蚯蚓消解后污泥的性質(zhì)變化及對彩葉草生長的影響

霍慶霖，徐小遜，張世熔，鄧倩西，張馳強(qiáng)，鄧玉蘭，董袁媛

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川 成都　611130)

?

蚯蚓消解后污泥的性質(zhì)變化及對彩葉草生長的影響

霍慶霖，徐小遜①，張世熔，鄧倩西，張馳強(qiáng)，鄧玉蘭，董袁媛

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川 成都611130)

摘要：以太平1號蚯蚓(Pheretima)消解生活污泥，并將消解后污泥與土壤按不同比例混合作為彩葉草(Coleus blumei)基質(zhì)進(jìn)行盆栽試驗，研究了經(jīng)蚯蚓消解前后污泥理化性質(zhì)變化及蚯蚓消解后污泥不同配比基質(zhì)對彩葉草生長的影響。結(jié)果表明，經(jīng)蚯蚓消解后的污泥pH值、含水量、全氮、全磷、堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量降低，污泥的濕容重下降38.89%,通氣孔隙度升高93.91%，其作為栽培基質(zhì)的性質(zhì)得到改善。蚯蚓對污泥中重金屬有一定的生物富集作用，消解后污泥中Pb、As、Hg和Zn含量下降，Cu和Cd含量升高，但仍符合GB 4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中的中性和堿性土壤標(biāo)準(zhǔn)。隨著污泥添加量的上升，栽培基質(zhì)酶活性顯著升高，且植株生長形態(tài)和生理特性明顯優(yōu)于未消解污泥和對照(100%土壤)，表明100%消解后污泥作為栽培基質(zhì)有利于彩葉草生長。

關(guān)鍵詞：蚯蚓；生活污泥；彩葉草；生長發(fā)育

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展,城市污水處理力度和污水處理設(shè)施建設(shè)逐漸加快,產(chǎn)生的污泥量也日益增加。據(jù)統(tǒng)計,我國污泥(含水率w為80%)產(chǎn)量已達(dá) 3.0×108t·a-1,且每年將新增污水集中處理能力 1.5×108m3·d-1,若新增處理能力的運(yùn)行負(fù)荷按 80%計,我國污泥產(chǎn)量將以 2.6×107t·a-1的速度逐年遞增[1-2]。城市污泥含有大量氮、磷、鉀、微量元素和有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)成分,但也含有大量有毒、有害物質(zhì),如重金屬、病原菌及寄生蟲(卵)等[3],若處置不當(dāng)易對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成很大危害[4-5]。因此,實現(xiàn)城市生活污泥的無害化和資源化利用具有重要意義。

國內(nèi)外處理生活污泥的方式主要有焚燒、填埋和資源化利用等。焚燒和填埋污泥容易引起二次污染[4],不易廣泛推廣。資源化利用中直接堆肥法被廣為采用,但堆肥法不能去除污泥中重金屬[3],且存在堆肥周期長、占地面積大、氣味難聞和滋生蚊蠅等缺點[6]。研究表明,利用蚯蚓處理污泥能降低其中部分有毒有害物質(zhì)含量,改善污泥性質(zhì)[7-8]。如陳學(xué)民等[9]用赤子愛勝蚯蚓(Eiseniafoetida)直接處理蘭州市七里河污水廠新鮮的脫水污泥,發(fā)現(xiàn)經(jīng)蚯蚓處理后污泥中Cu、Zn、Pb和Cr含量有不同程度降低,但孫海東[5]卻發(fā)現(xiàn)消解后污泥Cr含量有所升高,Cu、Zn和Pb含量均降低。以上研究的結(jié)果不一致可能與不同區(qū)域污泥背景值以及具體消解條件不同有關(guān)。

目前,對成都市生活污泥進(jìn)行蚯蚓消解處理的報道并不多見,有關(guān)蚯蚓消解后污泥容重、孔隙度等與栽培相關(guān)物理指標(biāo)以及聚丙烯酰胺等有害物質(zhì)含量變化方面的研究更少。消解后污泥主要集中在蔬菜育苗、景觀觀花植物和草坪的應(yīng)用上[10-13],在觀葉類景觀植物中的研究還相對少見。彩葉草(Coleusblumei)是一種應(yīng)用較廣的觀葉花卉,色彩鮮艷，品種多，容易繁殖,有很大的市場前景。因此,筆者擬通過分析消解前后污泥理化性質(zhì)的變化,以及消解后污泥對彩葉草生長的影響,探討蚯蚓消解后污泥作為植物栽培基質(zhì)的可行性,以期為污泥的資源化利用提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試污泥取自成都市雙流縣東升污水處理廠,供試蚯蚓為太平1號(Pheretima),彩葉草穴盤苗購于成都市溫江區(qū)花木交易中心。供試土壤為水稻土,采自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫江試驗基地,土壤pH值、電導(dǎo)率、w(全氮)、w(速效氮)、w(全磷)、w(速效磷)、w(全鉀)、w(速效鉀)和w(有機(jī)質(zhì))分別為6.35、0.11 mS·cm-1、1.12 g·kg-1、78.43 mg·kg-1、0.98 g·kg-1、18.34 mg·kg-1、6.03 g·kg-1、123.20 mg·kg-1和20.32 g·kg-1。

