利用皇竹草處理城市污泥生產(chǎn)植物產(chǎn)品

林曉燕, 王 慧, 王 浩, 陳 誠(chéng), 吳啟堂, 衛(wèi)澤斌, 羅贏鵬, 陳曉紅

1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 廣東省高校土壤環(huán)境與廢物資源農(nóng)業(yè)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510642 2 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系, 廣州 510225

利用皇竹草處理城市污泥生產(chǎn)植物產(chǎn)品

林曉燕1, 王 慧1, 王 浩1, 2, 陳 誠(chéng)1, 吳啟堂1,*, 衛(wèi)澤斌1, 羅贏鵬1, 陳曉紅1

1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 廣東省高校土壤環(huán)境與廢物資源農(nóng)業(yè)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510642 2 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系, 廣州 510225

利用大生物量植物——皇竹草(Pennisetumhydridum)，處理城市污泥高效生產(chǎn)有用的植物產(chǎn)品。通過(guò)小型田間試驗(yàn)，采用根兜分株移栽和直接扦插方式種植皇竹草，比較土壤、新鮮污泥、土壤+新鮮污泥等體積混合、植物處理后的污泥4種介質(zhì)的適應(yīng)性，測(cè)定了皇竹草的成活率和生長(zhǎng)狀況，以及污泥自身性質(zhì)的變化；通過(guò)盆栽試驗(yàn)及田間試驗(yàn)進(jìn)一步探討育苗后移栽在新鮮污泥上的可行性。結(jié)果表明，新鮮污泥上直接扦插的皇竹草無(wú)一存活，即使是根兜分株移栽其成活率也僅為16.67%，生長(zhǎng)較差。而對(duì)于土壤+污泥混合物或植物處理后的污泥，采用直接扦插方式，皇竹草的成活率也分別達(dá)58.33%、75.00%，兩個(gè)月干草產(chǎn)量達(dá)22.20、19.80 t/hm2，為土壤上的5.11、4.55倍?；手癫菸誎較明顯，3個(gè)有污泥的處理皇竹草K含量接近40 g/kg干重，N、P2O5、K2O的總含量大于70 g/kg，可作為有機(jī)K肥原料；皇竹草重金屬Cu、Zn、Pb、Cd含量均符合國(guó)家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 13078—2001)，作為飼料是安全的。盆栽試驗(yàn)及田間試驗(yàn)表明，采用育苗后移栽的方式，皇竹草在新鮮污泥上的成活率達(dá)66.67%以上。因此，城市污泥直接種植皇竹草可以實(shí)現(xiàn)資源化利用。

城市污泥; 皇竹草; 植物處理; 育苗

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)污水處理率日益提高，城市污泥作為污水處理的必然附屬產(chǎn)物其產(chǎn)量也與日劇增[1]。到2015年，全國(guó)每年約產(chǎn)生脫水污泥3359萬(wàn)t[2]。城市污泥數(shù)量巨大，增長(zhǎng)迅速，其安全、合理處理處置是目前環(huán)境領(lǐng)域急需解決的問(wèn)題之一。城市污泥一般富含N、P、有機(jī)質(zhì)等[3]，通過(guò)各種形式將其土地利用，使污泥重新參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，不僅成本低，而且可以有效利用污泥中有用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，污泥農(nóng)業(yè)資源化利用已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。但是城市污泥中也含有重金屬、有機(jī)污染物、病原體等有毒有害物質(zhì)，在土地利用過(guò)程中容易對(duì)土壤、地下水和作物造成二次污染，有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并可能經(jīng)食物鏈富集和傳遞對(duì)人體健康產(chǎn)生危害[1]。雖然中國(guó)城市污泥的重金屬含量總體呈下降趨勢(shì)，但超標(biāo)率仍較高[4]，仍是目前限制其大規(guī)模土地利用的主要因素。因此，尋求經(jīng)濟(jì)有效的污泥無(wú)害化和資源化處理途徑具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外許多研究將污泥或污泥堆肥應(yīng)用于蔬菜、糧食作物、花卉、草坪草等的生產(chǎn)，并表明，城市污泥經(jīng)過(guò)合理方式農(nóng)用可以顯著提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[5- 8]，促進(jìn)花卉的生長(zhǎng)并改善花卉的觀賞品質(zhì)[9]，提高草坪草的生物量[10- 11]，增強(qiáng)草坪草的抗逆性[12]。另有研究表明，皇竹草(Pennisetumhydridum)為大生物量植物，具有適應(yīng)性強(qiáng)、分蘗性強(qiáng)、生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、可多年收獲等特點(diǎn)，經(jīng)常被用作飼喂牛、羊、兔等草食動(dòng)物的主要青貯飼料，還被廣泛應(yīng)用于造紙、食品等領(lǐng)域；同時(shí)，鑒于皇竹草須根系發(fā)達(dá)，抗旱性強(qiáng)，對(duì)土壤要求低等，近年來(lái)也逐漸被應(yīng)用于綠化荒山、保持水土、改善土壤結(jié)構(gòu)等生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)方面[13]。因此，若能利用皇竹草處理城市污泥高效生產(chǎn)植物產(chǎn)品，不僅可以變廢為寶，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。目前，對(duì)皇竹草的栽培與利用主要是基于以土壤為基質(zhì)進(jìn)行種植的[14- 16]，以污泥為基質(zhì)種植皇竹草的相關(guān)研究則未見(jiàn)報(bào)道，對(duì)皇竹草是否能在污泥上生長(zhǎng)、皇竹草的產(chǎn)量和品質(zhì)及栽種皇竹草后污泥本身性質(zhì)的變化等有待查明。因此，本研究試圖回答以上問(wèn)題，以便更好地實(shí)現(xiàn)污泥資源化和無(wú)害化。

