污泥蚓粪施用对生菜产量及重金属积累的影响

许 健，董秀华，吴小飞，熊慧欣，赵海涛，徐轶群

（扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

污泥蚓粪施用对生菜产量及重金属积累的影响

许 健，董秀华，吴小飞，熊慧欣，赵海涛，徐轶群＊

（扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

利用城市生活污泥及添加稻秸进行蚯蚓堆肥后的蚓粪作为肥料源施用于生菜，分析污泥和蚓粪的施用对生菜产量及其体内重金属积累的影响.结果表明：① 污泥和蚓粪施用均能提高生菜的产量，且施用蚓粪的增产效果更为显著；② 随着污泥或蚓粪施用量的增加，生菜根部重金属元素Zn，Cu，Pb，Cr，Cd的含量增加；生菜叶部除Cd外，Zn，Cu，Pb，Cr，Ni的含量均显著增加；③ 当污泥和蚓粪施用量相同时，施用蚓粪时生菜根部和叶部的重金属含量均低于施用污泥时的含量.

蚯蚓堆肥；城市生活污泥；稻秸；重金属；生菜

城市生活污泥的农田利用虽比土地填埋、焚烧等方式前景好，但污泥直接施用会影响植物生长，所以施用前须经稳定化处理［1］.蚯蚓堆肥技术由于能提高污泥中营养元素速效态含量［2］，同时体系内蚯蚓具有富集污泥中Zn，Cu，Pb，Cr，Cd，Ni等重金属的能力，且具有无臭、快速、高效、经济等优点而备受关注［3－6］.稻秸富含纤维素等碳水化合物，可以调节污泥中的碳氮比，为蚯蚓的繁殖提供碳源，稻秸在堆腐过程中能产生大量腐殖质，为土壤的改良提供营养物质.目前，尽管国内外已有大量关于蚯蚓堆肥及蚓粪应用方面的研究［7－10］，但是通过向污泥中添加稻秸进行蚯蚓堆肥的方法却未见报道.本试验通过加入粉碎的稻秸进行城市生活污泥堆肥，将蚯蚓堆肥产物蚓粪作为肥料源施用于生菜，并对比分析污泥和蚓粪的施用对生菜产量及其体内重金属积累的影响，以期为城市生活污泥的资源化利用及安全农用提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验污泥取自扬州市汤汪污水处理厂城市生活污水处理后的剩余污泥，含水率为76.5%，一部分污泥使用保鲜袋封装并保存于4℃的冰箱，用于基本理化性质分析，另一部分用于盆栽生菜.稻秸取自扬州大学农牧场，粉碎后试验.蚓粪Ⅰ和蚓粪Ⅱ分别由稻秸质量含量为0，20%的供试污泥经蚯蚓堆肥处理产生.供试土壤取自扬州大学农学院试验田.试验用生菜种子购于江苏省扬州种子服务公司.试验材料基本理化性质如表1所示.

1.2 试验设计

将若干份干质量为2 kg的土壤置于培养钵中，然后按表2设计方案加入一定量污泥或蚓粪，混合均匀后加去离子水至体系含水率约为70%.将适量生菜种子平铺于培养钵，均匀覆盖一层薄土，在温室大棚中进行盆栽试验，定时补充水分以满足生菜生长.每个试验组设置3个平行样，同时设置未施用污泥或蚓粪的土壤为对照处理（ck），60 d后采集生菜，称鲜质量.

表2 盆栽试验设计Tab.2 Design for pot experiment

1.3 生菜中重金属含量测定

洗净生菜叶和根后去除表面水分，剪碎备用.准确称取20.0 g叶（根）置于100 m L锥形瓶，加入10 m L浓HNO3浸泡12 h，再加入5 m L HCl O4溶液于电热板上加热至白烟赶尽，取出锥形瓶，待溶液冷却至室温后移入25 m L容量瓶，用2%的HNO3溶液定容，采用Sloaar MK2－M6原子吸收分光光度计（Thermo Electron Corporation，美国）测定溶液中各重金属含量.

2 结果与讨论

2.1 污泥或蚓粪施用对生菜产量的影响

施用污泥或蚓粪后生菜产量如表3所示.由表3可知：① 当施用量为10.0，20.0，40.0 mg·g－1时，施用污泥的生菜产量分别增加28.2%，34.8%，9.47%；施用蚓粪Ⅰ的生菜产量分别增加34.2%，38.6%，14.0%；施用蚓粪Ⅱ的生菜产量分别增加41.4%，42.7%，19.6%.污泥或蚓粪的施用均能提高生菜的产量，且施用蚓粪Ⅱ的增产效果更显著.其原因是污泥或蚓粪中均含有大量植物生长所需的N，P，K等营养元素，加入稻秸进行蚯蚓堆肥能使重金属生物有效态比例更低［11］，生菜毒害减小而生长旺盛.② 施用量由20.0 mg·g－1增至40 mg·g－1时生菜产量增幅均减小，其可能是由于供试基质中其他有害物质增多，抑制作用增强所致.笔者采用最小显著差数法对表3数据进行差异显著性检验，得知同一供试基质施用量不同时，生菜产量存在显著性差异（p＜0.05）；不同供试基质施用量相同时，生菜产量也存在显著性差异（p＜0.05）.