1.2試驗設(shè)計

將未經(jīng)蚯蚓消解的鮮樣污泥一部分保存于冰箱待測,一部分風(fēng)干研磨,過2 mm孔徑篩后備用。選一塊長50 m、寬1.5 m的長方形土地作為處理床。將污泥堆置于處理床上,蚯蚓投放量為2 kg·m-2,堆置厚度約40 cm。每隔10 d翻轉(zhuǎn)1次污泥,40 d后采集蚯蚓消解后污泥,帶回實驗室備測。

盆栽試驗設(shè)6個處理,每個處理3個重復(fù)。各處理分別為:100%土壤(CK)；25%蚯蚓消解后污泥+75%土壤(T1)；50%蚯蚓消解后污泥+50%土壤(T2)；75%蚯蚓消解后污泥+25%土壤(T3)；100%蚯蚓消解后污泥(T4)；100%未處理污泥(T5)。彩葉草定苗,每盆裝入5.0 kg混合物,選擇大小長勢相似的彩葉草穴盤苗(約2.5 cm高)移栽,每盆3株。定時定量澆水,待植株長至3～4 cm高開始對彩葉草各生長形態(tài)進(jìn)行測定,每隔10 d測定1次,待植株生長60 d后收獲,測定植株理化性質(zhì)。

1.3測定方法

1.3.1污泥性質(zhì)的測定

污泥基本理化性質(zhì)采用常規(guī)分析法[14]測定。其中,pH值和EC值的測定采用V(土)∶V(水)為1∶2.5的混合物攪拌,用pH計和電導(dǎo)率儀測定;全氮含量采用半微量凱氏法測定;堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定;全磷含量采用HClO4-H2SO4消煮-釩鉬黃比色法測定;速效磷含量采用鉬藍(lán)比色法測定;全鉀、速效鉀含量采用火焰光度法測定;有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法測定;全量Cd、Pb、Cu、Zn采用HF-HNO3-HClO4消煮-原子吸收分光光度法測定;Hg、As含量采用王水水浴消煮-原子吸收分光光度法測定;聚丙烯酰胺含量采用淀粉-碘化鎘法[15]測定。為確保重金屬含量測試的準(zhǔn)確性,土壤形態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07443(GSF-3)被用到各重金屬元素的分析測試中,同時試驗中還通過添加空白試劑和試樣重復(fù),上機(jī)測試時添加內(nèi)標(biāo)來確保樣品分析的精確度。

容重和孔隙度的測定參照錢笑天等[16]的方法進(jìn)行:

ρ=(W3-W0)/625，

(1)

Φ=(W2-W1)/625×100%,

(2)

Φa=(W2-W3)/625×100%,

(3)

Φb=Φ-Φa,

(4)

e=Φa/Φb。

(5)

式(1)～(5)中,ρ為土壤濕容重,%;Φ為土壤總孔隙度,%;Φa為通氣孔隙度,%;Φb為持水孔隙度,%;e為孔隙比,%;W1為風(fēng)干樣加滿至體積為625 cm3的塑料燒杯總質(zhì)量,g;W2為風(fēng)干樣加滿至體積為625 cm3的塑料燒杯并在水中浸泡24 h后的總質(zhì)量,g;W3為將水中浸泡24 h后的加滿風(fēng)干樣的塑料燒杯倒置，待水分自由瀝干后的總質(zhì)量,g;W0為燒杯質(zhì)量,g。污泥酶活性的測定參照土壤酶的測定方法,其中脲酶活性采用尿素剩余量法測定[17],過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[18]。

