淋洗后污泥对3种蔬菜种子萌发的影响_彭岗.pdf

淋洗后污泥对 种蔬菜种子萌发的影响彭 岗，常 红，黄 丽（华中农业大学 农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室，湖北武汉）摘要 以 种污泥（、）为材料，研究皂角苷和柠檬酸联合淋洗后污泥（、）对萝卜、白菜和生菜种子的发芽率、发芽指数和根伸长抑制率的影响。结果表明，淋洗后污泥（、）中的重金属（、和）和养分（有机质、）均降低。随污泥添加量（总干质量的）的增加，种蔬菜种子的发芽率减小；而淋洗后污泥提高了种子的发芽率，淋洗后污泥添加量为 时，种蔬菜种子的发芽率均在 以上。种蔬菜种子的发芽指数随淋洗污泥（、）添加量的增加呈上升趋势。与、相比，添加淋洗污泥后，种蔬菜种子的根伸长抑制率增大，小白菜根伸长抑制率增加了。关键词 污泥；淋洗；种子；发芽率；发芽指数；根伸长抑制率中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，）（，），（，）（，）（，）（，）（），；，（，），；基金项目国家重点研发计划项目（）；公益性行业（农业）科研专项（）。作者简介 彭岗（），男，重庆人，硕士研究生，研究方向：土壤环境化学。通信作者，教授，博士，博士生导师，从事土壤化学与土壤肥力研究。收稿日期 随着城市污水处理厂数量的激增、规模的扩大，其副产物污泥也逐年增加，预计在 年我国污泥（以含水率 计）的产量会趋近于 万。污泥中含有丰富的有机质、及植物生长所必需的微量元素，是一种很好的有机肥源。污泥的土地利用已被证明是城市污泥最有前景的处置方法。然而，城市污泥含有、等重金属，施用污泥必须控制重金属总量和毒性。长期施用污泥会增加土壤中的重金属，重金属通过阻碍电子传递、降低酶的活性、损伤细胞膜等影响植物种子的发芽和根的伸长。研究表明，污泥施用量较低（）时，小麦出芽率会有不同程度的提高，而施用量较高（）时，会明显抑制小麦的出芽。污泥对不同种子（如小白菜、生菜、青菜、黄瓜）具有不同程度的抑制作用。而相比种子发芽率，其根长更易受到污染土壤的影响。小白菜根伸长抑制作用随污泥用量的增加而增加，并随着时间推移呈现不同的趋势。化学淋洗技术具有简单、高效以及重金属去除率较高等特点。其中皂角苷和柠檬酸由于具有易生物降解、不会产生二次污染、对环境影响较小等优点，作为一类环境友好型淋洗剂被广泛地应用于重金属修复领域。已有研究表明，皂角苷和柠檬酸联合对污泥中的、和 均有较好的 去 除 效 果，去 除 率 分 别 可 达 、和.，使污泥中重金属的移动性、生物有效性和潜在生态风险减弱。污泥中的重金属含量是影响种子萌发和根伸长的主要因素之一。低浓度的重金属能够提高种子的发芽率，而高浓度的重金属（如 、）会抑制种子的发芽率。研究表明，淋洗后降低了重金属含量，同时提高了高羊茅草的发芽率和株高等生长指标。虽然近年来污泥农用潜力的研究较广泛，但大多数污泥的农用均为直接利用或者简单处理。目前，污泥中的重金属去除技术日渐完善，但对于去除重金属后污泥的农业利用研究较少。鉴于此，笔者以城市污泥为材料，研究皂角苷和柠檬酸联合淋洗后污泥中重金属及营养元素的变化，并分析淋洗前后污泥对萝卜、小白菜和生菜种子的发芽率、根伸长抑制率和发芽指数的影响，以期为污泥的合理农业利用提供理论依据。材料与方法 供试材料 供试土壤为武汉市华中农业大学校内试验基地的水稻土。将土壤风干、研磨、过 目和 目筛后备用。供试土壤为水稻土，其基本性质为 、有机质含量 、全氮含量 、全磷含量 、全钾含量 。污泥为武汉某污水处理厂 种污泥样品（、），经风干、剔除植物残渣和石块，研磨过 目筛备用。供试污泥、的含水量分别为、，烧失量分别为.、，挥发性固体含量分别为、。安徽农业科学，（）：，污泥淋洗制备：将皂角苷和柠檬酸联合淋洗剂（柠檬酸浓度为 ，皂素质量分数为，体积比为 ，液土比）分别加入 和 中，振荡 ，离心后过滤，并用去离子水清洗 次，冻干得到淋洗后的污泥样品分别为 与。