許 健，董秀華，吳小飛，熊慧欣，趙海濤，徐軼群

（揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

污泥蚓糞施用對生菜產(chǎn)量及重金屬積累的影響

許 健，董秀華，吳小飛，熊慧欣，趙海濤，徐軼群＊

（揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

利用城市生活污泥及添加稻秸進(jìn)行蚯蚓堆肥后的蚓糞作為肥料源施用于生菜，分析污泥和蚓糞的施用對生菜產(chǎn)量及其體內(nèi)重金屬積累的影響.結(jié)果表明：① 污泥和蚓糞施用均能提高生菜的產(chǎn)量，且施用蚓糞的增產(chǎn)效果更為顯著；② 隨著污泥或蚓糞施用量的增加，生菜根部重金屬元素Zn，Cu，Pb，Cr，Cd的含量增加；生菜葉部除Cd外，Zn，Cu，Pb，Cr，Ni的含量均顯著增加；③ 當(dāng)污泥和蚓糞施用量相同時，施用蚓糞時生菜根部和葉部的重金屬含量均低于施用污泥時的含量.

蚯蚓堆肥；城市生活污泥；稻秸；重金屬；生菜

城市生活污泥的農(nóng)田利用雖比土地填埋、焚燒等方式前景好，但污泥直接施用會影響植物生長，所以施用前須經(jīng)穩(wěn)定化處理［1］.蚯蚓堆肥技術(shù)由于能提高污泥中營養(yǎng)元素速效態(tài)含量［2］，同時體系內(nèi)蚯蚓具有富集污泥中Zn，Cu，Pb，Cr，Cd，Ni等重金屬的能力，且具有無臭、快速、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注［3－6］.稻秸富含纖維素等碳水化合物，可以調(diào)節(jié)污泥中的碳氮比，為蚯蚓的繁殖提供碳源，稻秸在堆腐過程中能產(chǎn)生大量腐殖質(zhì)，為土壤的改良提供營養(yǎng)物質(zhì).目前，盡管國內(nèi)外已有大量關(guān)于蚯蚓堆肥及蚓糞應(yīng)用方面的研究［7－10］，但是通過向污泥中添加稻秸進(jìn)行蚯蚓堆肥的方法卻未見報道.本試驗通過加入粉碎的稻秸進(jìn)行城市生活污泥堆肥，將蚯蚓堆肥產(chǎn)物蚓糞作為肥料源施用于生菜，并對比分析污泥和蚓糞的施用對生菜產(chǎn)量及其體內(nèi)重金屬積累的影響，以期為城市生活污泥的資源化利用及安全農(nóng)用提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗污泥取自揚(yáng)州市湯汪污水處理廠城市生活污水處理后的剩余污泥，含水率為76.5%，一部分污泥使用保鮮袋封裝并保存于4℃的冰箱，用于基本理化性質(zhì)分析，另一部分用于盆栽生菜.稻秸取自揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)牧場，粉碎后試驗.蚓糞Ⅰ和蚓糞Ⅱ分別由稻秸質(zhì)量含量為0，20%的供試污泥經(jīng)蚯蚓堆肥處理產(chǎn)生.供試土壤取自揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗田.試驗用生菜種子購于江蘇省揚(yáng)州種子服務(wù)公司.試驗材料基本理化性質(zhì)如表1所示.

1.2 試驗設(shè)計

將若干份干質(zhì)量為2 kg的土壤置于培養(yǎng)缽中，然后按表2設(shè)計方案加入一定量污泥或蚓糞，混合均勻后加去離子水至體系含水率約為70%.將適量生菜種子平鋪于培養(yǎng)缽，均勻覆蓋一層薄土，在溫室大棚中進(jìn)行盆栽試驗，定時補(bǔ)充水分以滿足生菜生長.每個試驗組設(shè)置3個平行樣，同時設(shè)置未施用污泥或蚓糞的土壤為對照處理（ck），60 d后采集生菜，稱鮮質(zhì)量.

表2 盆栽試驗設(shè)計Tab.2 Design for pot experiment

1.3 生菜中重金屬含量測定

洗凈生菜葉和根后去除表面水分，剪碎備用.準(zhǔn)確稱取20.0 g葉（根）置于100 m L錐形瓶，加入10 m L濃HNO3浸泡12 h，再加入5 m L HCl O4溶液于電熱板上加熱至白煙趕盡，取出錐形瓶，待溶液冷卻至室溫后移入25 m L容量瓶，用2%的HNO3溶液定容，采用Sloaar MK2－M6原子吸收分光光度計（Thermo Electron Corporation，美國）測定溶液中各重金屬含量.

