施用排水污泥制有機營養土對國槐和刺槐種子萌發的影響

張天昱 唐膠 彭祚登 馮天爽 劉春和

摘要 [目的]探究城市排水污泥制有機營養土對國槐和刺槐播種育苗及林下自然更新的影響，為其在國槐和刺槐林人工培育中的應用提供科學依據。[方法]將污泥制有機營養土產品與苗圃沙土按不同比例混合，加入蒸餾水浸泡不同天數后并制成浸提液，用作種子發芽試驗過程中的營養液，在實驗室的人工氣候箱中進行種子萌發試驗。[結果]添加適量污泥浸提液對國槐種子的發芽率、發芽進程、發芽效率和萌發潛力都有促進作用，大多以污泥產品占比20%影響更為顯著，污泥用量過多反而會抑制國槐種子的萌發，總體表現為添加少量污泥促進萌發、過量污泥抑制萌發的效果;與國槐種子的結果相似，當污泥產品占比為20%時，刺槐種子的大多數指標都表現為對種子萌發有促進作用，但污泥施入對刺槐的發芽指數有抑制作用。并且浸提時間越長，對國槐和刺槐種子的萌發更加有益。[結論]城市排水污泥制有機營養土適量用作國槐和刺槐播種育苗的基肥和種肥是可取的，但仍需在實際生產中進行完善，充分考慮其合理用量并應用推廣。

關鍵詞 排水污泥制有機營養土;種子萌發;國槐;刺槐

中圖分類號 S792.26? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）10-0079-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.020

Effects of Organic Nutrient Soil Made from Urban Sewage Sludge on Seed Germination of Sophora japonica and Robinia pseudoacacia

ZHANG Tian-yu，TANG Jiao，PENG Zuo-deng et al

（The Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education，Beijing Forestry University， Beijing 100083）

Abstract [Objective] In order to explore the effect of using organic nutrient soil made from urban sewage sludge on the seed germination of Sophora japonica and Robinia pseudoacacia， and to provide scientific experimental basis for the application of sludge products in the artificial cultivation of Sophora japonica and Robinia pseudoacacia forest. [Method] The organic nutrient soil product made from sludge is mixed with the nursery sand in different proportions， and distilled water is added to soak for different days to make the extract， which is used as the nutrient solution in the process of seed germination test， and the seeds germination test is carried out in the artificial climate box in the laboratory. [Result] The results show that the addition of an appropriate amount of sludge extract can promote the germination rate， germination process， germination efficiency and germination potential of Sophora japonica， and the effect is more significant when the sludge product accounts for 20%. Excessive dosage will inhibit the germination of Sophora japonica. Generally speaking， the effect of adding a small amount of sludge to promote germination and excessive sludge to inhibit germination; similar to the results of Sophora japonica， when the sludge product accounts for 20%， most of the indicators of Robinia pseudoacacia show that the appropriate amount of sludge can promote the germination of Robinia pseudoacacia， but the application of sludge can inhibit the germination index of Robinia pseudoacacia. And the longer the extraction time， the more beneficial to the germination of Sophora japonica and Robinia pseudoacacia. [Conclusion] Appropriate application of urban sewage sludge to make organic nutrient soil is advisable as the base fertilizer and seed fertilizer for Sophora japonica and Robinia pseudoacacia sowing and seedling， but it still needs to be improved in actual production， fully considering its reasonable dosage and applying it.

Key words Organic nutrient soil made from sewage sludge;Seed germination;Sophora japonica;Robinia pseudoacacia

