任欣欣+卜玉山+張仙瑞+張曼+王婧+劉奮武+張吳平

摘 要：為確定太谷、農(nóng)大兩種污泥肥料在菜園土壤中的適宜施用量，通過單因素盆栽試驗(yàn)研究了太谷、農(nóng)大2種不同城市污泥對小白菜產(chǎn)量、養(yǎng)分及重金屬含量的影響。結(jié)果表明：適量施用污泥能增加小白菜產(chǎn)量，2種污泥的適宜施用范圍不同，太谷污泥的適宜施用量為20 g·kg-1土，農(nóng)大污泥的適宜施用量為120 g·kg-1土。施用污泥增加了小白菜氮、磷、鉀養(yǎng)分含量和重金屬含量。太谷污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為N>K>P，農(nóng)大污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為P>K>N。隨著太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4種重金屬含量均呈增加趨勢。隨著農(nóng)大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趨勢，As、Hg含量呈先增加后減少的趨勢。小白菜重金屬銅、鋅、汞含量均是地上部低于地下部，而砷含量則為地上部高于地下部。在本試驗(yàn)的2種污泥不同施用量下，小白菜重金屬含量均未超過國家蔬菜質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）。

關(guān)鍵詞：污泥；小白菜；產(chǎn)量；重金屬

中圖分類號： S634.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.06.019

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，污水處理廠也不斷增加，導(dǎo)致城市污泥的產(chǎn)生量迅速增加[1-3]。城市污泥的處理處置已成為迫切需要解決的生態(tài)環(huán)境問題。污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和各種營養(yǎng)元素，肥料化利用不僅充分利用了其養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長、提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)[2]，并具有明顯的培肥改土作用。有研究表明[4]，污泥復(fù)合肥對作物的增產(chǎn)效果明顯優(yōu)于化肥。因此，污泥的土地利用對于我國這樣一個(gè)擁有相當(dāng)大面積中低產(chǎn)土壤的農(nóng)業(yè)大國來說具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

污泥的土地利用，可使其所含的重金屬等有毒有害物質(zhì)進(jìn)入土壤進(jìn)而對植物生長及人類健康構(gòu)成潛在的危害[5-7]，成為限制污泥農(nóng)用的主要因子。本試驗(yàn)通過研究太谷縣污水處理廠和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)污水處理廠生產(chǎn)的2種污泥在不同施用量時(shí)對石灰性土壤上小白菜產(chǎn)量及養(yǎng)分、重金屬含量的影響，為這2種城市污泥在農(nóng)業(yè)上的安全合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

2種供試城市污泥分別為太谷縣污水處理廠污泥（太谷污泥）和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)污水處理廠污泥（農(nóng)大污泥）。供試土壤為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院試驗(yàn)站農(nóng)田耕層（0～20 cm）石灰性褐土。供試土壤、污泥的理化性質(zhì)見表1。供試作物為小白菜（Brassica napus L.），品種為四月蔓。

1.2 試驗(yàn)方法

本研究采用單因素盆栽試驗(yàn)，設(shè)6個(gè)處理，分別為：（1）不施污泥（對照）；（2）污泥10 g·kg-1土；（3）污泥20 g·kg-1土；（4）污泥40 g·kg-1土；（5）污泥80 g·kg-1土；（6）污泥120 g·kg-1土。4次重復(fù)，2種污泥，共計(jì)48盆。采用隨機(jī)排列。

供試土壤過2 mm篩后裝盆，污泥按設(shè)計(jì)用量與土壤充分混均后，裝入直徑為30 cm，高度為25 cm的塑料盆中，每盆基質(zhì)質(zhì)量4.0 kg?；旌贤寥姥a(bǔ)充水分至田間持水量平衡2 d后種植小白菜，出苗后每盆留苗8株。

盆栽試驗(yàn)于4月上旬在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院試驗(yàn)站內(nèi)的日光溫室大棚中進(jìn)行，5月中旬收獲植物樣品，用濾紙拭凈植物樣品上的土樣，供試驗(yàn)分析用。

