黃雅曦，李 季，李國學(xué)，楊合法，高 巍，黃 妍

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100094；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站，河北 邯鄲 057250；4.黑龍江省經(jīng)濟(jì)作物指導(dǎo)站，哈爾濱 150090）

污泥是污水處理后的附屬品，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。污泥的成分非常復(fù)雜，除含有大量的水分（93%～99%）外，還含有大量的有機(jī)質(zhì)、難降解的有機(jī)物、多種微量元素、病原微生物和寄生蟲卵、重金屬等成分。

根據(jù)我國2006年《中國水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，由于我國經(jīng)濟(jì)和城市的快速發(fā)展，廢污水排放量逐年增長，2006年全國廢污水排放總量為731億t，其中工業(yè)廢水占2/3，第三產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)居民生活污水占1/3。截至2005年年底，中國城市污水處理率已達(dá)52%，因此，如何將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥無害化、資源化，已成為世界環(huán)境界深為矚目的課題之一。污泥中由于含有大量的植物必需養(yǎng)分[1]，對(duì)作物起到良好的增產(chǎn)效果[2]，污泥農(nóng)用是最有發(fā)展前景的一種處置方法[3-4]。污泥中的重金屬如Zn、Cu量大時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，本研究針對(duì)污泥堆肥用于農(nóng)作物，探索污泥農(nóng)用對(duì)作物及土壤環(huán)境的影響，為污泥農(nóng)用提供科學(xué)依據(jù)和途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

土壤為堿性沙壤土；

消化污泥取自太原市楊家堡污水處理廠；

污泥堆肥為：污泥+玉米芯+粉煤灰（粉煤灰占堆肥全部物料干重的20%）；污泥肥料取自太原市楊家堡污泥堆肥示范廠；

秸稈有機(jī)肥取自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)河北曲周實(shí)驗(yàn)站。

土壤及污泥的基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤及污泥基礎(chǔ)理化性質(zhì)Table 1 Foundational chemical and physical characters of tested soil and sewage sludge

1.2 供試作物

玉米為農(nóng)大108（第二茬作物）。

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)河北曲周實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，每個(gè)小區(qū)面積為40.60 m2，具體方案如下：

CK空白對(duì)照（不施肥）；

①化肥對(duì)照，碳酸銨1.125 t·hm-2、過磷酸鈣1.125 t·hm-2、硫酸鉀 0.15 t·hm-2，追施尿素 0.375 t·hm-2；② 消化污泥（含水 56%）22.5 t·hm-2，追施尿素 0.3 t·hm-2；③ 污泥堆肥（含水 45%）15 t·hm-2，追施尿素 0.3 t·hm-2；④ 污泥肥料 1.5 t·hm-2，追施尿素 0.3 t·hm-2；⑤ 秸稈有機(jī)肥 7.5 t·hm-2，追施尿素0.3 t·hm-2；肥料全部用作底肥，6個(gè)處理，3次重復(fù)。結(jié)果取平均值。

3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

3.1 污泥和土壤養(yǎng)分的測(cè)定

有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀法；全P的測(cè)定采用HClO4-H2SO4消煮，鉬鏑抗比色法；全N的測(cè)定采用半微量凱式定氮法；速效K的測(cè)定采用NH4OAc浸提，火焰光度法；速效P的測(cè)定采用NaHCO3浸提，鉬鏑抗比色法；堿解N的測(cè)定采用NaOH水解，標(biāo)準(zhǔn)酸滴定法[5]。

3.2 土壤、污泥中重金屬全量的測(cè)定

所有試驗(yàn)器皿全部在10%HNO3溶液中浸泡24 h，并用去離子水洗凈，試劑均為優(yōu)級(jí)純。稱取土壤或污泥樣品0.1000 g于30 mL聚四氟乙烯坩堝中，用二次去離子水潤濕，然后加入7 mL HF溶液和1 mL濃HNO3溶液，在電熱板上消煮蒸發(fā)近干時(shí)，取下坩堝，冷卻后，沿坩堝壁再加入5 mL HF溶液，繼續(xù)消煮近干，取下坩堝，冷卻后，加入2 mL HClO4，繼續(xù)消煮到不再冒白煙，坩堝內(nèi)殘?jiān)示鶆虻臏\色。取下坩堝，加入1：1 HNO31 mL，加熱溶解殘?jiān)寥芤和耆吻搴?，轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用二次去離子水定容搖勻，立即轉(zhuǎn)移到聚乙烯小瓶中，原子吸收分光光度法測(cè)定。全部消煮過程采用ESS-1土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控[6]。

