竹節樹、濕地松對污泥重金屬的吸附與耐受能力研究

王冰清 張學平 陳杰 譚家得 王志云

摘 要 為探究華南地區2種常見的園林綠化樹種竹節樹（Carallia brachiata）、濕地松（Pinus elliottii）對污泥中重金屬的吸附與耐受能力，通過配制50%和100%不同污泥比例基質開展盆栽試驗，分析竹節樹、濕地松的生長發育及對重金屬的吸附與轉運能力。結果表明：50%比例污泥處理抑制了竹節樹株高、地徑的生長及生物量的積累，促進了濕地松株高、地徑的生長及生物量的積累;100%比例污泥處理抑制了竹節樹、濕地松株高、地徑的生長，抑制了竹節樹生物量的積累，對濕地松生物量積累無明顯影響。不同濃度污泥處理下，竹節樹耐受能力較差，濕地松耐受能力較強。竹節樹對低濃度的Cu、Pb、Cd、Ni及高濃度的Zn有一定的吸附能力，濕地松對5種重金屬的吸附能力較弱。50%與100%比例污泥處理下，竹節樹對Zn、Pb的轉運能力較強，濕地松對Zn、Cd的轉運能力較強。竹節樹對污泥中重金屬的吸附能力強于濕地松，濕地松對污泥的耐受能力強于竹節樹。

關鍵詞 竹節樹;濕地松;重金屬;耐受能力;轉運能力

中圖分類號：S719;X173 ? ? 文獻標識碼：A ? doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2021.02.003

Abstract In order to explore the adsorbability and tolerance capacity ?of heavy metals in sludge by two common landscaping tree species by Carallia brachiata & Pinus elliottii in South China，pot experiments were conducted to explore the growth and development of Carallia brachiata & Pinus elliottii，as well as the adsorbability and transport capacity of heavy metals under 50% & 100% sludge ratio. Result shows that： Fifty percent sludge treatment inhibit the growth of height and diameter and biomass accumulation of Carallia brachiata，promote the growth of height and diameter and biomass accumulation of Pinus elliottii;one hundred percent sludge treatment inhibit the growth of height & ground diameter of Carallia brachiata & Pinus elliottii，inhibit the biomass accumulation of Carallia brachiata，but has no significant effect on the biomass accumulation of Pinus elliottii.Under different concentrations of sludge treatment，the tolerance of Carallia brachiata is poor，while that of Pinus elliottii is strong.Result shows that Carallia brachiata has a certain adsorption capacity for low concentrations of Cu，Pb，Cd，Ni and high concentrations of Zn，while Pinus elliottii has a weak adsorbability for five heavy metals. Under the treatment of 50% & 100% sludge，the transport capacity of Zn & Pb by Carallia brachiata ?is stronger，while that of Zn & Cd by Pinus elliottii is stronger. In conclusion，the adsorbability of sludges by Carallia brachiata is stronger than that by Pinus elliottii，and the tolerance of sludges by Pinus elliottii is stronger than that of Carallia brachiata.

Key words Carallia brachiata;Pinus elliottii;heavy metals;tolerance capacity;transport capacity

城市污泥是指城市污水在處理過程中形成的化學沉淀物，其中含有大量的無機及有機污染物。污泥中含水率高，含有各種膠體、有機質、病原菌微生物、重金屬元素、有毒物質等，若未經恰當處理進入環境，將給水體和土壤帶來二次污染[1]。尤其是重金屬元素，在環境中難以被生物所降解，且能隨食物鏈不斷富集，對人體健康具有極大威脅。過去，對城市污泥的處理主要包括堆肥、填埋、焚燒及水體消納，但是可能會導致一定程度的二次污染。近年來，將污泥土地進行利用越來越被認為是一種積極、有效、有前途的污泥處置方式，污泥施用于農田、林地、園林綠化建設中，能充分利用污泥中的營養成分和微量元素，增加土壤肥力，改善土壤結構[2]。但由于污泥中重金屬含量普遍超標，土地施用后，會導致土壤重金屬污染，危害植物生長，因此必須有效控制污泥中重金屬的含量，尋找能在污泥中正常生長并對重金屬元素有一定吸附能力的植物。

竹節樹、濕地松是華南地區2種常見的園林綠化樹種，適應性強，對環境條件要求不嚴，具有良好的抗逆性[3，4]，能在干旱、貧瘠、水濕環境中生長。本研究選擇竹節樹、濕地松為試驗對象，通過探討不同比例污泥處理下竹節樹（Carallia brachiata）、濕地松（Pinus elliottii）的生長情況，以及對污泥的耐受性，比較2種植物對重金屬的吸附與轉運規律，為竹節樹、濕地松在城市污泥土壤修復中的利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物為佛山市林業科學研究所苗圃播種繁育的紅樹科植物竹節樹及松科植物濕地松幼苗。試驗前置于佛山市林業科學研究所溫室大棚內養護2周，養護后挑選長勢良好、株高冠幅接近的苗木作為本次試驗用苗。

