本研究所使用的污泥取自西安第五污水处理厂第一期脱水车间，为污水处理过程中产生的产物，初始含水率80%左右；玉米秸秆：取自眉县玉米种植农户，在风干后粉碎后使用；菌菇渣：取自宁强县菌菇养殖户，由废弃菌棒粉碎得来；木屑：取自连云港市某家具厂，为家具制作时产生的杨木锯末，粉碎后的玉米秸秆、菌菇渣及木屑颗粒直径均≤20 mm，其理化性质如表1。

堆肥装置为圆柱形好氧堆肥反应器，见图1，有效容积为10 L (高为60 cm，底部直径为15 cm) 。在桶体上部和下部分别设置1个直径为2 cm的取样口，以便于均匀采样。桶体底部设有渗滤液孔，与透明软管相连，便于桶体内渗滤液的排出。底部设置1层穿孔板并覆盖1层筛网，利用空气泵将空气输送到堆体底部进行供氧，并通过空气流量计控制通风流量。由于桶体体积较小，在每个桶体外围缠绕1圈加热带并通过温控器进行控制，每日调节使加热带温度始终低于桶体内最低温度3~5 ℃，来模拟自然堆肥的过程。

好氧堆肥共设置3个实验组，分别为A (污泥∶玉米秸秆= 5∶2) 、B (污泥∶菌菇渣= 5∶2) 、C (污泥∶木屑= 5∶2) 。根据污泥处置技术指南中含水率55%~60%、碳氮比在20∶1~30∶1的要求确定配比^[12]。

堆肥期间采用强制通风+人工翻堆的方式进行处理，在高温期结束后进行第1次翻堆，之后每周翻堆1次。通气方式采用间歇式供氧，每天在上午8:00~9:00、下午16:00~17:00、夜晚0:00~1:00进行通气，通风量为0.3 L·min⁻¹，持续时间为1 h。桶内温度达70 ℃以上时，增加通风量，以防微生物死亡，堆肥时间为30 d。

人工土壤的原料为3种污泥堆肥产物及余泥渣土，余泥渣土取自西安市外环高速公路施工单位。各原料的基本性质如表2所示。

将上述原料风干后进行粉碎处理，并过2 mm筛，按照比例充分混合均匀，单组制备的人工土壤质量为0.2 kg，共设15个处理组，如表3所示，每个处理组做3个重复。将污泥堆肥产物和余泥渣土按照配比倒入烧杯后，加入60%的水，用机械搅拌机进行搅拌，保证2种原料混合均匀同时促使人工土壤中团聚体的形成，置于人工气候室25 ℃恒温培养，每天通过称重法补充因蒸发而损失的水分，培养期间，每10 d搅拌1次，共培养90 d制得人工土壤。

pH按土水比1∶2.5振荡、静置后，使用pH计测定^[13]；EC采用电极法测定^[14]；有机质采用重铬酸钾外加热容量法测定^[15]；总氮采用AA3型连续流动分析仪测定^[16]；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定^[17]。

种子发芽指数 (GI) ^[18]：将样品与水1∶10混合，振荡浸提1 h，静置后取5 mL滤液于9 cm培养皿中，放入一张滤纸，均匀撒上20颗大小均匀的小白菜种子，以去离子水为对照，25 ℃下恒温避光培养48 h，测量根长和发芽数。计算公式如(1)所示。

式中：A₁是样品滤液的种子发芽率；A₂是样品滤液的种子根长，cm；B₁是对照组的种子发芽率；B₂是对照组的种子根长，cm。

根据方海兰等^[19]的研究方法对选取参数进行标准化处理，后利用修正的内梅罗公式计算土壤综合肥力系数 (P) ，计算公式如(2)所示。

式中：P_i是土壤各属性分肥力系数；P_imin是各分肥力系数中的最小值；n是参评指标数量。

采用SPSS 25软件进行Pearson相关性分析和显著性检验 (p<0.05) ，Origin 2022 Pro软件制图。

1) 污泥堆肥过程中种子发芽指数变化。种子发芽指数是国内外研究中评价堆肥是否腐熟的常用生物学指标。在我国污泥应用的相关规定中，应用于园林绿化的污泥堆肥其种子发芽指数应≥70%。图2为3组污泥堆肥种子发芽指数的变化。3组种子发芽指数在堆肥过程中总体均呈现逐渐上升的趋势，B组和C组在堆肥前3 d种子发芽指数出现了略微下降，考虑是由于高温期微生物降解有机物产生的NH₄⁺-N和有机酸等物质未能被及时利用而累积，对种子萌发造成胁迫，这与张陇利等^[20]、李承强等^[21]的研究结果一致。在堆肥结束时，3组的种子发芽指数分别为115.6%、136.4%、106.8%，GI>80%堆肥已完全腐熟^[22]。

