全 文 ：第 35 卷第 12 期
2015年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.12
Jun.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41371308); 广东省科技计划项目(2012A030700003, 2010B031800006); 广东省自然科学基金团队项目
(S2011030002882)
收稿日期:2013鄄11鄄04; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄08鄄28
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: wuqitang@ scau.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201311042658
林晓燕, 王慧, 王浩, 陈诚, 吴启堂, 卫泽斌, 罗赢鹏, 陈晓红.利用皇竹草处理城市污泥生产植物产品.生态学报,2015,35(12):4234鄄4240.
Lin X Y, Wang H, Wang H, Chen C, Wu Q T, Wei Z B, Luo Y P, Chen X H.Using hybrid giant napier to treat municipal sewage sludge and produce
plant biomass.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):4234鄄4240.
利用皇竹草处理城市污泥生产植物产品
林晓燕1, 王摇 慧1, 王摇 浩1, 2, 陈摇 诚1, 吴启堂1,*, 卫泽斌1, 罗赢鹏1, 陈晓红1
1 华南农业大学资源环境学院, 广东省高校土壤环境与废物资源农业利用重点实验室, 广州摇 510642
2 仲恺农业工程学院环境科学与工程系, 广州摇 510225
摘要:利用大生物量植物———皇竹草(Pennisetum hydridum),处理城市污泥高效生产有用的植物产品。 通过小型田间试验,采用
根兜分株移栽和直接扦插方式种植皇竹草,比较土壤、新鲜污泥、土壤+新鲜污泥等体积混合、植物处理后的污泥 4 种介质的适
应性,测定了皇竹草的成活率和生长状况,以及污泥自身性质的变化;通过盆栽试验及田间试验进一步探讨育苗后移栽在新鲜
污泥上的可行性。 结果表明,新鲜污泥上直接扦插的皇竹草无一存活,即使是根兜分株移栽其成活率也仅为 16郾 67%,生长较
差。 而对于土壤+污泥混合物或植物处理后的污泥,采用直接扦插方式,皇竹草的成活率也分别达 58.33%、75郾 00%,两个月干
草产量达 22.20、19.80 t / hm2,为土壤上的 5.11、4.55倍。 皇竹草吸收 K较明显,3个有污泥的处理皇竹草 K含量接近 40 g / kg干
重,N、P2O5、K2O的总含量大于 70 g / kg,可作为有机 K肥原料;皇竹草重金属 Cu、Zn、Pb、Cd含量均符合国家饲料卫生标准(GB
13078—2001),作为饲料是安全的。 盆栽试验及田间试验表明,采用育苗后移栽的方式,皇竹草在新鲜污泥上的成活率达
66.67%以上。 因此,城市污泥直接种植皇竹草可以实现资源化利用。
关键词:城市污泥; 皇竹草; 植物处理; 育苗
Using hybrid giant napier to treat municipal sewage sludge and produce
plant biomass
LIN Xiaoyan1, WANG Hui1, WANG Hao1, 2, CHEN Cheng1, WU Qitang1,*, WEI Zebin1, LUO Yingpeng1,
CHEN Xiaohong1
1 Key Laboratory of Soil Environment and Waste Reuse in Agriculture of Guangdong Higher Education Institutes, College of Natural Resources and
Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
2 Department of Environmental Science and Engineering, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China
Abstract: Sewage sludge production is increasing greatly in China with the development of municipal wastewater treatment,
and agricultural application of municipal sewage sludge (MSS) has become one of the main outlets for MSS worldwide.
