两种城市污泥的小白菜效应研究

摘 要：为确定太谷、农大两种污泥肥料在菜园土壤中的适宜施用量，通过单因素盆栽试验研究了太谷、农大2种不同城市污泥对小白菜产量、养分及重金属含量的影响。结果表明：适量施用污泥能增加小白菜产量，2种污泥的适宜施用范围不同，太谷污泥的适宜施用量为20 g·kg-1土，农大污泥的适宜施用量为120 g·kg-1土。施用污泥增加了小白菜氮、磷、钾养分含量和重金属含量。太谷污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次为N>K>P，农大污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次为P>K>N。随着太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4种重金属含量均呈增加趋势。随着农大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趋势，As、Hg含量呈先增加后减少的趋势。小白菜重金属铜、锌、汞含量均是地上部低于地下部，而砷含量则为地上部高于地下部。在本试验的2种污泥不同施用量下，小白菜重金属含量均未超过国家蔬菜质量控制标准（GB 2762—2005）。

关键词：污泥；小白菜；产量；重金属

中图分类号： S634.3 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.06.019

随着我国城市化进程的不断发展，污水处理厂也不断增加，导致城市污泥的产生量迅速增加[1-3]。城市污泥的处理处置已成为迫切需要解决的生态环境问题。污泥中含有丰富的有机质和各种营养元素，肥料化利用不仅充分利用了其养分，促进作物生长、提高产量和改善品质[2]，并具有明显的培肥改土作用。有研究表明[4]，污泥复合肥对作物的增产效果明显优于化肥。因此，污泥的土地利用对于我国这样一个拥有相当大面积中低产土壤的农业大国来说具有非常重要的现实意义。

污泥的土地利用，可使其所含的重金属等有毒有害物质进入土壤进而对植物生长及人类健康构成潜在的危害[5-7]，成为限制污泥农用的主要因子。本试验通过研究太谷县污水处理厂和山西农业大学污水处理厂生产的2种污泥在不同施用量时对石灰性土壤上小白菜产量及养分、重金属含量的影响，为这2种城市污泥在农业上的安全合理利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2种供试城市污泥分别为太谷县污水处理厂污泥（太谷污泥）和山西农业大学污水处理厂污泥（农大污泥）。供试土壤为山西农业大学资源环境学院试验站农田耕层（0～20 cm）石灰性褐土。供试土壤、污泥的理化性质见表1。供试作物为小白菜（Brassica napus L.），品种为四月蔓。

1.2 试验方法

本研究采用单因素盆栽试验，设6个处理，分别为：（1）不施污泥（对照）；（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次重复，2种污泥，共计48盆。采用随机排列。

供试土壤过2 mm筛后装盆，污泥按设计用量与土壤充分混均后，装入直径为30 cm，高度为25 cm的塑料盆中，每盆基质质量4.0 kg。混合土壤补充水分至田间持水量平衡2 d后种植小白菜，出苗后每盆留苗8株。

盆栽试验于4月上旬在山西农业大学资源环境学院试验站内的日光温室大棚中进行，5月中旬收获植物样品，用滤纸拭净植物样品上的土样，供试验分析用。

1.3 测定方法和数据处理

植株全氮采用硫酸-过氧化氢消煮-奈氏比色法测定[8]；植株全磷采用硫酸-过氧化氢消煮-钒钼黄比色法测定[8]；植株全钾采用硫酸-过氧化氢消煮-火焰光度法测定[8]；植株全铜、锌采用原子吸收分光光度法测定[8]；植株全砷采用二乙基二硫代氨基甲酸银法测定[8]；植株全汞采用硫酸-硝酸消化-冷原子吸收法测定[8]。

数据采用Excel和SPSS17.0软件处理和分析，多重比较采用Tukey法。

2 结果与分析

2.1 两种城市污泥对小白菜生物量的影响

由图1可知，随着污泥施用量的增加，2种污泥小白菜生物量的变化趋势不同，太谷污泥小白菜产量随施用量增加呈先增加后降低的变化趋势，在20 g·kg-1土处理时小白菜产量达到最大，为10.38 g·株-1，显著高于对照处理，较对照的单株鲜质量5.97 g增产73.87%；当污泥浓度达到40 g·kg-1后小白菜生长受到严重抑制，单株鲜质量仅为4.93 g，显著低于对照处理，较对照减产17.42%。而随着农大污泥施用量的增加，小白菜产量也呈增加趋势，增幅为20.40%～117.87%；与对照相比，施用污泥小白菜产量差异显著。

