城市污泥復(fù)合基質(zhì)對(duì)道路邊坡高羊茅生長影響的可行性研究

譚有維　呂超　楊品學(xué)　黃敏

摘要：指出了城市污泥的合理化利用一直是研究者們關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題。主要討論了摻加不同質(zhì)量比例的城市污泥用于制作復(fù)合基質(zhì)對(duì)邊坡高羊茅的生長影響，包括生長狀況、葉長、根長等，目的是為城市污泥的綠色利用提出合理化建議和可行的途徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：城市污泥制作的生態(tài)基質(zhì)能夠明顯促進(jìn)高羊茅的生長，與不施用化肥和施用化肥對(duì)照相比，摻加污泥比例為30%的生態(tài)基質(zhì)對(duì)高羊茅的生長效果促進(jìn)效果最好，發(fā)芽率、根長、苗高均有顯著提高。因此，提出了將城市污泥用于制作生態(tài)基質(zhì)，既可以解決城市污泥的綠色利用問題，又可以促進(jìn)植物的良好生長，是一個(gè)資源合理化利用、綠色環(huán)保的有效方法。

關(guān)鍵詞：城市污泥;復(fù)合基質(zhì);邊坡;高羊茅

中圖分類號(hào)：S143.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（ 2020） 2-012303

1 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，城市污水廠的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，污水處理程度逐步提高，污水處理技術(shù)提升帶來最大的特征便是剩余污泥的產(chǎn)量也逐漸增加[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上海市2007年污泥產(chǎn)量達(dá)到了87.5萬t，預(yù)計(jì)2020年將會(huì)達(dá)到215萬t[2];國內(nèi)其他城市也有類似的增長幅度和增長趨勢。截至2017年，全國年污泥產(chǎn)已達(dá)到2200萬t，并呈現(xiàn)不斷遞增的趨勢，預(yù)計(jì)到2020年污泥產(chǎn)量將突破8000萬t[3]。

一般情況下，處理城市污泥的方式有以下幾種，分別為污泥填埋、污泥農(nóng)用和污泥焚燒等[4]。但是，這幾種處理方式均會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染問題。例如污泥填埋后滲濾液會(huì)污染土壤，且土壤會(huì)有惡臭氣體產(chǎn)生等問題[5];污泥農(nóng)用主要是利用污泥中含有豐富的N、P、K等作物需要的元素[6]，污泥直接農(nóng)用雖然是對(duì)資源的一種重新分配，但是長期監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，土壤和種植物體內(nèi)重金屬含量會(huì)不斷增加甚至超標(biāo)，污泥農(nóng)用對(duì)土壤和植物體都會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn);污泥焚燒是使污泥中有機(jī)物完全碳化的一種污泥處置方法[7]，焚燒法不但投資費(fèi)大、運(yùn)行費(fèi)用高，還會(huì)產(chǎn)生很多例如二氧化硫、二啞英等有毒有害氣體，這樣也大大限制了焚燒法的應(yīng)用[8]。因此，研究者們需要尋求一種綠色環(huán)保的方法進(jìn)行城市污泥的處理利用[9]。筆者將城市污泥用于道路邊坡生態(tài)基質(zhì)的制作，既可以促進(jìn)植物的高效生長，避開食物鏈的不利影響，又可以實(shí)現(xiàn)廢棄資源的合理化再利用，是一種行之有效的解決途徑。

2 材料準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)用城市污泥取自南湖生活區(qū)附近，污泥取樣后將污泥放置陽光下風(fēng)干并通風(fēng)除臭，磨碎后過2 mm土壤篩（圓孔篩），將雜質(zhì)篩選出來后備用。城市污泥的主要理化性質(zhì)見表1所示。

2.2 城市污泥生態(tài)基質(zhì)處理

經(jīng)過檢測后表明城市污泥的理化性質(zhì)均符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此不需要做化學(xué)處理。污泥經(jīng)過曬干、破脆處理后，為了營養(yǎng)效果的最大化和增大基質(zhì)的透水透氣性，采用搖篩機(jī)篩選出孔徑0. 075～2 mm的污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3 草坪栽培實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用規(guī)格為37 cm×20 cm×15 cm的花盆種植，每盆裝種植土2.5 kg，實(shí)驗(yàn)所用草種為高羊茅種子，每盆播種100粒。為保證高羊茅種子的順利發(fā)芽，播種后至發(fā)芽中間一個(gè)星期放在室內(nèi)種植。室內(nèi)保證溫度20±5℃，相對(duì)濕度40%～65%，保持通風(fēng)透氣為保證后續(xù)的實(shí)驗(yàn)情況與邊坡實(shí)際情況相接近，在室外采用仿真邊坡種植高羊茅，其中邊坡傾角為30。（圖2）。