However, direct application of MSS and its composts to agricultural lands can lead to heavy metal contamination of soil and
food. Accordingly, application of MSS to plants that are not used for food is a better alternative. Therefore, this study was
conducted to investigate the use of the hybrid giant napier (Pennisetum hydridum), which has a large biomass and can
serve as animal feed or paper鄄making materials, to efficiently produce plant biomass while degrading MSS. To accomplish
this, a field experiment composed of small plots with four treatments, soil, fresh sludge, soil鄄sludge mixture at a ratio of
1 颐1, and phyto鄄treated sludge, was conducted. Additionally, Giant Napier were cultivated following transplantation of
ramets with roots or direct planting of cut stems. MSS was acquired from the Datansha Wastewater Treatment Plant in
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Guangzhou, placed in plots with a height of 20 cm on the ground and covered with permeable plastic nets. The survival and
growth rate of the Giant Napier were then followed and the main characteristics of the sludge were investigated. A pot
experiment and a field experiment were also conducted to investigate the feasibility of transplanting hybrid Giant Napier
directly into fresh MSS using seedlings generated from stem cuttings in normal growth medium. The results showed that the
hybrid Giant Napier could not survive directly in fresh MSS when cultivated from stem cuttings, as indicated by a survival
rate of only 16.67%, even when transplanted ramets with roots were included in the plot. However, the plants survived and
grew well in the soil鄄sludge mixture and phyto鄄treated sludge. The survival rates of stem cuttings planted in the soil鄄sludge
mixture and phyto鄄treated sludge were 58.33% and 75.00%, respectively, and the yield of biomass of these two treatments
ranged from 19.80 t / hm2 to 22.20 t / hm2 on a dry weight basis over two months, which was 4.55 to 5.11 times higher than
that of the soil only treatment. Additionally, the hybrid Giant Napier absorbed K well, as indicated by the K content in the
plant biomass reaching about 40 g / kg on a dry weight basis in the three sludge treatments. The total N, P 2O5 and K2O
content also reached 70 g / kg, indicating that the harvested plant biomass can be used as organic potassium fertilizer. The
levels of Cu, Zn, Pb and Cd in the hybrid giant napier were below the tolerance limits of heavy metals according to the
Chinese standards of feeds (GB 13078—2001), indicating that the produced biomass was safe for use as animal feed. The
pot experiment and field experiment showed that the survival rate of the hybrid Giant Napier transplanted into fresh MSS
with seedlings generated from stem cuttings in normal growth medium reached more than 66.67% and the plants grew to an
