污泥秸秆堆肥施用量对苋菜生长和重金属积累的影响

陈博儒 陈银刚 郭丹丹 曾海燕 宋凤鸣

摘   要   采用盆栽方式，设置污泥堆肥施用比例为0%、33%、50%、66%、100%（体积比）的5个处理，研究污泥秸秆堆肥产物施用量对苋菜生长状况及重金属积累的影响。结果表明：堆肥产物对苋菜种子发芽没有显著影响;堆肥施用提高了土壤全氮、全磷和有机质含量，从而使苋菜株高、冠幅、鲜重增加;有机肥施用量的增加导致苋菜Hg、Cd含量升高，Cr含量降低，但各处理的苋菜Hg含量均未超标。在堆肥产物的农用实践中，应充分了解土壤重金属背景值，要降低重金属在作物体中的积累，污泥堆肥施用量不宜超过50%;还需根据基质重金属含量选择适宜的品种，减少植物对重金属的吸收富集。

关键词   污泥秸秆堆肥产物;苋菜;生长;重金属积累

中图分类号：S636.4;X705    文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.017

随着经济的发展和人民生活水平的提高，生活污水排放量不断增加，污水处理产生的剩余污泥量随之增加[1]，而且农业生产的秸秆废弃物也逐年增多，这些固体废弃物的处置成为了现实难题。污泥和秸秆中可腐解部分含有丰富的植物所需养分，将其应用于农业生产或园林绿化是最直接、最有效的资源化利用措施。腐熟料作为改良土壤的肥料，实现了资源的循环利用，能改善土壤理化性质，提高土壤肥力，对减少化肥施用量、促进生态环境可持续发展具有重要意义[2]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验土壤、肥料

试验所用肥料为湖南先导洋湖再生水有限公司利用生活污泥与秸秆粉碎物堆制的有机肥。供试土壤取自长沙市岳麓区蓝天村的红壤，土壤经风干、磨碎、过1 mm筛后作盆栽土。试验基质成分及理化性质详见表1。

由表1可知，生活污泥原样的有机质含量仅40%～45%，总氮、总磷、总钾含量均低于6%，Hg、Cd含量均低于5%，As、Pb、Cr含量均低于60 mg·kg-1，污泥本身已经达到GB/T 23486-2009中酸性土壤污泥园林绿化用泥质的相关标准，表明其重金属含量较工业废水污泥或混合污泥明显偏低，与南方生活污水进水浓度偏低的实际情况一致。将生活污泥与秸秆粉碎料按重量比1∶1混合进行好氧动态堆肥发酵后，产物有机质含量提高，重金属含量降低，可达到有机肥料标准[3]。

1.1.2 供试品种

供试蔬菜品种为苋菜。

1.2 试验方法

盆栽试验于2017年3—4月在湖南先导洋湖再生水有限公司厂区内进行。试验按污泥秸秆堆肥与红壤的体积比不同，设5个处理组（污泥堆肥施用比例分别占0%、33%、50%、66%、100%），即处理a. 全红壤;b. 红壤、有机肥之比为2∶1;c. 红壤、有机肥之比为1∶1;d. 红壤、有机肥之比为1∶2;e. 全有机肥。以加仑盆为种植容器，每盆播种30粒苋菜种子，一周后统计其发芽率。

出苗后疏苗至每盆5株，每个处理3个重复。常规浇水养护管理，不施加任何化肥或其他有机肥，30 d后收获全株，并测定地上部分生物量及重金属含量。

苋菜农艺性状的测定：每處理取3株长势一致的典型植株，分别测定株高、冠幅和鲜重。株高和主根长采用直接测定法测定;鲜重用小铲子把植株挖出，抖落砂土后用电子天平称取重量。

土壤有机质、全氮、全磷、全钾及重金属含量的测定参照《土壤分析技术规范》[4]和相关国家标准[5-6]进行。植株风干后进行重金属总量的测定，参照相关国家标准[7-11]的方法。

1.3 统计分析

所有数据用Excel和SPSS软件进行统计分析，平均数采用Duncun法作多重比较。

2 结果与分析

2.1 机肥施用量对基质成分的影响

有机肥对栽培基质成分的影响见表2。在红壤中增加不同比例的有机肥之后，基质的总氮、总磷、有机质含量显著增加，有机肥占比越高，其基质中总氮、总磷含量越高，但对总钾含量无显著影响。同时，由于红壤中Hg、Cd、As背景值偏低，Pb、Cr背景值偏高，随着有机肥用量的增加，基质中Hg、Cd、As含量也逐渐升高，Pb、Cr含量逐渐下降。参照

