兩種城市污泥的小白菜效應研究

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研究了太谷、農大2種不同城市污泥對小白菜產量、養分及重金屬含量的影響。結果表明：適量施用污泥能增加小白菜產量，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量控制標準（GB 2762—2005）。

關鍵詞：污泥；小白菜；產量；重金屬

中圖分類號： S634.3 文獻標識碼： A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.06.019

隨著我國城市化進程的不斷發展，污水處理廠也不斷增加，導致城市污泥的產生量迅速增加[1-3]。城市污泥的處理處置已成為迫切需要解決的生態環境問題。污泥中含有豐富的有機質和各種營養元素，肥料化利用不僅充分利用了其養分，促進作物生長、提高產量和改善品質[2]，并具有明顯的培肥改土作用。有研究表明[4]，污泥復合肥對作物的增產效果明顯優于化肥。因此，污泥的土地利用對于我國這樣一個擁有相當大面積中低產土壤的農業大國來說具有非常重要的現實意義。

污泥的土地利用，可使其所含的重金屬等有毒有害物質進入土壤進而對植物生長及人類健康構成潛在的危害[5-7]，成為限制污泥農用的主要因子。本試驗通過研究太谷縣污水處理廠和山西農業大學污水處理廠生產的2種污泥在不同施用量時對石灰性土壤上小白菜產量及養分、重金屬含量的影響，為這2種城市污泥在農業上的安全合理利用提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

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）和山西農業大學污水處理廠污泥（農大污泥）。供試土壤為山西農業大學資源環境學院試驗站農田耕層（0～20 cm）石灰性褐土。供試土壤、污泥的理化性質見表1。供試作物為小白菜（Brassica napus L.），品種為四月蔓。

1.2 試驗方法

本研究采用單因素盆栽試驗，設6個處理，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，2種污泥，共計48盆。采用隨機排列。

供試土壤過2 mm篩后裝盆，污泥按設計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，每盆基質質量4.0 kg。混合土壤補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。

盆栽試驗于4月上旬在山西農業大學資源環境學院試驗站內的日光溫室大棚中進行，5月中旬收獲植物樣品，用濾紙拭凈植物樣品上的土樣，供試驗分析用。

1.3 測定方法和數據處理

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]。

數據采用Excel和SPSS17.0軟件處理和分析，多重比較采用Tukey法。

2 結果與分析

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土處理時小白菜產量達到最大，為10.38 g·株-1，顯著高于對照處理，較對照的單株鮮質量5.97 g增產73.87%；當污泥濃度達到40 g·kg-1后小白菜生長受到嚴重抑制，單株鮮質量僅為4.93 g，顯著低于對照處理，較對照減產17.42%。而隨著農大污泥施用量的增加，小白菜產量也呈增加趨勢，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，太谷污泥小白菜全鉀含量差異不顯著。農大污泥小白菜全氮、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，農大污泥施用量≤20 g·kg-1時，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時小白菜地下部鋅含量差異不顯著。隨著農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，農大污泥施用量≤10 g·kg-1時小白菜地上、地下部鋅、汞含量差異不顯著，污泥施用量為120 g·kg-1土時小白菜地上部砷、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量，提高小白菜N、P、K含量。這與某些研究結果[9-11]一致。康少杰等[10]研究表明，污泥施用量為5～8 g·kg-1時可以顯著提高油菜產量。戴亮等[11]研究表明污泥在混配土壤中的干質量比<15%時，可以顯著提高小麥產量。李明等[12]研究表明，污泥施用量為10%～40%時油菜生長良好，當污泥施用量為80%～100%時，油菜無法生長。這是因為污泥中含有豐富的養料，促進了小白菜對營養元素的吸收，起到顯著的增產作用。但污泥種類不同，其中的養分狀況有所差異，因此小白菜對不同養分的吸收利用表現出不一致。

污泥中除含有養分元素外，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。這可能是因為Cu、Zn、Hg主要以離子態吸收，與蛋白質等結合后以螯合態運輸，在植物體內的移動行較小，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中砷的生物轉移系數可達24%。Caille等[19]的研究表明，蜈蚣草根部吸收的砷有76%運至地上部分。這可能是因為砷被植物吸收后主要以As5+向上運輸，因此容易富集在植物的地上部。農大污泥施用量較高時小白菜的砷、汞含量反而下降，這可能是由于生物量大產生的稀釋效應，這與張磊等[20]的研究結果一致。

雖然在本試驗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量控制標準（GB 2762—2005）。但對于連續施用污泥對小白菜重金屬的影響還有待于進行長時間深入研究。

4 結 論

（1）適量施用污泥能增加小白菜產量，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：

[1] 宋豐產，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]. 安徽農業科學，2010，38（36）：20 891-20 892.