average of 2.6 m after 6 months. Overall, the results of this study indicate that the hybrid Giant Napier can be directly
planted in fresh MSS and produce a high yield.
Key Words: municipal sewage sludge (MSS); Pennisetum hydridum; phyto鄄treatment; seedling
随着经济的发展及城市化进程的加快,我国污水处理率日益提高,城市污泥作为污水处理的必然附属产
物其产量也与日剧增[1]。 到 2015年,全国每年约产生脱水污泥 3359 万 t[2]。 城市污泥数量巨大,增长迅速,
其安全、合理处理处置是目前环境领域急需解决的问题之一。 城市污泥一般富含 N、P、有机质等[3],通过各
种形式将其土地利用,使污泥重新参与生态系统的物质循环,不仅成本低,而且可以有效利用污泥中有用的营
养物质,符合可持续发展战略。 因此,污泥农业资源化利用已成为当今研究的热点。 但是城市污泥中也含有
重金属、有机污染物、病原体等有毒有害物质,在土地利用过程中容易对土壤、地下水和作物造成二次污染,有
潜在的生态风险,并可能经食物链富集和传递对人体健康产生危害[1]。 虽然中国城市污泥的重金属含量总
体呈下降趋势,但超标率仍较高[4],仍是目前限制其大规模土地利用的主要因素。 因此,寻求经济有效的污
泥无害化和资源化处理途径具有重要意义。
目前,国内外许多研究将污泥或污泥堆肥应用于蔬菜、粮食作物、花卉、草坪草等的生产,并表明,城市污
泥经过合理方式农用可以显著提高农产品的产量和品质[5鄄8],促进花卉的生长并改善花卉的观赏品质[9],提
高草坪草的生物量[10鄄11],增强草坪草的抗逆性[12]。 另有研究表明,皇竹草(Pennisetum hydridum)为大生物量
植物,具有适应性强、分蘖性强、生长快、产量高、营养丰富、可多年收获等特点,经常被用作饲喂牛、羊、兔等草
食动物的主要青贮饲料,还被广泛应用于造纸、食品等领域;同时,鉴于皇竹草须根系发达,抗旱性强,对土壤
要求低等,近年来也逐渐被应用于绿化荒山、保持水土、改善土壤结构等生态环境治理和保护方面[13]。 因此,
若能利用皇竹草处理城市污泥高效生产植物产品,不仅可以变废为宝,同时实现生态、环境、社会、经济效益。
目前,对皇竹草的栽培与利用主要是基于以土壤为基质进行种植的[14鄄16],以污泥为基质种植皇竹草的相关研
究则未见报道,对皇竹草是否能在污泥上生长、皇竹草的产量和品质及栽种皇竹草后污泥本身性质的变化等
有待查明。 因此,本研究试图回答以上问题,以便更好地实现污泥资源化和无害化。
5324摇 12期 摇 摇 摇 林晓燕摇 等:利用皇竹草处理城市污泥生产植物产品 摇
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1摇 材料与方法
1.1摇 供试材料
摇 摇 (1)供试污泥和土壤摇 新鲜污泥玉、新鲜污泥域、新鲜污泥芋均取自广州市大坦沙污水处理厂未消化污
泥,三者取样时间不同,理化性质略有不同,除前两者污泥 Cd 含量均超过《城镇污水处理厂污泥处置鄄农用泥
质标准》A级标准但低于 B级标准外,其余重金属指标均符合 A级标准,可用于种植饲料作物;供试土壤为广
东赤红壤,供试污泥和土壤的主要理化性质见表 1。
表 1摇 供试污泥和土壤主要理化性质
Table 1摇 Main characteristics of the studied municipal sewage sludge (MSS) and soil
指标
Indexes
新鲜污泥玉淤
Fresh MSS于玉
新鲜污泥域
Fresh MSS 域
新鲜污泥芋
Fresh MSS 芋
植物处理
后的污泥
Phyto鄄treated
MSS
土壤
Soil
农用污泥污染物浓度限定值榆
Limits of pollutants in
sludge for agricultural use
A级 Class A B级 Class B
pH 5.73 依 0.12盂 5.68 依 0.05 6.73 依 0.06 6.09 依 0.02 7.70 依 0.10
含水量 Water content / (g / kg) 833.4 依 5.00 807.4 依 2.00 795.0 依 24.0 412.1 依 1.50 233.3 依 1.0
有机质 OM / (g / kg) 430.7 依 13.7 347.6 依 7.40 366.1 依 5.30 334.5 依 5.09 3.75 依 0.41
全 N Total N / (g / kg) 46.60 依 1.48 36.03 依 1.61 38.80 依 0.40 28.36 依 0.21 0.25 依 0.13
全 P Total P / (g / kg) 34.34 依 0.18 17.58 依 3.03 23.40 依 0.40 40.09 依 1.19 0.24 依 0.01
全 K Total K / (g / kg) 6.88 依 0.65 10.79 依 0.65 10.30 依 0.20 8.83 依 0.00 7.22 依 0.35
全 Cu Total Cu / (mg / kg) 389.9 依 32.7 245.1 依 10.4 192.3 依 9.89 666.5 依 14.3 17.43 依 0.16 <500 <1500
全 Zn Total Zn / (mg / kg) 1106.0 依 52.2 1005.0 依 73.1 833.2 依 61.2 1532 依 26.8 40.76 依 6.04 <1500 <3000
全 Pb Total Pb / (mg / kg) 64.41 依 2.38 114.0 依 11.2 98.03 依 2.01 107.1 依 6.91 46.76 依 0.72 <300 <1000
全 Cd Total Cd / (mg / kg) 4.43 依 0.14 3.11 依 0.18 2.71 依 0.26 5.51 依 0.23 0.11 依 0.03 <3 <15
摇 摇 淤新鲜污泥玉用于田间小型试验,新鲜污泥域用于盆栽育苗实验,新鲜污泥芋用于田间中试试验,均取自广州大坦沙污水处理厂;于MSS: municipal sewage
sludge;盂数据为平均值依标准差,n=3;榆中华人民共和国城镇建设行业标准. 城镇污水处理厂污泥处置鄄农用泥质标准. CJ / T 309—2009.