1 材料與方法1.1 供試材料

(1)供試污泥和土壤 新鮮污泥Ⅰ、新鮮污泥Ⅱ、新鮮污泥Ⅲ均取自廣州市大坦沙污水處理廠未消化污泥，三者取樣時(shí)間不同，理化性質(zhì)略有不同，除前兩者污泥Cd含量均超過(guò)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置-農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)但低于B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)外，其余重金屬指標(biāo)均符合A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可用于種植飼料作物；供試土壤為廣東赤紅壤，供試污泥和土壤的主要理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試污泥和土壤主要理化性質(zhì)Table 1 Main characteristics of the studied municipal sewage sludge (MSS) and soil

(2)供試皇竹草 選取粗壯較一致的皇竹草老莖，一半截成2節(jié)莖段，一半連根挖出，將根兜按大小一致進(jìn)行分株，然后將皇竹草莖段直接扦插或根兜分株后移栽至污泥和土壤中。

(3)供試育苗基質(zhì) 購(gòu)自廣州市園林基質(zhì)廠，為枯枝落葉經(jīng)堆肥處理后的育苗專用基質(zhì)土。

(4)供試塑料盆 采用規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=44 cm×31.5 cm×16 cm的塑料盆。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.2.1 不同污泥基質(zhì)種植皇竹草小型田間試驗(yàn)：

試驗(yàn)設(shè)置4處理，分別為Ⅰ土壤，Ⅱ新鮮污泥，Ⅲ土壤+新鮮污泥等體積混合(將新鮮污泥直接與土壤等體積混合)，Ⅳ植物處理后的污泥(新鮮污泥種植玉米一季后的污泥)，每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)用地約2.50 m×7.00 m，陽(yáng)光輻照程度均一。將試驗(yàn)地分成4個(gè)2.00 m×1.20 m的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)間距40 cm，用PVC板將每個(gè)小區(qū)均勻隔成3列。在地面上每一列鋪一層黑網(wǎng)，然后將污泥或土壤平鋪于黑網(wǎng)上，規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=1.80 m×0.40 m×0.15 m。每一列種植6棵皇竹草，行距為30 cm。設(shè)置2種種植方式，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進(jìn)行種植，其他4行采用直接扦插方式。試驗(yàn)起始時(shí)間為2012年3月3日，在皇竹草生長(zhǎng)期按常規(guī)方法進(jìn)行管理，但種植過(guò)程不施任何肥料，5月16日將皇竹草刈割。

1.2.2 育苗移栽盆栽試驗(yàn)

為進(jìn)一步研究、提高在新鮮污泥上種植皇竹草的成活率，試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)處理，每處理重復(fù)3次。

(1)直接扦插 將皇竹草莖段直接扦插種植在新鮮污泥中，放置在室內(nèi)。

(2)育苗移栽 皇竹草莖段在基質(zhì)杯(上口徑9.5 cm，底徑5.3 cm，高12.7 cm)中扦插育苗兩周后，連同基質(zhì)和苗移栽到新鮮污泥中，放置在室內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，在塑料盆內(nèi)鋪上一層黑網(wǎng)，在黑網(wǎng)上放入24 kg的新鮮脫水污泥，然后將準(zhǔn)備好的扦插莖和苗直接種植在新鮮污泥中，每盆種植3棵皇竹草。種植期間水分管理按照污泥含水量進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，確保植物能正常生長(zhǎng)。試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，時(shí)間為2012年5月—6月。