1.3.2蚯蚓體內(nèi)重金屬含量的測定

將蚯蚓放入搪瓷盤吐泥2 d,用去離子水洗凈,然后于烘箱中105 ℃烘8 h,烘干后取出。冷卻后研磨,過0.85 mm孔徑篩,稱取適量蚯蚓粉末于150 mL三角瓶中,加濃硝酸20 mL,蓋上表面皿放置過夜。加少量高氯酸,在通風(fēng)櫥中加熱消解至冒出大量白煙為止。若樣品未溶解完全,冷卻后再加濃硝酸和高氯酸,加熱,直至消解液變清。冷卻后加1 mL濃硝酸和少量去離子水,轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中,定容后過濾,采用原子吸收法測定。

1.3.3彩葉草生長狀況的測定

苗高用直尺測量,以穴盤基質(zhì)表面到生長點的高度為準(zhǔn);葉寬用直尺測量,以葉片橫向最大垂直寬度為準(zhǔn);冠幅用直尺測量,將植株南北和東西方向直徑相乘即可;葉片數(shù)采用計數(shù)法,以完全展開為1片葉;分支數(shù)以直接計數(shù)法測定,以形成側(cè)芽為準(zhǔn);生物量采用稱量法測定。

彩葉草生理特性的測定參照文獻(xiàn)[19]進(jìn)行,其中植物花青素含量采用乙醇提取比色法測定;根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)比色法測定;淀粉含量采用蒽酮顯色法測定;可溶性糖含量采用蒽酮法測定;丙二醛含量采用雙組分分光光度計法測定。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件做統(tǒng)計分析,結(jié)果均用3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。對不同配比基質(zhì)處理的各性狀進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA),用最小顯著性極差法(LSD)進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

2結(jié)果與分析

2.1蚯蚓消解后污泥性質(zhì)及蚯蚓體內(nèi)重金屬變化

經(jīng)蚯蚓消解后污泥基本理化性質(zhì)如表1所示,污泥pH值由7.43降低為6.32,電導(dǎo)率從1.37升高至1.93 mS·cm-1,鮮樣含水率w從消解前86.12%下降至72.54%。經(jīng)蚯蚓消解后污泥濕容重下降38.89%,總孔隙度和持水孔隙度分別下降10.45%和44.17%,通氣孔隙度升高93.91%,大小孔隙比增加268.75%,表明污泥相對空氣容量增大,通氣性增強(qiáng)。經(jīng)蚯蚓消解后污泥多數(shù)養(yǎng)分指標(biāo)和有機(jī)質(zhì)含量下降。其中全氮和堿解氮含量分別下降68.72%和42.38%,而堿解氮含量占全氮含量的比例上升7.17。全磷和速效磷含量分別下降35.44%和17.36%,消解后速效磷含量占全磷含量的比例上升1.59。全鉀含量增加9.53%,而速效鉀含量下降31.19%,速效鉀含量在消解后占全鉀含量的比例下降3.19。有機(jī)質(zhì)含量下降21.30%。

表1污泥消解前后基本物理化學(xué)性質(zhì)

Table 1Physico-chemical properties of the sludge before and after earthworm digestion

指標(biāo)pH值電導(dǎo)率/(mS·cm-1)含水率w/%濕容重/%總孔隙度/%通氣孔隙度/%持水孔隙度/%大小孔隙比消解前7.43±0.081.37±0.0986.12±0.271.62±0.1177.30±10.5918.87±2.9458.43±7.650.32±0.08消解后6.32±0.041.96±0.0072.54±1.280.99±0.0669.22±1.6736.59±4.0232.62±5.701.18±0.33指標(biāo)w(全氮)/(g·kg-1)w(全磷)/(g·kg-1)w(全鉀)/(g·kg-1)w(堿解氮)/(mg·kg-1)w(速效磷)/(mg·kg-1)w(速效鉀)/(mg·kg-1)w(有機(jī)質(zhì))/(g·kg-1)消解前15.89±0.2512.50±1.115.35±0.131352.11±24.70706.04±18.11497.51±3.40410.91±27.23消解后4.97±0.138.07±0.865.86±0.15779.07±4.74583.44±14.16342.33±0.85323.56±20.90指標(biāo)w(Zn)/(mg·kg-1)w(Pb)/(mg·kg-1)w(As)/(mg·kg-1)w(Hg)/(mg·kg-1)w(Cd)/(mg·kg-1)w(Cu)/(mg·kg-1)w(聚丙烯酰胺)/(mg·g-1)消解前595.21±16.2347.45±5.0716.50±1.010.57±0.034.07±0.1162.46±0.934.09±0.24消解后589.74±45.379.35±2.985.62±0.430.54±0.025.55±0.61130.10±7.740.17±0.00