(2)供试皇竹草摇 选取粗壮较一致的皇竹草老茎,一半截成 2 节茎段,一半连根挖出,将根兜按大小一致
进行分株,然后将皇竹草茎段直接扦插或根兜分株后移栽至污泥和土壤中。
(3)供试育苗基质摇 购自广州市园林基质厂,为枯枝落叶经堆肥处理后的育苗专用基质土。
(4)供试塑料盆摇 采用规格为长伊宽伊高= 44 cm伊31.5 cm伊16 cm的塑料盆。
1.2摇 实验设计
1.2.1摇 不同污泥基质种植皇竹草小型田间试验:
试验设置 4处理,分别为玉土壤,域新鲜污泥,芋土壤+新鲜污泥等体积混合(将新鲜污泥直接与土壤等
体积混合),郁植物处理后的污泥(新鲜污泥种植玉米一季后的污泥),每处理设 3 个重复。 试验用地约 2.50
m伊7.00 m,阳光辐照程度均一。 将试验地分成 4个 2.00 m伊1.20 m的小区,每个小区间距 40 cm,用 PVC板将
每个小区均匀隔成 3列。 在地面上每一列铺一层黑网,然后将污泥或土壤平铺于黑网上,规格为长伊宽伊高 =
1.80 m伊0.40 m伊0.15 m。 每一列种植 6棵皇竹草,行距为 30 cm。 设置 2种种植方式,即根兜分株移栽和直接
扦插,其中第 1、2行采用根兜分株移栽方式进行种植,其他 4行采用直接扦插方式。 试验起始时间为 2012 年
3月 3日,在皇竹草生长期按常规方法进行管理,但种植过程不施任何肥料,5月 16日将皇竹草刈割。
1.2.2摇 育苗移栽盆栽试验
为进一步研究、提高在新鲜污泥上种植皇竹草的成活率,试验设置两个处理,每处理重复 3次。
(1)直接扦插摇 将皇竹草茎段直接扦插种植在新鲜污泥中,放置在室内。
(2)育苗移栽摇 皇竹草茎段在基质杯(上口径 9.5 cm,底径 5.3 cm,高 12.7 cm)中扦插育苗两周后,连同
基质和苗移栽到新鲜污泥中,放置在室内。
实验开始时,在塑料盆内铺上一层黑网,在黑网上放入 24 kg的新鲜脱水污泥,然后将准备好的扦插茎和
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苗直接种植在新鲜污泥中,每盆种植 3棵皇竹草。 种植期间水分管理按照污泥含水量进行适时调整,确保植
物能正常生长。 试验在室内进行,时间为 2012年 5月—6月。
1.2.3摇 育苗移栽田间中试试验
为进一步验证育苗后移栽皇竹草在新鲜污泥上的成活率,在试验用地约 18.00 m伊8.00 m,阳光辐照程度
均一的露天环境开展田间中试试验,设置 4个重复。 将试验地分成 4 个 8.00 m伊3.00 m 的小区,每个小区间
距 40 cm。 在地面上每一小区铺一层黑网,然后将污泥平铺于黑网上,规格为长伊宽伊高= 8.00 m伊3.00 m伊0.20
m。 试验开始时,将经过在基质杯(上口径 13 cm,底径 9 cm,高 11 cm)中扦插育苗两周后的皇竹草苗及基质
移栽到新鲜污泥中,每个小区种植 65 棵皇竹草,行株距均为 60 cm。 试验时间为 2012 年 11 月—2013 年 5
月,种植期间按常规方法进行管理,但不施任何肥料,1个月时观测皇竹草的成活率,刈割前测定株高,收割后
称得产量。
1.3摇 样品分析测定
(1)植物样品分析测定摇 收获时,调查皇竹草的成活率、株高、分蘖数和生物量。 将皇竹草茎叶用自来水
和去离子水洗净,吸水纸吸干表面水,测定鲜重。 将样品置于烘箱内 105 益杀青 30 min,然后 65 益、48 h 烘
干,记录干重。 干样用万能粉碎机磨细,过 0.25 mm 的尼龙筛,备测 N、P、K 和重金属含量。 植物全 N、全 P、
全 K采用 H2SO4鄄H2O2消煮法,重金属含量测定采用干灰化鄄原子吸收光谱法,其具体测定方法参照《土壤农业
化学分析方法》 [17]。
(2)污泥、土壤样品分析测定摇 在刚种植植物和收获植物时,均采污泥样、土样,室内风干,去除根系,并
研磨过 20、100目尼龙筛,包装登记后保存备测,重金属 Cu、Zn、Pb、Cd 全量均采用 HCl鄄HNO3鄄HF鄄HClO4消煮鄄
原子吸收光谱测定法(GB / T 17138—1997)测定。
1.4摇 数据处理与分析
数据用 Excel 2003处理,采用 SAS 8.1软件对数据进行多重比较。
2摇 结果与讨论
2.1摇 不同污泥基质种植皇竹草小型田间试验结果
2.1.1摇 不同处理对皇竹草生长的影响
从表 2可知,在皇竹草生长期间,将皇竹草茎段直接扦插于新鲜污泥上,皇竹草无一存活;采用根兜分株
移栽,皇竹草生长也较差,成活率仅为 16.67%,生物量干重也仅为 38.55 g /株,这可能是新鲜污泥中水分含量
较高,且为雨季,污泥厌氧发酵,产生的有机酸等物质不利于皇竹草幼苗生长,另外污泥中盐分含量较高[18],
表 2摇 田间小型实验皇竹草生物量和生物学指标
Table 2摇 Hybrid giant napier biomass and other biological indexes of field experiment
处理
