全 文 ：东南景天和玉米套种对 Zn污染污泥的处理效应
黑亮1 ,2 ,吴启堂1＊ ,龙新宪1 ,胡月明2
(1.华南农业大学资源环境学院 , 广州　510642;2.华南农业大学信息技术学院 ,广州　510642)
摘要:针对广州等地城市污泥重金属 Zn 超标的特点 ,采用植物处理的方法 ,将超富集重金属的植物东南景天和低累积作物玉
米套种在污泥上 ,希望在减少污泥重金属的同时 ,使污泥稳定化和获得合格的农产品.试验采用小区直接种植的方式 , 3 个月
后测定植物产量和重金属含量以及处理后污泥的变化 , 并利用室内盆栽试验初步研究了 2 种植物根系相互作用的机理.小区
试验结果表明 ,与超富集东南景天单独种植相比 , 套种显著提高了超富集东南景天提取 Zn 和 Cd 的效率 , Zn 含量达9 910
mg·kg-1 ,是单种的 1.5 倍 ,而且生产出的玉米籽粒重金属含量符合食品和饲料卫生标准 ,处理后的污泥生物稳定性明显提高.
超富集东南景天和玉米半透膜隔开的盆栽套种试验显示 , 在套种条件下 ,玉米对促进超富集东南景天吸收更多的重金属的部
分原因是玉米根系降低溶液 pH 和提高 DOC 以及 Zn Cd 浓度 ,从而可向超富集东南景天一侧输送更多的水溶态 Zn Cd.
关键词:污泥;重金属;植物处理;超富集植物;套种
中图分类号:X705　文献标识码:A　文章编号:0250-3301(2007)04-0852-07
收稿日期:2006-04-23;修订日期:2006-08-22
基金项目:国家自然科学基金项目(40571141);广东省自然科学基金
项目(021007)作者简介:黑亮(1976～ ),女 ,博士后 ,主要研究方向为污水污泥生物
处理技术 、环境信息系统.
＊通讯联系人 , E-mail:qitangwu@pub.guangzhou.gd.cn
Effect of Co-planting of Sedum alfredii and Zea mays on Zn-Contaminated Sewage
Sludge
HEI Liang
1 ,2 , WU Qi-tang1 , LONG Xin-xian1 , HU Yue-ming2
(1.College of Natural Resources and Environment , South China Agricultural University , Guangzhou 510642 , China;2.College of Information
Technology , South China Agricultural University , Guangzhou 510642 , China)
Abstract:The sewage sludge produced in Guangzhou and other cities contains heavy metals such as Zn which exceeds the national standard for
agricultural use and should be taken into consideration.A phyto-treatment system consisted of metal hyperaccumulator Sedum alfredii Hance
and low-accumulating corn was exploited to phytoextract metals from sludge , in order to reduce heavy metals in sludge and meanwhile to
stabilize the sludge and gain innocuous agricultural products.The two plants were co-cropped directly on the sludge plots , the plant biomass
and metal uptake were determined as well as the changes of the treated sludge.A pot experiment was conducted to study the interaction
mechanisms between the two plant roots.The results of the experiment in plots showed that the efficiency of the phyto-extraction of Zn Cd by
S.alfredii was significantly improved by co-planting and Zn content in S .alfredii reached 9 910 mg·kg-1 , 1.5 folds of that in the mono-
crop.Meanwhile the produced corn grain was conformed to the national standards for foods or feeds concerning heavy metals and the treated
sludge was biologically stabilized.The results from the pot experiment studying the interaction mechanisms showed that corn roots , separated
from S.alfredii with a mesh barrier , decreased pH in the sludge solution , increased DOC and resulted in higher Zn Cd concentration than that
of S .alfredii mono-crop , which caused more Zn Cd transported to the S.alfredii side and then enhanced the uptake of the heavy metals by
the hyperaccumulator.
