全 文 ：摘 要：利用臭氧-紫外处理污泥，在杀菌的同时增加了污泥中作物可利用成分，从而提高水培效果。研究表明，与霍格兰营养液相
比，污泥经过臭氧-紫外处理（0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h）后，污泥水培有利于提高大叶木耳菜中维生素 C、叶绿素和可溶性蛋白质含
量，第 40 d收获时，三者最高可分别提高 0.43 mg·100g-1、7.70 SPAD和 5.35 mg·g-1；随臭氧-紫外处理污泥时间的延长，植株鲜重、地
上部鲜重增加，与处理 0 h组相比，处理 2.5 h组在第 40 d收获时两者分别提高 7.90、6.71 g·株-1。第 40 d收获时，除未经臭氧-紫外
处理实验组大叶木耳菜中粪大肠菌群个数高出标准限量值，其他污泥处理组及霍格兰营养液处理（CK）组植株中粪大肠菌群个
数均符合标准。综合考虑大叶木耳菜产量、品质、卫生学指标及污泥处理成本，臭氧-紫外联合处理 0.5 h的污泥更适合水培大叶木
耳菜。
关键词：臭氧-紫外；污泥；水培；大叶木耳菜
中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2015）09-1653-06 doi:10.11654/jaes.2015.09.04
消化污泥经臭氧-紫外处理对大叶木耳菜
水培产量及品质的影响
杨 鹏 1，3，王东琦 2，邱 凌 1，2*，张克强 3
（1.西北农林科技大学农学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100；3.农业部环境
保护科研监测所，天津 300191）
Effects of Digested Sludge Pretreated With O3/UV on Yield and Quality of Gynura Cusimbua Under Hydro－
Ponic Conditions
YANG Peng1,3, WANG Dong-qi2, QIU Ling1, 2 *, ZHANG Ke-qiang3
（1. College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China；2. College of Mechanical and Electronic Engineering, North－
west A&F University, Yangling 712100, China；3. Institute of Agro-environmental Protection, MOA, Tianjin 300191, China,）
Abstract：Digested sludge is rich in organic matter and plant nutrients, and thus applying sludge to agricultural soils has been considered to
be an environmentally and agronomically acceptable option for sludge disposal. However, sludge often contains pathogens and parasites, lim－
iting its agricultural applications. In this study, an experiment was designed to examine the effect of sludge pretreated with combined O3/UV
on the growth, yield and quality of Gynura Cusimbua under hydroponic conditions. Hoagland nutrient solution was used as control. Com－
pared with the control, sludge treatments improved the content of vitamin C, chlorophyll, and soluble protein in Gynura Cusimbua by 0.43
mg·100 g-1, 7.70 SPAD, and 5.35 mg·g-1, respectively. Fresh weights of per plant and its aboveground part increased with prolonged treat－
ment time with O3/UV, with increments of up to 7.90 g and 6.71 g, respectively. When harvested on the 40 th day, fecal coliform in Gynura
Cusimbua met the standard limit values for all treatments except T1（without O3 /UV treatment）, in which the number of fecal coliform was
higher than the standards. Considering the yield, quality, and health of Gynura Cusimabua and the cost for sludge processing, sludge pre－
treated with O3/UV for 0.5 h is regarded to be suitable for hydroponic Gynura Cusimbua.
