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

米 璇，张俊琴

（兰州城市学院地理与环境工程学院，兰州 730070）

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一维棒状纳米材料，表现出各种优异的物理化学性质[5]。

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130°40'52"E，36°8'22"N，采样深度表层0.0～0.2 m。土壤样品自然风干，研磨，用0.15 mm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5 d。

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 L0、L1、L2、L3、L4。将不同配比污泥混合土壤2 kg（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20 g凹凸棒土，记为T0、T1、T2、T3、T4，加入蒸馏水使土壤保持湿润，每隔2 d浇一次水，持续30 d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

表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0.18 ms/cm增加到1.83 ms/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

图1 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

图2 不同改良方式下土壤对小白菜鲜重生物量的影响

图3 不同改良方式下土壤对小白菜株高的影响

图4 不同改良方式下土壤对小白菜发芽率的影响

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20 g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。