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(shè)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(chǎn)物施用量對莧菜生長狀況及重金屬積累的影響。結(jié)果表明：堆肥產(chǎn)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(jī)質(zhì)含量，從而使莧菜株高、冠幅、鮮重增加;有機(jī)肥施用量的增加導(dǎo)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(biāo)。在堆肥產(chǎn)物的農(nóng)用實(shí)踐中，應(yīng)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(jù)基質(zhì)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(guān)鍵詞 ? 污泥秸稈堆肥產(chǎn)物;莧菜;生長;重金屬積累

中圖分類號：S636.4;X705 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.017

隨著經(jīng)濟(jì)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(chǎn)生的剩余污泥量隨之增加[1]，而且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)實(shí)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(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，能改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，對減少化肥施用量、促進(jìn)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(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)土壤、肥料

試驗(yàn)所用肥料為湖南先導(dǎo)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(jī)肥。供試土壤取自長沙市岳麓區(qū)藍(lán)天村的紅壤，土壤經(jīng)風(fēng)干、磨碎、過1 mm篩后作盆栽土。試驗(yàn)基質(zhì)成分及理化性質(zhì)詳見表1。

由表1可知，生活污泥原樣的有機(jī)質(zhì)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(jīng)達(dá)到GB/T 23486-2009中酸性土壤污泥園林綠化用泥質(zhì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)水濃度偏低的實(shí)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(jìn)行好氧動態(tài)堆肥發(fā)酵后，產(chǎn)物有機(jī)質(zhì)含量提高，重金屬含量降低，可達(dá)到有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)[3]。

1.1.2 供試品種

供試蔬菜品種為莧菜。

1.2 試驗(yàn)方法

盆栽試驗(yàn)于2017年3—4月在湖南先導(dǎo)洋湖再生水有限公司廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)按污泥秸稈堆肥與紅壤的體積比不同，設(shè)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(jī)肥之比為2∶1;c. 紅壤、有機(jī)肥之比為1∶1;d. 紅壤、有機(jī)肥之比為1∶2;e. 全有機(jī)肥。以加侖盆為種植容器，每盆播種30粒莧菜種子，一周后統(tǒng)計(jì)其發(fā)芽率。

出苗后疏苗至每盆5株，每個處理3個重復(fù)。常規(guī)澆水養(yǎng)護(hù)管理，不施加任何化肥或其他有機(jī)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(nóng)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(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及重金屬含量的測定參照《土壤分析技術(shù)規(guī)范》[4]和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)[5-6]進(jìn)行。植株風(fēng)干后進(jìn)行重金屬總量的測定，參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)[7-11]的方法。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，平均數(shù)采用Duncun法作多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 機(jī)肥施用量對基質(zhì)成分的影響

有機(jī)肥對栽培基質(zhì)成分的影響見表2。在紅壤中增加不同比例的有機(jī)肥之后，基質(zhì)的總氮、總磷、有機(jī)質(zhì)含量顯著增加，有機(jī)肥占比越高，其基質(zhì)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(jī)肥用量的增加，基質(zhì)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(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)[12]，各處理栽培基質(zhì)的As、Pb、Cr含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而由于有機(jī)肥中Hg、Cd含量相對較高，有機(jī)肥配比超過50%時Hg易超標(biāo)，有機(jī)肥配比在33%時Cd便已超標(biāo)。表明在紅壤中添加污泥秸稈堆肥產(chǎn)物的確會導(dǎo)致土壤重金屬含量有一定程度的增加，可能存在一定風(fēng)險。

2.2 有機(jī)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(jī)肥施用量對種子發(fā)芽率的影響有限。

2.3 有機(jī)肥施用量對莧菜農(nóng)藝性狀的影響

有機(jī)肥施用量對莧菜農(nóng)藝性狀的影響見表3。可以看出，隨著有機(jī)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(jī)肥施用量對莧菜重金屬含量的影響

有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)[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(biāo)準(zhǔn)限值。莧菜Pb、Cr含量隨著有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，a處理的Cr值則超出了標(biāo)準(zhǔn)。

