污泥秸稈堆肥施用量對莧菜生長和重金屬積累的影響

陳博儒 陳銀剛 郭丹丹 曾海燕 宋鳳鳴

摘 ? 要 ? 采用盆栽方式，設置污泥堆肥施用比例為0%、33%、50%、66%、100%（體積比）的5個處理，研究污泥秸稈堆肥產物施用量對莧菜生長狀況及重金屬積累的影響。結果表明：堆肥產物對莧菜種子發(fā)芽沒有顯著影響;堆肥施用提高了土壤全氮、全磷和有機質含量，從而使莧菜株高、冠幅、鮮重增加;有機肥施用量的增加導致莧菜Hg、Cd含量升高，Cr含量降低，但各處理的莧菜Hg含量均未超標。在堆肥產物的農用實踐中，應充分了解土壤重金屬背景值，要降低重金屬在作物體中的積累，污泥堆肥施用量不宜超過50%;還需根據基質重金屬含量選擇適宜的品種，減少植物對重金屬的吸收富集。

關鍵詞 ? 污泥秸稈堆肥產物;莧菜;生長;重金屬積累

中圖分類號：S636.4;X705 ? ?文獻標志碼：A ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.017

隨著經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，生活污水排放量不斷增加，污水處理產生的剩余污泥量隨之增加[1]，而且農業(yè)生產的秸稈廢棄物也逐年增多，這些固體廢棄物的處置成為了現實難題。污泥和秸稈中可腐解部分含有豐富的植物所需養(yǎng)分，將其應用于農業(yè)生產或園林綠化是最直接、最有效的資源化利用措施。腐熟料作為改良土壤的肥料，實現了資源的循環(huán)利用，能改善土壤理化性質，提高土壤肥力，對減少化肥施用量、促進生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗土壤、肥料

試驗所用肥料為湖南先導洋湖再生水有限公司利用生活污泥與秸稈粉碎物堆制的有機肥。供試土壤取自長沙市岳麓區(qū)藍天村的紅壤，土壤經風干、磨碎、過1 mm篩后作盆栽土。試驗基質成分及理化性質詳見表1。

由表1可知，生活污泥原樣的有機質含量僅40%～45%，總氮、總磷、總鉀含量均低于6%，Hg、Cd含量均低于5%，As、Pb、Cr含量均低于60 mg·kg-1，污泥本身已經達到GB/T 23486-2009中酸性土壤污泥園林綠化用泥質的相關標準，表明其重金屬含量較工業(yè)廢水污泥或混合污泥明顯偏低，與南方生活污水進水濃度偏低的實際情況一致。將生活污泥與秸稈粉碎料按重量比1∶1混合進行好氧動態(tài)堆肥發(fā)酵后，產物有機質含量提高，重金屬含量降低，可達到有機肥料標準[3]。

1.1.2 供試品種

供試蔬菜品種為莧菜。

1.2 試驗方法

盆栽試驗于2017年3—4月在湖南先導洋湖再生水有限公司廠區(qū)內進行。試驗按污泥秸稈堆肥與紅壤的體積比不同，設5個處理組（污泥堆肥施用比例分別占0%、33%、50%、66%、100%），即處理a. 全紅壤;b. 紅壤、有機肥之比為2∶1;c. 紅壤、有機肥之比為1∶1;d. 紅壤、有機肥之比為1∶2;e. 全有機肥。以加侖盆為種植容器，每盆播種30粒莧菜種子，一周后統計其發(fā)芽率。

出苗后疏苗至每盆5株，每個處理3個重復。常規(guī)澆水養(yǎng)護管理，不施加任何化肥或其他有機肥，30 d后收獲全株，并測定地上部分生物量及重金屬含量。

莧菜農藝性狀的測定：每處理取3株長勢一致的典型植株，分別測定株高、冠幅和鮮重。株高和主根長采用直接測定法測定;鮮重用小鏟子把植株挖出，抖落砂土后用電子天平稱取重量。

土壤有機質、全氮、全磷、全鉀及重金屬含量的測定參照《土壤分析技術規(guī)范》[4]和相關國家標準[5-6]進行。植株風干后進行重金屬總量的測定，參照相關國家標準[7-11]的方法。