Treatments
成活率
Survival rate / %
根兜分株移栽
Transplanting
by ramet with
roots
直接扦插
Direct cutting
株高
Plant height / cm
根兜分株移栽
Transplanting
by ramet with
roots
直接扦插
Direct cutting
分蘖数
Tiller number
根兜分株移栽
Transplanting
by ramet with
roots
直接扦插
Direct cutting
单棵干重
Dry weight per plant / (g /株)
根兜分株移栽
Transplanting
by ramet with
roots
直接扦插
Direct cutting
土壤 Soil 100.0依0.00 91.67依14.4 137.0依19.3 96.78依19.0 7.00依1.73 2.91依1.81 225.7依38.6 52.06依25.1
新鲜污泥 Fresh MSS 16.67依28.9 0.00依0.00 95.00依0.00 0.00依0.00 4.00依0.00 0.00依0.00 38.55依0.00 0.00依0.00
土壤 +新鲜污泥等体积
混合
Soil鄄MSS mixture
100.0依0.00 58.33依14.4 206.2依14.7 196.3依4.97 6.67依3.14 6.67依2.66 300.3依47.7 266.0依31.8
植物处理后的污泥
Phyto鄄treated MSS 83.33依28.9 75.00依0.00 213.5依17.5 176.4依15.7 7.67依1.15 3.50依1.60 472.5依23.2 236.9依35.6
摇 摇 数据为平均值依标准差
7324摇 12期 摇 摇 摇 林晓燕摇 等:利用皇竹草处理城市污泥生产植物产品 摇
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对皇竹草根系有一定毒害作用,因此,不适合在新鲜污泥上直接种植皇竹草。 新鲜污泥与土壤等体积混合后,
直接扦插皇竹草茎段,有一半皇竹草能成活,根兜分株移栽皇竹草全部成活。 而将皇竹草栽种于植物处理后
的污泥上,根兜分株移栽和直接扦插的皇竹草的成活率均较高,分别达 83.33%、75.00%,尤其是植物处理后的
污泥处理根兜分株移栽的皇竹草生物量干重高达 472.5 g /株,高于其他处理。
土壤+新鲜污泥等体积混合处理根兜分株移栽或直接扦插皇竹草产量以干重计分别为 25.05、22.20
t / hm2,分别是土壤处理的 1.33、5.11倍,处理 1 t该种污泥可分别生产皇竹草干物质 16.68 kg 和 14.78 kg。 植
物处理后的污泥根兜分株移栽或直接扦插皇竹草产量以干重计分别为 39.30、19.80 t / hm2,分别是土壤处理的
2.09、4.55倍,处理 1 t该种污泥可分别生产皇竹草干物质 26.25 kg和 13.16 kg,产量可观。 此实验再次表明,
皇竹草单株分蘖能力强,株高高容易获得较高的单株产量[15],因此为了更好的利用皇竹草处理城市污泥生产
植物产品,可在皇竹草生长一段时间后,将皇竹草刈割,让其继续生长,增加皇竹草的分蘖数,从而进一步提高
生物量。
2.1.2摇 不同处理对皇竹草重金属和营养元素含量的影响
皇竹草重金属含量测定结果表明(表 3),土壤+新鲜污泥等体积混合处理、植物处理后的污泥处理皇竹草
中 Cu含量均明显低于新鲜污泥处理,而高于土壤处理。 新鲜污泥处理、土壤+新鲜污泥等体积混合处理和植
物处理后的污泥处理皇竹草 Pb含量均无明显差异,且均低于土壤处理。 对于皇竹草 Zn、Cd 的含量,植物处
理后的污泥处理虽高于新鲜污泥处理,但差异不明显,这可能是植物处理后的污泥中有效态 Zn、有效态 Cd 含
量仍较高所致。 而土壤+新鲜污泥等体积混合处理由于在污泥中混入了低 Zn、低 Cd 的土壤,使得污泥中 Zn、
Cd含量明显降低,植物吸收的 Zn、Cd含量也减少,所以土壤+新鲜污泥等体积混合处理皇竹草 Zn、Cd 含量显
著低于新鲜污泥处理和植物处理后的污泥处理。
表 3摇 皇竹草重金属含量
Table 3摇 Heavy metal contents in the plant of hybrid giant napier
处理 Treatments Cu /(mg / kg DW)
Zn /
(mg / kg DW)
Pb /
(mg / kg DW)
Cd /
(mg / kg DW)
土壤 Soil 5.54依0.25c 21.04依0.87b 0.65依0.08a 0.06依0.01c
新鲜污泥 Fresh MSS 10.3依0.59a 45.17依0.40a 0.59依0.01ab 0.34依0.02a
土壤+新鲜污泥等体积混合 Soil鄄MSS mixture 6.29依0.24c 30.69依2.27b 0.55依0.04ab 0.22依0.04b
