全 文 ：两种污泥连续施用对潮土重金属含量
及酶活性的影响*
谭启玲1
胡承孝1* *
赵
斌1
R. G. Mclaren2
陈
黎3
吴礼树1
( 1 华中农业大学,武汉 430070; 2 新西兰林肯大学, Chrischurch, Pox 80; 3 武汉市环保局, 武汉 430015)
摘要
采用盆栽土培试验, 研究了工业污泥(化工厂底泥)及城市污水处理厂剩余污泥中重金属存在的
形态与含量, 以及两种污泥连续施用对潮土重金属含量及酶活性的影响.结果表明, 两种污泥中的重金属
主要是以非交换态存在, 城市污水处理厂剩余污泥中总的重金属含量比工业污泥低, 而重金属的有效性比
工业污泥高; 污泥的施用能增加潮土中脲酶的活性,多酚氧化酶及中性磷酸酶的活性与污泥的施用量有一
定相关性, 并与土壤中交换态 Zn、Cu 含量呈一定负相关. 土壤多酚氧化酶及过氧化氢酶活性可作为土壤
中重金属 Zn 污染的指示指标; 污泥的施用有提高潮土中交换态 Cu、Zn及 Pb 含量的趋势.
关键词
污泥
潮土
酶活性
重金属
文章编号
1001- 9332( 2004) 03- 0497- 04
中图分类号
S141. 6, S154. 2
文献标识码
A
Effect of continual application of two kinds sludge on enzyme activities and heavymetal concentrations in allu

vial soil. TAN Qiling1, HU Chengxiao1 , ZHAO Bin1, R. G. Mclar en2, CHENG L i3, WU Lishu1 ( 1H uazhong A

gr icultural University , Wuhan 430070, China; 2L incoln Univer sity , Chr ischurch, Pox 80, N ew Zealand ;
3Environmental Protection Bur eau of Wuhan , Wuhan 430015, China) .
Chin. J . A pp l . Ecol. , 2004, 15( 3) :
497~ 500.
Pot culture experiments w ere conducted to study the effect of industrial and sewage sludge on some enzyme activ

ities and heavy metal concentrations in alluvial soil. T he results showed that the heavy metals in both industrial
and sew age sludge were mainly non
exchangeable, and those in sewage sludge had a low er concentr at ion but a
higher bio
availability than in industrial sludge. The application of sludge could increase the activ ities of soil ure

ase, polyphenol ox idase and neutral phosphatase, and the polyphenol ox idase and neutral phosphatase activities
showed a reverse relationship wit h the concentrations of soil exchangeable Zn and Cu. Soil polyphenol ox idase and
catalase act ivities could be used to indicate the Zn pollution in soil.
Key words
Sludge, A lluv ial soil, Soil enzyme activity, Heavy metal.
* 新西兰ASIA2000资助项目及华中农业大学农业微生物农业部重
点实验室资助项目.
* * 通讯联系人. E
mail: hucx@ mail. hzau. edu. cn
2002- 06- 10收稿, 2002- 12- 11接受.
1
引

言
城市污泥是指城市生活污水及工业废水处理过
程中产生的固体废弃物, 按污泥处理的不同阶段可
分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水污泥和干化
污泥.我国 1995年城市污水处理率为 19%, !十五∀
期间要求达到 45%. 随着污水处理率的提高, 城市
污泥的产量将急剧增加, 污泥的处理将成为一个新
的课题.城市污泥中含有较高的有机质和植物营养
元素, 因而常被用来作为肥料或土壤改良剂[ 14] , 其
施用能普遍提高作物的产量[ 4, 16, 17] .但城市污泥中
也有较高含量的重金属, 其农用会导致土壤重金属
污染并增加作物体内的重金属含量[ 7, 8] . 也有试验
表明, 土壤中总重金属含量与植物中重金属含量不
一定呈正相关[ 6] , 而土壤脲酶、磷酸酶及过氧化氢
酶等酶的活性均与土壤中重金属的含量有一定的相
关性[ 2, 12, 15] ,以反映土壤重金属的污染情况. 为了
解土壤中重金属含量与酶活性的关系, 采用重金属
含量较高且形态与城市污泥相似的工业污泥(化工
厂底泥)与城市污泥的连续施用,来研究污泥的施用
对潮土重金属含量及酶活性的影响, 为城市污泥的
农田利用及植物与土壤重金属含量的相关性提供理
论依据.
2
材料与方法
2 1
供试材料
供试作物第 1 茬为华棉 18 号( 1999 年 4~ 10 月, 定苗 2
株) , 第 2 茬为中油 821( 1999 年 10 月~ 2000 年 4 月, 定苗 4
株) ;供施土壤为江汉平原的潮土, 其基本农化性状为有机碳
0 48% , 全氮004% , 碱解氮23 8 mg#kg- 1 ,速效磷 3 75 mg
#kg- 1 ,速效钾 90 0 mg#kg- 1, pH 8 3; 工业污泥取自湖北新
应 用 生 态 学 报
2004 年 3 月
第 15 卷
第 3 期






























CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Mar. 2004, 15( 3)∃497~ 500
洲天力化工厂生产磷肥的底泥;城市污泥取自武汉市污水处
理厂的脱水剩余污泥(简称城市污泥, 1999 年 8 月) .两种污
泥的性状、重金属形态及含量见表 1、2.
22
试验方法
试验采用陶瓷米氏盆, 每盆装土 25 kg , 内衬聚乙烯膜.
共种植两茬作物,前茬种植棉花并施用工业污泥, 后茬种植
油菜并施用城市污泥 . 两茬作物均采用相同的6个处理 , 绝
表 1
城市污泥及工业污泥的基本农化性状
Table 1 Agrochemical properties of tested sludges
项目
Item
碱解氮
NH4
N
( mg#kg- 1)
速效磷
Olsen
P
( mg#kg- 1)
速效钾
NH4OAc
K+
( mg#kg- 1)
pH 全氮
Total N
( % )
有机碳
Organic C
( % )
A 0 34 0 13 88 0 012
B 7331 1816 3427 54 1 64 1454
A:工业污泥 Industrial sludge; B: 城市污泥 Sew age sludge. 下同 The
same below .
表 2
城市污泥及工业污泥中的重金属形态与含量
Table 2 Forms and concentration of heavy metals in tested sludges( mg#kg- 1)
污泥来源
S ludge resource
重金属
H eavy metals
交换态
Ex
b 碳酸盐结合态Carb
b 铁锰结合态Fe
Mn
b 有机物结合态Org
b 残余态Residual 总量Total
A Cd 68% 10- 4 02 03 112 316 478
Cr 00 00 00 00 167 167
Cu 16 127 78 3929 10843 14993
Ni 00 05 00 00 135 140
Pb 02 1267 4719 976 1239 8202
Zn 00 450 220 324 9015 10010
B Cd 00 01 06 08 00 08
Cr 03 00 43 144 133 323
Cu 14 05 24 384 49 476
Ni 31 33 83 58 86 291
Pb 00 00 29 134 00 164
Zn 19 331 1423 411 120 2303
对对照( CK) ;施污泥 4 mg#kg- 1土( S4 ) ; 施无机肥( F ) ; 施污
泥 2 mg#kg- 1土加无机肥( FS2) ;施污泥 4 mg#kg- 1土加无机
肥( FS4) ;施污泥 8 mg#kg- 1土加无机肥( FS8) .无机肥的施用
量为 1 kg 土施 N 020 g、P2O5 0 15 g及 K 2O 0 20 g, 肥源为
化学纯( NH4 ) 2SO4、KH2PO4 及 KCl,施用的污泥为过20 目的
干污泥. 每处理设 4 次重复, 作物生长期间以活动防雨棚防
雨水淋洗.
23
样品处理与测定
2000 年 5月 ,在油菜收获后采集土样. 土壤及污泥的基
本农化性状按常规分析方法测定,污泥中不同形态重金属含
量的测定按文献[ 11]的方法提取, 土壤中交换态重金属含量
用1 mol# L- 1 HCl 提取 & & & ICP
ASE 测定; 土壤的脲酶用
Hoffmann 法、多酚氧化酶用碘量滴定法、过氧化氢酶用 John

son 法、土壤中性磷酸酶用 Hoffmann法[ 1, 18]测定.
3
结果与分析
31
施用污泥对土壤中交换态重金属含量的影响
由表 2可见, 供试工业污泥中总的重金属含量
较高, 特别是 Pb、Cu及 Zn的含量都己超过污泥农
用的控制标准( GB4248
84) [ 9] , 并且大部分都以残
余态存在, 其中残余态 Cd、Cr、Cu、Ni和 Zn的含量
分别占总含量的 661%、100%、723%、963%和
900%;只有 Pb主要是以铁锰结合态存在, 占总含
量的 575% .城市污泥也有较高含量的重金属, 但
比工业污泥要低很多, 且都在我国城市污泥农用控
制标准以内.城市污泥中的重金属大部分是以非交
换态中的有机结合态存在于污泥中( Ni除外) ,如有
机结合态的 Cu、Pb、Cr 分别占总含量的 807%、
814%和 446% , ; 而铁锰结合态的 Zn、Cd 分别占
总含量的 618%和 75% ,主要以铁锰结合态存在于
污泥中;交换态的 Cu、Pb、Cr、Zn、Cd含量分别占总
含量的 294%、0、093%、083%及 0, 污泥中各形
态 Ni的含量分布较均匀.
表 3
施用污泥后土壤中交换态重金属的含量
Table 3 Concentration of exchangeable heavy metals in soils with appli

