全 文 ：第 9 卷 第 1 期 环 境 工 程 学 报 Vol ． 9，No ． 1
2 0 1 5 年 1 月 Chinese Journal of Environmental Engineering Jan ． 2 0 1 5
基质施入污泥对马尼拉草
和波斯菊生长的影响
王淑影1 林逢凯1 王寒可1 杨 涛1 陈秀荣1 杨 磊2* 余洪侠3
(1．华东理工大学资源与环境工程学院，上海 200237;2．华东理工大学化学与分子工程学院，上海 200237;
3．上海广神生态环保科技有限公司，上海 200235)
摘 要 通过盆栽实验，研究污泥和土壤的混合对马尼拉草和波斯菊生长和生理指标的影响。结果表明，当污泥施用
比在 10% ～15%之间，对马尼拉草的生长有促进作用，其株高、生物量、叶绿素含量和过氧化氢酶(CAT)活性均优于对照
组，丙二醛(MDA)含量与对照组相近;污泥施用比大于 30%时，则明显地抑制马尼拉草的生长。当污泥施用比在 3% ～ 5%
之间时，可促进波斯菊的生长，其株高、花数、叶绿素含量均大于对照组，MDA 随时间的增长有减小的趋势，CAT 活性较高;
而污泥施用比大于 10%时，则显著地抑制波斯菊的生长。
关键词 污泥施用比 马尼拉草 波斯菊 叶绿素 丙二醛 过氧化氢酶
中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1673-9108(2015)01-0374-07
Influence of soil with addition of municipal sludge on growth
of Zoysia matralla and Cosmos bipinnatus
Wang Shuying1 Lin Fengkai1 Wang Hanke1 Yang Tao1 Chen Xiurong1 Yang Lei2 Yu Hongxia3
(1． School of Ｒesource and Environment Engineering，2． School of Chemistry and Molecular Engineering，
East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China;3． Shanghai Guangshen
Ecological and Environmental Protection Technology Co．，LTD，Shanghai 200235，China)
Abstract This thesis studied the influence of the ratios between sludge and soil on the growth and physio-
logical indicators of Zoysia matralla and Cosmos bipinnatus． The results showed that when the ratio of sludge and
soil was 10% ～15%，sludge had a positive effect on Zoysia matralla:the height，biomass，chlorophyll content and
CAT activity were all higher than those of the control group，and the content of MDA was similar to that of the
control group． When the ratio was greater than 30%，the growth of Zoysia matralla was greatly inhibited． When
the ratio was 3% ～ 5%，the growth of Cosmos bipinnatus was enhanced:the height，flower quantity，chlorophyll