1.2.3 育苗移栽田間中試試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證育苗后移栽皇竹草在新鮮污泥上的成活率，在試驗(yàn)用地約18.00 m×8.00 m，陽(yáng)光輻照程度均一的露天環(huán)境開(kāi)展田間中試試驗(yàn)，設(shè)置4個(gè)重復(fù)。將試驗(yàn)地分成4個(gè)8.00 m×3.00 m的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)間距40 cm。在地面上每一小區(qū)鋪一層黑網(wǎng)，然后將污泥平鋪于黑網(wǎng)上，規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=8.00 m×3.00 m×0.20 m。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，將經(jīng)過(guò)在基質(zhì)杯(上口徑13 cm，底徑9 cm，高11 cm)中扦插育苗兩周后的皇竹草苗及基質(zhì)移栽到新鮮污泥中，每個(gè)小區(qū)種植65棵皇竹草，行株距均為60 cm。試驗(yàn)時(shí)間為2012年11月—2013年5月，種植期間按常規(guī)方法進(jìn)行管理，但不施任何肥料，1個(gè)月時(shí)觀測(cè)皇竹草的成活率，刈割前測(cè)定株高，收割后稱得產(chǎn)量。

1.3 樣品分析測(cè)定

(1)植物樣品分析測(cè)定 收獲時(shí)，調(diào)查皇竹草的成活率、株高、分蘗數(shù)和生物量。將皇竹草莖葉用自來(lái)水和去離子水洗凈，吸水紙吸干表面水，測(cè)定鮮重。將樣品置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后65 ℃、48 h烘干，記錄干重。干樣用萬(wàn)能粉碎機(jī)磨細(xì)，過(guò)0.25 mm的尼龍篩，備測(cè)N、P、K和重金屬含量。植物全N、全P、全K采用H2SO4-H2O2消煮法，重金屬含量測(cè)定采用干灰化-原子吸收光譜法，其具體測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[17]。

(2)污泥、土壤樣品分析測(cè)定 在剛種植植物和收獲植物時(shí)，均采污泥樣、土樣，室內(nèi)風(fēng)干，去除根系，并研磨過(guò)20、100目尼龍篩，包裝登記后保存?zhèn)錅y(cè)，重金屬Cu、Zn、Pb、Cd全量均采用HCl-HNO3-HF-HClO4消煮-原子吸收光譜測(cè)定法(GB/T 17138—1997)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)用Excel 2003處理，采用SAS 8.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同污泥基質(zhì)種植皇竹草小型田間試驗(yàn)結(jié)果2.1.1 不同處理對(duì)皇竹草生長(zhǎng)的影響

從表2可知，在皇竹草生長(zhǎng)期間，將皇竹草莖段直接扦插于新鮮污泥上，皇竹草無(wú)一存活；采用根兜分株移栽，皇竹草生長(zhǎng)也較差，成活率僅為16.67%，生物量干重也僅為38.55 g/株，這可能是新鮮污泥中水分含量較高，且為雨季，污泥厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的有機(jī)酸等物質(zhì)不利于皇竹草幼苗生長(zhǎng)，另外污泥中鹽分含量較高[18]，

表2 田間小型實(shí)驗(yàn)皇竹草生物量和生物學(xué)指標(biāo)Table 2 Hybrid giant napier biomass and other biological indexes of field experiment

對(duì)皇竹草根系有一定毒害作用，因此，不適合在新鮮污泥上直接種植皇竹草。新鮮污泥與土壤等體積混合后，直接扦插皇竹草莖段，有一半皇竹草能成活，根兜分株移栽皇竹草全部成活。而將皇竹草栽種于植物處理后的污泥上，根兜分株移栽和直接扦插的皇竹草的成活率均較高，分別達(dá)83.33%、75.00%，尤其是植物處理后的污泥處理根兜分株移栽的皇竹草生物量干重高達(dá)472.5 g/株，高于其他處理。