蚯蚓消解后的污泥中w(Pb)、w(As)、w(Hg)和w(Zn)分別降低80.30%、65.94%、5.26%和0.92%,而w(Cu)和w(Cd)分別升高108.29 %和36.36%。污泥中聚丙烯酰胺含量降低95.84%。蚯蚓吞噬污泥后,體內(nèi)w(Zn)、w(Pb)、w(As)、w(Hg)、w(Cd)和w(Cu)分別增加27.80%、99.68%、119.09%、59.26%和112.28%(表2),表明蚯蚓對重金屬有一定的生物富集作用。

表2污泥消解前后蚯蚓體內(nèi)重金屬含量變化

Table 2Contents of heavy metals and polyacrylamide in earthworm before and after digestion of sludge

指標(biāo)w(Zn)/(mg·kg-1)w(Pb)/(mg·kg-1)w(As)/(mg·kg-1)w(Hg)/(mg·kg-1)w(Cd)/(mg·kg-1)w(Cu)/(mg·kg-1)消解前152.78±2.066.25±0.192.41±0.050.27±0.021.27±0.0621.18±1.85消解后195.25±5.3212.48±1.78 5.28±0.130.43±0.032.70±0.1344.96±0.72

2.2不同配比基質(zhì)的酶活性

不同配比基質(zhì)中脲酶和過氧化氫酶活性均表現(xiàn)為隨著栽培基質(zhì)中消解后污泥添加量的增加而顯著上升(圖1)。T4(100%消解后污泥)處理基質(zhì)中脲酶和過氧化氫酶活性均達(dá)到最大值,分別為2.03 mg·g-1·h-1和0.39 mg·g-1·min-1(以H2O2計),比CK(100%土壤)增加656.80%和122.03%,同時比未經(jīng)蚯蚓消解的污泥處理(T5)增加69.68%和69.40%。

CK為100%土壤;T1為25%蚯蚓消解后污泥+75%土壤;T2為50%蚯蚓消解后污泥+50%土壤;T3為75%蚯蚓消解后污泥+25%土壤;

T4為100%蚯蚓消解后污泥;T5為100%未處理污泥。同一幅圖中直方柱上方英文小寫字母表示不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)以H2O2計。

圖1不同處理對基質(zhì)脲酶和過氧化氫酶活性的影響

Fig.1Enzymatic activity of urease and catalase in the medium relative to treatment

2.3不同配比基質(zhì)對彩葉草生長形態(tài)的影響

從表3可知,添加消解后污泥的基質(zhì)更有利于彩葉草的生長。彩葉草栽培60 d后,T4處理苗高達(dá)到最大值,為22.23 cm,分別比CK和T5增加15.12%和65.36%,冠幅為21.86 cm,分別比CK和T5增加24.34%和79.01%。栽培30 d后,T4處理葉寬和葉片數(shù)均顯著高于其他處理,栽培60 d時,T4處理葉寬比CK和T5分別增加10.70%和18.81%,而葉片數(shù)則分別增加50.29%和222.62%。彩葉草生長60 d后,分枝數(shù)從大到小依次為T4、CK、T3、T2、T1和T5。

2.4不同配比基質(zhì)對彩葉草生理特性的影響

彩葉草栽培基質(zhì)中添加消解后的污泥有利于提高植株生物量、花青素和可溶性糖含量以及根系活力,同時降低了植株體內(nèi)丙二醛含量(表4)。T4處理彩葉草生物量達(dá)到最大值,為75.47 g,分別比CK和T5增加65.07%和850.50%。花青素含量、可溶性糖含量和根系活力也均以T4處理為最大,分別比CK增加9.07%、16.67%和28.72%。各處理淀粉含量無顯著差異。而不同處理丙二醛含量從大到小依次為T5、CK、T1、T2、T3和T4,T4處理丙二醛含量最低,分別比CK和T5減少50.00%和60.29%。

3討論

生活污泥中含有植物生長必需的多種營養(yǎng)物質(zhì),也含有多種有毒有害物質(zhì),因此不加合理處置難以作為植物的栽培基質(zhì)。筆者利用蚯蚓對污泥進(jìn)行消解,結(jié)果表明消解后污泥pH值下降,這可能與微生物分解污泥中有機(jī)物并產(chǎn)生有機(jī)酸有關(guān)[20]。消解后污泥的電導(dǎo)率升高,這可能與有機(jī)質(zhì)的降解和各種礦質(zhì)鹽(如銨鹽、磷酸鹽、鉀鹽等)的釋放有關(guān)[21]。生活污泥中含有大量絮凝劑,這導(dǎo)致污泥容重較高，通氣孔隙度較低,不利于植物根系的生長和發(fā)育。蚯蚓消解后的污泥濕容重明顯降低,大小孔隙比增加近4倍,表明其持水性和通氣性均得到相應(yīng)的改善,總空隙度、孔隙比均達(dá)到適宜植物栽培的要求[22]。