content all excelled the control group;the content of MDA decreased with time，but the CAT activeness stayed at
a high level． When the ratio was more than 10%，the growth of Cosmos bipinnatus was restrained significantly．
Key words ratio of sludge to soil;Zoysia matralla;Cosmos bipinnatus;chlorophyll content;MDA;CAT
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51008124，51378207) ;国家
自然科学基金杰出青年基金资助项目(51125032) ;上海
市浦江人才计划资助项目(13PJD009)
收稿日期:2014 － 07 － 06;修订日期:2014 － 08 － 19
作者简介:王淑影(1989—) ，女，硕士研究生，主要研究污泥资源化
利用。E-mail:wsying2008@ 163． com
* 通讯联系人，E-mail:yanglei@ ecust． edu． cn
剩余污泥是污水处理厂对污水进行生化处理过
程中产生的剩余物质，含水率高，达 99%以上，成分
复杂，除了含有丰富的氮、磷、有机质以及植物生长
所需要的其他营养物质外，还含有大量的微生物、病
原体、重金属以及有机污染物等［1-3］，不同的污泥，
其性质也不同［4］，废水的来源、净化处理过程、稳定
时间、存储条件或絮凝剂的使用都影响污泥的性
质［5］，如果处理不善将会造成严重的二次污染。
住建部的统计显示，截至 2012 年底，我国建成
的污水处理厂共 3 340 座，污水处理能力为 1． 42 亿
m3 /d［6］。污泥处理的需求增大，而相关资料显示，
在已建成的污水处理厂中，有污泥稳定处理设施的
不到 1 /4，大部分污泥被直接填埋。据统计，目前我
国污泥农用约占 13． 51%，综合利用约占 5． 41%，土
地填埋约占 63． 06%，露天堆放约占 1． 80%，外运约
占 14． 42%，焚烧约占 1． 80%［7］。其中，土地填埋仍
是污泥处置的主要途径。而英、美和法等国家的城
第 1 期 王淑影等:基质施入污泥对马尼拉草和波斯菊生长的影响
市污泥的农用率达 70%左右，卢森堡和葡萄牙等城
市达 80%以上［8］。
污泥用于园林种植一方面可以减少污泥随意处
置带来的污染［9］，另一方面还可以促进植物的生长，
减少园林绿化的成本，避免有害物质进入食物链影响
人体健康。高定等［10］研究认为，污泥堆肥后用于草
坪草的种植对于草坪草有促进作用，卢吉文等［11］发
现，污泥堆肥后用于花卉的种植可以促进植株生长。
但是污泥的堆肥化过程持久，还需要添加调理剂以及
确定调理剂的使用比例［12］，需要配备相应的机械设
备和人力，增加了污泥资源化利用成本［13］。
本研究将经过絮凝剂处理之后自然风干污泥和
土壤混配种植马尼拉草和波斯菊，既缩短了污泥再利
用的时间，也节约了大量的人力资源，降低了污泥再
利用的成本。由于未经堆肥腐化的污泥含有的有害
物质对植物的生长有影响，所以，探讨不同比例的污
泥施入对植物的影响，从而确定合适的污泥施用比。
1 材料和方法
1． 1 实验材料
供试污泥选用上海某污水处理厂(该厂使用
A2O工艺，剩余污泥取自二沉池)的剩余污泥，该厂
的污水主要来源于城市居民生活污水的排放(含有
少量工业废水)。对污泥投加絮凝剂处理，絮凝剂
为环保型复合絮凝剂，主要成分是天然、多成分的无
机矿物质和少量的有机絮凝剂，经过真空抽滤脱水，
自然风干，过 2 mm筛后置于干燥容器中备用。
供试土壤为华东理工大学校内园林用土，采集
的土壤挑拣出杂物后，摊平碾碎，放置于阴凉通风处
风干，过 2 mm筛后置于干燥容器中备用。
由表 1可知，污泥中有机质、全氮、全钾、全磷含
量均于土壤，且分别是土壤的 6． 59、8、1． 23 和 23 倍。
植物生长所需的微量元素镁、铁的含量也高于土壤。
由表 2可知，污泥中重金属的含量均大幅度高于