Key words:sewage sludge;heavy metals;phytotreatment;hyper-accumulator;co-crop
　　随着我国污水处理量的提高 ,污泥产生量越来
越大[ 1] .2003年产干污泥量约为510×109 kg ,且仍呈
上升趋势[ 2] .污泥含有丰富的植物可利用的氮 、磷 、
微量元素及有机质 ,是良好的有机肥源 ,因此农业利
用是欧美发达国家处置城市污泥的主要方法[ 3] .但
污泥也含有一定量的 Cu 、Pb 、Zn 、Ni 、Cr 、Hg 、Cd 等重
金属 ,以及病原菌 、寄生虫卵和有机污染物等有害物
质[ 4] .其中 ,Zn 、Cu等重金属污染问题一直是我国污
泥农用最主要的障碍因素[ 5, 6] .
部分植物可在高浓度重金属条件下正常生长发
育 ,并在体内累积大量的重金属 ,称为超累积植物
(hyperaccumulator)[ 7] ,近年来在修复重金属污染土壤
上得到广泛重视[ 8, 9] .遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)是
国际上研究最多的 Zn Cd重金属超累积植物[ 10 , 11] ,
另一种 Zn Cd 的超累积植物为东南景天(Sedum
alfredii Hance),在我国发现且比遏蓝菜有更大的生
长量[ 12] .但是 ,除了具有较大生物量的 As超累积植
物外[ 13] ,单独用超累积植物处理污染土壤 ,需要较
长时间(通常 3 a 以上).选育吸收重金属少或运输
到食用部位少的低累积作物品种(抗性品种),与超
富集植物同时种植 ,有可能在治理污染土壤的同时 ,
第 28 卷第 4期
2007 年4 月 环　　境　　科　　学ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol.28 , No.4
Apr., 2007
DOI :10.13227/j.hjkx.2007.04.028
收获符合卫生标准的饲料或其它产品 ,成为一种不
需要间断农业生产 、较经济合理地处理利用方
法[ 14] .但是 ,超累积植物应用于城市污泥处理的研
究鲜见报道.
本研究试图将东南景天与低累积玉米直接套种
在Zn污染的城市污泥上 ,期望能够去除污泥中含量
过高的Zn等重金属 ,同时使污泥稳定化和获得合格
的农产品 ,并且初步探讨 2种植物根系间的交互作
用机理 ,以期为建立同步去除重金属和实现污泥稳
定化的合理高效的植物处理系统提供科学依据.
1　材料与方法
1.1　供试污泥
供试污泥取自广州大坦沙污水处理厂 ,为未经
消化的脱水污泥 ,其主要理化性质见表 1 ,其中重金
属Zn超过国家标准.
表 1　污泥的理化性质
Table 1　Physico-chemical characteristics of studied sludge
参数 污泥Ⅰ 1) 污泥Ⅱ 农用标准
2)
pH<6.5 pH>6.5
pH(土∶水=1∶2.5) 7.03 7.00
GI3)/ % 62.9 65.0
大肠杆菌/MPN·g-1 4.7×104 5.2×105
有机质/ g·kg -1 260.9 278.4
含水量/ g·kg -1 838.2 812.3
全 N/ g·kg -1 31.7 24.5
全 P/g·kg -1 19.4 19.3
全 K/ g·kg -1 17.2 20.2
全 Zn/mg·kg -1 1391.2 1410.2 500 1000
全 Cu/mg·kg -1 233.7 280.3 250 500
全 Cd/mg·kg -1 6.5 3.7 5 20
醋酸浸提 Zn/mg·kg-1 310.1 314.3
1)污泥Ⅰ 用于小区试验 ,污泥 Ⅱ用于盆栽试验;2)pH<6.5和 pH>
6.5土壤的污泥农用国家标准(GB 4284-1984);3)GI:Germination
index , 即水堇种子发芽系数[ 15]
1.2　供试植物
2种生态型东南景天 , 即超富集东南景天
(hyper-accumulating Sedum alfredii Hance)和非超富集
东南景天(non-accumulating Sedum alfredii Hance).超
富集生态型取自浙江衢州古老铅锌矿 ,非超富集生
态型取自杭州九溪的茶园地.将 2种植物移至华南
农业大学环境科学与工程系玻璃温室 ,在装有营养
土的育苗板上扦插繁殖 ,培育新苗 ,备用.