基金項目 國家發改委環境污染第三方治理“北京市污泥資源化苗圃種植項目”;北京生活集團污泥資源化苗圃種植項目（2017HXFWLXY023）。

作者簡介 張天昱（1997—），女，天津人，碩士研究生，研究方向：林木種苗培育。通信作者，教授，博士，從事林木種苗培育研究。

收稿日期 2021-08-17

城市排水污泥作為處理城市污水過程中產生的剩余固體廢物，對其的處理處置是需要解決的重要環境問題之一[1-2]。隨著我國城市化進程的加快及社會經濟的快速發展，城市污水的排放量日益增加，作為污水處理副產物的污泥產量也隨之增加。污泥成分中含有豐富的氮、磷、鉀等植物所需營養元素和有機質[3-8]，但污泥有異味，需要很大的儲存空間，且可能含有有毒的有機污染物[9]，未經加工處理的污泥易造成污染地下水，增加土壤中的重金屬含量，影響土壤結構和理化性質等環境問題[3]。使用高級厭氧消化技術處理污泥，消化后的污泥易于脫水，能夠提高有機物降解率，殺滅病菌和蛔蟲卵[10-11]。城市排水污泥的農林土地資源化利用是實現其無害化的重要途徑[3-4]。Song等[12]通過試驗研究得出，添加污泥能夠促進植物對氮素的積累，促進光合作用的進行;王波等[13]從污泥浸提液對蔬菜種子及幼苗生理的影響的角度展開研究，結果顯示，污泥浸提液在一定程度上會抑制青菜（Brassica chinensis）和油麥菜（Lactuca sativa）種子的萌發，造成幼苗細胞膜的損傷;喬永等[14]的研究結果表明，施用城市污泥會對桑樹（Morus alba）種子的萌發及幼苗的前期生長產生抑制作用，但隨著時間的延長會促進桑樹幼苗的生長和生物量的積累。

國槐（Sophora japonica）和刺槐（Robinia pseudoacacia）是我國重要的造林綠化樹種，國槐在造林中具有成活率高、壽命長、能抵抗有毒氣體等優點，刺槐也是保持水土、防風固沙、改良土壤的重要樹種，育苗造林綠化范圍廣泛[15-17]。國槐和刺槐主要通過種子繁殖。種子的萌發和生長是植物接觸外界一切反應的開端，也是其對外界刺激最為敏感的階段[18]。目前，有關高級厭氧消化處理后的污泥對槐類樹種種子萌發與苗木生長的影響鮮見報道。為探究經過高級厭氧消化工藝處理的城市排水污泥在國槐和刺槐育苗及林地的應用效果，拓展污泥林地資源化利用的途徑，筆者模擬采用處理污泥產品在林地施用后的土壤狀態，研究經水浸漬后對種子萌發作用效果，以期為拓展高級厭氧消化污泥在造林綠化樹種種子繁殖中的應用前景和途徑提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及來源

國槐種子于2018年11月采自山東菏澤，刺槐種子于2018年10月采自河北平泉。試驗所用土壤采自北京市大興區黃垡苗圃多年育苗地，取40 cm以內耕作表層，土壤基本理化性質：全鎘（0.30±0.03） mg/kg，全鉻（67.67±7.64） mg/kg，全鉛（17.63±0.15） mg/kg，全汞（0.14±0.02）mg/kg，全銅（15.67±0.58）mg/kg，全砷（15.58±0.88） mg/kg，全鋅（89.77±27.27）mg/kg，全鎳（25.33±4.04） mg/kg，堿解氮（22.00±16.52） mg/kg，速效鉀（230.67±69.95） mg/kg，有機質（13.72±1.25） g/kg，pH 8.59±0.11，容重（1.41±0.03） g/cm3，孔隙度（46.96±1.22）%，最大持水量（286.47±3.14） g/kg。

污泥產品由北京排水集團污泥處置分公司提供，采用高級厭氧消化處理污泥制成的有機營養土產品，相關理化性質：全鎘0.79 mg/kg，全汞5.57 mg/kg，全鉛15.55 mg/kg，全鉻72.65 mg/kg，全砷12.25 mg/kg，全銅 208.50 mg/kg，全鋅535.00 mg/kg，全鎳34.75 mg/kg，全氮（N）3.16%，磷（P2O5）5.42%，鉀（K2O）0.71%，含水率 58.40%，pH 7.50，糞大腸菌值>0.111個，未檢出蛔蟲卵，電導率204.50 mS/m。

供試污泥產品出廠測定各項指標含量均符合國標GB/T 24600—2009《城鎮污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質》[19]。

1.2 試驗設計

1.2.1 種子處理。

分別選取大小均勻一致、顆粒飽滿的國槐和刺槐種子，采用0.5% KMnO4溶液消毒預處理2 h，用無菌水沖洗3～5次后，將種子放入較大的容器內，倒入75 ℃的熱水至沒過全部種子，期間不斷進行攪拌至水溫降至35 ℃，每12 h換一次水，共計浸泡24 h。