土壤背景值，大于土壤环境质量三级标准但是低于城
镇污泥农用标准(GBl8918-2002)的重金属限量值。
实验选取的马尼拉草(Zoysia matralla)和波斯菊
(Cosmos bipinnatus)的种子，经过前期检测，发芽率均
达 95%以上。作为园林绿化常用的植物，马尼拉草
和波斯菊易成活、生长迅速，适宜作为研究对象。
1． 2 实验方法
1． 2． 1 盆栽实验
经过絮凝剂处理之后并风干的污泥与土壤按以
下配比混合，共 6 个处理组。选择污泥与土壤的干
重比例分别为 0%(CK)、10%(S10)、15%(S15)、
20%(S20)、25%(S25)和 30%(S30)种植马尼拉
草;污泥与土壤的干重比例分别为 0%(CK)、3%
(S3)、5%(S5)、7%(S7)、10%(S10)和 15%(S15)
种植波斯菊。将上述混配组分别装入聚乙烯塑料盆
中。马尼拉草和波斯菊的播种量分别为每盆 100 粒
和 10 粒，每个处理组 3 次重复实验。栽种期间及时
给水，以保证植物生长所需水分。
1． 2． 2 生理指标的检测
发芽率 =发芽数 /种植的种子数 × 100%
株高:每一个盆中随机选取 10 株长势匀称的植
株，取其平均株高作为当日测量值。
表 1 供试土壤和污泥的基本理化性质
Table 1 Chemical and physical characters of sewage sludge and soil
供试材料 含水率(%) pH 有机质(%) 全氮(%) 全钾(%) 全磷(%) Fe(g /kg) Mg(g /kg)
土 壤 4． 0 ± 0． 5 7． 50 ± 0． 37 2． 70 ± 0． 02 ＜ 0． 30 0． 26 ± 0． 02 0． 065 ± 0． 005 31． 0 ± 1． 2 5． 5 ± 0． 2
污 泥 97． 0 ± 2． 3 8． 00 ± 0． 40 18． 00 ± 1． 50 2． 50 ± 0． 05 0． 32 ± 0． 03 1． 50 ± 0． 08 52． 0 ± 2． 0 6． 5 ± 0． 3
表 2 供试土壤和污泥的重金属含量
Table 2 Contents of heavy metals of sewage sludge and soil (mg /kg)
供试材料 Pb Cd Cr Cu Zn
土 壤 26． 0 ± 1． 0 2． 60 ± 0． 12 56． 0 ± 2． 5 46． 0 ± 2． 0 220． 0 ± 5． 0
污 泥 450． 0 ± 5． 7 4． 70 ± 0． 21 620． 0 ± 8． 5 670． 0 ± 9． 0 540． 0 ± 6． 2
GB18918-2002(P≥6． 5)［14］ 1 000 20． 0 1 000 1 500 3 000
土壤环境质量三级标准 500 1． 00 300 400 500
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环 境 工 程 学 报 第 9 卷
马尼拉草生物量:选取有代表性的 20 棵马尼拉
草割刈，称其质量，算出平均值，换算出 100 棵植株
的生物量。
叶绿素、丙二醛(MDA)测定采用分光光度
法［15］;过氧化氢酶(CAT)活性采用分光光度法，依
照南京建成生物有限公司的试剂盒说明书(检测结
果根据植物鲜重质量计算，实验处理 3 次重复)。
2 结果与分析
2． 1 污泥施用对马尼拉草和波斯菊发芽率的影响
从图 1 可知，污泥施用比小于 25%时马尼拉草
发芽率可达 90%以上，大于 25%时发芽率只能达到
80%左右。
图 1 马尼拉草发芽率
Fig． 1 Germination rate of Zoysia matralla
从图 2 可知，污泥施用比小于 5%时波斯菊发
芽率可达 85%，大于 7%时发芽率降为 70%。
图 2 波斯菊发芽率
Fig． 2 Germination rate of Cosmos bipinnatus
综合污泥施用对马尼拉草和波斯菊种子发芽率
的影响可知，污泥施用抑制了植株种子的发芽率，且
对波斯菊的影响大于马尼拉草。污泥抑制种子发芽