將處理過的城市污泥與珍珠巖、草木灰復(fù)合為基質(zhì)，為了對(duì)比在不同城市污泥摻加比例情況下的高羊茅生長情況，我們?cè)O(shè)置了不同質(zhì)量配比的實(shí)驗(yàn)組。具體的生態(tài)基質(zhì)配比情況如表2所示。

為防止偶然誤差，所有實(shí)驗(yàn)組均設(shè)置3組平行試驗(yàn)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均取平均值。

2.4 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)測定

實(shí)驗(yàn)人員在播種第7d開始計(jì)算發(fā)芽率，發(fā)芽后每隔7d測定一次苗高，實(shí)驗(yàn)總周期中，共測定了6次，待高羊茅完全成熟后，開始測量根長（圖3）。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同質(zhì)量配比的基質(zhì)對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響

實(shí)驗(yàn)人員于播種后10天開始計(jì)算發(fā)芽率，發(fā)芽高羊茅的數(shù)量應(yīng)該由統(tǒng)計(jì)的根系決定。如表3所示。

由表3可以看出，與N1和N8對(duì)比N4的發(fā)芽率更高，說明當(dāng)污泥質(zhì)量在基質(zhì)配比中占30%時(shí)，對(duì)高羊茅種子的萌發(fā)促進(jìn)效果最好。與N1相比N2、N3的發(fā)芽率略微提升了一點(diǎn)點(diǎn)，但是低于N8的發(fā)芽率，說明當(dāng)污泥質(zhì)量配比為10%、20%時(shí)對(duì)高羊茅種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)但是并不明顯。而N5、N6、N7的發(fā)芽率均低于N1，說明隨著污泥含量的增加，重金屬含量也隨之增加了，對(duì)種子的萌發(fā)的抑制效果也越來越明顯。有研究已經(jīng)表明，污泥中含有一些促進(jìn)生長激素類激素，對(duì)植物種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用，但是當(dāng)含量增加之后，重金屬也隨之增加了，對(duì)種子的抑制效果也越加明顯，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該研究結(jié)果相符。

3.2 不同質(zhì)量配比的基質(zhì)對(duì)高羊茅生長的影響

播種60 d后開始測量不同基質(zhì)配比的高羊茅根長，應(yīng)該取生長狀況良好的高羊茅根系，為防止偶然誤差，取3組根長計(jì)算平均值。如表4所示。

由表4可以看出實(shí)驗(yàn)組的根長隨著污泥摻加比例的提高而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，N4的長勢最好，其根長相比N1和N8分別提高了11%、5%，說明該污泥摻加比例的基質(zhì)對(duì)高羊茅促進(jìn)效果最好。

實(shí)驗(yàn)人員將高羊茅遷移至室外試驗(yàn)后，即開始記錄高羊茅的苗高，為準(zhǔn)確記錄高羊茅在整個(gè)發(fā)育階段苗高的變化情況，每隔一周記錄一次，共記錄6次。為防止偶然誤差，取3組苗高計(jì)算平均值。如表5所示。

由表5可以看出，高羊茅種子在第二周到第五周即進(jìn)入快速生長階段，生長速度呈現(xiàn)整體先增大后減少的趨勢。與N1和N8相比N4的生長狀況更好，苗高提高了24. 6%，生長速度也提高了，說明當(dāng)污泥的摻加比例在30%的時(shí)候，對(duì)高羊茅種子的生長促進(jìn)效果最好。N2、N3與N1相比苗高提升并不明顯，但是隨著污泥摻加比例的提高，是有一定的促進(jìn)效果的。N5、N6、N7與N1相比對(duì)高羊茅的生長已經(jīng)有了一定的抑制效果，并且隨著污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高抑制效果越明顯。

4 結(jié)論與展望

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，主要結(jié)論如下。

（1）采用經(jīng)過處理后的城市污泥制作的復(fù)合基質(zhì)，污泥中的有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)元素含量較高，且各類重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以明顯的促進(jìn)高羊茅的生長。

（2）施用污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的復(fù)合基質(zhì)對(duì)高羊茅的根、莖、葉的生長都會(huì)有極大地的促進(jìn)效果，且高羊茅的種子成活率和生長速度也明顯的提高。

（3）當(dāng)施用污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，對(duì)高羊茅的生長有一定的促進(jìn)效果，但是促進(jìn)效果并不明顯。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，重金屬含量也隨之增加了，對(duì)高羊茅生長的抑制效果也越來越明顯。

根據(jù)目前道路邊坡復(fù)合基質(zhì)發(fā)展趨勢，生產(chǎn)適合邊坡的復(fù)合基質(zhì)是目前城市污泥等廢棄物資源化發(fā)展的重要方向，可以拓寬城市污泥的處理途徑，也有利于保護(hù)耕地和提高土壤肥力。

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作者簡介：譚有維（1994-），男，武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院學(xué)生。

通訊作者：呂超（1996-），男，碩士研究生，主要從事道路邊坡植被防護(hù)方向研究。