污泥中不同铁盐对大叶茼蒿吸收重金属的影响

丁 洪，郭宝玲，郑祥洲，张玉树，余居华，连少勇

（1福建省农业科学院土壤肥料研究所，福州 350013；2泉州市土壤科技有限公司，福建泉州 362800）

0 引言

随着城市的发展、污水处理设施的普及、处理量的提高和处理程度的深化，中国城市生活污水和工业污水处理过程中产生的城市污泥数量越来越大。生活污水中大量的人粪尿和部分餐余都是从污水中排出，有大量的有机质和植物营养元素存在于污泥之中。据测定，中国城镇污泥含有机质（含量多数为40%～60%）、氮(2%～4%)、磷(1%～2%)等营养元素，是非常好的可用于土壤培肥的有机物料[1]。但是，污泥中重金属是否超标的问题是污泥进入农田的关键因素[2]，而且在施用污泥的管理中应减少带来的环境风险[3]。因此，如何解决如此庞大的资源利用问题，已成为当前非常紧迫的任务。

铁盐在污泥处理中扮演着重要的作用，相关试验研究表明铁盐能起到如下作用：（1）氧化还原作用[4]；（2）降低污泥量和除去异味[5-6]；（3）作为土壤团聚体中的桥间作用[7]；（4）强化各种化学反应[8-9]；（5）加快堆肥反应[10]；（6）污泥脱水作用[6]；（7）脱氮除磷效果[11-12]；（8）必需的微量元素，等等诸多功能，可以认为铁在污泥处理中是一种非常重要的元素。另外，污泥应用于植物中对其生长发育和重金属吸收起一定的作用[13-14]，但是铁盐处理的污泥对植物生长和重金属吸收的作用还缺乏研究。因此，本试验以不同形态的铁盐研究对大叶茼蒿的生物量产量和重金属吸收的影响，以期为污泥的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验作物

作物为大板叶茼蒿(Chrysanthemum coronariumL.)，市售种子。

1.2 供试污泥

污泥取自于福建省惠安县污泥厂，其理化性状为pH 7.65、有机质78.60 g/kg、全氮0.84%、全磷0.82%、全钾0.86%，碱解氮为1911 mg/kg、有效磷142 mg/kg、速效钾418 mg/kg，交换性钙52.5 cmol/kg、交换性镁8.8 5cmol/kg、有效铁134.9 mg/kg、阳离子交换量35.4 cmol/kg，颗粒组成为＜0.001 mm 粒径6.8%、0.001～0.01 mm粒径3.5%、＞0.01 mm粒径89.8%。重金属总含量为Cu 53.1 mg/kg、As 20.0 mg/kg、Pb 48.9 mg/kg、Cd 0.8 mg/kg和Cr 140.1 mg/kg。

1.3 试验处理

（1）CK（污泥）。

（2）A：10 kg污泥（水分为80%）+3%的浓度50%硫酸亚铁+2%的11.7%聚合硫酸铁+1%浓硫酸+5 kg炉灰(pH 12)+1%氧化钙（均为比例为重量比，下同）。

（3）B：10 kg 污泥+3%氯化亚铁(10%FeCl2)+5 kg炉灰+1.5%氧化钙。

（4）C：10 kg污泥+3%硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)+5 kg炉灰+1.0%氧化钙。

（5）D：10 kg污泥+3%硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)+2%FeCl2+5 kg炉灰+1.5%氧化钙。

（6）E：10 kg污泥+2%硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)+1%FeCl2+5 kg炉灰+1%氧化钙。

（7）F：10 kg 污泥+3%氯化铁(38%FeCl3)+5 kg 炉灰+1%氧化钙。

试验设3 个重复，2018 年12 月15 日播种，23—25日出苗。污泥中含有丰富N、P、K养分，全程并没有追肥。2019年3月29日收获。

1.4 分析方法

土壤pH采用电位法测定，土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾分别采用重铬酸钾容量法、解扩散法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法、醋酸铵浸提-火焰光度法测定。植株氮磷钾养分含量按H2SO4-H2O2消煮方法测定[15]。砷含量采用微波消解-原子荧光光度法测定，铅、镉、铬、铜含量采用微波-石墨炉原子吸收分光光度法测定，均由福建省农业科学院土壤肥料研究所测定。

1.5 统计方法

所有分析结果都采用SPSS18.0、Excel进行统计分析。采用Duncan法在P＜0.05水平下检验显著性。

2 结果与分析

2.1 不同铁盐处理下污泥对茼蒿生物量的影响

加铁盐的目的是为了使污泥快速腐解，以免发生臭味，有利于环保[5,7]；而且对铁盐处理过的污泥在植物生长上的影响报道很少。在盆栽条件下茼蒿种子在污泥上发芽率较低，不到40%。这其中的机理尚不清楚，可能对不同品种有所差异[16]，但也有稍微有延迟作用，对发芽率没有影响[17]。从茼蒿生长的情况来看，各种铁盐处理下的干物质积累量有很大差异（图1），主要表现为D＞E＞F＞C＞CK＞A＞B。D、E、F 为11.75～19.27 g/盆，CK、A、B、C 为3.59～7.49 g/盆；前者D 大于后者B，大小差别可达5.3 倍，各处理的差异达到显著水平(P＜0.05)。因此，不同的铁盐处理效果不一样，以3%硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)+2% FeCl2为好，3%FeCl3次之。