植物处理后的污泥 Phyto鄄treated MSS 7.26依0.44b 49.45依12.0a 0.49依0.07b 0.38依0.00a
饲料卫生标准 Chinese standards of feeds(GB 13078—2001) 臆5 臆0.5
摇 摇 数据为平均值依标准差,根据 Duncan氏检验(P<0.05),同一列中不同字母表示处理间差异显著,n= 3; DW: 干重
4个处理皇竹草中,Pb、Cd含量均低于国家饲料卫生标准(GB 13078—2001)限值,Pb 含量更为明显,远
低于标准限值。 而国家饲料卫生标准,对植物中 Cu、Zn 含量均无限定,各污泥处理的皇竹草可作为饲养牛、
羊、兔等草食动物的青贮饲料。
从表 4可知,由于污泥含有丰富的有机质和氮磷钾等营养元素,将皇竹草栽种于污泥上,皇竹草 N、P、K
含量都相对较高,除土壤+新鲜污泥等体积混合处理 P 含量略高于土壤处理外,新鲜污泥处理、土壤+新鲜污
泥等体积混合处理、植物处理后的污泥处理皇竹草 N、P、K的含量均显著高于土壤处理,这可能是由于土壤中
P 的含量较低,与新鲜污泥混合后,虽有所升高,但含量仍较低,以致植物可吸收的 P 含量较少。 污泥 3 个处
理皇竹草中 K的含量均达干重的 4%,N、P 2O5、K2O的总含量均达 7%,所以栽种于污泥上的皇竹草非常适合
作有机肥料,生产有机 K 肥。 而污泥 3 个处理中,新鲜污泥处理皇竹草 K 含量高达 46.87 g / kg(DW),N、
P 2O5、K2O的总含量高达 9%,后期进一步加强研究直接在新鲜污泥上种植皇竹草具有一定意义。
2.1.3摇 不同处理污泥重金属含量的变化
对污泥样品重金属含量进行分析测定表明(表 5),处理后新鲜污泥由于水分含量明显减小,污泥浓缩,使
得污泥中重金属含量明显升高。 而将新鲜污泥与土壤混合,不但可以大大降低污泥中重金属的含量,处理后
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的混合污泥,重金属 Cu、Zn、Cd的含量也均降低,Pb含量虽升高,但不明显,这可能是由于皇竹草吸收的重金
属 Cu、Zn、Cd含量较多,从而导致即使经过浓缩,处理后的混合污泥 Cu、Zn、Cd含量均降低。 植物处理后的污
泥本身水分含量较低,重金属含量较高,但重金属有效态含量较低,生物稳定性较高,即使再通过种植皇竹草,
污泥重金属 Cu、Zn、Pb、Cd的含量仍处于高水平。
表 4摇 皇竹草水分和氮磷钾含量
Table 4摇 Water and nutrient contents of hybrid giant napier
处理 Treatments 含水量 / (g / kg)Water content
N /
(g / kg DW)
P /
(g / kg DW)
K /
(g / kg DW)
土壤 Soil 807.2依25.6b 13.19依1.58c 2.46依0.33c 25.17依2.83c
新鲜污泥 Fresh MSS 857.2依2.10a 34.84依2.60a 5.22依0.18a 46.87依3.29a
土壤+新鲜污泥等体积混合 Soil鄄MSS mixture 841.2依21.5a 20.55依1.61b 2.61依0.48c 39.27依1.39b
植物处理后的污泥 Phyto鄄treated MSS 845.6依4.81a 19.25依1.92b 3.89依0.40b 38.66依3.46b
摇 摇 数据为平均值依标准差,根据 Duncan氏检验(P<0.05),同一列中不同字母表示处理间差异显著,n= 3
表 5摇 种植植物后污泥重金属含量变化
Table 5摇 Changes of heavy metal content in MSS after planting
处理
Treatments
Cu / (mg / kg DW)
处理前
Before planted
处理后
After planted
Zn / (mg / kg DW)
处理前
Before planted
处理后
After planted
土壤 Soil 17.43依0.16 dB 24.83依2.88 cA 40.76依6.04 dB 54.19依2.22 dA
新鲜污泥 Fresh MSS 389.9依32.7 bB 552.9依15.7 bA 1106.0依52.2 bB 1481.0依37.7 bA
土壤+新鲜污泥等体积混合 Soil鄄MSS mixture 57.71依3.55 cA 45.80依0.98 cB 176.4依14.0 cA 164.3依24.7 cA
植物处理后的污泥 Phyto鄄treated MSS 666.5依14.3 aA 692.1依47.2 aA 1532.0依26.8 aA 1555.0依39.1 aA
处理
Treatments
Pb / (mg / kg DW)