污泥中氮、磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量均在蚯蚓消解后降低,與孫海東[5]和周波等[23]的研究結(jié)果較一致。污泥中養(yǎng)分含量的降低可能是蚯蚓活動及露天消解引起的。消解后污泥中有機(jī)質(zhì)含量降低,一方面是由于蚯蚓的攝食作用消耗了污泥中部分有機(jī)質(zhì),另一方面是由于消解過程中微生物的活動加速了有機(jī)質(zhì)的分解[5]。雖然污泥消解后有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量總體呈下降趨勢,但其肥力水平仍遠(yuǎn)高于一般土壤,能為植物生長提供充足的養(yǎng)分。

蚯蚓吞噬污泥后其體內(nèi)Zn、Pb、As、Hg、Cd和Cu含量增加27.80%～119.09%,表明蚯蚓對重金屬有一定的生物富集效應(yīng),這一結(jié)果與GUPTA等[24]和SUTHAR等[25]的研究結(jié)果一致。重金屬在蚯蚓體內(nèi)的富集導(dǎo)致消解后污泥中Zn、Pb、As和Hg含量降低,徐軼群等[4]和朱欣潔等[26]的研究也得到類似結(jié)果。消解后污泥中重金屬含量降低還與蚯蚓的活動有關(guān),蚯蚓分泌的酶類、碳酸鹽和膠粘物質(zhì)能夠絡(luò)合、螯合重金屬,導(dǎo)致消解后污泥重金屬含量降低[27]。筆者研究中Cu和Cd含量上升。張婷敏[28]在利用蚯蚓處理有機(jī)固體廢棄物的研究中發(fā)現(xiàn)Pb含量增加7.11%,袁紹春[29]研究中Cu含量增加24.0%,Cd含量增加4.9%。重金屬含量的增加可能是由于蚯蚓在吞噬污泥的過程中引起有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)總量減少,使得重金屬含量相對升高[30]。雖然蚯蚓吸收了相當(dāng)一部分重金屬,但如果蚯蚓的接種密度較小,且蚯蚓本身吸收重金屬的能力比較弱,再加上蚯蚓活動過程中物質(zhì)總量的減少,重金屬含量有可能增加[31]?？傮w來看,消解后污泥中重金屬含量均能達(dá)到GB 4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中的中性和堿性土壤標(biāo)準(zhǔn),同時蚯蚓消解后有害物質(zhì)聚丙烯酰胺含量降低95.84%。

表3不同時期不同處理對彩葉草苗高、冠幅、葉寬、葉片數(shù)和分枝數(shù)的影響

Table 3Plant height, crown size, leaf width and number of leaves and number of branches ofC.blumeirelative to growth stage and treatment