土壤+新鮮污泥等體積混合處理根兜分株移栽或直接扦插皇竹草產(chǎn)量以干重計(jì)分別為25.05、22.20 t/hm2，分別是土壤處理的1.33、5.11倍，處理1 t該種污泥可分別生產(chǎn)皇竹草干物質(zhì)16.68 kg和14.78 kg。植物處理后的污泥根兜分株移栽或直接扦插皇竹草產(chǎn)量以干重計(jì)分別為39.30、19.80 t/hm2，分別是土壤處理的2.09、4.55倍，處理1 t該種污泥可分別生產(chǎn)皇竹草干物質(zhì)26.25 kg和13.16 kg，產(chǎn)量可觀。此實(shí)驗(yàn)再次表明，皇竹草單株分蘗能力強(qiáng)，株高高容易獲得較高的單株產(chǎn)量[15]，因此為了更好的利用皇竹草處理城市污泥生產(chǎn)植物產(chǎn)品，可在皇竹草生長(zhǎng)一段時(shí)間后，將皇竹草刈割，讓其繼續(xù)生長(zhǎng)，增加皇竹草的分蘗數(shù)，從而進(jìn)一步提高生物量。

2.1.2 不同處理對(duì)皇竹草重金屬和營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響

皇竹草重金屬含量測(cè)定結(jié)果表明(表3)，土壤+新鮮污泥等體積混合處理、植物處理后的污泥處理皇竹草中Cu含量均明顯低于新鮮污泥處理，而高于土壤處理。新鮮污泥處理、土壤+新鮮污泥等體積混合處理和植物處理后的污泥處理皇竹草Pb含量均無(wú)明顯差異，且均低于土壤處理。對(duì)于皇竹草Zn、Cd的含量，植物處理后的污泥處理雖高于新鮮污泥處理，但差異不明顯，這可能是植物處理后的污泥中有效態(tài)Zn、有效態(tài)Cd含量仍較高所致。而土壤+新鮮污泥等體積混合處理由于在污泥中混入了低Zn、低Cd的土壤，使得污泥中Zn、Cd含量明顯降低，植物吸收的Zn、Cd含量也減少，所以土壤+新鮮污泥等體積混合處理皇竹草Zn、Cd含量顯著低于新鮮污泥處理和植物處理后的污泥處理。

表3 皇竹草重金屬含量Table 3 Heavy metal contents in the plant of hybrid giant napier

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)Duncan氏檢驗(yàn)(P<0.05)，同一列中不同字母表示處理間差異顯著，n=3; DW: 干重

4個(gè)處理皇竹草中，Pb、Cd含量均低于國(guó)家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 13078—2001)限值，Pb含量更為明顯，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。而國(guó)家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)植物中Cu、Zn含量均無(wú)限定，各污泥處理的皇竹草可作為飼養(yǎng)牛、羊、兔等草食動(dòng)物的青貯飼料。

從表4可知，由于污泥含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，將皇竹草栽種于污泥上，皇竹草N、P、K含量都相對(duì)較高，除土壤+新鮮污泥等體積混合處理P含量略高于土壤處理外，新鮮污泥處理、土壤+新鮮污泥等體積混合處理、植物處理后的污泥處理皇竹草N、P、K的含量均顯著高于土壤處理，這可能是由于土壤中P的含量較低，與新鮮污泥混合后，雖有所升高，但含量仍較低，以致植物可吸收的P含量較少。污泥3個(gè)處理皇竹草中K的含量均達(dá)干重的4%，N、P2O5、K2O的總含量均達(dá)7%，所以栽種于污泥上的皇竹草非常適合作有機(jī)肥料，生產(chǎn)有機(jī)K肥。而污泥3個(gè)處理中，新鮮污泥處理皇竹草K含量高達(dá)46.87 g/kg(DW)，N、P2O5、K2O的總含量高達(dá)9%，后期進(jìn)一步加強(qiáng)研究直接在新鮮污泥上種植皇竹草具有一定意義。

2.1.3 不同處理污泥重金屬含量的變化

對(duì)污泥樣品重金屬含量進(jìn)行分析測(cè)定表明(表5)，處理后新鮮污泥由于水分含量明顯減小，污泥濃縮，使得污泥中重金屬含量明顯升高。而將新鮮污泥與土壤混合，不但可以大大降低污泥中重金屬的含量，處理后的混合污泥，重金屬Cu、Zn、Cd的含量也均降低，Pb含量雖升高，但不明顯，這可能是由于皇竹草吸收的重金屬Cu、Zn、Cd含量較多，從而導(dǎo)致即使經(jīng)過(guò)濃縮，處理后的混合污泥Cu、Zn、Cd含量均降低。植物處理后的污泥本身水分含量較低，重金屬含量較高，但重金屬有效態(tài)含量較低，生物穩(wěn)定性較高，即使再通過(guò)種植皇竹草，污泥重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量仍處于高水平。