Keywords：O3/UV; sludge; hydroponics; Gynura cusimbua
收稿日期：2015－02－16
基金项目：“十二五”公益性行业（农业）科研专项经费（20130310104）；天津市科技计划（重点）项目（12ZCZDNC09600）；农业部农村能源科技专项
（2014-30）
作者简介：杨 鹏（1980—），男，山西大同人，博士研究生，助理研究员，从事农业废弃物处理及资源化利用研究。E-mail：yp15926@163.com
*通信作者：邱 凌 E-mail：QL2871@126.com
2015，34（9）:1653-1658 2015年 9月农 业 环 境 科 学 学 报
Journal of Agro-Environment Science
农业环境科学学报 第 34卷第 9期
表 1 供试污泥联合处理后性质
Table 1 Properties of pretreated sludge
随着污水处理厂的日益增多以及污水处理量的
增加，污泥的产量急剧增加[1-3]，大量污泥带来的二次
污染问题严重，对此我国环保工作者的研究重点就是
找到适合国情的污泥处理方式[4]。污泥成分非常复杂，
含有丰富的有机质[5]，氮、磷、钾等营养元素和多种植
物生长所需的微量元素[6]，使用污泥作为肥源对增加
作物产量具有积极作用，目前世界各国普遍采用农用
的方式处理污泥[7]。但污泥含有的大量病原菌、寄生虫
和多种重金属[8-9]，以及其包裹态的形态都成为污泥再
利用的限制因素。臭氧是一种强氧化性气体[10]，在杀
菌、消毒、脱色、除臭、氧化难降解有机物[11]等方面有
明显优势，臭氧-紫外联合工艺是将紫外照射与臭氧
结合，利用臭氧在紫外光照射下分解产生的强氧化性
氧化剂来氧化有机物[12]。臭氧消毒过程会因破坏细胞
结构及污泥颗粒而改变养分形态进而影响养分的利
用效率，对后期农用造成一定的影响[13-14]。
本文利用臭氧-紫外联合处理消化池污泥，通过
水培大叶木耳菜 [G. cusimbua（D. Don）S. Moore in
Journ.]分析其产量与品质，探讨臭氧-紫外联合处理
消化池污泥用于水培的可行性，以期为消化污泥安全
农用提供理论依据和实践指导。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试污泥取自天津纪庄子污水处理厂消化池，含
水率为 99.5%，该厂所处理污水为单一的生活污水，
不掺杂工业源，经检测所选用的供试污泥符合《农用
污泥中污染物控制标准》（GB 4284—1984）的具体要
求，污泥经臭氧-紫外联合处理 0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5
h，处理后污泥基本性质见表 1。实验用 O3浓度为 65~
85 mg·L-1，紫外线波长为 395~400 nm，供试蔬菜为大
叶木耳菜。试验于 2014年 8月 20日至 2014年 9月
30日在农业部环境保护科研监测所日光温室（北纬
39°40′，东经 117°06′）内进行，生长期共计 40 d。温室
内最高气温 33.9℃，最低气温 14.2 ℃。
1.2 试验方法
处理后污泥作为水肥使用，投加量为每个处理
50 L，大叶木耳菜在人工基质中育苗，长出 3~5片真
叶后定植[15]。定植前，用蒸馏水洗净植物根部。水培采
用 NFT水培系统，设置每间隔 1 h循环水 10 min。试
验共设置 7个处理：臭氧-紫外联合处理污泥 0、0.5、
1.0、1.5、2.0、2.5 h分别记为 T1、T2、T3、T4、T5、T6组，
霍格兰标准营养液为对照，记为 CK组。霍格兰标准
营养液 pH6.2，其中大量元素浓度如下：硝态氮 113
mg·L-1，铵态氮 14 mg·L-1，磷 31 mg·L-1，钾 197 mg·L-1。
每个处理重复 3次，每个水培架定植 40株，每隔 2 d
用蒸馏水补充因蒸散发造成的水分损失。
1.3 分析方法
每隔 10 d从每个水培架取具有代表性的 5株植
株，测定其总鲜重、地上部鲜重、株高、叶片数。地上部
鲜重是将木耳菜植株从根部切断，用滤纸吸净表面水