處理苗高/cm20d30d40d50d60dCK3.28±0.16bc7.61±0.40ab13.97±0.37a14.94±0.90a19.31±0.90bT13.57±0.28b7.24±0.46b13.81±0.47a14.38±0.94a18.71±0.93bT24.33±0.19a7.45±0.41ab13.85±0.40a15.52±1.00a19.86±1.00abT34.29±0.16a8.49±0.44a14.67±0.43a14.90±1.00a19.30±1.01bT43.43±0.16bc8.29±0.38ab14.74±0.39a16.49±0.88a22.23±0.80aT52.97±0.13c4.85±0.69c5.32±0.67b6.27±0.26b7.70±0.36c處理冠幅/cm220d30d40d50d60dCK5.84±0.08d12.00±0.43a14.96±0.45ab14.70±0.54b17.58±0.55cT16.32±0.15cd10.00±0.68b13.47±0.68b14.90±1.32b18.44±1.37bcT27.48±0.15ab11.55±0.61ab15.07±0.56a16.99±0.95ab20.27±0.98abT37.74±0.10a11.90±0.56a15.23±0.55a16.32±0.80ab19.35±0.80abcT46.94±0.11bc12.60±0.34a16.15±0.35a17.50±0.75a21.86±0.80aT56.24±0.10d6.52±0.81c9.80±0.87c9.10±1.03c12.20±1.05d處理葉寬/cm20d30d40d50d60dCK1.62±0.05b4.23±0.12b4.59±0.13b4.98±0.14b5.42±0.15bT11.70±0.07b3.61±0.15c3.95±0.15c4.62±0.22b5.18±0.19bT22.15±0.10a4.16±0.17b4.29±0.14bc4.73±0.17b5.34±0.22bT32.22±0.12a4.07±0.20b4.43±0.21b5.17±0.19b5.60±0.19bT42.11±0.08a4.70±0.15a5.04±0.14a5.80±0.16a6.00±0.15aT51.13±0.05c2.60±0.23d2.90±0.24d4.59±1.28b5.05±1.33b處理葉片數(shù)20d30d40d50d60dCK5.73±0.28bc18.40±1.43b33.07±1.34bc34.58±1.97de45.08±1.90cT15.30±0.30c24.40±2.29c32.87±2.05c40.83±4.71cd51.33±4.66bcT26.27±0.27ab22.33±2.00b37.60±2.12ab46.83±3.82bc57.33±3.89bT36.60±0.40a22.60±1.22b36.93±1.22abc52.25±2.62ab55.00±2.87bT46.00±0.28abc24.60±1.38a40.67±1.43a57.42±3.64a67.75±3.63aT55.30±0.17c10.60±1.17d12.67±1.12d18.00±1.00e21.00±4.00d處理分枝數(shù)20d30d40d50d60dCK02.53±0.27b4.53±0.27cd5.75±0.37b7.92±0.38bT103.33±0.30a5.33±0.30ab5.25±0.49b7.42±0.51bT203.27±0.30a5.13±0.35bc5.50±0.52b7.75±0.58bT303.40±0.19a5.40±0.19ab5.67±0.36b7.83±0.41bT403.73±0.21a5.93±0.25ab7.83±0.55a9.92±0.56aT501.67±0.21b3.67±0.21d4.50±0.50b5.50±0.50b

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。CK為100%土壤;T1為25%蚯蚓消解后污泥+75%土壤;T2為50%蚯蚓消解后污泥+50%土壤;T3為75%蚯蚓消解后污泥+25%土壤;T4為100%蚯蚓消解后污泥;T5為100%未處理污泥。

表4不同配比基質(zhì)對彩葉草生物量、花青素、可溶性糖糖、淀粉、根系活力和丙二醛含量的影響

Table 4Fresh biomass， contents of anthocyanin, soluble sugar, starch and malondialdehyde and root vitality ofC.blumeirelative to treatments

處理生物量1)/g花青素含量/(nmol·g-1)w(可溶性糖)/(mg·g-1)w(淀粉)/(mg·g-1)根系活力2)/(mg·g-1·h-1)丙二醛含量/(μmol·g-1)CK45.72±4.18b6129.20±139.42ab3.45±0.05d4.66±0.16a256.24±4.34c0.54±0.01bT155.52±7.03ab5697.26±110.96b3.05±0.04e4.65±0.17a131.57±5.62e0.47±0.01cT260.16±7.74ab6599.74±105.89a2.92±0.09e4.69±0.27a203.15±3.23d0.39±0.01dT357.83±4.61ab6296.77±390.22a3.79±0.03b4.66±0.55a276.10±5.76b0.33±0.01eT475.47±9.74a6685.07±163.15a4.03±0.02a4.81±0.16a329.83±7.74a0.27±0.00fT57.94±0.00c1250.02±49.30c3.61±0.05c4.45±0.20a103.70±8.19f0.68±0.01a

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。CK為100%土壤;T1為25%蚯蚓消解后污泥+75%土壤;T2為50%蚯蚓消解后污泥+50%土壤;T3為75%蚯蚓消解后污泥+25%土壤;T4為100%蚯蚓消解后污泥;T5為100%未處理污泥。1)以鮮重計；2)根系質(zhì)量以鮮重計。

因此,從短期來看，消解后污泥作為植物的栽培基質(zhì)無環(huán)境風(fēng)險。但是,筆者未進(jìn)行栽培基質(zhì)中重金屬元素淋溶風(fēng)險評價,對于其作為栽培基質(zhì)連續(xù)使用的環(huán)境風(fēng)險有待進(jìn)行深入研究。