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥或蚓糞施用對生菜產(chǎn)量的影響

施用污泥或蚓糞后生菜產(chǎn)量如表3所示.由表3可知：① 當(dāng)施用量為10.0，20.0，40.0 mg·g－1時，施用污泥的生菜產(chǎn)量分別增加28.2%，34.8%，9.47%；施用蚓糞Ⅰ的生菜產(chǎn)量分別增加34.2%，38.6%，14.0%；施用蚓糞Ⅱ的生菜產(chǎn)量分別增加41.4%，42.7%，19.6%.污泥或蚓糞的施用均能提高生菜的產(chǎn)量，且施用蚓糞Ⅱ的增產(chǎn)效果更顯著.其原因是污泥或蚓糞中均含有大量植物生長所需的N，P，K等營養(yǎng)元素，加入稻秸進(jìn)行蚯蚓堆肥能使重金屬生物有效態(tài)比例更低［11］，生菜毒害減小而生長旺盛.② 施用量由20.0 mg·g－1增至40 mg·g－1時生菜產(chǎn)量增幅均減小，其可能是由于供試基質(zhì)中其他有害物質(zhì)增多，抑制作用增強(qiáng)所致.筆者采用最小顯著差數(shù)法對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗，得知同一供試基質(zhì)施用量不同時，生菜產(chǎn)量存在顯著性差異（p＜0.05）；不同供試基質(zhì)施用量相同時，生菜產(chǎn)量也存在顯著性差異（p＜0.05）.

表3 施用污泥或蚓糞對生菜產(chǎn)量的影響＊Tab.3 Effects of sewage sludge or vermicompost on yield of lettuce g

2.2 生菜中重金屬的積累

1）生菜根部.表4為采用不同供試基質(zhì)種植的生菜根部重金屬積累情況.由表4可知：① 與對照組相比，施用污泥或蚓糞都會使生菜根部Zn，Cu，Pb，Cr、Cd含量增加（S2中 Ni除外）.相同試驗條件下，生菜根部Zn含量最高，Cd含量最低.② 當(dāng)施用量相同時，生菜根部重金屬含量的變化規(guī)律均為：w（蚓糞Ⅱ）＜w（蚓糞Ⅰ）＜w（污泥），其原因是供試基質(zhì)中重金屬含量：w（蚓糞Ⅱ）＜w（蚓糞Ⅰ）＜w（污泥），且稻秸的加入使得重金屬穩(wěn)定化效果更好，施用時環(huán)境風(fēng)險更小.③ 相同供試基質(zhì)下，隨著施用量的增加，各重金屬含量均呈上升趨勢，說明植物根系在吸收營養(yǎng)物質(zhì)的同時也吸收了重金屬污染物.

2）生菜葉部.表5為采用不同供試基質(zhì)種植的生菜葉部6種重金屬積累情況.由表5可知：① 相同試驗條件下，生菜葉部Zn含量最高，Cd含量最低.② 同一供試基質(zhì)條件下，生菜葉部Zn，Cu，Pb，Cr，Cd含量隨施用量增加而升高，且均高于對照組.③ 相同施用量下，重金屬含量隨供試基質(zhì)的變化規(guī)律為：w（蚓糞Ⅱ）＜w（蚓糞Ⅰ）＜w（污泥）.采用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行差異顯著性檢驗，除施用量為10.0，20.0 mg·g－1時Cr和Cd含量以及施用量為40.0 mg·g－1時Cd含量無顯著性差異（p＞0.05）外，其余試驗組Zn，Cu，Pb，Ni與對照組相比都存在顯著差異（p＜0.05）.

表4 生菜根部的重金屬含量Tab.4 The content of heavy metals in the roots of lettuce μg·g－1

表5 生菜葉部的重金屬含量Tab.5 The content of heavy metals in the leaves of lettuce μg·g－1

綜合考慮生菜的產(chǎn)量與品質(zhì)，污泥或蚓糞施用量控制在20.0 mg·g－1為宜.

2.3 生菜體內(nèi)重金屬的轉(zhuǎn)移系數(shù)

生菜根系從供試基質(zhì)中吸收的重金屬通過蒸騰作用、主動運(yùn)輸?shù)确绞剑粩噍斔偷缴巳~中.當(dāng)生菜根系輸送到生菜葉部的重金屬量大于生菜葉對重金屬的稀釋效應(yīng)時，表現(xiàn)為生菜葉中重金屬含量增加，反之則降低.根據(jù)表4～5數(shù)據(jù)計算得出生菜體內(nèi)重金屬轉(zhuǎn)移系數(shù)如表6所示.