低累积玉米(Zea mays var.Huidan-4)种子购买
于云南农科院育种中心.将选好的玉米种子在育苗
板的基质土上进行繁育.待玉米苗长至约 10 cm ,挑
选大小 、高度均匀的玉米苗用于移栽.
1.3　试验设计
试验分 2部分 ,具体设计如下:
1.3.1　玉米和东南景天套种小区试验
试验在体积为 0.9 m×0.9 m×0.9 m 的渗滤池
中进行.在 18个污泥池中 ,装入 30 cm厚(约150 kg)
的新鲜污泥 Ⅰ ,污泥下为当地自然土壤(广州赤红
壤).试验设空白(无植物)、超富集东南景天单种 、非
富集东南景天单种 、玉米单种 、玉米和超富集东南景
天套种 、玉米和非富集东南景天套种共6个处理 ,每
个处理设3次重复.将玉米和东南景天移栽 ,植物长
出后每池保留玉米 6株 、东南景天 50株.种植过程
不施肥料 ,期间浇水和除草 ,于 3个月后收获 ,玉米
分不同器官采收 ,东南景天收获地上部分.
1.3.2　玉米和东南景天套种盆栽试验
试验采用非常规盆栽 ,在玻璃温室中进行种植.
选用长 29 cm ,宽 21 cm ,高 18 cm的有机塑料容器 ,侧
底部有孔 ,连有胶管 ,可漏水 ,每盆底部装有约1 cm厚
细沙 ,上面有1层尼龙网 ,其上铺5 kg 新鲜污泥Ⅱ.
盆栽试验共设 6个处理:①不种植物对照;②超
富集东南景天单种;③非富集东南景天单种;④玉米
单种;⑤玉米+超富集东南景天(半透膜隔开:无根
系接触 、土壤溶液和根系分泌物可交流);⑥玉米+
非富集东南景天(半透膜隔开).
半透膜隔开处理 ,即在容器中间垂直隔有孔径
为 35μm的尼龙筛网 ,使 2种植物根系分开 ,以便收
集各自的根区土壤.所有盆栽用品使用前用稀硝酸
溶液浸泡过夜 ,去离子水冲洗干净.每个处理 4个重
复 ,随机摆放在玻璃温室内.将玉米和东南景天移
栽 ,植物长出后每盆保留玉米 2株 、东南景天 8株.
种植过程不施任何肥料 ,期间浇去离子水和除草 ,于
2个月后收获.
1.4　样品的分析测定
1.4.1　污泥的分析测定
一部分新鲜污泥样品用于测定水分含量(105℃
烘干称重法)、水堇(Lepidium sativum L.)种子发芽指
数[ 15] 和大肠菌群数量(国标方法 GB 7959-1987);另
一部分在室内风干 ,去除根系 ,并磨碎 ,过 60目尼龙
筛.用四分法取出部分样品 ,包装登记后保存备用.
污泥 的全 钾 、全 锌 、全铜 、全镉 的测 定 采用
8534 期 黑亮等:东南景天和玉米套种对 Zn 污染污泥的处理效应
HCl-HNO3-HF-HClO4消煮-原子吸收光谱测定法
(GB T 17138-1997).污泥有效(水溶性和交换态)锌
的测定采用醋酸(pH=5)浸提法[ 16] .污泥中 N 、P 和
有机质含量采用农业化学常规分析方法[ 17] .
1.4.2　植物样品的分析测定
收获时 ,将植物分成不同的器官 ,分别用自来水
和去离子水清洗 ,吸水纸吸干表面水 ,测定鲜重.再
将样品置于烘箱内 ,105℃杀青 30 min ,然后 70℃烘
干48 h ,记录干重.干样用玛瑙粉碎机粉碎 ,过 0.25
mm的尼龙网筛 ,备测重金属.重金属含量测定采用
灰化-原子吸收光谱法 , 具体参照国家标准方法
(GB T 5009.13-1996至GB T 5009.15-1996)[ 18] , 并且
用植物标准样控制分析质量.
