添加凹凸棒土城市污泥改良西北地區黃土肥力及生物有效性研究

米 璇，張俊琴

（蘭州城市學院地理與環境工程學院，蘭州 730070）

城市污泥作為污水的衍生品，近年來總量激增，目前我國污泥年產量已高達7000萬t。污泥成分非常復雜，含有大量的有機質和營養元素，同時還含有大量從污水中截留下的重金屬、病原菌等有毒有害物質[1]。將污泥施加到土壤中，可以提供給植物體生長所需的營養物質，但如果施加不合理，會引入大量重金屬，影響農作物食用安全質量和地下水的水質[2]。而我國西北地區黃土的pH值大多呈弱酸性，植物生長所需的營養元素含量也相對較低，不利于植物茁壯生長。許多研究結果表明，向土壤中施加合適比例的污泥，不僅能提高土壤的pH、EC值等，還能提供給植物體生長所需要的營養物質，進而影響植物的生長和發育[3-4]。

凹凸棒土簡稱凹凸土或凹土（attapulgite，簡稱ATP）在我國儲量豐富，作為一種松散多孔且比表面積較大的固體顆粒，其基本結構使其成為一種天然一維棒狀納米材料，表現出各種優異的物理化學性質[5]。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及處理

供試黃土采于甘肅省蘭州市仁壽山周邊，坐標為130°40'52"E，36°8'22"N，采樣深度表層0.0～0.2 m。土壤樣品自然風干，研磨，用0.15 mm尼龍篩過篩后放置于密封袋中備用。

供試污泥采于蘭州市某污水處理廠，污泥在自然條件下風干，過篩去除其中的石塊及異物，放置于冰箱中4℃下儲存備用，保質期為5 d。

1.2 分析方法

土壤樣品處理后，將城市污泥與土壤按照不同質量比例混合均勻，形成污泥所占質量百分比分別為0%（純黃土）、5%、10%、15%、20%的5種污泥混合土壤，記為 L0、L1、L2、L3、L4。將不同配比污泥混合土壤2 kg（以風干基計），分別裝入塑料種植盆中，再給每個處理樣中加入20 g凹凸棒土，記為T0、T1、T2、T3、T4，加入蒸餾水使土壤保持濕潤，每隔2 d澆一次水，持續30 d后，將樣品風干、磨碎，測定其相應理化性質。在每個處理盆中均勻播種10粒白菜種子，定期澆水，等長出三片子葉時，間苗至3株/盆，成熟后收獲。每個處理樣水平重復3次。收獲時，將白菜帶根從盆中倒出，抖落根部多余土壤，用自來水沖洗，再用去離子水洗凈，在75℃下烘干至恒重，研碎備用。

通過對土壤中有機質、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量的測定，本研究旨在說明城市污泥改良土壤肥力的效果。其間采用ICP-AES測定改良土壤中重金屬（Zn、Cu、Pb、Cr）含量及不同種植土壤下小白菜生長狀況。

2 結果與討論

2.1 改良前后不同配比土壤理化性質對比

表1 改良前后不同配比土壤理化性質對比

從表1可以看出，向黃土中施加5%、10%、15%和20%比例的城市污泥，土壤的理化性質受到明顯的影響，土壤的pH值從5.42上升到6.64；土壤EC從0.18 ms/cm增加到1.83 ms/cm；土壤有機質相比增加了40.03%；土壤全氮相比增加了14.09%；土壤速效氮相比增加了51.72%；土壤全磷相比增加了59.24%；速效磷相比增加了1.59%；土壤速效鉀相比增加了18.07%；土壤全氮、有效氮、全磷、速效磷、速效鉀的含量隨著城市污泥施加比例的增加都出現明顯上升趨勢，其中土壤全磷的增長幅度最大。

2.2 改良前后不同配比土壤中重金屬含量對比

圖1 改良前后不同配比土壤中重金屬含量對比

從圖1可以看出，重金屬Cu、Zn、Cr的含量隨污泥施加量的增加而大幅度增高，只有Pb的含量呈現下降后上升趨勢。根據《食用農產品產地環境質量評價標準》（HJ332-2006），在施加量為10%～15%時土壤中Cu的含量超出了標準，在施加量為15%～20%時土壤中Zn的含量超出標準，任何改良處理條件下Pb和Cr的含量均超出了標準。

2.3 改良前后土壤中白菜生長情況對比

圖2 不同改良方式下土壤對小白菜鮮重生物量的影響

圖3 不同改良方式下土壤對小白菜株高的影響

圖4 不同改良方式下土壤對小白菜發芽率的影響

從圖2、圖3和圖4可以看出，向黃土中施加不同比例的城市污泥后，小白菜的鮮重生物量和株高在施加量為10%時最高，而發芽率在施加量為5%時達到最高，在向添加不同比例污泥的土壤處理樣中加入20 g的凹凸棒土后，小白菜的鮮重生物量、株高、發芽率都明顯增大。總的來說，當向土壤中施加污泥比例在5%～10%的范圍內，城市污泥對植物的生長發育具有較好的促進作用，超過15%時，由于污泥中含有的重金屬、病原體及其他有害成分在小白菜體內的遷移和富集，小白菜的生長受到抑制。

3 結論

本文通過研究污水處理廠的污泥中重金屬在土壤中的遷移轉化情況，探究了城市污泥是否可以改良土壤肥力，提升生物有效性。結果表明，將不同比例的城市污泥施加到黃土后，黃土的一些基本理化性質如pH、EC、有機質、N、P、K的含量會發生較大變化；白菜的鮮重生物量、株高在施加10%的城市污泥時最高，發芽率在施加5%的城市污泥時最高，在添加量為5%～10%時，污泥對白菜的生長發育具有促進作用，施加污泥的含量過高，會抑制白菜的生長發育；向施加不同比例城市污泥的土壤中添加相同量的凹凸棒土后，白菜的生物量、株高、發芽率都明顯增高。