的因素有很多种，如重金属等无机物质或一些有机物
质过高都会抑制种子发芽。王刚等［16］的研究表明，
施用污泥组和对照组的黄瓜的发芽率均接近 100%;
对照组的苋菜发芽率为 79%，当污泥施用量为 80%
时，苋菜发芽率降为 64%。Du W．等［17］的研究表明，
按照每公顷 7． 5 t 施用污泥时，油菜、玉米、小麦的发
芽率低于对照组但相差较小。但也有研究表明，低浓
度污泥施用可以促进植株的发芽率。而当施用量大
于 10%时，发芽率有不同程度的降低。
2． 2 污泥施用对马尼拉草和波斯菊株高的影响
由图 3 可知，马尼拉草在生长前期污泥组株高
皆小于对照组，且随着污泥量的增大株高逐渐减小;
生长后期污泥施用比为 10%和 15%的株高皆大于
对照组。第 45 天时，S10 和 S15 的株高分别比 CK
增加了 5． 7%和 0． 9%。第 60 天时，S10 和 S15 的株
高分别比 CK增加了 8． 3%和 3． 1%。S30 的株高在
整个生长周期内变化最小，生长缓慢，后期出现死亡
现象，说明污泥施用比超过 30%对马尼拉草的株高
有抑制作用。
图 3 马尼拉草株高随时间的变化
Fig． 3 Variation of height of Zoysia matralla with time
图 4 波斯菊株高随时间的变化
Fig． 4 Variation of height of Cosmos bipinnatus with time
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第 1 期 王淑影等:基质施入污泥对马尼拉草和波斯菊生长的影响
由图 4 可知，污泥组的波斯菊株高皆小于对照
组，但是 55 d之后，S3 的株高与 CK相近，说明污泥
施用比在 3% 左右对波斯菊的株高无显著影响。
S15 株高最小且生长缓慢，后期出现死亡现象，说明
污泥施用比较大时对波斯菊的株高有抑制作用。
综合污泥施用对马尼拉草和波斯菊株高的影响
可知，低浓度的污泥施用有利于植株株高的增加，高
浓度的污泥施用抑制植株的株高。这与刘强等［18］、
Barbara De Lucia等［19］的研究结果一致。当污泥堆
肥施用比在 0 ～ 10%范围内时高羊茅的株高随污泥
堆肥施用量的增加而升高，当污泥堆肥施用比为
20%时，植株整体瘦小;而对于万寿菊，当污泥堆肥
施用比为 5%时，株高已达到最大值，当污泥堆肥施
用比为 20%时，种子已不能发芽，只能通过移苗来
观察，此时植株生长已受到抑制，呈现病态［18］。污
泥施用 30%时促进 Ｒhamnus 和 Myrthus 的生长，施
用比在 45%时抑制其生长［19］。
2． 3 污泥施用对马尼拉草生物量、波斯菊花数的影响
马尼拉草生长前期 CK叶片嫩绿、细小，35 d 后
叶片发黄，产生大量枯叶，说明对照组土壤后期不能
满足植株的生长需求。污泥施用比小于 15%时，生
长前期叶片深绿、细小，35 d 之后植株叶片深绿、叶
茎较大，生物量明显优于对照组。第 60 天时割刈马
尼拉草，S10 和 S15 生物量分别为 48 g /100 棵和 45
g /100 棵，相比 CK 的 23 g /100 棵则分别增加了
109%和 96%。S20 和 S25 生物量小于 CK 但两者
之间相近。污泥施用比大于 30%时，第 60 天时 S30
的生物量为 17 g /100 棵，说明污泥中的有害物质影
响作用明显，使得植株生长缓慢。刘强等［18］的研究
结果也表明，低浓度污泥施用增加了植株的生物量，
高浓度污泥施用使其生物量小于对照组。
波斯菊 CK、S3、S5、S7 和 S10 平均每棵的花数分
别为 1． 5、2、1． 4、0． 8和 0． 5，S3比 CK增加了 33%，S5
花数小于 CK 但是两者相近，S7 和 S10 花数较小。
S15前期生长缓慢，后期死亡。可知，污泥施用比在
3% ～5%之间时促进了波斯菊的生长，增加了花数。
周磊等［20］利用剩余污泥种植万寿菊，结果表明，施用
污泥可以促进万寿菊的生长，增强其观赏性。
2．4 污泥施用对马尼拉草和波斯菊叶绿素含量的影响