处理前
Before planted
处理后
After planted
Cd / (mg / kg DW)
处理前
Before planted
处理后
After planted
土壤 Soil 46.76依0.72 dB 60.37依2.42 cA 0.11依0.03 dA 0.15依0.04 bA
新鲜污泥 Fresh MSS 64.41依2.38 bB 90.94依1.59 bA 4.43依0.14 bB 5.6依0.53 aA
土壤+新鲜污泥等体积混合 Soil鄄MSS mixture 54.66依1.41 cA 55.76依2.39 cA 1.08依0.35 cA 0.65依0.28 bA
植物处理后的污泥 Phyto鄄treated MSS 107.1依6.91 aB 129.1依10.9 aA 5.51依0.23 aA 6.12依0.69 aA
摇 摇 数据为平均值依标准差,根据 Duncan氏检验(P<0.05),同一列中不同小写字母表示处理间差异显著,同一行中不同大写字母表示同一处理
处理前后差异显著,n= 3
2.2摇 盆栽育苗实验结果
在新鲜污泥上种植的皇竹草,不仅可作青贮饲料,而且可生产有机 K 肥,但皇竹草的成活率低,因此,为
了更好的利用皇竹草处理城市污泥生产植物产品,须进一步研究以提高新鲜污泥上直接种植皇竹草的成
活率。
从表 6可知,采取育苗移栽方式种植皇竹草,刚种植的皇竹草幼苗可利用植物根系所带的基质的保护作
用和营养元素度过适应期,皇竹草成活率达 66.67%,且采用育苗移栽方式种植 60d后,皇竹草株高、分蘖数及
生物量均明显高于室内直接扦插处理,每盆污泥可收获皇竹草以干重计为 70.59 g。 而室内直接扦插处理皇
竹草的成活率(44.44%)虽低于室内育苗移栽处理,但也解决了田间新鲜污泥上直接种植皇竹草其成活率为 0
的难题,这主要与污泥中的水分含量有关,雨季采取室内种植可以控制污泥中的水分含量,以避免污泥厌氧发
酵影响皇竹草生长。
2.3摇 育苗后移栽皇竹草田间试验结果
盆栽育苗试验已证明皇竹草在室内可以经过育苗后移栽至新鲜污泥上生长,但对于皇竹草是否也能够经
育苗后移栽在室外新鲜污泥上正常生长仍不确定。 在露天大田试验结果表明,育苗后移栽的皇竹草也能在新
鲜污泥上生长,皇竹草的成活率高达(96.54依0.77)%(标准差),约 6 个月后平均株高达到(2.60依0.68) m,单
9324摇 12期 摇 摇 摇 林晓燕摇 等:利用皇竹草处理城市污泥生产植物产品 摇
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棵干重达(1.42依0.23) kg(相当于 38.54 t / hm2)。 田间试验的成活率比前一盆栽试验较高的原因可能在于本
次育苗的基质杯较大,起到了更好的保护幼嫩根系的作用。
表 6摇 盆栽育苗皇竹草的生物量和生物学指标
Table 6摇 Biomass and other biological indexes of hybrid giant napier in pot experiment
处理
Treatments
成活率
Survival rate / %
株高
Plant height / cm
分蘖数
Tiller number
生物量
Biomass / (g /盆 DW)
直接扦插 Direct cutting 44.44依19.3a 63.67依5.13b 1.67依1.15b 13.13依4.45b
育苗移栽 Transplanting with seedling 66.67依33.3a 78.50依4.95a 9.00依2.83a 70.59依15.8a
摇 摇 数据为每盆皇竹草的平均统计量,为平均值依标准差,根据 Duncan氏检验(P<0.05),同一列中不同字母表示处理间差异显著,n= 3
3摇 结论
(1)在新鲜污泥上直接种植皇竹草,直接扦插的皇竹草难于存活,即使是根兜分株移栽皇竹草成活率也
仅为 16.67%,而在土壤+新鲜污泥等体积混合、植物处理后的污泥上,即使采用直接扦插方式,皇竹草成活率
分别可达 58.33%、83.33%,两个月干草产量分别达 22.20、19.80 t / hm2,为土壤上的 5.11、4.55倍。
(2)采用育苗后移栽的方式可以在新鲜污泥上使皇竹草的成活率达 66.67%以上。
(3)皇竹草吸收 K较明显,污泥上种植的皇竹草 K 的含量可达 4%(干重),N、P 2O5、K2O 的总含量大于
7%(干重),可作为有机 K 肥原料。 另外,皇竹草重金属 Cu、Zn、Pb、Cd 含量均符合国家饲料卫生标准(GB
13078—2001),也可作为饲养牛、羊、兔等草食动物的饲料。
参考文献(References):
[ 1 ]摇 陈同斌, 郑国砥, 高定, 刘洪涛, 杜伟, 杨军. 城市污泥堆肥处理及其产业化发展中的几个关键问题. 中国给水排水, 2009, 25(9):
104鄄108.