1.3 測定方法和數(shù)據(jù)處理

植株全氮采用硫酸-過氧化氫消煮-奈氏比色法測定[8]；植株全磷采用硫酸-過氧化氫消煮-釩鉬黃比色法測定[8]；植株全鉀采用硫酸-過氧化氫消煮-火焰光度法測定[8]；植株全銅、鋅采用原子吸收分光光度法測定[8]；植株全砷采用二乙基二硫代氨基甲酸銀法測定[8]；植株全汞采用硫酸-硝酸消化-冷原子吸收法測定[8]。

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS17.0軟件處理和分析，多重比較采用Tukey法。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種城市污泥對小白菜生物量的影響

由圖1可知，隨著污泥施用量的增加，2種污泥小白菜生物量的變化趨勢不同，太谷污泥小白菜產(chǎn)量隨施用量增加呈先增加后降低的變化趨勢，在20 g·kg-1土處理時(shí)小白菜產(chǎn)量達(dá)到最大，為10.38 g·株-1，顯著高于對照處理，較對照的單株鮮質(zhì)量5.97 g增產(chǎn)73.87%；當(dāng)污泥濃度達(dá)到40 g·kg-1后小白菜生長受到嚴(yán)重抑制，單株鮮質(zhì)量僅為4.93 g，顯著低于對照處理，較對照減產(chǎn)17.42%。而隨著農(nóng)大污泥施用量的增加，小白菜產(chǎn)量也呈增加趨勢，增幅為20.40%～117.87%；與對照相比，施用污泥小白菜產(chǎn)量差異顯著。

2.2 兩種城市污泥對小白菜N、P、K含量的影響

由圖2～圖4可知，隨著2種污泥施用量的增加，小白菜氮、磷、鉀含量均呈增加趨勢。太谷污泥小白菜全氮、全磷、全鉀含量增幅分別為8.31%～25.86%，18.77%～45.29%，2.33%～53.12%；與對照相比，太谷污泥小白菜全氮、全磷含量差異顯著；污泥施用量≤20 g·kg-1時(shí)，太谷污泥小白菜全鉀含量差異不顯著。農(nóng)大污泥小白菜全氮、全磷、全鉀含量增幅分別為0.79%～8.11%，3.82%～28.84%，2.31%～41.81%。與對照相比，農(nóng)大污泥施用量≤20 g·kg-1時(shí)，小白菜全氮、全磷含量差異不顯著。

2.3 2種城市污泥對小白菜重金屬含量的影響

由圖5～圖12可知，隨著污泥施用量的增加，2種污泥小白菜重金屬含量的變化趨勢不同。隨著太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4種重金屬含量均呈增加趨勢。地上部銅、鋅、砷、汞4種重金屬含量增幅分別為91.3%～182.5%，6.3%～65.0%，16.9%～57.8%，19.6%～86.9%；地下部銅、鋅、砷、汞4種重金屬含量增幅分別為91.3%～175.0%，14.2%～87.6%，41.4%～138.0%，15.7%～154.2%。與對照相比，太谷污泥施用量≤20 g·kg-1時(shí)小白菜地下部鋅含量差異不顯著。隨著農(nóng)大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趨勢，As、Hg含量呈先增加后減少的趨勢。地上部銅、鋅、砷、汞4種重金屬含量增幅分別為：83.3%～246.5%，5.1%～120.3%，24.5%～34.1%，18.9%～73.1%；地下部銅、鋅、砷、汞4種重金屬含量增幅分別為：83.3%～246.6%，4.7%～103.4%，14.9%～81.6%，17.5%～154.5%，與對照相比，農(nóng)大污泥施用量≤10 g·kg-1時(shí)小白菜地上、地下部鋅、汞含量差異不顯著，污泥施用量為120 g·kg-1土?xí)r小白菜地上部砷、汞含量和地下部砷含量差異也不顯著。