2) 污泥堆肥过程中重金属分析。表4所示为污泥堆肥结束后不同污泥堆肥的重金属含量以及国家标准要求，由表4知，C组污泥+木屑堆肥产品总砷含量均不满足相关标准，A组污泥+玉米秸秆堆肥产品和B组污泥+菌菇渣堆肥产品不满足《农用污泥污染物控制标准》中A级污泥的要求，除此之外所有污泥堆肥产物均符合《城镇污水厂污泥处置园林绿化用泥质》 (GB/T23486-2009) 和《农用污泥污染物控制标准》中A级、B级的重金属含量规定。C组总砷不满足相关标准要求的原因可能是因为污泥中含有重金属，且在堆肥过程中有机质的降解导致堆体相对浓缩^[23]，从而使总砷超标，污泥中的重金属毒性成为限制污泥使用的主要因素之一，还要关注的是长期施用污泥可能会引起土壤重金属的污染^[24]，因此关于污泥堆肥的利用，还需要更广泛、更系统地探索和研究^[25]。

1) 对水稳性团聚体的影响。图3所示为不同人工土壤中不同粒径水稳性团聚体的分布，可以看出随着堆肥产品添加量的增加，250 μm及以下的团聚体比例逐渐减小，而250 μm以上的水稳性团聚体比例逐渐增大。由于余泥渣土粒径较小，均在250 μm以下，因此当人工土壤中余泥渣土所占比例较大时，小粒径的团聚体所占比例较大；当人工土壤中堆肥产物比例增加时，好氧堆肥过程中产生腐殖质类物质起到胶结作用，促进水稳性大团聚体结构的生成。但水稳性大团聚体含量也不是越高越好，对于旱地来说，以50~250 μm的团聚体作为肥力特征，即该粒径范围中的团聚体所占比例越高，象征着土壤肥力越好。

2) 对pH值的影响。如图4所示为3种污泥堆肥在不同添加量下对人工土壤pH值的影响，pH值范围在6.59~8.08之间，随着污泥堆肥添加量的增加，人工土壤的pH值逐渐下降；在相同添加量的情况下，C组最高，pH值的变化一方面是由于堆肥产物本身pH决定，另一方面可能是由于堆肥过程中由于微生物代谢活动和物料组成不断变化导致pH始终处于变化之中^[26]，当3种污泥堆肥产品添加量越大时，堆肥时易降解的有机质被微生物利用时产生的有机酸越多^[27]，从而导致pH值呈现下降趋势。参考土壤的pH值为7.6，在《绿化种植土壤》中pH的范围定在5.5~8.3之间，各组人工土壤均符合要求；《绿化用有机基质中》对pH的要求是5~8之间，除了C组堆肥产品添加量为10%外，其余人工土壤均在此范围内。

3) 对电导率EC的影响。土壤电导率一般用于评价土壤盐分含量。电导率过低会导致基质中的养分含量不足，影响植物生长，相反过高会使植物收到盐害^[28]，图5为3种辅料堆肥产物在不同添加量下对人工土壤EC的影响，电导率随着堆肥产品添加量的增加也相应增加，这可能是因为当污泥+玉米秸秆、污泥+菌菇渣、污泥+木屑添加量占比越大时，其堆肥过程中易降解有机物的矿化作用生成的铵盐和磷酸盐跟多，再加之堆体体积的减少^[29]。在相同添加量下，B组人工土壤的电导率高于其他两组。《绿化种植土壤》中对人工土壤电导率的要求是150~900 μS·cm⁻¹，参考土样的EC值为943 μS·cm⁻¹，C组除了添加量为90%的人工土壤不符合，其余均满足，而A组和B组仅在堆肥产物添加量小于50%时在此范围内；《绿化用有机基质》中要求电导率在350~1 500 μS·cm⁻¹之间，堆肥产物添加量为30%~70%的人工土壤符合要求。

4) 对有机质的影响。有机质不仅是各种营养元素的主要来源，同时也是微生物生命活动所必需的碳源。图6所示为3种辅料堆肥产物在不同添加量下人工土壤中有机质含量的变化。有机质随着堆肥产物添加量的增加而增加，其可能原因是堆肥产物中的有机质含量远高于余泥渣土，因此当其添加量增加时，人工土壤中有机质含量增加幅度也较大。参考土壤中有机质含量为47.6 g·Kg⁻¹，在《绿化人工土壤》对人工土壤中有机质含量的要求为15 g·Kg⁻¹以上，本研究配制的人工土壤均高于其要求。

5) 对总氮的影响。如图7所示为3种辅料堆肥产物在不同添加量下人工土壤中总氮含量的变化，可以看出当人工土壤中堆肥产品的添加量增加时，其总氮含量也随之增加。这可能是由于堆肥过程中大量有机物的矿化分解引起干物质的减少，可以说总氮是NH₃挥发和有机质降解引起的浓缩效应共同作用的结果^[30]。3种堆肥产品的总氮含量均在余泥渣土的20倍以上，因此在堆肥添加量较小，余泥渣土所占比例较大的人工土壤中，不同堆肥产物之间总氮含量对人工土壤的影响较小。参考土样的总氮含量为2.15 g·Kg⁻¹，人工土壤在堆肥产品添加量为10%时，与该参考土壤最接近，当堆肥添加量增加到90%后，人工土壤中的总氮含量远高于参考土壤；而在相关标准中并未对总氮含量进行具体要求。