1.2.2 浸提液制備。

將污泥與苗圃土壤過篩后置于3 L塑料桶中，各桶內污泥與土壤總質量均為1.5 kg，并均加入3 L蒸餾水進行充分混合，共計18桶，平均分為3組，分別按15、10、5 d共3個時長進行浸提，分別以A、B、C組表示。每組設定5個污泥質量占比梯度（分別以1～5代表5個占比），其污泥所占質量比依次設置為100%、80%、60%、40%、20%，以純土壤浸提液為對照（CK），分別標記為A1～A5、B1～B5、C1～C5，對照組分別標記為A0、B0、C0。浸提完成后先用4層紗布濾去殘渣，再用2層濾紙過濾后制得浸提液，保存于玻璃瓶中備用[20]。

1.2.3 測定方法。

試驗地點在北京林業大學林學實驗中心實驗室。采用紙上發芽法，對國槐與刺槐種子分別設置4次重復，共計144個培養皿（90 mm），每個培養皿中鋪1層濾紙，分別均勻擺放種子，其中，國槐樹種各培養皿中擺放15粒種子，刺槐樹種各培養皿中擺放20粒種子。分別加入不同處理的浸提液5 mL，于25 ℃恒溫培養箱中（16 h光照，8 h黑暗，相對濕度75%）進行發芽試驗。發芽試驗持續時間為14 d，試驗期間每天添加1次浸提液，保持培養皿中浸提液含量的穩定。自第2天開始，每天觀察并記錄種子的發芽情況和發芽數[21]。

1.2.4 測定指標與計算。

發芽試驗結束后分別計算種子的發芽率（GP）、發芽勢（G）、平均發芽時間（MGT）、平均發芽系數（MGC）、日均發芽率（MDG）、發芽指數（GI）、發芽峰值（PV）、發芽值（GV）。各指標的計算公式如下[22-23]：

GP=GnSn×100%（1）

式中，Gn為第14天種子萌發數，Sn為測試種子總數。

MGT=i（Gi×i）iGi（2）

式中，i為自播種之日起的天數，Gi為第i天種子的發芽數。

MGC=iGii（Gi×i）（3）

MDG=GP14×100%（4）

GI=GtDt（5）

式中，Gt為t時間內的發芽數，Dt為相應的發芽天數。

G=GPtSn×100%（6）

PV=GPtDPt（7）

式中，GPt為達到高峰日時的發芽量，DPt為達到發芽峰值時的天數。

GV=PV×MDG（8）

1.3 數據分析

使用Microsoft Excel 2010和SigmaPlot 12.5進行數據整理和繪圖，使用SPSS 22.0軟件對數據進行統計分析，包括描述統計、方差分析和Duncan多重比較，用平均值±標準誤表示測定結果。

2 結果與分析

2.1 對種子發芽率的影響

種子發芽率是供試種子發芽數占供試種子總數的百分比，可作為檢測種子質量的重要指標之一。種子發芽率越高，表示種子越飽滿，種胚發育越好。

由表1可知，不同浸提時間對國槐種子發芽率存在極顯著影響（P<0.01）;不同污泥占比對國槐種子發芽率均無顯著影響;浸提時間與污泥占比的交互作用對國槐種子發芽率均無顯著影響。從圖1可見，隨著浸提時間的延長，國槐種子浸提15 d（A）和10 d（B）時，各污泥占比處理下的發芽率不存在顯著差異;浸提5 d（C）時，發芽率隨污泥占比的提高呈現下降趨勢，其中C1處理發芽率最低，僅為6.67%。A4處理下國槐種子發芽率在所有處理組合中最高，發芽率為43.33%，這說明添加適量配比的浸提液能夠提高國槐種子的發芽率。