與對照相比,隨著栽培基質(zhì)中消解后污泥添加量的增加,彩葉草苗高、冠幅、葉寬、葉片數(shù)、分枝數(shù)和生物量顯著增加,且在T4處理下達(dá)到最佳生長形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),隨污泥蚯蚓糞添加比例的增加,萬壽菊生長發(fā)育明顯改善[30]。植物生長的改善與消解后污泥具有適宜植物栽培的理化性質(zhì)有關(guān),消解后污泥具有更適宜植物栽培的pH值、電導(dǎo)率和孔隙度,同時含有大量植物需要的養(yǎng)分。栽培基質(zhì)酶活性反映了基質(zhì)中各種生物化學(xué)過程的動向和強(qiáng)度,隨著消解后污泥添加量的增加,基質(zhì)中脲酶和過氧化氫酶活性均顯著增高,表明基質(zhì)中氮素得到有效釋放，利于植物吸收。同時基質(zhì)中過氧化氫大量分解，減少了對植物的傷害,不同處理彩葉草葉片中丙二醛含量從大到小依次為T5、CK、T1、T2、T3和T4?；|(zhì)中酶活性的增強(qiáng)很可能與基質(zhì)微生物活性有關(guān),污泥消解后孔隙度的改善可能促進(jìn)了基質(zhì)中O2濃度的升高,有利于微生物活性的增強(qiáng)[31]。T4處理彩葉草中花青素、可溶性糖含量和根系活力均高于其他處理,表現(xiàn)出最好的觀賞特性。由此可見,將經(jīng)蚯蚓處理后污泥作為栽培基質(zhì)促進(jìn)了彩葉草的生長,且100%蚯蚓處理后污泥最利于其生長。

4結(jié)論

生活污泥經(jīng)蚯蚓消解后,其pH值和電導(dǎo)率降低,持水性和通氣性都得到相應(yīng)改善。除全鉀外,有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量均出現(xiàn)不同程度的降低。有害物質(zhì)中除Cu和Cd含量增加以外,其余重金屬和聚丙烯酰胺含量降低。將消解后的污泥作為栽培基質(zhì),對彩葉草的生長影響均優(yōu)于CK(100%土壤)和未經(jīng)處理的污泥,且在T4(100%蚯蚓消解后污泥)處理下達(dá)到最佳效果。因此,在筆者試驗條件下,污泥經(jīng)蚯蚓消解后其性質(zhì)得到了改善,促進(jìn)了彩葉草的生長,可以作為種植彩葉草的栽培基質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洪濤,陳同斌,杭世珺,等.不同污泥處理與處置工藝的碳排放分析[J].中國給水排水,2010,26(17):106-108.

[2]張韻.我國污泥處理處置的規(guī)劃研究[J].給水排水動態(tài),2010(4):13-15.

[3]尚虹,譚國棟,張燦,等.污泥堆肥對迎春和紫穗槐生長的影響及其施用量確定[J].水土保持通報,2011,31(4):215-222.

[4]徐軼群,周璟,董秀華,等.蚯蚓活動對城市生活污泥重金屬的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2010,29(12):2431-2435.

[5]孫海東.城市生活污泥的生物(蚯蚓)消解及其資源化利用研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2008.

[6]徐蕾,龐宗強(qiáng).蚯蚓處理徐州市污水處理廠剩余污泥的研究[J].環(huán)境科技,2012,2(6):21-24.

[7]HAIT S,TARE V.Vermistabilization of Primary Sewage Sludge[J].Bioresourc Technology，2011,102(3):2812-2820.

[8]DOMENE X,SOLA L,RAMIREZ W,etal.Soil Bioassays as Tools for Sludge Compost Quality Assessment[J].Waste Management,2011,31(3):512-522.

[9]陳學(xué)民,王惠,伏小勇,等.赤子愛勝蚓處理污泥對其性質(zhì)變化的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報,2010,4(6):1421-1425.

[10]BACHMAN G R,METZGER J D.Growth of Bedding Plants in Commercial Potting Substrate Amended With Vermicompost[J].Bioresource Technology,2008,99(8):3155-3161.

[11]LI Shu-geng,ZHANG Ke-fang,ZHOU Shao-qi,etal.Use of Dewatered Municipal Sludge on Canna Growth in Pot Experiments With a Barren Clay Soil[J].Waste Management,2009,29(6):1870-1876.

[12]楊波波,孫先鋒,周秋丹,等.不同基質(zhì)對番茄幼苗生長的影響[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,34(5):468-472.

[13]王小治,王愛禮,王守紅,等.蚯蚓糞作為坪床基質(zhì)對草坪草生長的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2011,27(3):64-68.

[14]中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1981:62-142.

[15]盛倩,吳星五,劉晨,等.脫水污泥及其堆肥過程中聚丙烯酰胺的檢測[J].中國給水排水,2010,26(18):124-126.

[16]錢笑天,郭世榮,田婧,等.醋糟復(fù)配基質(zhì)對西瓜幼苗生長及光合作用的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(5):155-158.