[ 2 ] 摇 覃文圣. 污泥行业将迎来春天. 中国水网, 2014鄄1鄄17 [2014鄄1鄄19] . http: / / news.h2o鄄china.com / html / 2014 / 01 / 124689_1.shtml.
[ 3 ] 摇 郭广慧, 杨军, 陈同斌, 郑国砥, 高定, 宋波, 杜伟. 中国城市污泥的有机质和养分含量及其变化趋势. 中国给水排水, 2009, 25(13):
120鄄121.
[ 4 ] 摇 杨军,郭广慧,陈同斌,郑国砥,高定,杨苏才,宋波,杜伟. 中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势. 中国给水排水, 2009, 25(13):
122鄄124.
[ 5 ] 摇 黄雅曦, 李季, 李国学, 杨合法, 高巍, 黄妍. 施用污泥堆肥对玉米产量及土壤性质的影响. 东北农业大学学报, 2010, 41(9): 43鄄49.
[ 6 ] 摇 宋凤敏. 城市污泥土地利用对菠菜生长的影响. 安徽农业科学, 2010, 38(31): 17669鄄17670.
[ 7 ] 摇 Singh R P, Agrawal M. Variations in heavy metal accumulation, growth and yield of rice plants grown at different sewage sludge amendment rates.
Ecotoxicology and Environmental Safety, 2010, 73(4): 632鄄641.
[ 8 ] 摇 Singh R P, Agrawal M. Biochemical and physiological responses of rice (Oryza sativa L.) grown on different sewage sludge amendments rates.
Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2010, 84(5): 606鄄612.
[ 9 ] 摇 马达, 高定, 刘洪涛, 陈同斌, 郑国砥, 杜伟. 城市污泥堆肥用作花卉栽培基质的效果评价. 中国给水排水, 2009, 25(15): 115鄄116.
[10] 摇 高定,刘洪涛,陈同斌,徐伟朴,郑国砥,杜伟. 城市污泥堆肥用于草坪基质的生物与环境效应. 中国给水排水, 2009, 25(15): 119鄄121.
[11] 摇 赵晓莉, 徐德福, 李泽宏, 陈建军, 董斌, 吴荣涛. 城市污泥的土地利用对黑麦草理化指标和品质的影响. 农业环境科学学报, 2010, 29
(S1): 59鄄63.
[12] 摇 闫双堆, 卜玉山, 刘利军. 污泥复混肥对早熟禾草坪草生长性状及土壤酶活性的影响. 中国生态农业学报, 2008, 16(5): 1104鄄1108.
[13] 摇 Mutegi J K, Mugendi D N, Verchot L V, Kung忆u J B. Combining napier grass with leguminous shrubs in contour hedgerows controls soil erosion
without competing with crops. Agroforestry Systems, 2008, 74(1): 37鄄49.
[14] 摇 李德明, 刘金祥, 孙进武. 刈割频率对皇竹草产量及其光合生理生态的影响. 广东农业科学, 2010, (5): 39鄄41.
[15] 摇 马崇坚, 刘发光, 陈敬超, 何俊梅. 不同种植年限皇竹草产量与生物学性状关系分析. 草业科学, 2011, 28(8): 1473鄄1478.
[16] 摇 王成刚, 钱排峰. 不同施氮量对皇竹草生长的影响. 安徽农业科学, 2012, 40(33): 16169鄄16170.
[17] 摇 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法. 北京: 中国农业科技出版社, 1999.
[18] 摇 Gasc佼 G, Lobo M C. Composition of a Spanish sewage sludge and effects on treated soil and olive trees. Waste Management, 2007, 27(11): 1494鄄
1500.
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