由表1可知，對于刺槐來講，不同浸提時間對其種子發芽率存在極顯著影響（P<0.01）;不同污泥占比對發芽率無顯著影響;浸提時間與污泥占比的交互作用對刺槐種子發芽率存在顯著影響（P<0.05）。從圖1可見，浸提15 d（A）和10 d（B）處理下的發芽率總體均隨著污泥占比的減少呈先減小后增大再減小的變化趨勢。浸提15 d（A）時，A4處理發芽率最高，達到55.00%，且顯著高于A2處理（P<0.05）;浸提10 d（B）時，各污泥占比處理間的發芽率不存在顯著差異;浸提5 d（C）時，C5處理發芽率最高，為52.50%，且顯著高于C1處理。可見，浸提15 d（A）時發芽率普遍較高，其中發芽率最高的處理為A4，達55.00%。

2.2 對種子發芽進程的影響

種子發芽進程是反映種子發芽速度快慢的指標，一般可以通過平均發芽時間、平均發芽系數和日均發芽率得到體現。

2.2.1 對平均發芽時間的影響。

平均發芽時間是供試種子發芽所需的平均時間。

由表2可知，對于國槐來說，不同浸提時間、污泥占比、浸提時間和污泥占比的交互作用對其種子平均發芽時間均無顯著影響。從圖2可見，隨著浸提時間的延長，平均發芽時間總體呈現先上升后下降的趨勢，其中浸提5 d（C）的平均發芽時間最短。浸提10 d（B）時，B3處理平均發芽時間處于最低值，僅4.73 d，顯著低于B2處理（P<0.05）。不同處理組合中平均發芽時間最短的為C1處理，僅4.08 d，這說明添加適量配比的浸提液能夠縮短國槐種子的平均發芽時間，對其萌發速度有提高作用。

由表2可知，同國槐一樣，不同浸提時間、污泥占比、浸提時間和污泥占比的交互作用對刺槐種子平均發芽時間均無顯著影響。從圖2可見，隨著浸提時間的延長，平均發芽時間總體呈下降趨勢，浸提15 d（A）的平均發芽時間最短。浸提15 d（A）不同污泥占比處理下平均發芽時間差異不顯著;浸提10 d（B）B2處理平均發芽時間最短，僅2.97 d，顯著低于B4處理（P<0.05）;浸提5 d（C）時，C1處理平均發芽時間顯著低于C5處理，且為最低水平（P<0.05）。A0（CK）處理下的刺槐平均發芽時間為所有處理組合中最低，僅2.44 d。這說明添加浸提液會影響刺槐種子的發芽，對其發芽速度有抑制作用。

2.2.2 對平均發芽系數的影響。

平均發芽系數和平均發芽時間互為倒數，平均發芽系數與種子活力呈正相關。

由表3可知，不同浸提時間對國槐種子平均發芽系數存在顯著影響（P<0.05），不同污泥占比對其平均發芽系數存在極顯著影響（P<0.01），而浸提時間與污泥占比的交互作用對其平均發芽系數無顯著影響。從圖3可知，隨著浸提天數的延長，國槐種子平均發芽系數總體呈現上升趨勢，15 d（A）時達到最高;隨著污泥占比的減少，各處理平均發芽系數的變化趨勢表現不同;不同處理組合中發芽系數最高的為B3，達0.23。

由表3可知，不同浸提時間、污泥占比、浸提時間與污泥占比的交互作用對刺槐種子平均發芽系數均無顯著影響。從圖3可見，隨著浸提天數的增加，平均發芽系數呈現上升趨勢;隨著污泥占比的減少，各處理的平均發芽系數變化趨勢不同;不同處理組合的刺槐種子平均發芽系數以A0（CK）最高，達0.41。

2.2.3 對日均發芽率的影響。

日均發芽率為單位時間內種子發芽率，既可以體現發芽的速度，也可以反映發芽的效率。

由表4可知，對于國槐來講，不同浸提時間對其種子日均發芽率有極顯著影響（P<0.01），不同污泥占比、浸提時間與污泥占比的交互作用對日均發芽率均無顯著影響。如圖4所示，日均發芽率隨著浸提時間的延長，總體表現為逐漸上升的變化趨勢，在浸提15 d（A）時日均發芽率最高;C1處理顯著低于C0（CK）處理，日均發芽率僅為0.48%;不同處理組合中A4處理日均發芽率最高，達3.10%，這說明適宜的污泥-土壤配比處理能夠略微提高國槐種子的日均發芽率。