分后置于千分之一天平上测量获得；维生素 C含量
采用 2，6-二氯酚靛酚滴定法测定，叶绿素含量采用
SPAD-502 Plus便携式叶绿素仪测定，可溶性蛋白质
采用考马斯亮蓝 G-250染色法测定[16]；粪大肠菌群采
用酶底物法培养[17]。
数据在 Excel 中简单整理后，在 Origin 8.6 中完
成图表处理。
2 结果与讨论
2.1 污泥水培对大叶木耳菜产量的影响
各处理水培大叶木耳菜总鲜重及地上部鲜重如
图 1所示。大叶木耳菜总鲜重及地上部鲜重均呈现
CK>T6>T5>T4>T3>T2>T1的趋势。T1~T3组总鲜重在
第 20~30 d 增长最快，增长速率分别为 0.89、0.93、
0.90 g·株-1·d-1；T4~T6组总鲜重在第 30~40 d增长最
快，增长速率分别为 0.99、1.14、1.24 g·株-1·d-1；T1~T5
组地上部鲜重在第 20~30 d增长最快，增长速率分别
处理时间/h pH 硝态氮/mg·L-1 亚硝态氮/mg·L-1 铵态氮/mg·L-1 总磷/mg·L-1 Mg/mg·L-1 Cu/μg·L-1 Zn/μg·L-1
0 7.01 2.54 0.77 181.17 53.22 13.36 58 147
0.5 6.93 4.41 0.07 153.65 52.31 14.15 71 161
1.0 6.87 14.93 0.01 136.33 51.32 15.42 84 180
1.5 6.81 22.56 0 124.06 50.69 16.80 97 201
2.0 6.74 24.79 0 112.45 49.71 17.50 110 212
2.5 6.68 27.03 0 103.05 49.69 17.97 127 221
1654
第 32卷第 1期2015年 9月2015年 9月
16
14
12
10
8
6
4
2
0
采摘时间/d
株
高
/c
m
10 20 30 40
图 2 不同处理下大叶木耳菜株高及叶片数
Figure 2 Plant height and leaf number of G. cusimbua
in different treatments
为 0.78、0.81、0.78、0.85、0.95 g·株-1·d-1；T6 组地上部
鲜重在第 30~40 d增长最快，增长速率为 1.02 g·株-1·
d-1；CK组总鲜重及地上部鲜重增长最快时间均为第
20~30 d之间，增长速率分别为 3.71、3.23 g·株-1·d-1。
随臭氧-紫外处理污泥时间的延长，收获即定植第 40
d 时，T2~T6 组总鲜重分别比 T1 组提高 0.63、1.13、
4.09、7.06、7.90 g·株-1；地上部鲜重分别提高 0.53、
0.96、3.48、6.00、6.71 g·株-1。污泥处理组大叶木耳菜
鲜重比 CK组低，推测处理污泥中氮素形态及比例对
大叶木耳菜可能不是最适宜的，硝态氮搭配适量的铵
态氮更有利于其生长，但铵态氮比例超过 50%时，会
显著抑制其生长[18]；处理组 T1~T6污泥中硝态氮含量
上升，铵态氮含量下降，所以大叶木耳菜鲜重随之增
加。
2.2 污泥水培对大叶木耳菜生长的影响
各处理水培大叶木耳菜的株高和叶片数如图 2
所示。CK组无论株高或叶片数均高于污泥处理组，其
中污泥处理组大叶木耳菜的叶片数与 CK组之间存
在显著性差异。污泥处理组的大叶木耳菜株高和叶片
数在第 20~30 d增长最快，增长速率分别为 0.48 cm·
株-1·d-1和 0.63片·株-1·d-1。推测过高浓度的养分含量
会抑制蔬菜生长，尤其是在铵态氮含量高的条件下，
可能会引起膜脂过氧化而形成毒害作用。前人在大
豆、烟草等植物中均得到了相似的结论[19]。
2.3 污泥水培对大叶木耳菜维生素 C含量的影响
图 3所示为不同处理水培大叶木耳菜的维生素
C含量。维生素 C是蔬菜营养品质的一个重要指标，
蔬菜维生素 C含量的高低和人类健康有着极为密切
的关系。污泥处理组的大叶木耳菜维生素 C含量明
显高于 CK组，各处理组维生素 C含量呈现 T1>T2>
T3>T4>T5>T6>CK。T1~T6组维生素 C含量在第 30~