3.3 玉米籽粒中的重金屬元素全量的測(cè)定

所有試驗(yàn)器皿全部在10%HNO3溶液中浸泡24 h，并用去離子水洗凈，試劑均為優(yōu)級(jí)純。樣品采用濕灰化法處理，將小麥或玉米籽粒研磨過60目篩，稱取0.500～1.000 g于100 mL高型硬質(zhì)型燒杯中，加入5～10 mL濃HNO3，蓋上表面皿浸泡過夜，置電熱板上微火加熱，至顆粒溶化，再加5～10 mL濃HNO3、3～5 mL HClO4，搖勻，逐漸升溫繼續(xù)加熱，此溶液變稠，顏色變棕紅，注意防止炭化。繼續(xù)加入5～10 mL HNO3，如溶液仍有變棕紅、炭化趨勢(shì)，再滴加濃HNO3，加熱消解至溶液變成透明無色，繼續(xù)加熱至溶液冒濃厚白煙，并出現(xiàn)粉紅色或黃色殘?jiān)鼮橹?，取出冷卻，轉(zhuǎn)入25 mL容量瓶中，用二次去離子水定容搖勻，轉(zhuǎn)移至聚乙烯小瓶中備用，原子吸收分光光度法測(cè)定。

4 結(jié)果與分析

4.1 玉米收貨后不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響

玉米收獲后，土壤各養(yǎng)分含量情況見表2。各施肥處理的有機(jī)質(zhì)含量均高于不施肥空白對(duì)照，以施用污泥堆肥的處理含量最高，但經(jīng)F檢驗(yàn)差異不顯著；各處理間全氮和全磷數(shù)值接近；速效鉀的含量施用化肥、消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料、秸稈有機(jī)肥各處理分別比對(duì)照增加了14.04%、9.44%、6.21%、13.20%、9.74%；堿解氮的含量各施肥處理分別比對(duì)照增加了9.72%、15.17%、14.80%、22.68%、14.19%；速效磷的含量各處理分別比對(duì)照增加了71.74%、16.30%、32.17%、22.39%；各種養(yǎng)分含量的各處理間差異未達(dá)到極顯著水平。試驗(yàn)說明，污泥土地利用根施用其他有機(jī)肥一樣，既可增加作物生長所需養(yǎng)分，又有一定的培肥地力的作用，可滿足后茬作物生長的營養(yǎng)需求。

表2 玉米收獲后土壤理化性質(zhì)Table 2 Chemical and physical character of soil after reaping corn

4.2 玉米收貨后不同施肥處理對(duì)土壤及作物重金屬含量的影響

4.2.1 不同施肥處理對(duì)土壤重金屬含量的影響

玉米收獲后的重金屬變化情況見表3。Cu元素含量的變化趨勢(shì)是污泥堆肥＞消化污泥＞化肥＞秸稈有機(jī)肥＞污泥肥料＞不施肥空白對(duì)照；Mn元素含量的變化趨勢(shì)是消化污泥＞污泥肥料＞污泥堆肥＞秸稈有機(jī)肥＞化肥＞不施肥空白對(duì)照；Zn元素含量的變化趨勢(shì)是秸稈有機(jī)肥＞消化污泥＞污泥肥料＞污泥堆肥＞化肥＞不施肥空白對(duì)照；Pb元素含量的變化趨勢(shì)是秸稈有機(jī)肥＞消化污泥＞化肥＞污泥堆肥＞污泥肥料＞不施肥空白對(duì)照；Cd元素的含量變化趨勢(shì)是污泥堆肥＞化肥＞消化污泥＞污泥肥料＞不施肥空白對(duì)照＞秸稈有機(jī)肥。應(yīng)用SAS統(tǒng)計(jì)LSD法進(jìn)行F檢驗(yàn)可知，各處理間差異均未達(dá)到極顯著水平。