供试作物的种子为萝卜（韩白玉）、小白菜（新绿秀）、生菜（金色抽穗生菜）。试验设计 污泥按（）、的质量比充分与土壤混合，各装于直径为 的玻璃培养皿中（每个皿中总质量为 ），并用土壤作对照。加入 去离子水，摇匀，再将大小适中的滤纸铺在溶液表面上，使其湿润。选择光鲜饱满的萝卜、小白菜和生菜种子，按萝卜每个发芽床 粒，生菜每个发芽床 粒，小白菜每个发芽床 粒，分别置于各发芽床上使之均匀分布，然后放入培养箱中于（.）条件下培养。其间，每隔 观察 次发芽率，连续 发芽率不再变化，试验停止（萝卜、小白菜、生菜种子的发芽时长分别为、）。测量平均根长（根和芽接点处到最长根尖的长度），计算其发芽率、根伸长抑制率和发芽指数。每个处理重复 次。种子发芽和根伸长的各项指标计算公式如下：种子发芽率发芽种子总数 供试种子数根伸长抑制率（空白根长各处理根长）空白根长发芽指数（）（）式中，为发芽日数，为与 相对应的每天发芽种子数（取平均值）。分析方法 污泥中的有机质采用重铬酸钾容量法外加热法测定；采用 计（，）测定（水土比，）；全氮采用半微量开氏法测定；全磷、速效磷采用钼锑抗比色法测定；全钾、速效钾采用火焰光度法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；重金属元素的全量分析采用 消解，原子吸收光谱仪（，美国瓦里安公司）测定。结果与分析 淋洗前后污泥中养分与重金属的变化 养分的变化。从表 可以看出，污泥、中的有机质、全氮和全磷含量均较高，全钾含量则略低于供试土（）。淋洗后污泥的有机质、全磷、速效磷、全氮、碱解氮含量均有不同程度的降低。淋洗后污泥、的有机质含量分别为 和 ，与原污泥、相比分别下降了 和；全磷含量的变化幅度较全氮的大，种污泥的全磷含量分别降低 和.，而全氮含量分别下降了.和。相比全量氮、磷，速效态的变化更为剧烈，其中速效磷含量降幅最大，、与、相比分别减少了.和，碱解氮含量分别减少 和，但全钾与速效钾含量的变化则不明显。由于污泥淋洗后进行了多次（次）清洗，另外淋洗剂中残余的皂角苷可能与有机质、氮、磷发生络合反应，从而导致一部分养分的损失，但大部分养分的含量仍远高于供试土壤的。另外淋洗后 种污泥的 变化较大，可能是淋洗采用的柠檬酸呈酸性，导致污泥的 有一定程度的降低。表 淋洗前后污泥的 和养分含量 污泥样品 有机质 全氮 全磷 全钾 碱解氮 速效磷 速效钾 重金属的变化。从淋洗前后污泥的重金属含量变化（表）可以看出，中的、含量均高于，经过皂角苷与柠檬酸联合淋洗后污泥的重金属含量有所降低。淋洗后污泥 各重金属含量低于国家污泥农用标准，而淋洗后污泥 中除 外，其他元素也低于国家污泥农用标准。淋洗对 的去除效果最好，含量分别降低了 和；含量分别降低了 和，而 与 的去除率均低于。这可能与重金属的存在形态、皂角苷与重金属的络合能力有关。有研究表明，皂角苷和柠檬酸都更容易与 形成配合物，导致 的整体去除率高于 。另外，重金属的去除率还与污泥的类型、有机质含量、重金属浓度、重金属的存在形态络合能力有关。污泥利用对蔬菜种子发芽的影响 发芽率。从表 可以看出，、中，随培养时间的延长，萝卜种子的发芽率逐渐增加。时 污泥添加量为（）处理的萝卜种子发芽率高于对照（）的，这可能是施加污泥提高了培养基中液体的脂质、糖、蛋白质和矿质养分等物质，种子萌发吸水时，培养基内的营养物质一定程度上促进了种子发芽；而培养到 时发芽率为，略低于 的（发芽率），以前重金属能促进种子萌发或对种子萌发无影响，但随着时间的延长，种子体内重金属浓度增加，抑制了种子的发芽。随污泥添加量的增加，萝卜种子的发芽率降低，例如 添加量的 和 处理（、）在培养时间为 时，种子的发芽率分别仅为 和，可见污泥施加量 卷 期 彭 岗等 淋洗后污泥对 种蔬菜种子萌发的影响越大，重金属含量越高，发芽率越低，这与砂质土壤中添加城市污泥对小白菜萌发影响的结果类似。表 污泥淋洗前后的重金属含量及农用标准 单位：污泥样品 国家污泥农用标准 添加 与 培养 内，各处理的发芽率均高于，其中 淋洗污泥 和 添加量为 处理（、）的发芽率由 的 分别提升至和。