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[18] 段桂蘭，王利紅，陳玉，等.植物超富集砷機制研究的最新進展[J].環境科學學報，2007，27（5）：714-720.

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[20] 張磊，宋鳳斌，崔良.化肥使用對土壤中重金屬生物有效性的影響研究[J].中國生態農業學報，2006，14（4）：122-125.

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量，提高小白菜N、P、K含量。這與某些研究結果[9-11]一致。康少杰等[10]研究表明，污泥施用量為5～8 g·kg-1時可以顯著提高油菜產量。戴亮等[11]研究表明污泥在混配土壤中的干質量比<15%時，可以顯著提高小麥產量。李明等[12]研究表明，污泥施用量為10%～40%時油菜生長良好，當污泥施用量為80%～100%時，油菜無法生長。這是因為污泥中含有豐富的養料，促進了小白菜對營養元素的吸收，起到顯著的增產作用。但污泥種類不同，其中的養分狀況有所差異，因此小白菜對不同養分的吸收利用表現出不一致。

污泥中除含有養分元素外，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。這可能是因為Cu、Zn、Hg主要以離子態吸收，與蛋白質等結合后以螯合態運輸，在植物體內的移動行較小，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中砷的生物轉移系數可達24%。Caille等[19]的研究表明，蜈蚣草根部吸收的砷有76%運至地上部分。這可能是因為砷被植物吸收后主要以As5+向上運輸，因此容易富集在植物的地上部。農大污泥施用量較高時小白菜的砷、汞含量反而下降，這可能是由于生物量大產生的稀釋效應，這與張磊等[20]的研究結果一致。

雖然在本試驗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量控制標準（GB 2762—2005）。但對于連續施用污泥對小白菜重金屬的影響還有待于進行長時間深入研究。

4 結 論

（1）適量施用污泥能增加小白菜產量，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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[18] 段桂蘭，王利紅，陳玉，等.植物超富集砷機制研究的最新進展[J].環境科學學報，2007，27（5）：714-720.

[19] Caille N. Comparison of root absorption，traslocation and tolerance of arsenic in the hyperaccumulator Pteris Vittata and the nonhyperaccumulator Dteris tremula[J].New Phytol，2005，165（3）：755-761.

[20] 張磊，宋鳳斌，崔良.化肥使用對土壤中重金屬生物有效性的影響研究[J].中國生態農業學報，2006，14（4）：122-125.

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量，提高小白菜N、P、K含量。這與某些研究結果[9-11]一致。康少杰等[10]研究表明，污泥施用量為5～8 g·kg-1時可以顯著提高油菜產量。戴亮等[11]研究表明污泥在混配土壤中的干質量比<15%時，可以顯著提高小麥產量。李明等[12]研究表明，污泥施用量為10%～40%時油菜生長良好，當污泥施用量為80%～100%時，油菜無法生長。這是因為污泥中含有豐富的養料，促進了小白菜對營養元素的吸收，起到顯著的增產作用。但污泥種類不同，其中的養分狀況有所差異，因此小白菜對不同養分的吸收利用表現出不一致。

污泥中除含有養分元素外，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。這可能是因為Cu、Zn、Hg主要以離子態吸收，與蛋白質等結合后以螯合態運輸，在植物體內的移動行較小，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中砷的生物轉移系數可達24%。Caille等[19]的研究表明，蜈蚣草根部吸收的砷有76%運至地上部分。這可能是因為砷被植物吸收后主要以As5+向上運輸，因此容易富集在植物的地上部。農大污泥施用量較高時小白菜的砷、汞含量反而下降，這可能是由于生物量大產生的稀釋效應，這與張磊等[20]的研究結果一致。

雖然在本試驗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量控制標準（GB 2762—2005）。但對于連續施用污泥對小白菜重金屬的影響還有待于進行長時間深入研究。

4 結 論

（1）適量施用污泥能增加小白菜產量，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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