1.4.3　污泥溶液的分析测定
将新鲜污泥样品与去离子水按 1∶10(以干质量
计)的比例浸提 1 h ,后在 4℃低温条件下 , 12 000
r min离心 15 min ,过 0.45μm纤维树脂滤膜 ,收集其
滤液.测定浸提滤液中水溶态重金属 Zn 、Cu 、Cd含
量 、pH(pH 计电位法)、氨基酸(游离氨基酸分析
法),水溶性有机物(DOC ,重铬酸钾氧化法)[ 19] .
1.5　数据处理
采用 SAS 8.1软件进行相关数据的统计分析 ,
设定5%的显著性水平 ,运用单因素随机排列方差
分析 ,并用 Duncan氏法进行平均值间的多重比较.
2　结果与讨论
2.1　玉米和东南景天套种小区试验的效果
玉米和东南景天套种的小区试验结果显示 ,单
种和套种对同种植物的产量无显著影响(表 2).而
单种或者套种的超富集东南景天的产量都比非富集
东南景天高 ,差异显著.这可能是由于污泥中 Zn等
重金属含量比较高(表 1),对非富集东南景天的生
长造成一定的毒害 ,导致其长势不如耐重金属的超
富集东南景天.
表 2　小区试验不同植物处理的植株产量和 Zn吸收总量
Table 2　Plant yield and total Zn uptake by plants for different plant treatments in the plot experiment
处理 干物产量 g·盆
-1 Zn吸收总量 mg·盆-1
玉米 东南景天 玉米 东南景天 合计
玉米 397.1 a1) — 46.4 a — 46.4 c
超富集东南景天 — 130.9 a — 853.1 a 853.1 b
非富集东南景天 — 69.7 b — 30.1 b 30.1 c
玉米+超富集东南景天 438.0 a 127.5 a 50.6 a 1283.2 a 1333.8 a
玉米+非富集东南景天 394.3 a 86.1 b 46.0 a 36.3 b 82.3 c
1)根据 Duncan氏检验 ,同列中不同字母表示不同种植处理具有显著差异(p<0.05)
　　玉米植株不同器官的重金属含量分析结果显示
(表 3),不同处理间玉米 Zn 、Cu含量差异不显著.然
而 ,与非富集东南景天套种的玉米Cd含量除了根内
浓度外 ,其它器官的Cd浓度都要显著大于玉米单种
处理 ,尤其茎叶内Cd含量差异明显 ,即可促进 Cd向
地上部的运输 ,其机理有待进一步探讨.
本试验所用玉米种子为经过筛选的低累积 Zn 、
Cd的品种[ 20] ,即使直接种植在 Zn 、Cd污染的污泥
上 ,其籽粒中 Zn 、Cd 含量也较低.玉米单种处理的
Zn浓度(50.5 mg·kg-1)基本与粮食卫生限定标准
(表 4 ,Zn:50 mg·kg-1)持平.玉米套种东南景天的 2
个处理均略低于粮食卫生标准(为 45.9 、46.4
mg·kg-1);3个处理中玉米地上部分的 Cu含量均明
显小于 Cu的粮食卫生限定标准(10 mg·kg-1);3 个
处理玉米籽粒的 Cd 含量分别为 0.11 、0.18 、0.27
mg kg ,与非富集东南景天套种的处理超过粮食卫生
标准(0.2 mg·kg-1),但均明显低于饲料卫生限定标
准(Cd:0.5 mg·kg-1).因此 ,与超富集东南景天套种
的玉米其籽粒中 Zn 、Cd 、Cu含量均可符合粮食卫生
标准 ,起码可用作饲料.而且玉米籽粒也可用作提炼
生物柴油[ 21] ,其中的重金属可不进入食物链.
与玉米套种的超富集东南景天的Zn 、Cd含量比
其单种时含量高 ,差异显著(表 5)。其中 ,Zn含量达
9 910 mg·kg-1 ,是单种的 1.5倍 ,这有利于收获的超
富集东南景天后续处理 ,回收植株内重金属.而 Cu
的含量 ,非富集东南景天高于超富集东南景天 ,套种
的非富集东南景天比单种有所增加 ,但不显著.