表3 玉米收獲后土壤重金屬含量Table 3 Content of soil heavy metals after reaping corn （mg·kg-1）

4.2.2 玉米籽粒種種金屬的含量

由表4可知，各施肥處理玉米籽粒的重金屬含量Cu為消化污泥＞污泥堆肥＞化肥＞污泥肥料＞不施肥空白對(duì)照＞秸稈有機(jī)肥；Mn的含量為秸稈有機(jī)肥＞消化污泥＞化肥＞不施肥空白對(duì)照＞污泥堆肥＞污泥肥料；Zn的含量為化肥＞污泥堆肥＞消化污泥＞污泥肥料＞不施肥空白對(duì)照＞秸稈有機(jī)肥；但各處理數(shù)值極為接近，經(jīng)SAS統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)各處理間差異不顯著。Cd的含量均未超過0.02 mg·kg-1；Pb未檢出，各元素均低于國家標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，施用消化污泥、污泥堆肥與污泥肥料，與常規(guī)施肥一樣（化肥、秸稈有機(jī)肥），即可以滿足作物生長的營養(yǎng)需求，又不會(huì)在作物可食用部分造成重金屬元素超標(biāo)。

表4 玉米籽粒重金屬含量變化Table 4 Content of heavy metal in corn seed （mg·kg-1）

4.3 不同施肥處理對(duì)作物生長和總產(chǎn)量的影響

4.3.1 不同施肥處理對(duì)作物產(chǎn)量的影響

污泥堆肥作為有機(jī)肥料含有大量的有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)在土壤中經(jīng)微生物的活動(dòng)分解轉(zhuǎn)化產(chǎn)生大量的維生素、腐殖酸和激素等物質(zhì)，能促進(jìn)作物生長發(fā)育。在這些物質(zhì)的刺激下，作物的根系生長旺盛，提高對(duì)養(yǎng)分（特別是P、K）的吸收能力；同時(shí)增強(qiáng)作物的光合作用，提高光和能力，使作物根系發(fā)達(dá)，生長健壯，葉色濃綠，干物質(zhì)積累多，成穗率高，從而使產(chǎn)量提高。

玉米產(chǎn)量結(jié)果見圖1。由圖1可知，與對(duì)照相比，施用消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料的玉米產(chǎn)量分別增加了32.55%、24.63%、41.92%；與施用秸稈有機(jī)肥相比，施用消化污泥和污泥堆肥的玉米產(chǎn)量分別減少了4.03%、9.76%，施用污泥肥料的玉米產(chǎn)量增加了2.75%；與施用化肥的處理相比，施用消化污泥和污泥堆肥的玉米產(chǎn)量分別減少了4.03%和9.76%，施用污泥肥料的玉米產(chǎn)量增加了2.75%。

圖1 玉米總產(chǎn)量的變化Fig.1 Variety of total corn yield

4.3.2 不同施肥處理對(duì)作物產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

玉米產(chǎn)量一般是由穗粗、行穗數(shù)、禿尖、千粒重等因素決定。從表5中影響玉米產(chǎn)量的要素穗粗、行穗數(shù)、穗行數(shù)、禿尖、千粒重等指標(biāo)看出，施用消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料的穗粗分別比對(duì)照提高了2.65%、1.39%和3.09%，雖然低于施用化肥和秸桿有機(jī)肥的處理，但數(shù)值很接近；施用消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料的行粒數(shù)與對(duì)照相比分別提高了3.66%、10.50%和12.21%，施用污泥堆肥和污泥肥料的處理分別高于施用秸桿有機(jī)肥的處理4.46%和6.07%。禿尖長是反映作物營養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)，禿尖長越短，說明作物的營養(yǎng)狀況越好。施用消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料的處理與對(duì)照相比分別降低了32.28%、28.35%和53.54%，與施用化肥的處理相比，分別降低了20.37%、15.74%和45.37%，施用消化污泥與污泥堆肥的處理分別比施用秸稈有機(jī)肥的處理增加了3.61%、9.64%，施用污泥肥料的處理比施用秸稈有機(jī)肥的處理降低了28.92%。施用消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料的千粒重與對(duì)照相比分別增加了5.79%、4.37%和6.37%，與施用化肥的處理相比分別增加了0.44%、1.06%、1.05%，與施用秸桿有機(jī)肥的處理相比，分別增加了1.94%、0.57%和2.55%。