隨著堆肥施用量的增加，莧菜Cr含量超標(biāo)的風(fēng)險下降，但Cd含量超標(biāo)的風(fēng)險升高。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[14-16]，莧菜本身便是鎘和鉻的富集植物，試驗(yàn)結(jié)果也再次驗(yàn)證了這一點(diǎn)。有機(jī)肥施用量的增加導(dǎo)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(biāo)，d、e處理Cd含量超標(biāo)，a處理Cr含量超標(biāo)，表明莧菜對不同重金屬的遷移能力存在差異。

3 小結(jié)與討論

與其他研究中污泥重金屬嚴(yán)重超標(biāo)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(dá)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。通過污泥與秸稈配合進(jìn)行好氧堆肥發(fā)酵，既可克服污泥過于緊實(shí)、碳氮比低、重金屬含量較高等缺陷，又可彌補(bǔ)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(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)物，該產(chǎn)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(chǎn)物對土壤全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)含量有顯著影響，顯著提高了栽培基質(zhì)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(jī)肥中的氮磷和有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于紅壤，對莧菜生長具有顯著促進(jìn)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(jìn)一步降低了重金屬含量，故本研究中未出現(xiàn)因施用有機(jī)肥導(dǎo)致植物生長受抑制的現(xiàn)象，僅有堆肥配比超過50%的處理組出現(xiàn)Cd含量超標(biāo)，紅壤處理組出現(xiàn)Cr含量超標(biāo)。

污泥秸稈堆肥產(chǎn)物中部分重金屬含量高于土壤背景值，表明施用有機(jī)肥會使重金屬含量直接增大。有機(jī)肥配比超過50%的處理組出現(xiàn)Cd含量超標(biāo)，表明莧菜對一定濃度的Cd具富集能力，故有機(jī)肥的施用量應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。已有研究表明，有機(jī)肥對土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響土壤中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化。紅壤處理組Cr含量超標(biāo)，而施用有機(jī)肥的處理組Cr含量未超標(biāo)，表明在土壤Cr背景值高于有機(jī)肥產(chǎn)物的情況下，施用有機(jī)肥反而使莧菜富集的Cr元素減少，這可能是由于有機(jī)肥中的腐殖質(zhì)通過絡(luò)合、鰲合反應(yīng)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(chǎn)物的農(nóng)用實(shí)踐中，應(yīng)充分了解土壤重金屬背景值，選擇適宜配比施用有機(jī)肥，一般情況下有機(jī)肥配比不宜超過50%。同時還需根據(jù)基質(zhì)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(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)中，增加了苯并（a）芘、多環(huán)芳烴（PAHs）指標(biāo)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(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，但目前少有針對污泥產(chǎn)物苯并（a）芘、多環(huán)芳烴（PAHs）含量及農(nóng)用持續(xù)累計(jì)影響的研究，有待加強(qiáng)該方面的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳同斌，鄭國抵，高定，等.城市污泥堆肥處理及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的幾個關(guān)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(chǎn)物對土壤氮礦化的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27（1）：326-331.

[3] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY525-2012有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2012.

[4] 全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心.土壤分析技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006.

[5] 中華人民共和國農(nóng)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(nóng)業(yè)出版社，2011.

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

[7] 中華人民共和國衛(wèi)計(jì)委.GB 5009.17-2014食品中總汞及有機(jī)汞的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[8] 中華人民共和國衛(wèi)計(jì)委.GB 5009.11-2014食品中總砷及無機(jī)砷的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[9] 中華人民共和國衛(wèi)計(jì)委.GB 5009.15-2014食品中鎘的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[10] 中華人民共和國衛(wèi)計(jì)委.GB 5009.12-2017食品中鉛的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[11] 中華人民共和國衛(wèi)計(jì)委.GB 5009.123-2014食品中鉻的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[12] 國家環(huán)境保護(hù)總局.HJ 332-2006食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2006.

[13] 中華人民共和國衛(wèi)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[14] 李奔.復(fù)合肥、腐植酸液肥對莧菜重金屬富集和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響研究[D].長沙：中南大學(xué)，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(xué)學(xué)報，2012，32（12）：3039-3044.

[16] 張艷.紅莧菜在鈾鉛鎘復(fù)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(xué)，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(nóng)用對蔬菜生長狀況及重金屬吸收的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(nóng)業(yè)科學(xué)，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(zhì)，2007，26（2）：100-107.

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

（責(zé)任編輯：易 ?婧）