1.3 統計分析

所有數據用Excel和SPSS軟件進行統計分析，平均數采用Duncun法作多重比較。

2 結果與分析

2.1 機肥施用量對基質成分的影響

有機肥對栽培基質成分的影響見表2。在紅壤中增加不同比例的有機肥之后，基質的總氮、總磷、有機質含量顯著增加，有機肥占比越高，其基質中總氮、總磷含量越高，但對總鉀含量無顯著影響。同時，由于紅壤中Hg、Cd、As背景值偏低，Pb、Cr背景值偏高，隨著有機肥用量的增加，基質中Hg、Cd、As含量也逐漸升高，Pb、Cr含量逐漸下降。參照

HJ 332-2006食用農產品產地環(huán)境質量評價標準[12]，各處理栽培基質的As、Pb、Cr含量均在標準范圍內，而由于有機肥中Hg、Cd含量相對較高，有機肥配比超過50%時Hg易超標，有機肥配比在33%時Cd便已超標。表明在紅壤中添加污泥秸稈堆肥產物的確會導致土壤重金屬含量有一定程度的增加，可能存在一定風險。

2.2 有機肥施用量對種子發(fā)芽率的影響

所有處理的莧菜種子發(fā)芽率均較高，每個處理通常只有1～2粒不能發(fā)芽或出苗。a、b、c三個處理的平均發(fā)芽率相同，都為96.67%;d、e處理的平均發(fā)芽率略有下降，分別為95.57%、94.43%，但處理間差異不顯著，表明有機肥施用量對種子發(fā)芽率的影響有限。

2.3 有機肥施用量對莧菜農藝性狀的影響

有機肥施用量對莧菜農藝性狀的影響見表3。可以看出，隨著有機肥占比的提高，莧菜的株高、冠幅和鮮重均顯著增大。

2.4 有機肥施用量對莧菜重金屬含量的影響

有機肥對莧菜重金屬含量的影響見表4。所有處理的莧菜Hg、As含量均維持在較低水平，未超出GB 2762-2017食品中污染物限量國家標準[13]。a、b、c處理的莧菜Cd含量均維持在較低水平，3個處理間無顯著性差異;而d、e處理則的Cd含量超過GB 2762-2017的標準限值。莧菜Pb、Cr含量隨著有機肥施用量的增加呈下降趨勢，但各處理的莧菜Pb含量均在標準值范圍內，a處理的Cr值則超出了標準。

隨著堆肥施用量的增加，莧菜Cr含量超標的風險下降，但Cd含量超標的風險升高。據相關文獻[14-16]，莧菜本身便是鎘和鉻的富集植物，試驗結果也再次驗證了這一點。有機肥施用量的增加導致莧菜Hg、Cd含量升高，Cr含量降低，但各處理的莧菜Hg含量均未超標，d、e處理Cd含量超標，a處理Cr含量超標，表明莧菜對不同重金屬的遷移能力存在差異。

3 小結與討論

與其他研究中污泥重金屬嚴重超標的情況[17-19]不同，本研究所用污泥為生活污泥，其重金屬含量偏低，本身便已達到了GB/T 23486-2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質標準。通過污泥與秸稈配合進行好氧堆肥發(fā)酵，既可克服污泥過于緊實、碳氮比低、重金屬含量較高等缺陷，又可彌補秸稈碳氮比高、孔隙度過大、發(fā)酵時間長等不足。生活污泥通過與秸稈混合堆肥、充分腐熟后可獲得符合有機肥料標準的產物，該產物對莧菜種子發(fā)芽沒有顯著影響，表明有害菌群和蟲卵均已充分殺滅。

施用堆肥產物對土壤全氮、全磷、有機質含量有顯著影響，顯著提高了栽培基質的肥效，使莧菜的株高、冠幅、鮮重隨著堆肥施用量的增加而增加。有機肥中的氮磷和有機質含量均顯著高于紅壤，對莧菜生長具有顯著促進作用。由于所用污泥為生活污泥，本身重金屬含量較低，且通過與秸稈混合發(fā)酵進一步降低了重金屬含量，故本研究中未出現因施用有機肥導致植物生長受抑制的現象，僅有堆肥配比超過50%的處理組出現Cd含量超標，紅壤處理組出現Cr含量超標。

