品分为2份，1份土壤鲜样用于测定微生物数量（细菌、真菌、放线菌），另1份土样风干磨细后备用。检测项目为pH值、养分含量、盐分含量、有机质含量、重金属含量、土壤油脂含量、微生物含量。在施入供试有机肥前，采集试验用商品有机肥和餐厨垃圾堆肥样品1 kg，检测养分含量。在水稻成熟后，每个处理按样方收割带回实验室统计性状。水稻收割后测定实际产量。

1.4.2 测定方法 含水量的测定采用烘干法;有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法-外加热法;pH值的测定采用pH计;电导率（EC）在水土质量比为5 ∶ 1的条件下用电导法测定;全氮含量的测定采用半微量凯氏法;全磷含量的测定采用钼锑抗比色法;全钾含量的测定采用氢氟酸-高氯酸法;有效磷在用0.5 mol/L NaHCO3（pH值8.5）浸提后，使用钼锑抗比色法测定其含量;速效钾在用1 mol/L NH4OAc（pH值为7.0）浸提后，使用火焰光度法测定其含量;阳离子交换量采用氯化铵-乙酸铵交换法测定;重金属元素先用H2SO4-H2O2消解，再用原子吸收分光光度法测定其含量[9];分别用牛肉膏蛋白胨、马丁氏培养基、改良高氏一号培养基培养细菌、真菌、放线菌，再用平板培养计数法统计微生物数量[10]。水稻产量性状（每穗总粒数、有效穗数、千粒质量）采用常规方法进行测定。

1.5 统计分析

试验数据用Excel 2010软件进行初步处理，用SPSS 19.0软件进行统计分析，并用最小显著性差异法（LSD）比较处理间的差异显著性，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻产量构成的影响

由表2可知，HKWC处理水稻的有效穗数、结实率、千粒质量和实际产量均最高;LKWC处理水稻的有效穗数、千粒质量、实际产量与CK相比差异不显著，表明施用等量餐厨垃圾堆肥产品与常规商品有机肥对水稻产量结构的影响相似，高量增施餐厨垃圾堆肥产品能显著增加水稻的有效穗数和实粒数、千粒质量，优化水稻的穗粒结构，从而有效提高水稻产量。与CK相比，HKWC处理的实际产量增加了5.05%;LKWC较CK略有减产，但差异不显著。由此可见，施用同量餐厨垃圾堆肥产品较商品有机肥对水稻产量的影响不大，增加餐厨垃圾堆肥产品施用量对水稻增产有效。

2.2 不同处理对土壤物理、化学性质的影响

由表3可知，與试验前的基础土样相比，施用有机肥、餐厨垃圾堆肥产品后土壤的pH值、有机质含量、总盐含量无显著变化，施用餐厨垃圾堆肥产品处理的电导率、有效磷含量、速效钾含量基本显著上升，并且随着肥料施用量的增加而上升，高量施用餐厨垃圾堆肥产品对土壤中阳离子交换量的提升效果显著，等量施用商品有机肥、餐厨垃圾堆肥产品对土壤中全氮含量、速效钾含量、阳离子交换量均有所下降，速效钾、有效磷养分含量均有所提升。与处理前相比，CK、LKWC、HKWC处理的有效磷含量分别增加56.67%、0.87%、14.21%，速效钾含量分别增加0.72%、3.35%、7.18%;与CK相比，LKWC、HKWC处理的电导率分别增加41.70%、43.21%。本研究结果表明，施用餐厨垃圾堆肥产品对土壤pH值、有机质含量、总盐含量的影响不显著，但是可以显著提高土壤的电导率和速效养分含量。

2.3 不同处理对土壤微生物的影响

土壤微生物是土壤生态系统中的重要组成部分，其群落结构组成及群落结构变化在一定程度上反映了土壤质量及其功能性。有机肥和餐厨垃圾堆肥本身富含大量微生物和有机物质，其中有机物质可为微生物生长繁殖提供有利条件，因而施用有机肥和堆肥产品后土壤中的微生物数量会发生明显变化[11]。由表4可以看出，与试验前的基础土样相比，CK、LKWC、HKWC处理的土壤细菌、真菌、放线菌生物量均明显增加。在试验后期，施用有机肥和堆肥产品的细菌生物量排序为LKWC>CK>HKWC，高量施用餐厨垃圾堆肥产品对土壤细菌数量增加不显著;真菌生物量排序为CK>LKWC>HKWC，施用商品有机肥处理的真菌生物量较高，随着餐厨垃圾堆肥产品施用量的增加，真菌生物量呈下降趋势;放线菌生物量排序为HKWC>LKWC>CK，施用餐厨垃圾堆肥产品处理土壤放线菌含量显著高于有机肥处理，高量施用餐厨垃圾与低量施用处理之间的差异不显著（表4）。

2.4 不同有机肥及其施用量对土壤重金属含量的影响

土壤环境质量会影响作物的生长、结实及品质，目前土壤中的重金属含量已经成为评价土壤环境质量的一项重要指标。如表5所示，施用有机肥和堆肥产品后，与试验前基础土样相比，仅As含量呈显著增加的趋势，其余元素含量均呈下降趋势或无显著变化。土壤中Cu、Cr含量均呈现CK>HKWC>LKWC的趋势;Zn含量呈现HKWC>CK>LKWC的趋势;Pb、Hg含量均呈现LKWC>HKWC>CK的趋势;3组处理间的Cd含量无明显差异;As含量表现出HKWC>LKWC>CK的趋势。在7种重金属中，仅As含量呈现出随着有机肥、餐厨垃圾堆肥产品施用量的增加而累积的趋势，其他元素含量未呈现受施入有机肥、堆肥产品影响而使土壤重金属含量增加的现象。施入等量餐厨垃圾堆肥产品对土壤Cu、Zn、Cr含量的影响低于商品有机肥，表明餐厨垃圾堆肥产品中重金属含量较为安全，等量替代商品有机肥施入不会对土壤环境增加风险，但是高量施入餐厨垃圾堆肥产品可能有增加土壤As含量的风险。