叶绿素是光合作用膜中的绿色色素，它是光合作
用中捕获光的主要成分。在同一时期内叶片的叶绿
素含量和光合速率之间的关系呈显著相关，所以叶绿
素的高低可直接反映光合能力的强弱［21］。叶绿素下
降主要有两方面的原因:一是重金属抑制叶绿素酸酯
还原酶合成;二是影响氨基酮戊酸的合成［22］。
图 5 马尼拉草叶绿素含量随时间的变化
Fig． 5 Variation of chlorophyll content of
Zoysia matralla with time
图 6 波斯菊叶绿素含量随时间的变化
Fig． 6 Variation of chlorophyll content of
Cosmos bipinnatus with time
由图 5 可知，马尼拉草污泥组的叶绿素含量大
于对照组。CK叶绿素含量随时间增长呈现减小的
趋势，第 60 天时降为 0． 5 mg /g。随时间增长 S10 和
S15 叶绿素含量呈现增高的趋势，第 60 天时叶绿素
分别达到了 2． 79 mg /g 和 2． 67 mg /g。S20 和 S25
叶绿素含量呈现先增后减的趋势，但是变化不显著。
而 S30 在 25 d之后叶绿素含量下降较大。
由图 6 可知，除 S10 外，波斯菊叶绿素含量随时
间的增长有增加的趋势。第 30 天时，波斯菊 CK 的
叶绿素含量最大为 1． 21 mg /g。但是 40 d以后，S3、
S5 和 S7 叶绿素含量均大于 CK。第 70 天时，S3、S5
和 S7 叶绿素含量分别比 CK增加了 31． 2%、19． 6%
和 13． 4%，而 S10 叶绿素含量低于 CK。S15 生长情
况较差，后期死亡。
马尼拉草污泥组的叶绿素含量大于对照组，低
浓度污泥施用使叶绿素含量随时间增长而增大。波
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环 境 工 程 学 报 第 9 卷
斯菊叶绿素含量前期对照组最大，后期低浓度的污
泥施用组叶绿素含量大于对照组，高浓度的污泥施
用组叶绿素含量较小。说明低浓度污泥的施用可增
强植株对光能的吸收和利用，促进植物的生理代谢，
提高叶绿素含量。但是施用高浓度的污泥，污泥中
的重金属离子、有毒有害物质等均可能对植株产生
毒害作用，使植株的叶绿素含量在生长后期下降。
由此也可知，污泥施用对于不同植物的叶绿素的影
响不同。白向玉等［22］研究不同植物的叶绿素含量
受污泥的影响，也表明随污泥施用比的增加，吊兰、
矮牵牛叶绿素含量增加，三色堇、金盏菊叶绿素含量
呈现先增后减的趋势。
2． 5 污泥施用对马尼拉草和波斯菊丙二醛
(MDA)含量的影响
丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的产物，是具有细
胞毒性的物质，其含量高低是衡量细胞膜受损伤程
度的指标之一［23］。
由图 7 可知，马尼拉草污泥组 MDA含量大于对
照组。随时间的增长，MDA 含量呈现增大的趋势。
45 d 以前，污泥施用比小于 30%的马尼拉草 MDA
含量大于对照组但相近。第 60 天时，S10 和 S15 的
MDA 含量与 CK相近，而 S20 和 S25 的MDA含量增
幅较大。S30 的 MDA 含量在 35 d 之后剧增，第 45
天时 MDA含量是 CK的 2． 12 倍。可能由于污泥量
增大，携带的毒害物质增大，对植株的毒害增强，使
植株的细胞受到一定程度的损伤。说明马尼拉草为
了抵抗有毒物质的毒害，MDA 含量增大，细胞结构
受损，从而影响了植株的生长。
图 7 马尼拉草丙二醛含量随时间的变化
Fig． 7 Variation of MDA content of Zoysia matralla with time
由图 8 可知，波斯菊污泥组 MDA含量大于对照
组。除 S10 外，波斯菊MDA含量随时间增长有减小
的趋势。30 d 时，污泥施用组的 MDA 含量显著大
于对照组。但在 40 d 时，S3 的 MDA 含量稍大于
CK，S7 和 S10 的 MDA含量显著大于 CK。第 55 天
之后，波斯菊 CK、S3、S5 和 S7 的 MDA 含量有减小