3 討 論

適量施用2種不同污泥均能不同程度地增加小白菜產(chǎn)量，提高小白菜N、P、K含量。這與某些研究結(jié)果[9-11]一致。康少杰等[10]研究表明，污泥施用量為5～8 g·kg-1時(shí)可以顯著提高油菜產(chǎn)量。戴亮等[11]研究表明污泥在混配土壤中的干質(zhì)量比<15%時(shí)，可以顯著提高小麥產(chǎn)量。李明等[12]研究表明，污泥施用量為10%～40%時(shí)油菜生長良好，當(dāng)污泥施用量為80%～100%時(shí)，油菜無法生長。這是因?yàn)槲勰嘀泻胸S富的養(yǎng)料，促進(jìn)了小白菜對營養(yǎng)元素的吸收，起到顯著的增產(chǎn)作用。但污泥種類不同，其中的養(yǎng)分狀況有所差異，因此小白菜對不同養(yǎng)分的吸收利用表現(xiàn)出不一致。

污泥中除含有養(yǎng)分元素外，還含有一些重金屬，施用2種污泥均增加小白菜重金屬含量，這也與某些研究結(jié)果一致。劉善江等[13]研究表明，使用污泥10 g·kg-1，油菜Zn、As、Hg增幅分別為 38%，78%，80%。小白菜不同重金屬含量的增幅不同，以Cu元素的增幅最大，且地上、地下部Cu增幅大致相等，地上部As、Hg含量增幅低于地下部，太谷污泥小白菜地上部Zn含量增幅低于地下部，農(nóng)大污泥小白菜地上部Zn含量增幅高于地下部。小白菜重金屬銅、鋅、汞含量均是地上部低于地下部，而砷含量則為地上部高于地下部。汪斌等[14]研究表明，丹參地下部Cu、Zn含量分別是地上部分的2.4～5.7倍。有研究表明，萵筍地上部Hg含量是地下部的2～3倍。這可能是因?yàn)镃u、Zn、Hg主要以離子態(tài)吸收，與蛋白質(zhì)等結(jié)合后以螯合態(tài)運(yùn)輸，在植物體內(nèi)的移動行較小，因此主要在根部富集[15-17]。段桂蘭等[18]研究表明，超富集植物P.vittata中砷的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)可達(dá)24%。Caille等[19]的研究表明，蜈蚣草根部吸收的砷有76%運(yùn)至地上部分。這可能是因?yàn)樯楸恢参镂蘸笾饕訟s5+向上運(yùn)輸，因此容易富集在植物的地上部。農(nóng)大污泥施用量較高時(shí)小白菜的砷、汞含量反而下降，這可能是由于生物量大產(chǎn)生的稀釋效應(yīng)，這與張磊等[20]的研究結(jié)果一致。

雖然在本試驗(yàn)中一次施入污泥的小白菜各部分重金屬含量均未超過國家蔬菜質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）。但對于連續(xù)施用污泥對小白菜重金屬的影響還有待于進(jìn)行長時(shí)間深入研究。

4 結(jié) 論

（1）適量施用污泥能增加小白菜產(chǎn)量，2種污泥的適宜施用量不同，太谷污泥的適宜施用量為20 g·kg-1，農(nóng)大污泥的適宜施用量為120 g·kg-1。

（2）施用污泥能增加小白菜N、P、K含量，但2種污泥處理的增幅不一樣，太谷污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為N>K>P，農(nóng)大污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為P>K>N。

（3）隨著污泥施用量的增加，2種污泥施用均增加了小白菜重金屬含量。但不同污泥對小白菜同一部位不同重金屬含量的變化趨勢影響不同，對小白菜不同部位同種重金屬含量的影響相同。隨著太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4種重金屬含量均呈增加趨勢。隨著農(nóng)大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趨勢，As、Hg含量呈先增加后減少的趨勢。小白菜地上部Cu、Zn、Hg含量大于地下部，而地下部As含量大于地上部。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋豐產(chǎn)，張向炎. 城市污水處理廠污泥處置與資源化利用途徑探討[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（36）：20 891-20 892.