[17]白向玉.剩余污泥中重金屬污染的蚯蚓活化:花卉植物修復(fù)機(jī)理研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2010.

[18]關(guān)松萌.土壤酶及其研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1986:15-19.

[19]鄒琦.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版杜,2000:163-171.

[20]KHWAIRAKPAM M,BHARGAVA R.Vermitechnology for Sewage Sludge Recycling[J].Journal of Hazardous Materials,2009,161(2/3):948-954.

[21]HARTENSTEIN R,HARTENSTEIN F.Physical-Chemical Changes Effected in Activated Sludge by the EarthwormEiseniafetids[J].Journal of Environmental Quality,198l,10(3):377-380.

[22]陳玲玲,吳晶,錢曉晴.蚓糞復(fù)合基質(zhì)對康乃馨育苗及其生長的影響[J].北方園藝,2011(16):95-99.

[23]周波,唐晶磊,代金君,等.蚯蚓作用下污泥重金屬形態(tài)變化及其與化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)變化的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報,2015,35(19):1-12.

[24]GUPTA S K,TEWARI A,SRIVASTAVA R,etal.Potential ofEiseniafoetidafor Sustainable and Efficient Vermicomposting of Fly Ash[J].Water,Air & Soil Pollution,2005,163(1):293-302.

[25]SUTHAR S,SAJWAN S,KUMAR K.Vermi-Remediation of Heavy Metals in Wastewater Sludge From Paper and Pulp Industry Using EarthwormEiseniafetida[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2014,109:177-184.

[26]朱欣潔,孫先鋒,周秋丹,等.好氧堆肥與蚯蚓堆肥對污泥處理污泥效果比較研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015,38(4):79-83.

[27]WATANABE M E.Phytoremediation on the Brink of Commercialization[J].Environmental Science & Technology,1997，31(1):182-186.

[28]張婷敏.蚯蚓在有機(jī)固體廢棄物處理中的應(yīng)用研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012.

[29]袁紹春.蚯蚓處理污水污泥工藝及蚯蚓糞土地利用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[30]馬莉,殷秀琴.污泥蚯蚓糞對萬壽菊生長發(fā)育的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010,21(5):1346-1350.

[31]陳紅波,李天來,孫周平,等.根際通氣對日光溫室黃瓜栽培基質(zhì)酶活性和養(yǎng)分含量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2009,15(6):1470-1474.

(責(zé)任編輯： 陳昕)

Properties of Earthworm Digested Sewage Sludge and Effects of the Sludge on Growth ofColeusblumei.

HUOQing-lin,XUXiao-xun,ZHANGShi-rong,DENGQian-xi,ZHANGChi-qiang,DENGYu-lan,DONGYuan-yuan

(College of Environmental Sciences, Sichuan Agricultural University, Chendu 611130, China)

Abstract:A pot experiment was carried out using earthworm(Pheretima)digested sewage sludge as ingredient mixed with soil at different ratios to form culture medium for growth of Coleus blumei to explore changes in properties of the sewage sludge after digestion by earthworms and effect of the use of the earthworm digested sewage sludge at different rates on growth of C. blumei. Results show that pH, water content, total nitrogen, total phosphorus, alkalyzable N, readily available phosphorus, readily available potassium and organic matter were lower in the digested sludge than in untreated sludge, and wet bulk density of the digested sludge was 38.89% lower, while porosity was 93.91% higher, which indicates that earthworm digestion improves properties of the sludge as culture medium. Eearthworms may bio-accumulate heavy metals from sewage sludge. Digestion lowered the content of Pb, As, Hg and Zn, but raised that of Cu and Cd in the sludge, making it up to the criteria for neutral and alkaline soils of GB 4284-84 "Standards for Control of Pollutants in Sludge for Agricultural Use". In the culture medium soil enzyme activity increased with rising rate of digested sludge used, and moreover, the plants growing in the medium mixed with digested sludge are much better than those growing in untreated sludge and in CK (100% soil) in growth morphology and physiological property, which indicates that 100% earthworm digested sludge can be used as very good medium for cultivation of C. blumei.

Key words:earthworm;domestic sewage sludge;Coleus blumei;growth

作者簡介：霍慶霖(1992—),女,四川成都人,碩士生,主要從事廢棄物資源化利用方面的研究。E-mail: 372419049@qq.com

通信作者①E-mail: xuxiaoxun2013@163.com

基金項目：國家科技支撐計劃(2012BAD14B00)

收稿日期：2015-08-14

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.01.021

中圖分類號：X71

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)01-0126-07