在发芽试验结束时，添加 与 污泥处理的种子发芽率均在 左右。添加污泥、在 对萝卜种子发芽率的影响趋势是一致的。但 处理在培养 的种子发芽率（）低于 处理（），可能是 污泥中的多数重金属含量较高，重金属能与种子细胞内蛋白质、核酸和脂质发生反应，阻碍了种子的萌发与根系的生长。表 添加污泥后萝卜种子的发芽率 单位：处理培养时间 注：处理中，表示淋洗后污泥，百分数表示对应的添加污泥比例。：，与萝卜种子相比，污泥对小白菜种子的发芽率影响较大（表）。添加 培养 ，、处理的发芽率分别为、，均低于对照（）。添加 培养 ，处理的发芽率最低，仅为，而其他处理的发芽率均在 以上。在 ，添加 与，、处理相比于，种子的发芽率均有所提高。在 ，处理能够促进种子的萌发，发芽率比 提高了 百分点，但 处理对种子发芽率的影响不明显。整体上来看，种污泥对萝卜种子发芽率的影响大于小白菜种子发芽率，这可能与种子对重金属的耐受程度不同有关。在 后，不同污泥添加对小白菜种子发芽率的影响不明显，这可能是小白菜对重金属有较强的吸收作用，也比较敏感，导致小白菜处理间的种子发芽率变化不明显。表 添加污泥后小白菜种子的发芽率 单位：处理培养时间 注：处理中，表示淋洗后污泥，百分数表示对应的添加污泥比例。：，从表 可以看出，内，相比于，添加、分别为、的处理降低了生菜种子发芽率。与 处理的发芽率均较低，在发芽试验结束时（）分别仅为和，而和处理的发芽率均提高至。可见淋洗污泥（、）明显提高了生菜种子发芽率。安徽农业科学 年表 添加污泥后生菜种子的发芽率 单位：处理培养时间 注：处理中，表示淋洗后污泥，百分数表示对应的添加污泥比例。：，发芽指数。从表 可以看出，添加 的 污泥后，种蔬菜种子的发芽指数均大于，说明一定量 污泥对种子的萌发起到促进作用。但是高用量（）的污泥仍然对种子发芽有抑制作用，如在 处理时，萝卜种子的发芽指数仅为。相比于污泥淋洗前（、），淋洗后 添加比例的各处理种子发芽指数有所增加，而 添加比例的各处理（除 小白菜除外）种子的发芽指数有不同程度的增加，处理的生菜种子发芽指数较增加了。种蔬菜种子的发芽指数随淋洗污泥（、）添加量的增加呈上升趋势。整体来看，种蔬菜种子中，污泥的发芽指数均高于 污泥，可能是因为 污泥中的多数重金属含量高于。根伸长抑制率。从图 可以看出，种蔬菜的根伸长抑制率均随污泥添加量的增加而增大。、处理中，萝卜、小白菜、生菜的根伸长抑制率均接近，可见增加污泥添加量对根长的抑制作用增大，这与城市污泥对青椒根系抑制作用的研究结果类似。种污泥相比，添加 的处理根伸长抑制率较高于。与、相比，和 处理下的根伸长抑制率反而增大，其中小白菜的抑制率增幅最大，各处理增加。种蔬菜中小白菜的根伸长抑制率最高。表 添加污泥后 种蔬菜种子的发芽指数 蔬菜种子 污泥添加比例 萝卜 小白菜 生菜 有研究表明，重金属对种子根长的影响较发芽率更为显著，均表现为根长随着土壤中重金属含量的增加而减小，重金属是影响种子根长的重要因素。种子发芽时可从胚内得到养分供应，这使得重金属对种子的毒害作用在一定范围内表现为部分抑制；而根从一开始就完全暴露于土壤中，其生长和发育全过程受重金属污染的影响较大，所以根对重金属污染的反应更为敏感。另外，该研究中添加淋洗后污泥的种子根伸长抑制率反而增大，这可能是淋洗后污泥的 降低，影响细胞壁的组分和重金属的生物有效性，进而抑制根系的生长。结论淋洗会导致污泥中养分的淋失，使有机质、氮、磷、钾含量均有不同程度的下降，其中以磷的变化幅度最大。淋洗后各重金属含量均降低，其中对 的去除效果较好，可达 以上。总体来看，随原污泥（、）添加量的增加，种蔬菜种子的发芽率和发芽指数均降低，其中，在 和 处理下，萝卜的发芽率均不高于。与 相比，对萝卜和生菜种子的发芽率和发芽指数均降低。与原污泥（、）相比，淋洗后污泥（、）提高了种子发芽率，但不同添加量对种子的发芽率没有显著影响。种蔬菜种子的发芽指数随淋洗污泥（、）添加量的增加呈上升趋势。相比于 和，和 对种子的根生长抑制率更明显。根伸长抑制率