供試土壤為不同比例配比的污泥和黃泥：污泥由佛山某污水處理廠提供;黃泥采自佛山林科所苗圃。對供試土壤進行干燥、除雜、過篩后備用。黃泥及河涌污泥重金屬含量見表1。黃泥中5種重金屬Pb、Cd、Ni、Cu、Zn含量均未超過DB 44/T 1415-2014[5]《土壤重金屬風險評價篩選值 珠江三角洲》中規定的公共用地土壤重金屬污染風險標準（以下簡稱“公共用地標準”），河涌污泥中Ni的含量遠超過了GB 4284-2018[6]《農用污泥污染物控制標準》中規定的A級污泥農用時污染物濃度控制限值，Ni、Cu、Zn 3種重金屬含量超過了珠三角地區公共用地標準。由于污泥中Pb、Cd含量較低，為了更好地了解植物對Pb、Cd、Ni、Cu、Zn 5種重金屬的綜合吸附能力，選擇在河涌污泥中添加一定濃度的Pb、Cd，充分攪拌均勻后發酵穩定2周備用。

1.2 試驗方法

試驗于2019年在佛山市林業科學研究所溫室大棚內進行。根據基質中污泥與黃泥不同配比設置3個處理組，分別為對照（純黃泥）、50%比例污泥（黃泥∶污泥=1∶1，質量比）、100%比例污泥（純污泥），將3種不同配比的基質分別加入到高20 cm、內徑15 cm的塑料花盆中，每盆加入3.0 kg，3種不同配比的基質重金屬含量見表2。選擇大小一致，長勢良好的竹節樹、濕地松幼苗種植于花盆中，每盆種植1株，每種植物每個處理種植5株，種植時間 180 d，試驗結束后收集植物樣本。

1.3 試驗數據調查及測定

1.3.1 生長指標測定

觀察記錄不同比例污泥施用條件下植物的生長狀況，并測量試驗前后植物的苗高、地徑。苗高、地徑采用直接測量法。

1.3.2 生物量測定

種植試驗結束后，將收獲的植物樣本洗凈，再用去離子水沖洗1～2遍，瀝干水分后，將根、莖、葉分開。生物量的測定采用稱量法，80 ℃殺青干燥至恒質量后分別對根、莖、葉進行稱量。

1.3.3 重金屬含量測定

將干燥后的樣本磨碎后，分別測定根、莖、葉中Cu、Zn、Cd、Pb、Ni的含量。根據農業行業標準NY/T 1613-2008[7]，植物樣本經HNO3-HClO4消解后，采用火焰原子吸收分光光度法測定5種重金屬元素含量。

1.4 植物抗性評價

1.4.1 耐受能力評價

探究施加50%與100%比例污泥條件下植物對重金屬的耐受能力。植物對重金屬的耐受能力可以通過植物的耐性系數體現：當植物的耐性系數大于1時，表明植物耐受能力較強，能夠較好的生長;當植物耐性系數小于1時，表明植物的耐受能力較差，生長受到了抑制[8，9]。計算公式為：

株高耐性系數=處理組株高/對照組株高

基徑耐性系數=處理組基徑/對照組基徑

1.4.2 吸附能力評價

探究50%與100%比例污泥條件下，植物根、莖、葉對5種重金屬的吸附能力。植物對重金屬的吸附量能夠很好地反映植物吸附能力。

1.4.3 轉運能力評價

探究施加50%與100%比例污泥條件下，植物對重金屬的轉運能力。轉運系數能夠很好地說明重金屬元素從土壤到植物中的遷移難易程度，轉運系數越大，重金屬從根系向地上部分轉運的能力越強，當植物轉運系數>1時，說明該植物能把大部分的重金屬從地下遷移到地上部，有利于重金屬的回收利用[10，11]。計算公式為：

轉運系數=地上部分重金屬含量/地下部分重金屬含量。

1.5 數據處理

利用SPSS 21.0軟件對數據進行處理，Excel 2010進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 不同比例污泥處理對植物生長的影響

施加不同比例污泥條件下，所有植物均能存活并生長。土壤中重金屬對植物生長的影響主要從植物的苗高、地徑、生物量的變化上體現出來。不同比例污泥處理180 d后，竹節樹、濕地松株高、地徑的增長及生物量的積累情況如表3所示。