植物修复的效率主要取决植物地上部分的重金
属含量 、生物量以及生长速率[ 9] .与玉米套种的超富
集东南景天因其 Zn浓度较高 ,导致其吸收 Zn的总
854 环　　境　　科　　学 28 卷
　　　　　　表 3　不同种植处理玉米植株重金属的含量1)
Table 3　Metal contents in corn plant for diff erent plant treatments in the plot experiment
重金属含量 器官 玉米 玉米+超富集东南景天 玉米+非富集东南景天
Zn mg·kg -1
Cu mg·kg -1
Cd μg·kg -1
籽粒 50.5±6.3 a 45.9±0.4 a 46.4±1.5 a
根 100.1±0.9 a 91.8±7.5 a 118.1±8.6 a
茎 401.0±12.4 a 378.4±21.4 a 394.1±17.7 a
叶 72.2±11.8 a 78.5±0.6 a 63.9±0.8 a
籽粒 3.0±0.2 a 2.7±0.2 a 2.9±0.2 a
根 13.1±2.1 a 11.2±1.3 a 19.0±2.6 a
茎 4.8±0.3 a 5.4±0.3 a 4.9±0.5 a
叶 5.9±0.2 a 5.4±0.1 a 6.1±0.8 a
籽粒 111.6±14.2 b 183.3±15.8 ab 272.4±41.0 a
根 435.4±9.6 a 490.7±98.0 a 559.5±64.9 a
茎 418.3±95.6 b 409.9±33.0 b 830.7±18.3 a
叶 664.1±53.1 c 848.9±63.4 b 1229.7±127.5 a
1)数据为平均值±标准误(n=3).根据 Duncan氏检验 ,同行中不同字母表示不同种植处理具有显著差异(p<0.05)
表 4　粮食和饲料重金属卫生限定标准 mg·kg -1
Table 4　Hygiene standards for heavy metals in cereal and feed mg·kg-1
项目 粮食标准值 标准代码 饲料标准值 标准代码
Zn 50 GB 13106-91 无
Cu 10, 20(豆类) GB 15199-94 无
Cd 0.2 GB 15201-94 0.5 ,1.0(米糠)GB 13078-2001
表 5　不同种植处理东南景天中重金属的含量 mg·kg -1
Table 5　Heavy metal contents in Sedum for different plant treatments
in the plot experiment mg·kg-1
植物处理 Zn Cu Cd
超富集东南景天 6 538.3±264.9 b1) 8.6±0.6 b 8.6±0.1 b
非富集东南景天 421.9±38.8 c 12.7±0.5 a 0.8±0.03 c
套种超富集东南景天 9 910.3±446.7 a 8.6±0.7 b 15.4±1.1 a
套种非富集东南景天 421.2±0.9 c 13.1±0.3 a 0.9±0.01 c
1)数据是平均值±标准误(n=3).根据 Duncan氏检验 ,同列中不同
字母表示不同种植处理具有显著差异(p<0.05)
量相对较大(表 2).超富集东南景天和玉米 2种植
物合计的Zn吸收量与其它处理相比具有显著差异 ,
显著高于单种处理的超富集东南景天 ,表明这种套
种处理方式更有利于降低污泥中的重金属.
植物处理前后污泥重金属含量测定结果显示
(表 6),经处理后的污泥 Zn 、Cu含量与新鲜污泥相
比都有显著下降 ,但 Cd 含量在处理前后无显著差
异.综合 Zn 、Cu 、Cd这 3个重金属指标 ,玉米和超富
集东南景天的套种降低污泥重金属污染的效果较
好 ,经过 2 ～ 3 次植物处理后 Zn 可低于 1 000
mg·kg-1.空白(无植物)小区内的污泥可能由于雨水
的淋洗 , Zn 、Cu 、Cd含量也比新鲜污泥低.
