污泥中不同鐵鹽對大葉茼蒿吸收重金屬的影響

丁 洪，郭寶玲，鄭祥洲，張玉樹，余居華，連少勇

（1福建省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，福州 350013；2泉州市土壤科技有限公司，福建泉州 362800）

0 引言

隨著城市的發(fā)展、污水處理設施的普及、處理量的提高和處理程度的深化，中國城市生活污水和工業(yè)污水處理過程中產(chǎn)生的城市污泥數(shù)量越來越大。生活污水中大量的人糞尿和部分餐余都是從污水中排出，有大量的有機質和植物營養(yǎng)元素存在于污泥之中。據(jù)測定，中國城鎮(zhèn)污泥含有機質（含量多數(shù)為40%～60%）、氮(2%～4%)、磷(1%～2%)等營養(yǎng)元素，是非常好的可用于土壤培肥的有機物料[1]。但是，污泥中重金屬是否超標的問題是污泥進入農田的關鍵因素[2]，而且在施用污泥的管理中應減少帶來的環(huán)境風險[3]。因此，如何解決如此龐大的資源利用問題，已成為當前非常緊迫的任務。

鐵鹽在污泥處理中扮演著重要的作用，相關試驗研究表明鐵鹽能起到如下作用：（1）氧化還原作用[4]；（2）降低污泥量和除去異味[5-6]；（3）作為土壤團聚體中的橋間作用[7]；（4）強化各種化學反應[8-9]；（5）加快堆肥反應[10]；（6）污泥脫水作用[6]；（7）脫氮除磷效果[11-12]；（8）必需的微量元素，等等諸多功能，可以認為鐵在污泥處理中是一種非常重要的元素。另外，污泥應用于植物中對其生長發(fā)育和重金屬吸收起一定的作用[13-14]，但是鐵鹽處理的污泥對植物生長和重金屬吸收的作用還缺乏研究。因此，本試驗以不同形態(tài)的鐵鹽研究對大葉茼蒿的生物量產(chǎn)量和重金屬吸收的影響，以期為污泥的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗作物

作物為大板葉茼蒿(Chrysanthemum coronariumL.)，市售種子。

1.2 供試污泥

污泥取自于福建省惠安縣污泥廠，其理化性狀為pH 7.65、有機質78.60 g/kg、全氮0.84%、全磷0.82%、全鉀0.86%，堿解氮為1911 mg/kg、有效磷142 mg/kg、速效鉀418 mg/kg，交換性鈣52.5 cmol/kg、交換性鎂8.8 5cmol/kg、有效鐵134.9 mg/kg、陽離子交換量35.4 cmol/kg，顆粒組成為＜0.001 mm 粒徑6.8%、0.001～0.01 mm粒徑3.5%、＞0.01 mm粒徑89.8%。重金屬總含量為Cu 53.1 mg/kg、As 20.0 mg/kg、Pb 48.9 mg/kg、Cd 0.8 mg/kg和Cr 140.1 mg/kg。

1.3 試驗處理

（1）CK（污泥）。

（2）A：10 kg污泥（水分為80%）+3%的濃度50%硫酸亞鐵+2%的11.7%聚合硫酸鐵+1%濃硫酸+5 kg爐灰(pH 12)+1%氧化鈣（均為比例為重量比，下同）。

（3）B：10 kg 污泥+3%氯化亞鐵(10%FeCl2)+5 kg爐灰+1.5%氧化鈣。

（4）C：10 kg污泥+3%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+5 kg爐灰+1.0%氧化鈣。

（5）D：10 kg污泥+3%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+2%FeCl2+5 kg爐灰+1.5%氧化鈣。

（6）E：10 kg污泥+2%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+1%FeCl2+5 kg爐灰+1%氧化鈣。

（7）F：10 kg 污泥+3%氯化鐵(38%FeCl3)+5 kg 爐灰+1%氧化鈣。

試驗設3 個重復，2018 年12 月15 日播種，23—25日出苗。污泥中含有豐富N、P、K養(yǎng)分，全程并沒有追肥。2019年3月29日收獲。

1.4 分析方法

土壤pH采用電位法測定，土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀分別采用重鉻酸鉀容量法、解擴散法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、醋酸銨浸提-火焰光度法測定。植株氮磷鉀養(yǎng)分含量按H2SO4-H2O2消煮方法測定[15]。砷含量采用微波消解-原子熒光光度法測定，鉛、鎘、鉻、銅含量采用微波-石墨爐原子吸收分光光度法測定，均由福建省農業(yè)科學院土壤肥料研究所測定。

1.5 統(tǒng)計方法

所有分析結果都采用SPSS18.0、Excel進行統(tǒng)計分析。采用Duncan法在P＜0.05水平下檢驗顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同鐵鹽處理下污泥對茼蒿生物量的影響