2.1.1 不同比例污泥處理對植物株高、地徑的影響

圖1為施用不同比例污泥處理180 d后竹節樹、濕地松的株高變化量。由圖1可知，不同比例污泥處理條件下竹節樹、濕地松的株高均能增長，但增長趨勢有一定的差異。隨著基質中污泥施用比例增多，竹節樹株高增長量呈現逐漸降低的趨勢，濕地松株高增長量呈現先增加后降低的趨勢。50%及100%比例污泥施用條件下，竹節樹株高增長量低于對照組，表明了施用污泥抑制了竹節樹株高的生長。50%比例污泥施用條件下，濕地松株高增長量高于對照組，100%比例污泥處理下，株高增長量低于對照組，表明低濃度污泥處理能促進濕地松株高生長，而高濃度抑制濕地松的生長。

圖2為施用不同比例污泥處理180 d后竹節樹、濕地松的地徑變化量。由圖2可知，不同比例污泥處理條件下竹節樹、濕地松的地徑均能增長，但增長趨勢有一定的差異。隨著基質中污泥施用比例增多，竹節樹地徑增長量明顯降低，濕地松地徑增長量先增加后降低。50%及100%比例污泥施用條件下，竹節樹株高增長量明顯低于對照組，表明了施用污泥抑制了竹節樹地徑的生長。50%比例污泥施用條件下，濕地松地徑增長量高于對照組，100%比例污泥處理下，地徑增長量低于對照組，50%比例污泥處組與100%比例污泥組地徑增長量有顯著性差異，表明低濃度污泥處理能促進濕地松地徑生長，而高濃度顯著抑制生長。

2.1.2 不同比例污泥處理對植物生物量的影響

施用不同比例污泥對竹節樹和濕地松根、莖、葉及總生物量的影響見圖3、圖4。由圖3可知，施用50%比例與100%比例污泥條件下，竹節樹根、莖、葉及總生物量積累均小于對照組，施用50%比例污泥組與對照組總生物量有顯著性差異，施用50%與100%比例污泥組無顯著性差異，說明施用不同比例污泥處理顯著抑制了竹節樹生物量的積累。由圖4可知，施用50%比例污泥條件下，濕地松根、莖、葉及總生物量積累均大于對照組與100%比例污泥組，對照組與100%比例污泥處理組根、莖、葉及總生物量積累無明顯差異，這說明低濃度污泥處理能促進濕地松生物量的積累，高濃度污泥處理對濕地松生物量積累無明顯影響。

2.2 不同比例污泥處理下植物對重金屬的耐受能力評價

不同比例污泥處理下，竹節樹和濕地松苗高、地徑的耐性系數如表4所示。由表4可知，50%與100%比例污泥處理下，竹節樹株高、地徑耐性系數均小于1，表明竹節樹在污泥中生長的耐受性較差。50%比例污泥處理下，濕地松株高、地徑耐性系數大于1，100%比例污泥處理下，濕地松株高耐性系數小于1，地徑耐性系數大于1，表明濕地松在污泥中生長的耐受性較強。

2.3 不同比例污泥處理下植物對重金屬的吸附能力評價

不同比例污泥處理條件下，竹節樹和濕地松根、莖、葉中5種重金屬含量分布情況見表5。由表5可知，竹節樹在不同比例污泥處理條件下，根中Zn、Pb含量無顯著性差異，Cd、Cu、Ni含量有顯著性差異，50%比例污泥處理組中Cd含量顯著高于對照組，Cu、Ni含量顯著高于對照組與100%比例污泥處理組。不同比例污泥處理條件下，莖中Zn、Pb、Ni含量無顯著性差異，Cu、Cd含量有顯著性差異，50%比例污泥處理組中Cu、Cd含量顯著高于對照組與100%比例污泥處理組。葉中Cu、Pb含量無顯著性差異，Zn、Cd、Ni含量有顯著性差異，100%比例污泥處理組中Zn含量顯著大于對照組及50%污泥處理組，50%比例污泥處理組中Cd含量顯著大于對照組及100%比例污泥處理組，Ni含量顯著大于對照組;濕地松在不同比例污泥處理條件下，根、葉中5種重金屬含量無顯著性差異，莖中Cu、Pb、Cd、Ni含量無顯著性差異，Zn含量有顯著性差異，對照組Zn的含量顯著高于50%比例污泥處理組。

綜合來看，施加不同比例污泥后竹節樹體內5種重金屬含量都有不同程度的升高，在低濃度污泥處理下，植物體對Cu、Pb、Cd、Ni的吸附量大于高濃度處理組，對Zn的吸附量小于高濃度處理組，表明竹節樹對低濃度的Cu、Pb、Cd、Ni及高濃度的Zn有一定的吸附能力;施加不同比例污泥后濕地松體內5種重金屬含量無明顯差異，表明濕地松對重金屬吸附能力較差。