处理后污泥的各项生物指标见表 6.污泥经植
物处理后 ,大肠杆菌的数量均比新鲜污泥有显著下
降 ,超富集东南景天与玉米套种的处理最低 ,为 1.8
　　　　表 6　植物处理前后污泥重金属 、水分含量和生物特性的变化
Table 6　Changes of heavy metal , water contents and biological parameters after diff erent plant treatments
处理 Zn mg·kg-1 Cu mg·kg-1 Cd mg·kg -1 含水量 g·kg -1 大肠杆菌 MPN·g -1 GI2) % pH
新鲜污泥 1391.2±20.1 a1) 233.7±2.2 a 6.5±0.2 a 838.2 a 4.7×104 a 60.9 b 7.0 a
空白(无植物) 1219.0±46.3 b 199.2±4.5 b 5.6±0.1 a 635.6 c 2.7×102 c 75.2 a 5.5 cd
玉米 1273.9±25.4 b 203.4±8.7 b 5.9±0.2 a 598.7 d 8.6×102 c 88.5 a 5.4 d
超富集东南景天 1259.4±27.6 b 202.0±3.6 b 5.7±0.1 a 655.4 b 2.0×103 b 89.0 a 6.1 b
非富集东南景天 1256.0±50.7 b 192.4±3.2 b 6.2±0.5 a 662.1 b 2.4×103 b 83.5 a 5.9 bc
玉米+超富集东南景天 1203.8±30.7 b 197.3±1.6 b 5.7±0.1 a 574.9 e 1.8×102 c 77.4 a 5.6 cd
玉米+非富集东南景天 1251.5±34.9 b 206.9±2.4 b 5.8±0.2 a 608.0 d 2.8×102 c 79.1 a 5.4 d
1)数据为平均值±标准误(n=3).根据Duncan氏检验 ,同列中不同字母表示不同种植处理具有显著差异(p<0.05);2)GI:Germination index , 即
水堇种子发芽系数[ 15]
8554 期 黑亮等:东南景天和玉米套种对 Zn 污染污泥的处理效应
×102MPN·g-1 ,其次为空白(无植物)对照 ,非富集东
南景天与玉米套种的处理为 2.8×102MPN·g-1 ,且
这 3 个处理均低于加拿大国家堆肥标准(CAN-
CCME BNQ 0413-200)建议的1 000 MPN·g-1的要求.
经植物处理后 ,水堇种子发芽系数均高于国际上的
50%的可接受水平[ 15] ,这说明经处理后的污泥对水
堇发芽和根系伸长的抑制作用大大减少 ,其生物稳
定性得到显著改善.水分含量由新鲜污泥的 838.2
g·kg-1降至植物处理后的 600 g·kg-1左右 ,最低的是
玉米和超富集东南景天套种处理 ,为 574.9 g·kg-1 ,
且各个处理之间的差异显著.污泥的 pH 经过处理
后均有降低趋势 ,这可能与植物在生长期间根系分
泌的一些有机酸类物质有关.上述结果表明 ,经过处
理后 ,污泥重金属Zn 、Cu的含量都有所降低 ,且其农
业利用所要求的生物稳定性基本达到.
2.2　玉米和东南景天的根系交互作用机理
从表 7可以看出 ,玉米和超富集东南景天半透
膜隔开的套种处理 ,玉米茎叶 Zn 、Cd 含量在各处理
中最低 ,这与小区试验结果相似.