表3 施用污泥或蚓粪对生菜产量的影响＊Tab.3 Effects of sewage sludge or vermicompost on yield of lettuce g

2.2 生菜中重金属的积累

1）生菜根部.表4为采用不同供试基质种植的生菜根部重金属积累情况.由表4可知：① 与对照组相比，施用污泥或蚓粪都会使生菜根部Zn，Cu，Pb，Cr、Cd含量增加（S2中 Ni除外）.相同试验条件下，生菜根部Zn含量最高，Cd含量最低.② 当施用量相同时，生菜根部重金属含量的变化规律均为：w（蚓粪Ⅱ）＜w（蚓粪Ⅰ）＜w（污泥），其原因是供试基质中重金属含量：w（蚓粪Ⅱ）＜w（蚓粪Ⅰ）＜w（污泥），且稻秸的加入使得重金属稳定化效果更好，施用时环境风险更小.③ 相同供试基质下，随着施用量的增加，各重金属含量均呈上升趋势，说明植物根系在吸收营养物质的同时也吸收了重金属污染物.

2）生菜叶部.表5为采用不同供试基质种植的生菜叶部6种重金属积累情况.由表5可知：① 相同试验条件下，生菜叶部Zn含量最高，Cd含量最低.② 同一供试基质条件下，生菜叶部Zn，Cu，Pb，Cr，Cd含量随施用量增加而升高，且均高于对照组.③ 相同施用量下，重金属含量随供试基质的变化规律为：w（蚓粪Ⅱ）＜w（蚓粪Ⅰ）＜w（污泥）.采用最小显著差数法进行差异显著性检验，除施用量为10.0，20.0 mg·g－1时Cr和Cd含量以及施用量为40.0 mg·g－1时Cd含量无显著性差异（p＞0.05）外，其余试验组Zn，Cu，Pb，Ni与对照组相比都存在显著差异（p＜0.05）.

表4 生菜根部的重金属含量Tab.4 The content of heavy metals in the roots of lettuce μg·g－1

表5 生菜叶部的重金属含量Tab.5 The content of heavy metals in the leaves of lettuce μg·g－1

综合考虑生菜的产量与品质，污泥或蚓粪施用量控制在20.0 mg·g－1为宜.

2.3 生菜体内重金属的转移系数

生菜根系从供试基质中吸收的重金属通过蒸腾作用、主动运输等方式，不断输送到生菜叶中.当生菜根系输送到生菜叶部的重金属量大于生菜叶对重金属的稀释效应时，表现为生菜叶中重金属含量增加，反之则降低.根据表4～5数据计算得出生菜体内重金属转移系数如表6所示.

表6 重金属在生菜体内的生物转移系数Tab.6 Transfer coefficient of heavy metals in body of lettuce

由表6可知，生菜体内6种重金属的转移系数（ft）均小于1，生菜积累重金属的能力为ft（Zn）＞ft（Cu）＞ft（Ni）＞ft（Cr）＞ft（Pb）＞ft（Cd）.施用污泥或蚓粪后，Zn，Cu，Pb，Cr，Ni在生菜体内的转移系数大多高于对照试验，且ft（污泥）＞ft（蚓粪Ⅰ）＞ft（蚓粪Ⅱ）.系数越大表明生物积累重金属的能力越强，因此施用蚓粪优于污泥，添加稻秸更能有效抑制生菜对重金属的积累.

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Effects of appling of sewage sludge and vermicompost on yield and heavy metals accumulation of lettuce

XU Jian，DONG Xiuhua，WU Xiaofei，XIONG Huixin，ZHAO Haitao，XU Yiqun＊

（Sch of Environ Sci ＆Engin，Yangzhou Univ，Yangzhou 225127，China）

Sewage sludge vermicomposting by adding rice straw will benefit comprehensive utilization of resources.In this paper，the effects of the application of sewage sludge and vermicompost on lettuce yield and accumulation of heavy metals in the body were studied.The present research provides scientific basis for the safe use of sewage sludge.The results indicate that the lettuce yield increase when the application of sewage sludge and vermicompost.It is also found that vermicompost increases the lettuce fresh weight more than sewage sludge.Compared with the control experiment，with the increasing application of sludge or vermicompost，the contents of heavy metal in the roots（Zn，Cu，Pb，Cr and Cd）and leaves（Zn，Cu，Pb，Cr and Ni）increase.Applying the same amount of sludge and vermicompost geparately，the contents of heavy metal in the roots and leaves of lettuce with vermicompost as fertilizer is lower than that of sludge.

vermicompost；sewage sludge；rice straw；heavy metals；lettuce

X 705

A

1007－824X（2014）01－0075－04

2013－07－19.＊ 联系人，E－mail：qunxyq＠163.com.

国家自然科学基金资助项目（40902018，31372133）；扬州大学科技创新培育基金（2011CXJ031）.

许健，董秀华，吴小飞，等.污泥蚓粪施用对生菜产量及重金属积累的影响［J］.扬州大学学报：自然科学版，2014，17（1）：75－78.

（责任编辑 林 子）