由表4可知，對于刺槐來講，不同浸提時間對其種子日均發芽率具有極顯著影響（P<0.01），不同污泥占比對日均發芽率無顯著影響，浸提時間與污泥占比的交互作用對日均發芽率有顯著影響（P<0.05）。由圖4可見，浸提15 d（A）和10 d（B）的日均發芽率隨著污泥占比的減少總體呈現先下降后上升再下降的趨勢，浸提5 d（C）的日均發芽率隨著污泥占比的降低呈先增大后降低趨勢;各浸提時間處理浸提15 d（A）的日均發芽率普遍較高，其中A4處理日均發芽率最高，達3.93%。

2.3 對種子發芽效率的影響

種子發芽效率是種子在發芽過程中在有效時間范圍內的成效指標，包括發芽指數和發芽值。

2.3.1 對發芽指數的影響。

發芽指數為日發芽數與相應天數比值的總和，能夠反映種子的健壯度，即種子的活力。

由表5可知，不同浸提時間和污泥占比對國槐種子發芽指數存在極顯著影響（P<0.01）;浸提時間與污泥占比的交互作用對發芽指數無顯著影響。從圖5可見，隨著浸提時間的延長，發芽指數呈現上升趨勢，浸提15 d（A）達到最高;在各浸提時間下，隨著污泥占比的降低，發芽指數總體呈現上升趨勢;不同處理組合中發芽指數最高的處理為A5，達1.34，這說明適宜的浸提液對國槐種子的發芽指數有一定促進作用。

由表5可知，對于刺槐來說，浸提時間對其種子發芽指數有極顯著影響（P<0.01）;污泥占比對發芽指數無顯著影響;浸提天數與污泥占比的交互作用對發芽指數存在顯著影響（P<0.05）。從圖5可見，浸提15 d（A）的發芽指數較其他浸提時間組高，在所有處理組合中A0（CK）處理發芽指數最高，達4.22，說明添加污泥-土壤浸提液可能會抑制刺槐種子的活力。

2.3.2 對發芽值的影響。

發芽值是日均發芽率和發芽峰值的乘積，能體現種子的綜合品質，更具有代表性。

由表6可知，不同浸提時間對國槐種子發芽值存在極顯著影響（P<0.01），不同污泥占比對其種子發芽值存在顯著影響（P<0.05），浸提時間與污泥占比的交互作用對發芽值無顯著影響。從圖6可見，隨著浸提天數的延長，發芽值呈現上升趨勢，總體上浸提15 d（A）最高;各浸提時間組內，隨著污泥占比的減少發芽值總體呈增大趨勢;在所有處理組合中，A5處理發芽值最高，為0.031。

由表6可知，不同浸提時間對刺槐種子發芽值存在極顯著影響（P<0.01），不同污泥占比、浸提時間與污泥占比的交互作用對其發芽值均無顯著影響。從圖6可見，浸提15 d（A）的發芽值高于浸提10 d（B）與5 d（C）;隨著污泥占比的減少，各浸提時間組內發芽值的變化趨勢不同;A4處理刺槐種子發芽值最高，達0.076。

2.4 對種子萌發潛力的影響

種子萌發潛力是體現種子在播種后具備潛在出苗的能力，可以通過發芽勢和發芽峰值等指標反映。

2.4.1 對發芽勢的影響。

發芽勢為發芽進程中日發芽種子數達到最高峰時，發芽種子數所占的比例。

由表7可知，不同浸提時間、污泥占比均對國槐種子發芽勢具有極顯著影響（P<0.01），浸提天數與污泥占比的交互作用對發芽勢無顯著影響。從圖7可見，不同浸提時間處理中，浸提15 d（A）的發芽勢整體偏高;隨著污泥占比的減少，發芽勢呈現波動式上升的趨勢;不同處理組合的國槐種子發芽勢以A5處理最高，達31.67%。

由表7可知，不同浸提時間對刺槐種子發芽勢存在極顯著影響（P<0.01），不同污泥占比、浸提時間與污泥占比的交互作用對其發芽勢無顯著影響。從圖7可見，隨著浸提時間的延長，刺槐種子發芽勢總體呈上升趨勢;隨著污泥占比的減少，各處理發芽勢的變化趨勢表現不同;不同處理組合的刺槐種子發芽勢中以A4最高，達47.50%。