cation of sludges ( mg#kg- 1)
处理
T reatment
Cu Zn Pb Cd C r Ni
CK 291ab 639a 196 025 081 053
S 4 348a 443b 272 027 081 031
F 214b 366b 142 033 072 086
FS2 250b 331b 168 032 094 077
FS4 278b 430b 307 039 078 046
FS8 291ab 408b 259 019 092 073
应用 SSR法检验处理间差异显著,同一项目中标有相同大写字母为
差异极显著( P ∋ 001) , 相同小写字母为差异显著 ( P ∋ 005 ) The
S SR method was used to tested the significane, mean values follow ed by
the same capital let ters in a column are not specially significantly def fer

ent at P ∋ 001, mean values follow ed by the same small let ters in a col

umn are not signif icant ly dif ferent at P ∋ 005.下同 Th e same below .


重金属是污泥施用最常见的土壤污染物之一,
且土壤中的交换态重金属是影响作物重金属含量的
主要因素[ 5, 6, 13] .由表 3可见,工业污泥及城市污泥
的连续施用使土壤中交换态 Cu、Zn、Pb含量呈增加
趋势;特别是土壤中交换态 Cu 含量, 施用污泥处理
相对于对照或施肥处理都达到显著水平. 这可能是
施用的两种污泥中 Cu 含量都较高,两茬的连续施用
在增加土壤总 Cu 含量的同时,交换态 Cu的含量也
498 应
用
生
态
学
报

