表4 皇竹草水分和氮磷鉀含量Table 4 Water and nutrient contents of hybrid giant napier

表5 種植植物后污泥重金屬含量變化Table 5 Changes of heavy metal content in MSS after planting

2.2 盆栽育苗實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在新鮮污泥上種植的皇竹草，不僅可作青貯飼料，而且可生產(chǎn)有機(jī)K肥，但皇竹草的成活率低，因此，為了更好的利用皇竹草處理城市污泥生產(chǎn)植物產(chǎn)品，須進(jìn)一步研究以提高新鮮污泥上直接種植皇竹草的成活率。

從表6可知，采取育苗移栽方式種植皇竹草，剛種植的皇竹草幼苗可利用植物根系所帶的基質(zhì)的保護(hù)作用和營(yíng)養(yǎng)元素度過(guò)適應(yīng)期，皇竹草成活率達(dá)66.67%，且采用育苗移栽方式種植60d后，皇竹草株高、分蘗數(shù)及生物量均明顯高于室內(nèi)直接扦插處理，每盆污泥可收獲皇竹草以干重計(jì)為70.59 g。而室內(nèi)直接扦插處理皇竹草的成活率(44.44%)雖低于室內(nèi)育苗移栽處理，但也解決了田間新鮮污泥上直接種植皇竹草其成活率為0的難題，這主要與污泥中的水分含量有關(guān)，雨季采取室內(nèi)種植可以控制污泥中的水分含量，以避免污泥厭氧發(fā)酵影響皇竹草生長(zhǎng)。

2.3 育苗后移栽皇竹草田間試驗(yàn)結(jié)果

盆栽育苗試驗(yàn)已證明皇竹草在室內(nèi)可以經(jīng)過(guò)育苗后移栽至新鮮污泥上生長(zhǎng)，但對(duì)于皇竹草是否也能夠經(jīng)育苗后移栽在室外新鮮污泥上正常生長(zhǎng)仍不確定。在露天大田試驗(yàn)結(jié)果表明，育苗后移栽的皇竹草也能在新鮮污泥上生長(zhǎng)，皇竹草的成活率高達(dá)(96.54±0.77)%(標(biāo)準(zhǔn)差)，約6個(gè)月后平均株高達(dá)到(2.60±0.68) m，單棵干重達(dá)(1.42±0.23) kg(相當(dāng)于38.54 t/hm2)。田間試驗(yàn)的成活率比前一盆栽試驗(yàn)較高的原因可能在于本次育苗的基質(zhì)杯較大，起到了更好的保護(hù)幼嫩根系的作用。

表 6 盆栽育苗皇竹草的生物量和生物學(xué)指標(biāo)Table 6 Biomass and other biological indexes of hybrid giant napier in pot experiment

3 結(jié)論

(1)在新鮮污泥上直接種植皇竹草，直接扦插的皇竹草難于存活，即使是根兜分株移栽皇竹草成活率也僅為16.67%，而在土壤+新鮮污泥等體積混合、植物處理后的污泥上，即使采用直接扦插方式，皇竹草成活率分別可達(dá)58.33%、83.33%，兩個(gè)月干草產(chǎn)量分別達(dá)22.20、19.80 t/hm2，為土壤上的5.11、4.55倍。

(2)采用育苗后移栽的方式可以在新鮮污泥上使皇竹草的成活率達(dá)66.67%以上。

(3)皇竹草吸收K較明顯，污泥上種植的皇竹草K的含量可達(dá)4%(干重)，N、P2O5、K2O的總含量大于7%(干重)，可作為有機(jī)K肥原料。另外，皇竹草重金屬Cu、Zn、Pb、Cd含量均符合國(guó)家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 13078—2001)，也可作為飼養(yǎng)牛、羊、兔等草食動(dòng)物的飼料。

[1] 陳同斌, 鄭國(guó)砥, 高定, 劉洪濤, 杜偉, 楊軍. 城市污泥堆肥處理及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題. 中國(guó)給水排水, 2009, 25(9): 104- 108.

[2] 覃文圣. 污泥行業(yè)將迎來(lái)春天. 中國(guó)水網(wǎng), 2014- 1- 17 [2014- 1- 19]. http://news.h2o-china.com/html/2014/01/124689_1.shtml.