表5 玉米產(chǎn)量影響指標(biāo)的變化Table 5 Effective index variety of corn yield

續(xù) 表

4.3.3 對(duì)作物生物性狀的影響

不同施肥處理對(duì)玉米生物性狀的影響見表6。由穗長、株高、穗干重、芯重來看，各施肥處理的數(shù)值接近，且都明顯高于對(duì)照，在4種供試有機(jī)肥中，污泥肥料的增產(chǎn)效果明顯好于消化污泥、污泥堆肥和秸稈有機(jī)肥。

表6 對(duì)玉米生物性狀的影響Table 6 Effect of corn biological character

從小麥和玉米的總產(chǎn)量以及生物性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素的各項(xiàng)指標(biāo)來看，施用消化污泥、污泥堆肥和污泥肥料的處理均明顯高于對(duì)照，雖然各處理低于施用化肥的處理，但是由于化肥是一種速效肥，所以在第一茬口的小麥試驗(yàn)中，差異明顯，消化污泥、污泥堆肥和秸稈有機(jī)肥都是有機(jī)緩效肥，所以在第二茬口的玉米試驗(yàn)中，各項(xiàng)指標(biāo)差異不明顯，而污泥肥料是一種速效兼緩效肥，不但含有大量的速效營養(yǎng)物質(zhì)，而且養(yǎng)分全面，因此在供試的四種有機(jī)肥料中，其增產(chǎn)效果最好。

5 討論

活性污泥中含有大量的微生物及營養(yǎng)成分，對(duì)土壤的改良和植物的生長均有促進(jìn)作用，因此被考慮直接施用于土壤和農(nóng)田。研究表明，污泥的施用可以改善土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，使土壤有機(jī)質(zhì)明顯增加，同時(shí)對(duì)不同的作物及植物有增產(chǎn)和改善品質(zhì)的作用[7]，所以，污泥被直接用在了育苗、改良土壤、農(nóng)田等，均獲得了較為明顯的效果。有研究表明，施用適量污泥后，明顯地增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，有效地改善了土壤結(jié)構(gòu)、水利學(xué)及化學(xué)性質(zhì)，由此帶來的容重降低，孔隙度、團(tuán)聚體穩(wěn)定度以及持水量和導(dǎo)水性的增加，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了積極的作用[1,8-12]。

城市污泥具有較復(fù)雜的元素組成，含有大量的有機(jī)物質(zhì)、氮和灰分元素，這決定了城市污泥非常適合作為農(nóng)業(yè)及城市綠化中非傳統(tǒng)有機(jī)肥而得到廣泛應(yīng)用[13]。將城市污泥作為資源，探索其利用途徑及降低對(duì)環(huán)境的消極作用，是在穩(wěn)定中保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的重要手段[14-15]。利用原始狀態(tài)的或者是添加有機(jī)添加物的城市污泥做有機(jī)肥，是城市污泥處置方法之一。在效果方面，城市污泥的肥料價(jià)值不次于傳統(tǒng)的有機(jī)肥料和化學(xué)肥料。

6 結(jié) 論

在各種施肥處理施用1年的情況下，玉米收獲后各處理間土壤重金屬含量值差距微小，與土壤基礎(chǔ)含量差異均不顯著；施用消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料的處理，土壤中作物所需養(yǎng)分含量增加；改善了作物的生長性狀，各處理小麥和玉米均比對(duì)照顯著增產(chǎn)。說明消化污泥、污泥堆肥、及污泥肥料與化肥和其他有機(jī)肥一樣，是一種長效肥，既可增加作物生長所需養(yǎng)分，又有一定的培肥地力的作用，可以滿足后茬作物生長的營養(yǎng)需求。但對(duì)土壤和地下水的長期影響，應(yīng)作進(jìn)一步的研究。

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