2.4 不同比例污泥處理下植物對重金屬的轉運能力評價

不同比例污泥處理下竹節樹、濕地松對5種重金屬的轉運系數見表6。由表6可知，50%與100%比例污泥處理下，竹節樹對Zn、Pb的轉運系數大于1，對Cu、Cd、Ni的轉運系數小于1，濕地松對Zn、Cd的轉運系數大于1，對Cu、Pb、Ni的轉運系數小于1，表明在50%與100%比例污泥條件下，竹節樹對Zn、Pb的轉運能力較強，能把大部分Zn、Pb從根系向莖、葉遷移，濕地松對Zn、Cd的轉運能力較強，能把大部分Zn、Cd從根系向莖、葉遷移。

3 結論與討論

50%比例污泥處理抑制了竹節樹株高、地徑的生長及生物量的積累，促進了濕地松株高、地徑的生長及生物量的積累。100%比例污泥處理抑制了竹節樹、濕地松株高、地徑的生長，抑制了竹節樹生物量的積累，對濕地松生物量積累無明顯影響。所以，低濃度污泥處理抑制了竹節樹的生長發育，促進了濕地松的生長發育，高濃度污泥處理抑制了竹節樹和濕地松的生長發育。

50%與100%比例污泥處理下，濕地松的耐受能力較竹節樹強。竹節樹對低濃度的Cu、Pb、Cd、Ni及高濃度的Zn有一定的吸附能力，濕地松對5種重金屬的吸附能力較弱。不同污泥濃度處理下，竹節樹對Zn、Pb的轉運能力較強，能把大部分Zn、Pb從根系向莖、葉遷移，濕地松對Zn、Cd的轉運能力較強，能把大部分Zn、Cd從根系向莖、葉遷移。

綜上所述，不同濃度污泥處理下，竹節樹的生長差于對照組，這可能是由于竹節樹對重金屬有一定的吸附能力，且竹節樹對重金屬較為敏感，隨著體內吸附的重金屬含量的升高，一定程度上抑制了竹節樹的生長。低濃度污泥處理下，濕地松的生長優于對照組，高濃度污泥處理下，濕地松的生長差于對照組，這是因為低濃度污泥處理下，濕地松對重金屬的吸附能力較差，體內吸附的重金屬含量較低，因此濕地松受到重金屬的影響較小，而污泥中豐富的營養物質促進了濕地松的生長，但高濃度污泥處理抑制了濕地松對營養物質的吸收，因此高濃度污泥處理下生長較差。由于竹節樹對污泥中大多數重金屬有一定的吸附能力，濕地松對污泥有一定耐受能力，因此，竹節樹可用于低濃度的Cu、Pb、Cd、Ni及高濃度Zn等重金屬污染土地的修復，濕地松可應用于污泥施用土地的造林綠化。

參考文獻：

[1] 王濤.我國城鎮污泥營養成分與重金屬含量分析[J].中國環保產業，2015（4）：42-45

[2] 馬娜，陳玲，熊飛.我國城市污泥的處置與利用[J].生態環境，2003（1）：92-95

[3] 任曉光，王和利，郭睿，等.竹節樹在水源保護林中的應用研究[J].中國農村水利水電，2017（1）：73-75

[4] 林洪勇.福建沿海濕地松防護林造林生長及林下生物多樣性分析[J].防護林科技，2020（4）：31-32，36

[5] 廣東省質量技術監督局.DB 44/T 1415-2014 土壤重金屬風險評價篩選值—珠江三角洲[O/S].（2014-11-14）[2021-02-15].http：//www.csres.com/s.jsp？keyword=DB44%2FT++1415-2014

[6] 國家市場監督管理總局.GB 4284-2018 農用污泥污染物控制標準[S]. 北京： 中國標準出版社，2018

[7] 中華人民共和國農業部.NY/T 1613-2008 土壤質量 重金屬測定 王水回流消解原子吸收法[O/S].（2008-07-01）[2021-02-15].http：//www.csres.com/s.jsp？keyword=NY%2FT+1613-2008 & submit12=%B1

[8] 劉秀梅，聶俊華，王慶仁.6種植物對Pb的吸收與耐性研究[J]. 植物生態學報， 2002，26（5）：533-537

[9] 尹春芹，王永奎，孫清斌，等.5種草坪植物對礦區Cd污染土壤的生態修復潛力研究[J].湖北理工學院學報，2020，36（3）：13-19

[10] 朱麗霞，林逸涵，陸鑾眉，等.茉莉花對四種重金屬污染土壤的抗性和富集特性研究[J].福建熱作科技，2020，45（2）：17-22

[11] 祝紅偉，董玉梅，李燕，等.蒲公英各部位中重金屬元素的測定及規律研究[J].農業與技術，2020，40（8）：42-44