2.4.2 對發芽峰值的影響。

發芽峰值是發芽高峰日的發芽量與相應天數的比值，能夠反映測試種子的發芽速度和整齊度。

由表8可知，對于國槐種子來說，不同浸提時間、污泥占比對其發芽峰值存在極顯著影響（P<0.01），浸提時間與污泥占比的交互作用對發芽峰值無顯著影響。從圖8可見，隨著浸提時間的延長，發芽峰值呈上升趨勢;隨著污泥占比的減少，發芽峰值表現出波動上升的變化趨勢;不同處理組合的國槐種子發芽峰值最高為A5處理，達0.95。

由表8可知，對于刺槐種子來說，不同浸提時間對其發芽峰值呈現極顯著影響（P<0.01），不同污泥占比、浸提時間與污泥占比的交互作用對其發芽峰值無顯著影響。從圖8可見，發芽峰值隨著浸提時間的延長總體呈上升趨勢;隨著污泥占比的減少各處理的變化趨勢不同;不同處理組合的刺槐發芽峰值以A4最高，達1.90。

3 討論

種子萌發是植物生長發育的起點，也是對外界環境狀況反應最為敏感的階段之一[24]。種子萌發時期的發芽率、平均發芽時間、平均發芽系數、日均發芽率、發芽指數、發芽值、發芽勢、發芽峰值是評價種子萌發的常用指標，可以反映出種子的活力、發芽進程、發芽效率及萌發潛力。研究城市排水污泥制有機營養土浸提液處理的國槐和刺槐種子萌發情況，是探究污泥產品能否作為基肥或種肥以及施入林地的前提條件。

該研究中，隨著浸提天數的延長，多數指標數值也隨之增大，這可能是由于浸提天數越長，污泥中含有的營養物質更充分地融入浸提液中，能夠促進種子的萌發進程。但同時，也存在浸提5 d所得浸提液的處理效果更好的情況，這可能是因為污泥中的重金屬等有害物質影響了種子的生理狀況。總體而言，浸提時間越長，越有利于種子的萌發。與前人研究結果相似，從污泥的用量上來看，對種子萌發的影響大多表現為“低促高抑”的效果，即污泥占比為20%會對大多數種子萌發指標表現出促進作用，但隨著占比的增加，反而會出現抑制作用，這表明適量加入污泥能夠促進種子的萌發，而過多則會抑制其發芽。刺槐種子的發芽指數在A0（CK）時最高，這可能是由于污泥中的某些有害物質破壞了刺槐種子的正常萌發進程，抑制了刺槐種子的活力。

該研究從林業方面探究了污泥產品的施用效果，為污泥產品今后在林業中的應用提供了理論依據。與此相關的研究多從污泥產品能促進苗木生長的角度出發，如李艷霞等[25]報道指出，污泥堆肥作為育苗基質能明顯促進刺槐、國槐、側柏（Platycladus orientalis）的苗木生長。關于污泥產品對林木種子萌發影響的報道較少，還需要更多的研究數據佐證。

該研究是在實驗室發芽箱中開展的室內種子發芽試驗，種子的生長環境與外界實際生長環境存在一定差異，研究結果存在一定的局限性，因此后續還應著重關注大田試驗的具體實踐，以對該試驗結果進行補充完善。

4 結論

（1）添加適量的污泥浸提液對國槐種子的發芽率、發芽進程、發芽效率和萌發潛力均有促進作用，并且多以污泥產品占比20%時影響更為顯著，若污泥用量過多則會抑制國槐種子的萌發，總體表現為添加少量污泥促進萌發、過量污泥抑制萌發的效果。

（2）與國槐種子的研究結果相似，當污泥產品占比為20%時，大多數指標都表現為對刺槐種子萌發有促進作用，但污泥的施入會對刺槐的發芽指數有抑制作用。

（3）浸提時間越長，對國槐和刺槐種子的萌發更加有益。

（4）城市排水污泥制有機營養土適量用作國槐和刺槐播種育苗的基肥和種肥是可取的，但仍需在實際生產中進行完善，充分考慮其合理用量并應用推廣。

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