[3] 郭廣慧, 楊軍, 陳同斌, 鄭國(guó)砥, 高定, 宋波, 杜偉. 中國(guó)城市污泥的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量及其變化趨勢(shì). 中國(guó)給水排水, 2009, 25(13): 120- 121.

[4] 楊軍, 郭廣慧, 陳同斌, 鄭國(guó)砥, 高定, 楊蘇才, 宋波, 杜偉. 中國(guó)城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢(shì). 中國(guó)給水排水, 2009, 25(13): 122- 124.

[5] 黃雅曦, 李季, 李國(guó)學(xué), 楊合法, 高巍, 黃妍. 施用污泥堆肥對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤性質(zhì)的影響. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 41(9): 43- 49.

[6] 宋鳳敏. 城市污泥土地利用對(duì)菠菜生長(zhǎng)的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 38(31): 17669- 17670.

[7] 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- 641.

[8] Singh R P, Agrawal M. Biochemical and physiological responses of rice (OryzasativaL.) grown on different sewage sludge amendments rates. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2010, 84(5): 606- 612.

[9] 馬達(dá), 高定, 劉洪濤, 陳同斌, 鄭國(guó)砥, 杜偉. 城市污泥堆肥用作花卉栽培基質(zhì)的效果評(píng)價(jià). 中國(guó)給水排水, 2009, 25(15): 115- 116.

[10] 高定, 劉洪濤, 陳同斌, 徐偉樸, 鄭國(guó)砥, 杜偉. 城市污泥堆肥用于草坪基質(zhì)的生物與環(huán)境效應(yīng). 中國(guó)給水排水, 2009, 25(15): 119- 121.

[11] 趙曉莉, 徐德福, 李澤宏, 陳建軍, 董斌, 吳榮濤. 城市污泥的土地利用對(duì)黑麥草理化指標(biāo)和品質(zhì)的影響. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 29(S1): 59- 63.

[12] 閆雙堆, 卜玉山, 劉利軍. 污泥復(fù)混肥對(duì)早熟禾草坪草生長(zhǎng)性狀及土壤酶活性的影響. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 16(5): 1104- 1108.

[13] Mutegi J K, Mugendi D N, Verchot L V, Kung′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- 49.

[14] 李德明, 劉金祥, 孫進(jìn)武. 刈割頻率對(duì)皇竹草產(chǎn)量及其光合生理生態(tài)的影響. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, (5): 39- 41.

[15] 馬崇堅(jiān), 劉發(fā)光, 陳敬超, 何俊梅. 不同種植年限皇竹草產(chǎn)量與生物學(xué)性狀關(guān)系分析. 草業(yè)科學(xué), 2011, 28(8): 1473- 1478.

[16] 王成剛, 錢(qián)排峰. 不同施氮量對(duì)皇竹草生長(zhǎng)的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(33): 16169- 16170.

[17] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999.

[18] Gascó G, Lobo M C. Composition of a Spanish sewage sludge and effects on treated soil and olive trees. Waste Management, 2007, 27(11): 1494- 1500.

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

1KeyLaboratoryofSoilEnvironmentandWasteReuseinAgricultureofGuangdongHigherEducationInstitutes,CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China2DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,ZhongkaiUniversityofAgricultureandEngineering,Guangzhou510225,China

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 (Pennisetumhydridum), which has a large biomass and can serve as animal feed or paper-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-sludge mixture at a ratio of 1∶1, and phyto-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 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-sludge mixture and phyto-treated sludge. The survival rates of stem cuttings planted in the soil-sludge mixture and phyto-treated sludge were 58.33% and 75.00%, respectively, and the yield of biomass of these two treatments ranged from 19.80 t/hm2to 22.20 t/hm2on 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, P2O5and 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.

municipal sewage sludge (MSS);Pennisetumhydridum; phyto-treatment; seedling

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41371308); 廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012A030700003, 2010B031800006); 廣東省自然科學(xué)基金團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(S2011030002882)

2013- 11- 04;

2014- 08- 28

10.5846/stxb201311042658

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wuqitang@scau.edu.cn

林曉燕, 王慧, 王浩, 陳誠(chéng), 吳啟堂, 衛(wèi)澤斌, 羅贏鵬, 陳曉紅.利用皇竹草處理城市污泥生產(chǎn)植物產(chǎn)品.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(12):4234- 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- 4240.