将种植植物后的污泥收集 ,测定污泥的水溶态
　　　　表 7　盆栽试验不同种植处理植物中的重金属含量 mg·kg -1
Table 7　Heavy metal contents in plants for different plant treatments in the pot experiment mg·kg -1
重金属 处理 东南景天 玉米根 玉米茎 玉米叶
超富集东南景天 4242.6±623.1 b1) — — —
非富集东南景天 192.8±27.7 c — — —
Zn 玉米 — 112.0±3.0 a 276.9±12.8 a 60.6±2.1 a
超富集东南景天+玉米 6129.8±184.2 a 143.3±9.7 a 199.2±21.5 b 50.3±1.6 b
非富集东南景天+玉米 368.4±41.0 c 125.7±7.6 a 237.3±29.6 ab 60.8±3.1 a
超富集东南景天 9.3±0.4 b — — —
非富集东南景天 10.2±1.1 b — — —
Cu 玉米 — 21.0±1.5 a 7.1±0.7 a 8.0±0.5 a
超富集东南景天+玉米 9.6±1.2 b 23.3±2.1 a 6.1±0.5 a 8.1±0.6 a
非富集东南景天+玉米 13.3±0.7 a 19.8±1.0 a 5.7±0.6 a 6.6±0.4 b
超富集东南景天 15.2±0.62 b — — —
非富集东南景天 0.63±0.04 c — — —
Cd 玉米 — 0.49±0.06 b 0.37±0.04 ab 0.50±0.06 a
超富集东南景天+玉米 19.4±0.93 a 0.64±0.05 ab 0.27±0.05 b 0.29±0.02 b
非富集东南景天+玉米 0.80±0.14 c 0.79±0.06 a 0.53±0.04 a 0.40±0.06 ab
1)数据为平均值±标准误(n=4).根据 Duncan氏检验 ,同列中不同字母表示不同种植处理具有显著差异(p<0.05)
重金属含量 、pH 和 DOC(表 8),以了解套种条件下
污泥溶液所发生的化学变化.未种植超富集东南景
天的各处理中 ,污泥水溶态 Zn含量都比较高 ,处理
间没有显著差异;而种植超富集东南景天的处理中 ,
污泥水溶态Zn含量显著较低 ,这说明种植超富集东
南景天具有一定的处理效果.种植非富集东南景天
的污泥中水溶态 Cu含量较低.超富集东南景天和玉
米半透膜隔开的套种处理中 ,超富集东南景天一侧
的污泥水溶态 Cd 、Zn的含量较低 ,而玉米一侧的污
泥中水溶态Zn 、Cd浓度保持较高 ,造成浓度梯度 ,可
向超富集东南景天输送更多的水溶态 Zn Cd ,从而
增强超富集东南景天对重金属的吸收.也由于向超
富集东南景天输送了水溶态 Zn Cd ,使得玉米一侧
的浓度较玉米单种有所降低 ,减少了玉米的总吸收
量 ,表现出 2种植物的竞争性吸收作用.
酸度是影响污泥重金属可移动性和生物有效性
的主要因子.表 6显示 ,玉米对污泥具有明显的酸化
作用 ,玉米单独种植时污泥的 pH 最低.盆栽再次显
示相同的作用(表 8).而 2种东南景天单独种植对
污泥均无显著的酸化作用 ,再次表明超富集植物不
是靠根际酸化作用来实现对重金属的超富集功能
的[ 20] ,同时也说明东南景天可得益于玉米的酸化作
用而吸收更多的重金属.
在影响环境中重金属形态和有效性的诸多因素
中 ,水溶性有机物(DOC)虽然浓度不高 ,但活性强 ,
能通过络合作用与重金属牢固结合 ,从而起到至关
重要的作用[ 22 ～ 25] .由表 8可知 ,在东南景天单种的
处理中 ,DOC 含量均较低.超富集东南景天和玉米
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　　　 表 8　盆栽试验不同种植处理污泥溶液的重金属含量 、pH和 DOC1)
Table 8　Heavy metals concentrations, pH and DOC in sludge solution for different plant treatments in the pot experiment
处理 Zn mg·kg-1 Cu mg·kg-1 Cd μg·kg-1 pH DOC2) mg·L-1
空白 1.83±0.05 a 0.14±0.02 a 3.48±0.59 ab 5.94±0.09 ab 160.5±20.7 abc