加鐵鹽的目的是為了使污泥快速腐解，以免發(fā)生臭味，有利于環(huán)保[5,7]；而且對鐵鹽處理過的污泥在植物生長上的影響報道很少。在盆栽條件下茼蒿種子在污泥上發(fā)芽率較低，不到40%。這其中的機理尚不清楚，可能對不同品種有所差異[16]，但也有稍微有延遲作用，對發(fā)芽率沒有影響[17]。從茼蒿生長的情況來看，各種鐵鹽處理下的干物質積累量有很大差異（圖1），主要表現(xiàn)為D＞E＞F＞C＞CK＞A＞B。D、E、F 為11.75～19.27 g/盆，CK、A、B、C 為3.59～7.49 g/盆；前者D 大于后者B，大小差別可達5.3 倍，各處理的差異達到顯著水平(P＜0.05)。因此，不同的鐵鹽處理效果不一樣，以3%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+2% FeCl2為好，3%FeCl3次之。

圖1 不同鐵鹽處理下大葉茼蒿干物質的重量

2.2 不同鐵鹽處理下污泥對茼蒿養(yǎng)分吸收的影響

從氮、磷、鉀養(yǎng)分濃度來看（見表1），在對照CK處理的百分濃度最高，分別為氮3.71%、磷0.33%、鉀2.82%，除鉀外其他處理有所降低。但從養(yǎng)分積累量來看，隨著干物質的增加NPK 也相應增加，D 干物質最多，養(yǎng)分積累量分別為氮0.44 g/盆、磷0.03 g/盆、鉀0.37 g/盆，比B 處理高5.5、6.0、3.1 倍。各處理之間養(yǎng)分積累量也達到顯著水平(P＜0.05)。

表1 不同鐵鹽處理下大葉茼蒿干重和NPK積累量

2.3 不同鐵鹽處理下污泥對茼蒿的重金屬積累量的影響

根據(jù)分析結果，按現(xiàn)行的污泥中GB 4284—2018《農用污泥污染物控制標準》國家標準發(fā)布實施的重金屬Cu 500 mg/kg、As 30 mg/kg、Pb 300 mg/kg、Cd 3 mg/kg和Cr 500 mg/kg 總含量均達到A 類標準，同時檢查的大腸桿菌、蛔蟲死亡率、有機污染物含量均合格。也就是說在正常情況下重金屬不會出現(xiàn)超標。施用污泥時茼蒿的重金屬吸收積累結果如表2所示，CK的積累量明顯提高，因為它的基本材料就是污泥,所以含量高，即：CK沒有添加輔料。其他處理加了輔料如爐灰、鐵鹽和石灰，所以含量就低些。在不同鐵鹽處理之間大葉茼蒿重金屬積累量明顯不同，Pb和Cd 2種重金屬都低于CK，其他的也低于CK且不同程度減少。D處理即便是干物質量增加最多，但重金屬積累量并不是很高。按照GB 2762—2017《食品安全國家標準-食品中污染物限量》葉菜類蔬菜食品安全的限量As0.5 mg/kg、Pb 0.3 mg/kg、Cd 0.2 mg/kg 和Cr 0.5 mg/kg 的國家標準，和按GB 15199—1994《食品中銅限量衛(wèi)生標準》）蔬菜重金屬Cu 10 mg/kg標準控制線，施用污泥絕大多數(shù)重金屬都不超標。但Cr 吸附量已經(jīng)大大超過基本標準，超4.98～6.66倍。茼蒿對有些重金屬本身就有較好的吸收，有研究表明茼蒿可食部分重金屬積累量達Cr 1.43 mg/kg、Cd 0.30 mg/kg和Pb 0.39 mg/kg，有明顯的吸收[18]，因此容易超標。

表2 不同鐵鹽處理下大葉茼蒿吸收重金屬的差異（鮮重） mg/kg

3 結論

（1）城市生活污泥是人糞尿、餐余和泥沙等混合物組成的，污泥的泥質重金屬含量基本上不超標，而且還有很好的有機質和養(yǎng)分含量。因此，在做好檢測的條件下可以作為有機肥的原料。

（2）污泥施用對一般作物生長的重金屬含量也不超標。但是，在應用于諸如茼蒿等作物時又會產(chǎn)生某些重金屬積累性超標現(xiàn)象。

（3）鐵鹽的加入可以使污泥有更好的活性，但污泥加入鐵鹽有哪些生理效應還需進一步研究。

（4）植物生長可以充分利用污泥中的有效養(yǎng)分，用廢為寶，既能解決污染問題又能改良土壤，充分利用廣泛的資源。

4 討論

鐵鹽加入污泥中可能參與各種各樣的理化反應，最重要的是參與重金屬的反應，鐵鹽可以參與Pb、Cr、Cd、Cu 等離子反應，而且鐵鹽去除重金屬比鹽酸作用更大[19]。同時，鐵又作為一種微量元素在里面扮演一個重要角色，特別是污泥中不足的情況下更是如此；而且鐵鹽又是構成土壤團聚體中的橋間作用[7]。至于污泥中添加硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+氯化亞鐵(FeCl2)和氯化鐵(FeCl3)使茼蒿生物量增加，這從某種意義上說加入鐵鹽會改變污泥的活性，致使不同的鐵鹽具有不同的效應[20]，至于為何出現(xiàn)這些現(xiàn)象，其機理還有待于進一步研究。茼蒿為何會出現(xiàn)重金屬富集現(xiàn)象，正如前者已有研究報道，茼蒿是一個積累重金屬含量較為多的一種植物，這是其遺傳決定的[18]。因此，生活污泥在一般情況下可以用于農作物生產(chǎn)，但對某些植物要慎重對待。