6) 对有效磷的影响。有效磷含量来评价土壤磷素肥力的供应情况。图8所示为3种辅料堆肥产物在不同添加量下对人工土壤有效磷含量的影响，有效磷随着堆肥产物添加量的增加而增加，当堆肥产物添加量相同时，B组含量最高，A组次之，C组有效磷含量最低，一方面可能是由于B组堆肥产物中有效磷含量均比其余两组高，另一方面有效磷被浓缩，微生物代谢可以产生有机酸，有助于无机磷溶解，增加有效磷含量^[31]，因此堆肥产物添加量越高，有效磷的含量越高，这与邱家洲^[32]的研究结果一致。《绿化种植土壤》中对有效磷含量要求为8 mg·Kg⁻¹以上，参考土样的有效磷含量为87 mg·Kg⁻¹，本研究配制的人工土壤均满足该要求，均高于参考土壤。

1) 人工土壤对小白菜种植的影响。实验土壤为污泥堆肥添加量分别为30%、50%、70%的人工土壤，选择市购营养土 (CK1) 以及参考土壤 (CK2) 作为对照组，供试作物为小白菜，图9为小白菜在不同人工土壤中发芽率的变化，看出随着堆肥产物添加量的增加，小白菜发芽率变低，考虑是由于堆肥产物添加量大的人工土壤中盐分含量较高，导致作物失水，成活率降低，对种子发生胁迫抑制其萌发。当堆肥添加量为30%时，3种堆肥产品的人工土壤发芽率均为100%。

表5为不同人工土壤小白菜株高和根长变化，各组小白菜最终株高为：A30%>CK2>A70%>A50%>C30%>C70%>B70%>C50%>B50%>B30%>CK2。即，所有配制的人工土壤均比CK1高，A30%高于参考土壤，其余处理组的株高均低于参考土壤，不同污泥堆肥产物和余泥渣土制备的人工土壤对小白菜的生长有促进作用。在3组人工土壤和两组对照组之间，A组与B组、C组、CK1组之间株高呈极显著差异 (p<0.01) ，B组、C组、CK1组之间株高差异不显著。而人工土壤中堆肥产物添加比例变化与株高变化不显著 (p>0.05) 。A组堆肥产物对株高影响最优，在合适的添加比例下甚至优于参考土壤。各组小白菜最终根长为：A70%>A50%>A30%>CK2>B70%>C50%>C70%>B30%>B50%>CK2>C30%。A组堆肥产物对根长影响效果最好，在不同添加比例下均优于参考土壤，B组和C组的根长虽低于参考土样，但高于市购营养土。

2) 人工土壤的综合评价。如表6所示为不同人工土壤标准化后指标及综合评价系数。从表中可以看出人工土壤中污泥+菌菇渣堆肥产物添加量为30% (A30%) 和污泥+菌菇渣堆肥产物添加量为50% (B50%) ，以及污泥+木屑堆肥产物添加量为90% (C90%) 配制而成的人工土壤综合肥力系数最高为2.25。污泥+玉米秸秆堆肥产物添加量为50% (A50%) 、污泥+菌菇渣堆肥产物添加量为30%和50% (B30%、B50%) 、污泥+木屑堆肥产物添加量为90% (C90%) 时肥力平均值最高。根据土壤综合肥力系数，污泥+玉米秸秆堆肥产物添加量为70%、余泥渣土添加量为30%和污泥+玉米秸秆堆肥产物添加量为90%、余泥渣土添加量为10%的人工土壤属于肥力中等土壤，而其余人工土壤以及参考土壤均属于肥沃土壤。在实际应用种植时应选择合适的堆肥产物和余泥渣土添加量，使得人工土壤的综合肥力达到最优。

1) 玉米秸秆、菌菇渣、木屑3种辅料均可使污泥堆肥在经过30 d好氧堆肥时满足腐熟要求，堆肥过程中种子发芽指数符合国家相关标准要求。

2) 以污水污泥、菌菇渣、玉米秸秆、木屑、余泥渣土为原料制备人工土壤，经堆肥后的人工土壤除污泥+木屑堆肥产物添加量为10%、余泥渣土添加量为90%的人工土壤外，其余人工土壤pH均满足《绿化用有机基质》要求；堆肥产物添加量为30%、50%、70%的人工土壤均符合《绿化用有机基质》中电导率EC的要求，有机质、总氮、有效磷含量均远高于《绿化人工土壤》要求。

3) 人工土壤种植应用时，添加污泥+玉米秸秆堆肥的人工土壤种植效果最好，污泥+木屑堆肥次之，污泥+菌菇渣堆肥效果最差。考虑理化性质、植物生长及土壤综合肥力，人工土壤不同添加量中，污泥+玉米秸秆堆肥产物添加量为30%、余泥渣土添加量为70%和污泥+玉米秸秆堆肥产物添加量为50%、余泥渣土添加量为50%是本研究中最优质的人工土壤。