的趋势，而 S10 的 MDA含量呈现增大的趋势。
图 8 波斯菊丙二醛含量随时间的变化
Fig． 8 Variation of MDA content of
Cosmos bipinnatus with time
对于低浓度的污泥，植株 MDA 含量与对照组
相近，说明植株可以抵抗低浓度的毒害并适应其环
境，而高浓度的污泥施用使细胞结构严重受损，
MDA含量较大，从而影响植株的生长。这与戴亮
等［24］的研究结果一致，3 个玉米品种叶片丙二醛含
量都随着污泥施加量的加大而呈现上升趋势。
2． 6 污泥施用对马尼拉草和波斯菊过氧化氢酶
(CAT)活性的影响
植物自身的保护酶系统，主要为清除自由基、控
制脂质过氧化和减少膜系统的伤害，CAT 是植物体
内重要的酶促防御体系之一。受到逆境胁迫时，体
内产生过氧化氢，过氧化氢的积累会破坏植物细胞
内核酸蛋白等大分子物质，进而对细胞产生毒害，
CAT可清除过氧化氢，减少迫害作用［25］。
由图 9 可知，马尼拉草污泥组的 CAT 活性大于
对照组。在 35 d之前，马尼拉草的 CAT活性随污泥
量的增大而增加，且随时间增长呈现增大的趋势 。
35 d之后，CK、S10 和 S15 的 CAT 活性随时间的增
长而增大，S20、S25 和 S30 的 CAT 活性则随时间的
增长而减小且降幅较大。第 45 天时，S10、S15 和
S20 的 CAT活性剧增且大于对照。第 60 天时，S10、
S15 和 S20 的 CAT 活性分别比 CK 高出了 91． 7%、
123%和 98． 4%。
由图 10 可知，与对照组相比，污泥的施用提高
了波斯菊 CAT 活性。55 d 之前，随着时间的增长
CAT活性有增大的趋势;55 d 之后，随着时间的增
长 CAT活性呈现减小的趋势但降幅较小。第 70 天
时，S3、S5、S7 和 S10 的 CAT活性分别比 CK高出了
873
第 1 期 王淑影等:基质施入污泥对马尼拉草和波斯菊生长的影响
图 9 马尼拉草过氧化氢酶活性随时间的变化
Fig． 9 Variation of CAT activity of Zoysia matralla with time
图 10 波斯菊过氧化氢酶活性随时间的变化
Fig． 10 Variation of CAT activity of
Cosmos bipinnatus with time
4． 2%、40%、60%和 45%。
综合污泥施用对马尼拉草和波斯菊的 CAT 活
性的影响可知，低浓度的污泥施用可以增大植株的
CAT活性，增强植物的抗性。张倩等［26］的研究结果
也表明施用污泥组的黑麦草和高羊茅的 CAT 活性
大于对照组，说明风干污泥的施用可有效提高草坪
草 CAT活性，使草坪草抗逆境能力显著增强。
3 结 论
污泥的组成复杂，并与其来源密切相关，因此在
实施污泥土地利用时，对不同植物生长的影响也不
尽相同。本研究所用的污泥氮、磷、钾和有机质均大
于土壤，微量元素镁、铁含量也高于土壤。同时污泥
中重金属的含量均大幅度高于土壤背景值，大于土壤
环境质量三级标准但是低于城镇污泥农用标准
(GBl8918-2002)的重金属限量值。由此可见，为避免
污泥中有害物质对土壤的污染，需要控制合适的施用
比。植物则可以充分利用污泥的养分，促进其生长。
在盆栽试验的基础上，综合污泥施用对马尼拉
草和波斯菊生长状况及生理指标的影响，获得种植
马尼拉草和波斯菊的适宜的污泥施用比分别为
10% ～15%和 3% ～5%。
在采用适宜的污泥施用比时，植株的发芽率未
受到明显抑制。在植物生长前期，污泥施用组的株
高和生物量均低于对照组，但后期污泥施用组的株
高和生物量、叶绿素含量皆大于对照组，CAT 活性
较高，而 MDA含量与对照组相近，表明植物在度过
适应期后，污泥中丰富的营养物质促进了植株的生
长。至于更高浓度污泥施用则明显抑制植株的生
长，后期植株甚至出现死亡现象。
污泥用于园林植物种植时，应充分考虑污泥的
来源及组成、植物的种类，通过实验决定适宜的污泥
施用比，达到污泥资源化利用的目的。
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