40 d 增加最快，10 d 内增幅分别为 0.19、0.19、0.17、
0.13、0.14、0.14 mg·100 g-1；CK组维生素 C含量在第
20~30 d增加最快，增幅为0.03 mg·100 g-1。定植第 40
d时，与 CK组相比，污泥处理组 T1~T6维生素 C含
量分别提高 0.43、0.36、0.30、0.25、0.24、0.24 mg·100
g-1。说明污泥作为水培营养液有利于大叶木耳菜维持
较高的维生素 C含量。但 T1~T6组污泥随臭氧-紫外
处理时间的延长，不同处理组对比维生素 C有降低趋
势，推测是污泥破壁释放出更多的金属离子，对植株
图 1 不同处理下大叶木耳菜总鲜重及地上部鲜重
Figure 1 Fresh weights of whole plant and above-ground part of
G. cusimbua in different treatments
70
60
50
40
30
20
10
0
采摘时间/d
总
鲜
重
/g ·
株
-1
10 20 30 40
50
40
30
20
10
0
采摘时间/d
地
上
部
鲜
重
/g ·
株
-1
10 20 30 40
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK
21
18
15
12
9
6
3
0
采摘时间/d
叶
片
数
/ 片
·
株
-1
10 20 30 40
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK
杨 鹏，等：消化污泥经臭氧-紫外处理对大叶木耳菜水培产量及品质的影响 1655
农业环境科学学报 第 34卷第 9期
24
20
16
12
8
4
0
采摘时间/d
可
溶
性
蛋
白
质
含
量
/m
g ·
g-
1
10 20 30 40
图 3 不同处理下大叶木耳菜维生素 C含量
Figure 3 Ascorbic acid content of G. cusimbua
in different treatments
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
采摘时间/d
维
生
素
C
含
量
/m
g ·
10
0
g-
1
10 20 30 40
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK
中维生素 C产生负面影响[20]。
2.4 污泥水培对大叶木耳菜叶绿素含量的影响
不同处理水培大叶木耳菜的叶绿素含量如图 4
所示。大叶木耳菜叶绿素含量呈现 T1>T2>T3>T4>
T5>T6>CK趋势，且在第 30 d左右叶绿素含量达到最
高，随后开始下降。T1、T2、T3组叶绿素含量在第 20~
30 d 增长最快，增幅分别为 2.46、2.92、2.98 SPAD；
T4、T5、T6组和 CK组在第 10~20 d增长最快，增幅分
别为 2.95、3.09、2.71、7.25 SPAD。T1~T6组及 CK组在
第 30~40 d叶绿素降幅分别为 3.32、3.72、3.83、3.74、
3.48、3.10、7.80 SPAD。以上结果表明污泥可以提高大
叶木耳菜叶片中叶绿素的含量。定植第 40 d时，与
CK 组相比，T1~T6 组叶绿素含量分别提高 7.70、
6.44、5.73、5.02、4.97、4.95 SPAD。氮素和 Mg 是组成
叶绿素的主要元素，Cu、Zn等是叶绿素形成过程中酶
的活化剂，实验过程后期，叶绿素整体下降，考虑是两
方面因素：一方面是通过前期实验测得，随着曝气时
间的延长，原始污泥样中的氮素在曝气过程中会以氨
气和氮气的形式被少量吹脱而损失，致使系统中的氮
含量下降；另一方面，本实验为了减少在植物生长期
间营养物投加可能造成的实验结果干扰，给定初始同
种原始污泥，经不同处理后，采用一次投加和后续补
水的方式进行水培，到了后期水培液中 N元素因被植
物利用而使整体溶液浓度降低，从而引起相对的氮不
足。
2.5 污泥水培对大叶木耳菜可溶性蛋白质含量的影响
图 5所示为不同处理水培大叶木耳菜中可溶性