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3 討 論

適量施用2種不同污泥均能不同程度地增加小白菜產(chǎn)量，提高小白菜N、P、K含量。這與某些研究結(jié)果[9-11]一致?？瞪俳艿萚10]研究表明，污泥施用量為5～8 g·kg-1時(shí)可以顯著提高油菜產(chǎn)量。戴亮等[11]研究表明污泥在混配土壤中的干質(zhì)量比<15%時(shí)，可以顯著提高小麥產(chǎn)量。李明等[12]研究表明，污泥施用量為10%～40%時(shí)油菜生長良好，當(dāng)污泥施用量為80%～100%時(shí)，油菜無法生長。這是因?yàn)槲勰嘀泻胸S富的養(yǎng)料，促進(jìn)了小白菜對營養(yǎng)元素的吸收，起到顯著的增產(chǎn)作用。但污泥種類不同，其中的養(yǎng)分狀況有所差異，因此小白菜對不同養(yǎng)分的吸收利用表現(xiàn)出不一致。

污泥中除含有養(yǎng)分元素外，還含有一些重金屬，施用2種污泥均增加小白菜重金屬含量，這也與某些研究結(jié)果一致。劉善江等[13]研究表明，使用污泥10 g·kg-1，油菜Zn、As、Hg增幅分別為 38%，78%，80%。小白菜不同重金屬含量的增幅不同，以Cu元素的增幅最大，且地上、地下部Cu增幅大致相等，地上部As、Hg含量增幅低于地下部，太谷污泥小白菜地上部Zn含量增幅低于地下部，農(nóng)大污泥小白菜地上部Zn含量增幅高于地下部。小白菜重金屬銅、鋅、汞含量均是地上部低于地下部，而砷含量則為地上部高于地下部。汪斌等[14]研究表明，丹參地下部Cu、Zn含量分別是地上部分的2.4～5.7倍。有研究表明，萵筍地上部Hg含量是地下部的2～3倍。這可能是因?yàn)镃u、Zn、Hg主要以離子態(tài)吸收，與蛋白質(zhì)等結(jié)合后以螯合態(tài)運(yùn)輸，在植物體內(nèi)的移動行較小，因此主要在根部富集[15-17]。段桂蘭等[18]研究表明，超富集植物P.vittata中砷的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)可達(dá)24%。Caille等[19]的研究表明，蜈蚣草根部吸收的砷有76%運(yùn)至地上部分。這可能是因?yàn)樯楸恢参镂蘸笾饕訟s5+向上運(yùn)輸，因此容易富集在植物的地上部。農(nóng)大污泥施用量較高時(shí)小白菜的砷、汞含量反而下降，這可能是由于生物量大產(chǎn)生的稀釋效應(yīng)，這與張磊等[20]的研究結(jié)果一致。

雖然在本試驗(yàn)中一次施入污泥的小白菜各部分重金屬含量均未超過國家蔬菜質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）。但對于連續(xù)施用污泥對小白菜重金屬的影響還有待于進(jìn)行長時(shí)間深入研究。

4 結(jié) 論

（1）適量施用污泥能增加小白菜產(chǎn)量，2種污泥的適宜施用量不同，太谷污泥的適宜施用量為20 g·kg-1，農(nóng)大污泥的適宜施用量為120 g·kg-1。

（2）施用污泥能增加小白菜N、P、K含量，但2種污泥處理的增幅不一樣，太谷污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為N>K>P，農(nóng)大污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為P>K>N。

（3）隨著污泥施用量的增加，2種污泥施用均增加了小白菜重金屬含量。但不同污泥對小白菜同一部位不同重金屬含量的變化趨勢影響不同，對小白菜不同部位同種重金屬含量的影響相同。隨著太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4種重金屬含量均呈增加趨勢。隨著農(nóng)大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趨勢，As、Hg含量呈先增加后減少的趨勢。小白菜地上部Cu、Zn、Hg含量大于地下部，而地下部As含量大于地上部。

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[11] 戴亮，任珺，陶玲，等.蘭州市城市污泥施用對小麥生長和重金屬富集的影響[J].土壤通報(bào)，2012，43（5）：1 257-1 263.