2.2 两种城市污泥对小白菜N、P、K含量的影响

由图2～图4可知，随着2种污泥施用量的增加，小白菜氮、磷、钾含量均呈增加趋势。太谷污泥小白菜全氮、全磷、全钾含量增幅分别为8.31%～25.86%，18.77%～45.29%，2.33%～53.12%；与对照相比，太谷污泥小白菜全氮、全磷含量差异显著；污泥施用量≤20 g·kg-1时，太谷污泥小白菜全钾含量差异不显著。农大污泥小白菜全氮、全磷、全钾含量增幅分别为0.79%～8.11%，3.82%～28.84%，2.31%～41.81%。与对照相比，农大污泥施用量≤20 g·kg-1时，小白菜全氮、全磷含量差异不显著。

2.3 2种城市污泥对小白菜重金属含量的影响

由图5～图12可知，随着污泥施用量的增加，2种污泥小白菜重金属含量的变化趋势不同。随着太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4种重金属含量均呈增加趋势。地上部铜、锌、砷、汞4种重金属含量增幅分别为91.3%～182.5%，6.3%～65.0%，16.9%～57.8%，19.6%～86.9%；地下部铜、锌、砷、汞4种重金属含量增幅分别为91.3%～175.0%，14.2%～87.6%，41.4%～138.0%，15.7%～154.2%。与对照相比，太谷污泥施用量≤20 g·kg-1时小白菜地下部锌含量差异不显著。随着农大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趋势，As、Hg含量呈先增加后减少的趋势。地上部铜、锌、砷、汞4种重金属含量增幅分别为：83.3%～246.5%，5.1%～120.3%，24.5%～34.1%，18.9%～73.1%；地下部铜、锌、砷、汞4种重金属含量增幅分别为：83.3%～246.6%，4.7%～103.4%，14.9%～81.6%，17.5%～154.5%，与对照相比，农大污泥施用量≤10 g·kg-1时小白菜地上、地下部锌、汞含量差异不显著，污泥施用量为120 g·kg-1土时小白菜地上部砷、汞含量和地下部砷含量差异也不显著。

3 讨 论

适量施用2种不同污泥均能不同程度地增加小白菜产量，提高小白菜N、P、K含量。这与某些研究结果[9-11]一致。康少杰等[10]研究表明，污泥施用量为5～8 g·kg-1时可以显著提高油菜产量。戴亮等[11]研究表明污泥在混配土壤中的干质量比<15%时，可以显著提高小麦产量。李明等[12]研究表明，污泥施用量为10%～40%时油菜生长良好，当污泥施用量为80%～100%时，油菜无法生长。这是因为污泥中含有丰富的养料，促进了小白菜对营养元素的吸收，起到显著的增产作用。但污泥种类不同，其中的养分状况有所差异，因此小白菜对不同养分的吸收利用表现出不一致。

污泥中除含有养分元素外，还含有一些重金属，施用2种污泥均增加小白菜重金属含量，这也与某些研究结果一致。刘善江等[13]研究表明，使用污泥10 g·kg-1，油菜Zn、As、Hg增幅分别为 38%，78%，80%。小白菜不同重金属含量的增幅不同，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，农大污泥小白菜地上部Zn含量增幅高于地下部。小白菜重金属铜、锌、汞含量均是地上部低于地下部，而砷含量则为地上部高于地下部。汪斌等[14]研究表明，丹参地下部Cu、Zn含量分别是地上部分的2.4～5.7倍。有研究表明，莴笋地上部Hg含量是地下部的2～3倍。这可能是因为Cu、Zn、Hg主要以离子态吸收，与蛋白质等结合后以螯合态运输，在植物体内的移动行较小，因此主要在根部富集[15-17]。段桂兰等[18]研究表明，超富集植物P.vittata中砷的生物转移系数可达24%。Caille等[19]的研究表明，蜈蚣草根部吸收的砷有76%运至地上部分。这可能是因为砷被植物吸收后主要以As5+向上运输，因此容易富集在植物的地上部。农大污泥施用量较高时小白菜的砷、汞含量反而下降，这可能是由于生物量大产生的稀释效应，这与张磊等[20]的研究结果一致。

虽然在本试验中一次施入污泥的小白菜各部分重金属含量均未超过国家蔬菜质量控制标准（GB 2762—2005）。但对于连续施用污泥对小白菜重金属的影响还有待于进行长时间深入研究。

4 结 论

（1）适量施用污泥能增加小白菜产量，2种污泥的适宜施用量不同，太谷污泥的适宜施用量为20 g·kg-1，农大污泥的适宜施用量为120 g·kg-1。

（2）施用污泥能增加小白菜N、P、K含量，但2种污泥处理的增幅不一样，太谷污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次为N>K>P，农大污泥小白菜N、P、K含量的增幅依次为P>K>N。

（3）随着污泥施用量的增加，2种污泥施用均增加了小白菜重金属含量。但不同污泥对小白菜同一部位不同重金属含量的变化趋势影响不同，对小白菜不同部位同种重金属含量的影响相同。随着太谷污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn、As、Hg 4种重金属含量均呈增加趋势。随着农大污泥施用量的增加，小白菜Cu、Zn含量呈增加趋势，As、Hg含量呈先增加后减少的趋势。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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