添加凹凸棒土城市污泥改良西北地区黄土肥力及生物有效性研究

发布时间：2019-10-18

　　摘要：城市污泥中含有丰富的植物体生长所需的营养成分，但同时也含有大量重金属及其他有害病原体，添加过量会对植物生长产生负面影响。本研究通过向黄土中添加城市污泥和凹凸棒土，联合改良土壤肥力及生物有效性。结果表明，加入污泥后，土壤pH、EC、有机质、N、P等含量均显著增加。小白菜的鲜重生物量和株高在施加10%比例时达到最高，而发芽率在施加5%时达到最高。

　　关键词：城市污泥;凹凸棒土;土壤改良;白菜;重金属;生物有效性

　　城市污泥作为污水的衍生品，近年来总量激增，目前我国污泥年产量已高达7000万t。污泥成分非常复杂，含有大量的有机质和营养元素，同时还含有大量从污水中截留下的重金属、病原菌等有毒有害物质[1]。将污泥施加到土壤中，可以提供给植物体生长所需的营养物质，但如果施加不合理，会引入大量重金属，影响农作物食用安全质量和地下水的水质[2]。而我国西北地区黄土的pH值大多呈弱酸性，植物生长所需的营养元素含量也相对较低，不利于植物茁壮生长。许多研究结果表明，向土壤中施加合适比例的污泥，不仅能提高土壤的pH、EC值等，还能提供给植物体生长所需要的营养物质，进而影响植物的生长和发育[3-4]。

　　凹凸棒土简称凹凸土或凹土(attapulgite，简称ATP)在我国储量丰富，作为一种松散多孔且比表面积较大的固体颗粒，其基本结构使其成为一种天然-维棒状纳米材料，表现出各种优异的物理化学性质"。

　　1材料与方法

　　1.1样品采集及处理

　　供试黄土采于甘肃省兰州市仁寿山周边，坐标为13004052"E，360822"N，采样深度表层0.0~0.2m。土壤样品自然风干，研磨，用0.15mm尼龙筛过筛后放置于密封袋中备用。

　　供试污泥采于兰州市某污水处理厂，污泥在自然条件下风干，过筛去除其中的石块及异物，放置于冰箱中4℃下储存备用，保质期为5d

　　1.2分析方法

　　土壤样品处理后，将城市污泥与土壤按照不同质量比例混合均匀，形成污泥所占质量百分比分别为0%(纯黄土)、5%，10%，15%，20%的5种污泥混合土壤，记为Lo，L.，L2、Ls、L4。将不同配比污泥混合土壤2kg(以风干基计)，分别装入塑料种植盆中，再给每个处理样中加入20g凹凸棒土，记为To，TT2，Ts，T.，加入蒸馏水使土壤保持湿润，每隔2d浇一次水，持续30d后，将样品风干、磨碎，测定其相应理化性质。在每个处理盆中均匀播种10粒白菜种子，定期浇水，等长出三片子叶时，间苗至3株/盆，成熟后收获。每个处理样水平重复3次。收获时，将白菜带根从盆中倒出，抖落根部多余土壤，用自来水冲洗，再用去离子水洗净，在75℃下烘干至恒重，研碎备用。

　　通过对土壤中有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾含量的测定，本研究旨在说明城市污泥改良土壤肥力的效果。其间采用ICP-AES测定改良土壤中重金属(Zn，Cu，Pb.Cr)含量及不同种植土壤下小白菜生长状况。

　　2结果与讨论

　　2.1改良前后不同配比土壤理化性质对比

　　从表1可以看出，向黄土中施加5%、10%、15%和20%比例的城市污泥，土壤的理化性质受到明显的影响，土壤的pH值从5.42上升到6.64;土壤EC从0.18ms/cm增加到1.83ms/cm;土壤有机质相比增加了40.03%;土壤全氮相比增加了14.09%;土壤速效氮相比增加了51.72%;土壤全磷相比增加了59.24%;速效磷相比增加了1.59%;土壤速效钾相比增加了18.07%;土壤全氮、有效氮、全磷、速效磷、速效钾的含量随着城市污泥施加比例的增加都出现明显上升趋势，其中土壤全磷的增长幅度最大。

　　2.2改良前后不同配比土壤中重金属含量对比

　　从图1可以看出，重金属Cu、Zn、Cr的含量随污泥施加量的增加而大幅度增高，只有Pb的含量呈现下降后上升趋势。根据《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332-2006)，在施加量为10%～15%时土壤中Cu的含量超出了标准，在施加量为15%～20%时土壤中Zn的含量超出标准，任何改良处理条件下Pb和Cr的含量均超出了标准。

　　2.3改良前后土壤中白菜生长情况对比

　　从图2、图3和图4可以看出，向黄土中施加不同比例的城市污泥后，小白菜的鲜重生物量和株高在施加量为10%时最高，而发芽率在施加量为5%时达到最高，在向添加不同比例污泥的土壤处理样中加入20g的凹凸棒土后，小白菜的鲜重生物量、株高、发芽率都明显增大。总的来说，当向土壤中施加污泥比例在5%～10%的范围内，城市污泥对植物的生长发育具有较好的促进作用，超过15%时，由于污泥中含有的重金属、病原体及其他有害成分在小白菜体内的迁移和富集，小白菜的生长受到抑制。

　　3 结论

　　本文通过研究污水处理厂的污泥中重金属在土壤中的迁移转化情况，探究了城市污泥是否可以改良土壤肥力，提升生物有效性。结果表明，将不同比例的城市污泥施加到黄土后，黄土的一些基本理化性质如pH、EC、有机质、N、P、K的含量会发生较大变化;白菜的鲜重生物量、株高在施加10%的城市污泥时最高，发芽率在施加5%的城市污泥时最高，在添加量为5%～10%时，污泥对白菜的生长发育具有促进作用，施加污泥的含量过高，会抑制白菜的生长发育;向施加不同比例城市污泥的土壤中添加相同量的凹凸棒土后，白菜的生物量、株高、发芽率都明显增高。

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　　《中国土壤与肥料》是农业部主管、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所和中国植物营养与肥料学会主办的全国性专业科技期刊。读者对象为农业科研、教学、推广、环保、行政管理及肥料生产、经营部门的科技、管理人员及农民技术员。