HJ 332-2006食用农产品产地环境质量评价标准[12]，各处理栽培基质的As、Pb、Cr含量均在标准范围内，而由于有机肥中Hg、Cd含量相对较高，有机肥配比超过50%时Hg易超标，有机肥配比在33%时Cd便已超标。表明在红壤中添加污泥秸秆堆肥产物的确会导致土壤重金属含量有一定程度的增加，可能存在一定风险。

2.2 有机肥施用量对种子发芽率的影响

所有处理的苋菜种子发芽率均较高，每个处理通常只有1～2粒不能发芽或出苗。a、b、c三个处理的平均发芽率相同，都为96.67%;d、e处理的平均发芽率略有下降，分别为95.57%、94.43%，但处理间差异不显著，表明有机肥施用量对种子发芽率的影响有限。

2.3 有机肥施用量对苋菜农艺性状的影响

有机肥施用量对苋菜农艺性状的影响见表3。可以看出，随着有机肥占比的提高，苋菜的株高、冠幅和鲜重均显著增大。

2.4 有机肥施用量对苋菜重金属含量的影响

有机肥对苋菜重金属含量的影响见表4。所有处理的苋菜Hg、As含量均维持在较低水平，未超出GB 2762-2017食品中污染物限量国家标准[13]。a、b、c处理的苋菜Cd含量均维持在较低水平，3个处理间无显著性差异;而d、e处理则的Cd含量超过GB 2762-2017的标准限值。苋菜Pb、Cr含量随着有机肥施用量的增加呈下降趋势，但各处理的苋菜Pb含量均在标准值范围内，a处理的Cr值则超出了标准。

随着堆肥施用量的增加，苋菜Cr含量超标的风险下降，但Cd含量超标的风险升高。据相关文献[14-16]，苋菜本身便是镉和铬的富集植物，试验结果也再次验证了这一点。有机肥施用量的增加导致苋菜Hg、Cd含量升高，Cr含量降低，但各处理的苋菜Hg含量均未超标，d、e处理Cd含量超标，a处理Cr含量超标，表明苋菜对不同重金属的迁移能力存在差异。

3 小结与讨论

与其他研究中污泥重金属严重超标的情况[17-19]不同，本研究所用污泥为生活污泥，其重金属含量偏低，本身便已达到了GB/T 23486-2009 城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质标准。通过污泥与秸秆配合进行好氧堆肥发酵，既可克服污泥过于紧实、碳氮比低、重金属含量较高等缺陷，又可弥补秸秆碳氮比高、孔隙度过大、发酵时间长等不足。生活污泥通过与秸秆混合堆肥、充分腐熟后可获得符合有机肥料标准的产物，该产物对苋菜种子发芽没有显著影响，表明有害菌群和虫卵均已充分杀灭。

施用堆肥产物对土壤全氮、全磷、有机质含量有显著影响，显著提高了栽培基质的肥效，使苋菜的株高、冠幅、鲜重随着堆肥施用量的增加而增加。有机肥中的氮磷和有机质含量均显著高于红壤，对苋菜生长具有显著促进作用。由于所用污泥為生活污泥，本身重金属含量较低，且通过与秸秆混合发酵进一步降低了重金属含量，故本研究中未出现因施用有机肥导致植物生长受抑制的现象，仅有堆肥配比超过50%的处理组出现Cd含量超标，红壤处理组出现Cr含量超标。

污泥秸秆堆肥产物中部分重金属含量高于土壤背景值，表明施用有机肥会使重金属含量直接增大。有机肥配比超过50%的处理组出现Cd含量超标，表明苋菜对一定浓度的Cd具富集能力，故有机肥的施用量应控制在合理范围内。已有研究表明，有机肥对土壤结构和理化性质产生影响，进而影响土壤中重金属的迁移转化。红壤处理组Cr含量超标，而施用有机肥的处理组Cr含量未超标，表明在土壤Cr背景值高于有机肥产物的情况下，施用有机肥反而使苋菜富集的Cr元素减少，这可能是由于有机肥中的腐殖质通过络合、鳌合反应固定重金属，在一定程度上降低了重金属的有效性，从而减少了苋菜对重金属的吸收。在堆肥产物的农用实践中，应充分了解土壤重金属背景值，选择适宜配比施用有机肥，一般情况下有机肥配比不宜超过50%。同时还需根据基质的重金属含量选择适宜的植物品种，如将易富集重金属的叶菜类替换为茎菜、根菜或花果菜类[20-21]。

在最新的农用污泥污染物控制标准中，增加了苯并（a）芘、多环芳烃（PAHs）指标限值。虽然污泥与秸秆混合堆肥可以提高发酵效率，降低重金属含量，提高农产品品质，但目前少有针对污泥产物苯并（a）芘、多环芳烃（PAHs）含量及农用持续累计影响的研究，有待加强该方面的研究。

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（责任编辑：易  婧）