超富集东南景天 1.51±0.02 b 0.11±0.03 a 3.10±0.24 ab 6.15±0.05 a 135.8±15.3 bc
非富集东南景天 1.81±0.08 a 0.10±0.01 a 3.73±0.18 ab 6.15±0.07 a 140.7±10.4 abc
玉米 1.86±0.19 a 0.14±0.02 a 4.38±0.33 a 5.81±0.08 b 177.8±21.3 ab
超富集东南景天+玉米 超3) 1.49±0.05 b 0.12±0.01 a 2.73±0.53 b 5.98±0.08 ab 116.0±21.5 c
超富集东南景天+玉米 玉 1.75±0.12 ab 0.13±0.03 a 3.85±0.45 ab 5.93±0.09 ab 200.0±14.7 a
非富集东南景天+玉米 非 1.67±0.12 ab 0.11±0.01 a 3.20±0.24 ab 5.97±0.09 ab 167.9±23.2 abc
非富集东南景天+玉米 玉 1.88±0.11 a 0.13±0.01 a 3.23±0.36 ab 6.07±0.06 ab 133.3±20.4 bc
1)数据为平均值±标准误(n=4).根据 Duncan氏检验 ,同列中不同字母表示不同种植处理具有显著差异(p<0.05),相同字母为无显著差异;
2)溶液内氨基酸没有检出;3) 超:表示超富集东南景天一侧; 玉:表示玉米一侧; 非:表示非富集东南景天一侧
半透膜隔开的套种处理 ,超富集东南景天一侧的污
泥溶液 DOC 含量较低 , 而同一处理的玉米一侧 ,
DOC含量在各处理之中最高 ,单种玉米的 DOC含量
也较高 ,这可能和玉米的根系作用有关 ,是根系的分
泌作用还是其它的作用机理 ,还待进一步研究.由于
套种处理玉米一侧 pH 较低 、DOC 含量较高的溶液
化学特性可增加水溶态 Zn Cd 浓度 ,从而促进更多
的水溶态Zn Cd向超富集东南景天一侧移动 ,有利
于超富集东南景天吸收较多的重金属并富集在
体内.
Whiting 等研 究 了 锌 超 积 累 植 物 Thlaspi
caerulescens和同属的非超积累植物Thlaspi arvense 套
种在添加ZnO或 ZnS 的土壤上的交互作用 ,与单种
相比 , Thlaspi caerulescens 的吸锌量显著增加 ,而与
之互作的 Thlaspi arvense 吸锌量则明显降低 ,并将其
原因推测为 Thlaspi caerulescens 有很强的吸锌能力 ,
能优先吸收土壤中的锌 ,从而减少了 Thlaspi arvense
对锌的吸收[ 26] ,并未查明更深层次的原因.王激清
等通过温室土培盆栽试验研究了印度芥菜和油菜套
种对各自吸收土壤中难溶态镉(CdCO3)的影响 ,结
果表明 ,与单种相比 ,套种对印度芥菜吸收镉的能力
无显著影响 ,但却可以显著增加油菜植株体内的镉
含量 ,即与Whiting 等人的研究结果不同 ,也未探求
其更深层次的原因[ 27] .本研究重现了Whiting 等人
研究结果 ,且初步查明了在套种条件下 ,玉米对促进
超富集东南景天吸收更多重金属的原因是玉米根系
降低溶液 pH 和提高DOC以及Zn Cd浓度 ,对理解 2
种植物的相互作用机理具有一定的参考价值.然而 ,
DOC中主要起作用的成分以及溶液 pH 降低的作用
因素 ,需要更深入地研究.
3　结论
(1)超富集东南景天较适合与低累积经济作物
如玉米套种 ,将二者直接种植在重金属污染的污泥
上 ,产量未受明显影响 ,而且与单种超富集东南景天
的相比 ,套种超富集东南景天提取重金属的效率明
显提高 ,可缩短植物处理污泥所需的时间 ,同时可收
获符合一定卫生标准的农产品 ,是 1种创新的绿色
组合模式.
(2)在研究特种植物组合相互作用机理为目的
的盆栽试验中 ,超富集东南景天和玉米半透膜隔开
的套种处理 ,使得玉米茎叶内的重金属 Zn Cd含量
降低 ,其原因在于超富集东南景天的竞争性吸收.
(3)超富集东南景天和玉米半透膜隔开的套种
处理中 ,超富集东南景天一侧的污泥水溶态 Zn Cd
含量低 ,表明其对污泥重金属具有耗竭作用;而另外
一侧的玉米根系使污泥溶液 pH降低 ,DOC含量高 ,
水溶态Zn Cd含量也高 ,可以向超富集东南景天输
送更多的水溶态 Zn Cd ,从而明显增强后者吸收富
集重金属的数量.
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