15卷
会增加.但其它交换态重金属没有显著差异, 说明污
泥的两茬连续施用对土壤交换态重金属含量影响不
显著( Cu除外) .
32
施用污泥对油菜收获后土壤酶活性的影响
321对土壤脲酶活性的影响
由表 4 可见, 施用
化肥有促进土壤脲酶活性增加的趋势; 不施化肥的
情况下,施用污泥也有增加土壤脲酶活性的趋势,但
未达到显著水平.在施用化肥的情况下,随着污泥施
用量的增加,土壤脲酶的活性显著增加.土壤脲酶的
活性与土壤中速效 N、P、K 及有机碳含量呈极显著
或显著正相关, 与土壤 pH 呈负相关, 但与土壤中重
金属含量相关性很小(表 5) . 说明随着污泥施用量
的增加,在改善土壤有机质及 P、K 营养[ 10]的同时,
土壤脲酶的活性也随之增强,但污泥中的重金属对
脲酶活性的影响不显著. 因此, 土壤脲酶活性能很好
地反映土壤的肥力状况, 但不能反映土壤重金属污
染状况.
表 4
污泥施用对土壤酶活性的影响
Table 4 Effects of sewage sludge on the soil enzyme activi ty
处理
Treatment
脲 酶
U rease
(
g#g- 1#d- 1)
过氧化氢酶
Catalase
( 0 1 mol#L- 1)
多酚氧化酶
Polyphenol oxidase
( 001 mol#L- 1#
10 min
- 1
)
中性磷酸酶
Neutral
phosphatase
(
g#g- 1#d- 1)
CK 1773b 19 6A 68 1D 93C
S4 1891b 19 3A 79 7C 8 53C
F 2465ab 168B 94 5A 24 4AB
FS2 3258ab 162B 97 2A 27 1AB
FS4 3325ab 163B 825CB 354A
FS8 3948 a 166B 86 8B 20 8B
322对土壤过氧化氢酶活性的影响
不施化肥的
情况下,施用污泥对土壤过氧化氢酶活性影响很小;
不管是否施用污泥, 施用化肥都显著降低土壤中过
氧化氢酶的活性; 增加污泥施用量对土壤过氧化氢
酶活性的影响也不大(表 4) . 过氧化氢酶活性的大
小与土壤 pH 呈显著正相关, 但与速效 P、K以及土
壤有机碳都呈负相关; 而土壤中交换态 Zn 及 Cu的
含量却与过氧化氢酶活性呈显著或接近显著正相关
(表 5) , 说明土壤过氧化氢酶活性可能用来表示土
壤的逆境状态.
323对土壤多酚氧化酶活性的影响
在施化肥的
情况下,施用污泥能极显著增加土壤多酚氧化酶的
活性;施用化肥较对照也能显著增加土壤多酚氧化
酶的活性;在施用化肥的情况下, 2 g#kg - 1土污泥的
施用有促进土壤中多酚氧化酶活性增加的趋势, 但
随着污泥施用量的继续增加,土壤中的多酚氧化酶
活性却显著下降 (表 4) . 土壤多酚氧化酶活性与土
壤速效养分含量呈正相关, 但与土壤 pH 及交换态
Cu、Zn的含量呈负相关,且与交换态 Zn含量的相关
性达到极显著水平 (表 5) . 因此适量的污泥与化肥
混施时,能提高土壤多酚氧化酶活性, 但随着污泥施
用量的增加,土壤多酚氧化酶活性下降,其活性与土
壤中交换态 Zn含量呈极显著负相关,说明土壤中多
酚氧化酶活性能很好地反映土壤 Zn的供应或污染
水平.
表 5
土壤酶活性与土壤中重金属及养分含量的相关性
Table 5 Relationship coefficiency of enzyme activi ties with chemical
properties of soil
元素
Elements
过氧化氢酶
Catalase
多酚氧化酶
Po lyphenol
oxidase
中性磷酸酶
Neutral
phosphatase
脲酶
Urtalase
Cu 064 - 064 - 060 - 027
Zn 078* - 095* * - 061 - 059
Pb 005 - 040 009 025
Cd - 040 030 068 - 001
Cr - 025 023 001 055
Ni - 062 070 039 044
C - 055 036 029 083*
N - 071 027 067 089* *
P - 097* * 069 087* * 093* *
K - 091* * 063 078* * 096* *
pH 099* * - 078* - 096* * - 078* *
* P ∋ 005; * * P< 001.
324对土壤中性磷酸酶活性的影响
土壤中的 P
大部分是以有机磷化合物形式存在的,而磷酸酶能
酶促有机磷化合物的水解.化肥的施用能显著增加
土壤中中性磷酸酶活性; 在施用化肥的情况下, 污泥
的施用能较明显提高土壤中中性磷酸酶的活性, 在
污泥施用量为 4 g#kg- 1土时达最高, 之后又随着污
泥施用量的增加表现呈下降趋势(表 4) . 土壤中性
磷酸酶活性与土壤中速效磷、速效钾呈极显著正相
关,与土壤 pH 呈极显著负相关, 与土壤中交换态
Cu、Zn含量呈负相关关系,表明污泥的施用能影响
潮土中性磷酸酶的活性, 并与污泥中 Cu、Zn含量相
关.


由表 5还可见, 土壤过氧化氢酶、中性磷酸酶及
脲酶活性都与土壤中的 P、K、N、pH 呈显著或极显
著相关,说明土壤酶的活性与土壤的肥力水平有显
著的相关性.但土壤多酚氧化酶活性却只与土壤中
Zn含量达极显著负相关, 同时, 土壤过氧化氢酶活
性也与土壤中交换态 Zn含量达到显著正相关, 说明
土壤中 Zn 的污染可用多酚氧化酶及过氧化物酶的
活性来指示.
4
讨

论
研究表明, 两种污泥中的重金属主要以非交换
态的形态存在, 特别是工业污泥中的重金属主要是
以对当季植物有效性很低的残余态存在[ 5] , 但只要
4993 期










谭启玲等:两种污泥连续施用对潮土重金属含量及酶活性的影响











其总的含量较高或超标, 其过量施用仍能增加土壤
中交换态重金属含量,从而影响土壤的生物过程,如
土壤中交换态 Cu、Zn 含量的增加就显著降低了土
壤中多酚氧化酶及中性磷酸酶的活性.所以, 适量污
泥与无机肥料的混施能提高土壤脲酶、多酚氧化酶
及中性磷酸酶的活性, 但继续增加污泥的施用量则
会增加土壤中交换态重金属含量,从而影响土壤的
酶活性.
另外,土壤多酚氧化酶活性与土壤交换态 Zn含
量呈现显著的负相关,可用来指示土壤的 Zn污染状
况.
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K(周礼恺) . 1987. Soil Enzyme. Beijing: Science Press. 228
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作者简介
谭启玲,女, 1966 年生,博士, 副教授,主要从事植
物营养与城市污泥利用的研究, 发表论文 8 篇. T el: 027

87282137, E
mail: tql66@ public. wh. hb. cn
500 应
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态
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报

















15卷