蛋白质含量。不同处理组的大叶木耳菜可溶性蛋白质
含量趋势为 T1>T2>T3>T4>T5>T6>CK。T1~T6组可溶
性蛋白质含量在第 10~20 d增长最快，10 d内增幅分
别为4.76、4.16、3.54、3.49、3.24、3.98 mg·g-1；CK 组在
第 20~30 d增长最快，增幅为 1.95 mg·g-1。定植第 40
d时，污泥处理组 T1~T6植株中可溶性蛋白质含量
比 CK 组分别提高 5.35、4.75、3.98、3.72、3.10、2.55
mg·g-1。氮是植物体内氨基酸的组成部分，是构成蛋
白质的成分，因污泥中总氮含量高于 CK组营养液，
所以污泥水培的大叶木耳菜中可溶性蛋白质含量多
于 CK组。随臭氧-紫外处理时间的延长，T1~T6组污
泥中可被植物吸收利用的总氮素含量降低，大叶木耳
菜中可溶性蛋白质含量也随之下降。
2.6 污泥水培对大叶木耳菜中粪大肠菌群个数的
影响
大叶木耳菜种植第 40 d收获时，植株中粪大肠
菌群个数如图 6所示。植株中粪大肠菌群个数在不同
处理组中呈现 T1>T2>T3>T4>T5>T6>CK趋势。收获
图 5 不同处理下大叶木耳菜可溶性蛋白质含量
Figure 5 Soluble protein content of G. cusimbua
in different treatments
图 4 不同处理下大叶木耳菜叶绿素含量
Figure 4 Chlorophyll content of G. cusimbua
in different treatments
35
30
25
20
15
10
5
0
采摘时间/d
叶
绿
素
含
量
/S
PA
D
10 20 30 40
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK
1656
第 32卷第 1期2015年 9月2015年 9月
时 T1~T6 组植株中粪大肠菌群个数分别为 264.7、
92.5、36.3、18.5、10.0、7.1 MPN·g-1，CK 中粪大肠菌群
个数为 6.4 MPN·g-1。这是因为随臭氧-紫外处理时间
的延长，T1~T6组污泥中粪大肠菌群的个数减少，随
之大叶木耳菜中粪大肠菌群个数也减少。鉴于我国目
前尚缺少对蔬菜中粪大肠菌群数量的明确限量标准，
参考其他国家类似产品标准，即粪大肠菌群不得高于
100 MPN·g-1的限量值[21]，T1处理的大叶木耳菜中粪
大肠菌群已超过该标准限量值。
3 结论
（1）霍格兰营养液水培大叶木耳菜，植株鲜重、地
上部分鲜重、株高和叶片数均高于污泥处理组。但污
泥处理组中，随臭氧-紫外处理污泥时间的延长，植株鲜
重、地上部鲜重增加。
（2）第 40 d收获时，除未经臭氧-紫外的大叶木
耳菜中粪大肠菌群高出标准限量值，其他污泥处理组
及 CK组植株中粪大肠菌群个数均符合标准。
（3）与霍格兰营养液相比，污泥水培有利于提高
大叶木耳菜中维生素 C、叶绿素含量，维持较高可溶
性蛋白质含量。但随臭氧-紫外处理时间的延长，污
泥水培植株中维生素 C、叶绿素和可溶性蛋白质含
量有所降低。
（4）综合考虑大叶木耳菜产量、品质、卫生学指标
及污泥处理成本，臭氧-紫外处理污泥 0.5 h更适合水
培大叶木耳菜。
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图 6 不同处理下收获时（第 40 d）大叶木耳菜中
粪大肠菌群个数
Figure 6 Number of fecal coliform on G. cusimbua in different
treatments at harvest（the 40th day）
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK
300
250
200
150
100
50
0
处理组
粪
大
肠
菌
群
个
数
/M
PN
·
g-
1
杨 鹏，等：消化污泥经臭氧-紫外处理对大叶木耳菜水培产量及品质的影响 1657
农业环境科学学报 第 34卷第 9期
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