污泥秸稈堆肥產物中部分重金屬含量高于土壤背景值，表明施用有機肥會使重金屬含量直接增大。有機肥配比超過50%的處理組出現Cd含量超標，表明莧菜對一定濃度的Cd具富集能力，故有機肥的施用量應控制在合理范圍內。已有研究表明，有機肥對土壤結構和理化性質產生影響，進而影響土壤中重金屬的遷移轉化。紅壤處理組Cr含量超標，而施用有機肥的處理組Cr含量未超標，表明在土壤Cr背景值高于有機肥產物的情況下，施用有機肥反而使莧菜富集的Cr元素減少，這可能是由于有機肥中的腐殖質通過絡合、鰲合反應固定重金屬，在一定程度上降低了重金屬的有效性，從而減少了莧菜對重金屬的吸收。在堆肥產物的農用實踐中，應充分了解土壤重金屬背景值，選擇適宜配比施用有機肥，一般情況下有機肥配比不宜超過50%。同時還需根據基質的重金屬含量選擇適宜的植物品種，如將易富集重金屬的葉菜類替換為莖菜、根菜或花果菜類[20-21]。

在最新的農用污泥污染物控制標準中，增加了苯并（a）芘、多環(huán)芳烴（PAHs）指標限值。雖然污泥與秸稈混合堆肥可以提高發(fā)酵效率，降低重金屬含量，提高農產品品質，但目前少有針對污泥產物苯并（a）芘、多環(huán)芳烴（PAHs）含量及農用持續(xù)累計影響的研究，有待加強該方面的研究。

參考文獻：

[1] 陳同斌，鄭國抵，高定，等.城市污泥堆肥處理及其產業(yè)化發(fā)展中的幾個關鍵問題[J].中國給水排水，2009，25（9）：104-108.

[2] 唐淦海，劉郡英，谷春豪，等.作物秸稈與城市污泥高溫好氧堆肥產物對土壤氮礦化的影響[J].農業(yè)工程學報，2011，27（1）：326-331.

[3] 中華人民共和國農業(yè)部.NY525-2012有機肥料標準[S].北京：中國農業(yè)出版社，2012.

[4] 全國農業(yè)技術推廣中心.土壤分析技術規(guī)范[M].北京：中國農業(yè)出版社，2006.

[5] 中華人民共和國農業(yè)部.NY/T 1978-2010肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測定[S].北京：中國農業(yè)出版社，2011.

[6] 中華人民共和國農業(yè)部.GB/T 19524-2004肥料中糞大腸菌群的測定[S].北京：中國農業(yè)出版社，2004.

[7] 中華人民共和國衛(wèi)計委.GB 5009.17-2014食品中總汞及有機汞的測定[S].北京：中國標準出版社，2014.

[8] 中華人民共和國衛(wèi)計委.GB 5009.11-2014食品中總砷及無機砷的測定[S].北京：中國標準出版社，2014.

[9] 中華人民共和國衛(wèi)計委.GB 5009.15-2014食品中鎘的測定[S].北京：中國標準出版社，2014.

[10] 中華人民共和國衛(wèi)計委.GB 5009.12-2017食品中鉛的測定[S].北京：中國標準出版社，2017.

[11] 中華人民共和國衛(wèi)計委.GB 5009.123-2014食品中鉻的測定[S].北京：中國標準出版社，2017.

[12] 國家環(huán)境保護總局.HJ 332-2006食用農產品產地環(huán)境質量評價標準[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，2006.

[13] 中華人民共和國衛(wèi)計委，國家食品藥品監(jiān)督總局.GB 2762-2017 食品中污染物限量國家標準[S].北京：中國標準出版社，2017.

[14] 李奔.復合肥、腐植酸液肥對莧菜重金屬富集和轉運的影響研究[D].長沙：中南大學，2013.

[15] 鄭向群，鄭順安，李曉辰.葉菜類蔬菜土壤鉻（Ⅲ）污染閾值研究[J].環(huán)境科學學報，2012，32（12）：3039-3044.

[16] 張艷.紅莧菜在鈾鉛鎘復合污染土壤中的富集特性及其動態(tài)變化研究[D].綿陽：西南科技大學，2013.

[17] 吳新民，陳德明.施用城市污泥對土壤中重金屬積累和遷移的影響[J].環(huán)境與健康雜志，2005，22（3）：177-179.

[18] 歐根能，寧平，楊月紅，等.污泥堆肥農用對蔬菜生長狀況及重金屬吸收的影響[J].安徽農業(yè)科學，2009，37（5）：2159-2162.

[19] 譚國棟，何春利，吳敬東，等.城市污泥堆肥對菠菜生長和土壤環(huán)境的影響[J].安徽農業(yè)科學，2011，39（15）：8954-8956.

[20] 魏為興.福州市主要蔬菜基地土壤重金屬的影響評價[J].福建地質，2007，26（2）：100-107.

[21] 楊海菊.農作物富集土壤重金屬的規(guī)律及其運用[J].綠色科技，2011（4）：162-164.

（責任編輯：易 ?婧）