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3 討 論

適量施用2種不同污泥均能不同程度地增加小白菜產(chǎn)量，提高小白菜N、P、K含量。這與某些研究結(jié)果[9-11]一致?？瞪俳艿萚10]研究表明，污泥施用量為5～8 g·kg-1時(shí)可以顯著提高油菜產(chǎn)量。戴亮等[11]研究表明污泥在混配土壤中的干質(zhì)量比<15%時(shí)，可以顯著提高小麥產(chǎn)量。李明等[12]研究表明，污泥施用量為10%～40%時(shí)油菜生長良好，當(dāng)污泥施用量為80%～100%時(shí)，油菜無法生長。這是因?yàn)槲勰嘀泻胸S富的養(yǎng)料，促進(jìn)了小白菜對營養(yǎng)元素的吸收，起到顯著的增產(chǎn)作用。但污泥種類不同，其中的養(yǎng)分狀況有所差異，因此小白菜對不同養(yǎng)分的吸收利用表現(xiàn)出不一致。

污泥中除含有養(yǎng)分元素外，還含有一些重金屬，施用2種污泥均增加小白菜重金屬含量，這也與某些研究結(jié)果一致。劉善江等[13]研究表明，使用污泥10 g·kg-1，油菜Zn、As、Hg增幅分別為 38%，78%，80%。小白菜不同重金屬含量的增幅不同，以Cu元素的增幅最大，且地上、地下部Cu增幅大致相等，地上部As、Hg含量增幅低于地下部，太谷污泥小白菜地上部Zn含量增幅低于地下部，農(nóng)大污泥小白菜地上部Zn含量增幅高于地下部。小白菜重金屬銅、鋅、汞含量均是地上部低于地下部，而砷含量則為地上部高于地下部。汪斌等[14]研究表明，丹參地下部Cu、Zn含量分別是地上部分的2.4～5.7倍。有研究表明，萵筍地上部Hg含量是地下部的2～3倍。這可能是因?yàn)镃u、Zn、Hg主要以離子態(tài)吸收，與蛋白質(zhì)等結(jié)合后以螯合態(tài)運(yùn)輸，在植物體內(nèi)的移動行較小，因此主要在根部富集[15-17]。段桂蘭等[18]研究表明，超富集植物P.vittata中砷的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)可達(dá)24%。Caille等[19]的研究表明，蜈蚣草根部吸收的砷有76%運(yùn)至地上部分。這可能是因?yàn)樯楸恢参镂蘸笾饕訟s5+向上運(yùn)輸，因此容易富集在植物的地上部。農(nóng)大污泥施用量較高時(shí)小白菜的砷、汞含量反而下降，這可能是由于生物量大產(chǎn)生的稀釋效應(yīng)，這與張磊等[20]的研究結(jié)果一致。

雖然在本試驗(yàn)中一次施入污泥的小白菜各部分重金屬含量均未超過國家蔬菜質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）。但對于連續(xù)施用污泥對小白菜重金屬的影響還有待于進(jìn)行長時(shí)間深入研究。

4 結(jié) 論

（1）適量施用污泥能增加小白菜產(chǎn)量，2種污泥的適宜施用量不同，太谷污泥的適宜施用量為20 g·kg-1，農(nóng)大污泥的適宜施用量為120 g·kg-1。

（2）施用污泥能增加小白菜N、P、K含量，但2種污泥處理的增幅不一樣，太谷污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為N>K>P，農(nóng)大污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次為P>K>N。

（3）隨著污泥施用量的增加，2種污泥施用均增加了小白菜重金屬含量。但不同污泥對小白菜同一部位不同重金屬含量的變化趨勢影響不同，對小白菜不同部位同種重金屬含量的影響相同。隨著太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4種重金屬含量均呈增加趨勢。隨著農(nóng)大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趨勢，As、Hg含量呈先增加后減少的趨勢。小白菜地上部Cu、Zn、Hg含量大于地下部，而地下部As含量大于地上部。

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