表6 重金屬在生菜體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)Tab.6 Transfer coefficient of heavy metals in body of lettuce

由表6可知，生菜體內(nèi)6種重金屬的轉(zhuǎn)移系數(shù)（ft）均小于1，生菜積累重金屬的能力為ft（Zn）＞ft（Cu）＞ft（Ni）＞ft（Cr）＞ft（Pb）＞ft（Cd）.施用污泥或蚓糞后，Zn，Cu，Pb，Cr，Ni在生菜體內(nèi)的轉(zhuǎn)移系數(shù)大多高于對照試驗，且ft（污泥）＞ft（蚓糞Ⅰ）＞ft（蚓糞Ⅱ）.系數(shù)越大表明生物積累重金屬的能力越強(qiáng)，因此施用蚓糞優(yōu)于污泥，添加稻秸更能有效抑制生菜對重金屬的積累.

［1］SPINOSA L，VESILIND P A.Sludge into biosolids［M］.London，UK：IWA Publishing，2001：43－73.

［2］HAIT S，TARE V.Optimizing vermistabilization of waste activated sludge using vermicompost as bulking material［J］.Waste Manage，2011，31（3）：502－511.

［3］SUTHAR S，SINGH S.Feasibility of vermicomposting in biostabilization of sludge from a distillery industry［J］.Sci Total Environ，2008，394（2－3）：237－243.

［4］YADAV A，GARG V K.Feasibility of nutrient recovery from industrial sludge by vermicomposting technology［J］.J Hazard Mater，2009，168（1）：262－268.

［5］SINGH J，KAUR A，VIG A P，et al.Role of Eisenia fetida in rapid recycling of nutrients from bio sludge of beverage industry［J］.Ecotoxicol Environ Saf，2010，73（3）：430－435.

［6］KHWAIRAKPAM M，BHARGAVA R.Vermitechnology for sewage sludge recycling［J］.J Hazard Mater，2009，161（2－3）：948－954.

［7］LUDIBETH S M，MARINA I E，VICENTA E M.Vermicomposting of sewage sludge：earthworm population and agronomic advantages［J］.Compost Sci Utilization，2012，20（1）：11－17.

［8］DOMINGUEZ－CRESPO M A，SANCHEZ－HERNANDEZ Z E，TORRES－HUERTA A M，et al.Effect of the heavy metals Cu，Ni，Cd and Zn on the growth and reproduction of epigeic earthworms（E.fetida）during the vermistabilization of municipal sewage sludge［J］.Water Air Soil Pollut，2012，223（2）：915－931.

［9］戴亮，任珺，陶玲，等.污泥施用對土壤及小麥生理特性的影響 ［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，31（2）：362－368.

［10］趙海濤，許光輝，單玉華，等.蚓糞復(fù)合基質(zhì)不同氮素用量對茄果類蔬菜幼苗生長的影響 ［J］.揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2010，31（3）：65－69.

［11］董秀華，周璟，徐軼群，等.污泥稻秸堆肥過程中重金屬及速效氮的轉(zhuǎn)化規(guī)律 ［J］.揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，14（1）：74－78.

Effects of appling of sewage sludge and vermicompost on yield and heavy metals accumulation of lettuce

XU Jian，DONG Xiuhua，WU Xiaofei，XIONG Huixin，ZHAO Haitao，XU Yiqun＊

（Sch of Environ Sci ＆Engin，Yangzhou Univ，Yangzhou 225127，China）

Sewage sludge vermicomposting by adding rice straw will benefit comprehensive utilization of resources.In this paper，the effects of the application of sewage sludge and vermicompost on lettuce yield and accumulation of heavy metals in the body were studied.The present research provides scientific basis for the safe use of sewage sludge.The results indicate that the lettuce yield increase when the application of sewage sludge and vermicompost.It is also found that vermicompost increases the lettuce fresh weight more than sewage sludge.Compared with the control experiment，with the increasing application of sludge or vermicompost，the contents of heavy metal in the roots（Zn，Cu，Pb，Cr and Cd）and leaves（Zn，Cu，Pb，Cr and Ni）increase.Applying the same amount of sludge and vermicompost geparately，the contents of heavy metal in the roots and leaves of lettuce with vermicompost as fertilizer is lower than that of sludge.

vermicompost；sewage sludge；rice straw；heavy metals；lettuce

X 705

A

1007－824X（2014）01－0075－04

2013－07－19.＊ 聯(lián)系人，E－mail：qunxyq＠163.com.

國家自然科學(xué)基金資助項目（40902018，31372133）；揚(yáng)州大學(xué)科技創(chuàng)新培育基金（2011CXJ031）.

許健，董秀華，吳小飛，等.污泥蚓糞施用對生菜產(chǎn)量及重金屬積累的影響［J］.揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，17（1）：75－78.

（責(zé)任編輯 林 子）