3 讨论

3.1 配施餐厨垃圾堆肥对土壤有机质、养分含量及水稻产量的影响

餐厨垃圾内含有大量营养物质，主要成分是油脂和蛋白质，且富含碳、氮元素，有机物含量较为丰富，是有机质的主要来源。餐厨垃圾堆肥产品不但营养成分齐全，有机质含量高，而且杂质少，重金属含量低，有毒物质少，具有很大的农业应用价值[12]。有研究发现，施用餐厨垃圾堆肥产品能显著提高农田土壤有机质、全氮和速效钾等养分含量，与单施化肥相比，可显著增加土壤氮含量，增强土壤酶活性[13-14]。土壤肥力的物质基础是土壤有机质，有机质含量的增加可有效改善土壤的物理性能，调节土壤的酸碱平衡，提高作物根系活力，促进作物生长，从而提高农作物产量。

本研究结果表明，施用餐厨垃圾堆肥产品处理的电导率、有效磷、速效钾、水稻产量均显著上升，并且随着肥料施用量的增加而上升，HKWC处理的水稻产量比CK增加了5.05%，与商品有机肥配施处理相比，施用餐厨垃圾堆肥处理的速效钾含量增幅为2.64%～6.41%。在本研究中，高量施用餐厨垃圾堆肥产品的阳离子交换量（CEC）比试验前提升了8.23%，阳离子交换量是土壤可能保持的养分数量特征，是土壤缓冲性能的主要来源，可作为评价土壤保肥能力的指标，是改良土壤和合理施肥的重要依据，说明施用一定量的餐厨垃圾堆肥产品可以提高土壤的保肥性能。由于配施餐厨垃圾堆肥产品后，一方面通过产品释放营养元素直接补充了稻田系统中的土壤养分，另一方面由于堆肥产品肥效缓慢，可以调节土壤的保肥性能，使水稻在各生育阶段得到更为均衡的营养，从而提高了水稻产量。较多研究者通过对番茄、油菜、青菜等多种农作物应用餐厨垃圾堆肥产量进行研究发现，适量施用餐厨垃圾堆肥产品后均不同程度地提高了农作物产量[7，15-16]。不容忽视的是，施用餐厨垃圾堆肥产品后电导率增加幅度为9.88%～11.05%，由于电导率与盐分含量存在正相关关系，长期大量施用餐厨垃圾堆肥产品在土壤中易形成盐分积累而产生土壤盐渍化。

3.2 配施餐厨垃圾堆肥对土壤环境的影响

Pascual等研究发现，餐厨废弃物中含有大量氮和碳水化合物，可以作为土壤微生物的氮源和能源，从而增加土壤微生物菌群，提高土壤生物量，为作物高产提供良好的土壤微生物环境[17]。本研究发现，施入有机肥和餐厨垃圾堆肥产品后的土壤微生物数量均不同程度地增加，表明通过配施一定量的有机肥和堆肥产品均利于土壤中微生物的生长繁殖，有益微生物的增加改善了土壤环境，促进土壤及根际微生物的增长。同等施入量的餐厨垃圾堆肥产品细菌数、放线菌数均显著高于商品有机肥，但高量施用餐厨垃圾堆肥产品，并不利于细菌和真菌数量的持续增加，对土壤放线菌数量的增加也不显著，具体原因还有待进一步分析检测。

刘赫等的长期定位试验结果表明，长期施用有机肥显著增加了土壤中的Cd、Pb、Zn、Cu含量[18]。由于有机肥中饲料添加剂的使用，集约化畜禽养殖粪便中的重金属含量较高。研究发现，以鸡粪、鸽粪为原料生产的有机肥中As含量通常较高，以猪粪为原料生产的有机肥中Cu、Zn的含量较高，这可能与畜禽养殖过程中使用的饲料、添加剂含大量重金属有关[19-20]。餐厨垃圾的主要成分為淀粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，化学组成分类为淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐，食品一般符合安全标准，重金属含量较低[21]。由本研究结果可以看出，施入商品有机肥和餐厨垃圾堆肥产品后，土壤中的As含量均呈现出增加趋势，然而等量施入餐厨垃圾堆肥产品的安全性整体优于商品有机肥，餐厨垃圾堆肥产品施入可以降低土壤中的部分重金属元素含量，但是随着餐厨垃圾堆肥产品的高量施入，对重金属含量的降低影响趋弱，As含量持续增加。由此可见，长期施入商品有机肥及餐厨垃圾堆肥产品的累积效应须引起重视，只有合理施用，才能在获得作物高产优质的同时，实现土壤生态环境的良性发展。

4 结论

相较于商品有机肥，施用等量餐厨垃圾堆肥产品可以维持水稻的产量，对于改善土壤理化性质、提升土壤速效养分含量和保肥性能、促进土壤中微生物的生长繁殖、促进放线菌数量增加、土壤重金属含量的影响较小。高量施入餐厨垃圾堆肥产品虽然能够显著增加水稻产量，提高土壤放线菌数量，但是会对土壤电导率提升、土壤As含量的积累产生一定的影响。综合来看，餐厨垃圾堆肥后还田是一条有效的资源化利用途径，不但营养成分齐全，有机质含量高，而且杂质少，重金属含量低，有毒物质少，具有很大的推广利用价值，可以代替商品有机肥少量应用于农田。但是，当餐厨垃圾堆肥施用量过多时易造成电导率和As含量提高，从而对土壤环境产生不利影响，须要引起重视。

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