图1 不同铁盐处理下大叶茼蒿干物质的重量

2.2 不同铁盐处理下污泥对茼蒿养分吸收的影响

从氮、磷、钾养分浓度来看（见表1），在对照CK处理的百分浓度最高，分别为氮3.71%、磷0.33%、钾2.82%，除钾外其他处理有所降低。但从养分积累量来看，随着干物质的增加NPK 也相应增加，D 干物质最多，养分积累量分别为氮0.44 g/盆、磷0.03 g/盆、钾0.37 g/盆，比B 处理高5.5、6.0、3.1 倍。各处理之间养分积累量也达到显著水平(P＜0.05)。

表1 不同铁盐处理下大叶茼蒿干重和NPK积累量

2.3 不同铁盐处理下污泥对茼蒿的重金属积累量的影响

根据分析结果，按现行的污泥中GB 4284—2018《农用污泥污染物控制标准》国家标准发布实施的重金属Cu 500 mg/kg、As 30 mg/kg、Pb 300 mg/kg、Cd 3 mg/kg和Cr 500 mg/kg 总含量均达到A 类标准，同时检查的大肠杆菌、蛔虫死亡率、有机污染物含量均合格。也就是说在正常情况下重金属不会出现超标。施用污泥时茼蒿的重金属吸收积累结果如表2所示，CK的积累量明显提高，因为它的基本材料就是污泥,所以含量高，即：CK没有添加辅料。其他处理加了辅料如炉灰、铁盐和石灰，所以含量就低些。在不同铁盐处理之间大叶茼蒿重金属积累量明显不同，Pb和Cd 2种重金属都低于CK，其他的也低于CK且不同程度减少。D处理即便是干物质量增加最多，但重金属积累量并不是很高。按照GB 2762—2017《食品安全国家标准-食品中污染物限量》叶菜类蔬菜食品安全的限量As0.5 mg/kg、Pb 0.3 mg/kg、Cd 0.2 mg/kg 和Cr 0.5 mg/kg 的国家标准，和按GB 15199—1994《食品中铜限量卫生标准》）蔬菜重金属Cu 10 mg/kg标准控制线，施用污泥绝大多数重金属都不超标。但Cr 吸附量已经大大超过基本标准，超4.98～6.66倍。茼蒿对有些重金属本身就有较好的吸收，有研究表明茼蒿可食部分重金属积累量达Cr 1.43 mg/kg、Cd 0.30 mg/kg和Pb 0.39 mg/kg，有明显的吸收[18]，因此容易超标。

表2 不同铁盐处理下大叶茼蒿吸收重金属的差异（鲜重） mg/kg

3 结论

（1）城市生活污泥是人粪尿、餐余和泥沙等混合物组成的，污泥的泥质重金属含量基本上不超标，而且还有很好的有机质和养分含量。因此，在做好检测的条件下可以作为有机肥的原料。

（2）污泥施用对一般作物生长的重金属含量也不超标。但是，在应用于诸如茼蒿等作物时又会产生某些重金属积累性超标现象。

（3）铁盐的加入可以使污泥有更好的活性，但污泥加入铁盐有哪些生理效应还需进一步研究。

（4）植物生长可以充分利用污泥中的有效养分，用废为宝，既能解决污染问题又能改良土壤，充分利用广泛的资源。

4 讨论

铁盐加入污泥中可能参与各种各样的理化反应，最重要的是参与重金属的反应，铁盐可以参与Pb、Cr、Cd、Cu 等离子反应，而且铁盐去除重金属比盐酸作用更大[19]。同时，铁又作为一种微量元素在里面扮演一个重要角色，特别是污泥中不足的情况下更是如此；而且铁盐又是构成土壤团聚体中的桥间作用[7]。至于污泥中添加硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)+氯化亚铁(FeCl2)和氯化铁(FeCl3)使茼蒿生物量增加，这从某种意义上说加入铁盐会改变污泥的活性，致使不同的铁盐具有不同的效应[20]，至于为何出现这些现象，其机理还有待于进一步研究。茼蒿为何会出现重金属富集现象，正如前者已有研究报道，茼蒿是一个积累重金属含量较为多的一种植物，这是其遗传决定的[18]。因此，生活污泥在一般情况下可以用于农作物生产，但对某些植物要慎重对待。