淋洗后污泥对3种蔬菜种子萌发的影响

摘要  以2种污泥（SA、SB）为材料，研究皂角苷和柠檬酸联合淋洗后污泥（LSA、LSB）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（LSA、LSB）中的重金属（Cd、Cu、Ni、Cr、Pb和Zn）和养分（有机质、N、P）均降低。随污泥添加量（总干质量的5%～50%）的增加，3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50%时，3种蔬菜种子的发芽率均在90%以上。3种蔬菜种子的发芽指数随淋洗污泥（LSA、LSB）添加量的增加呈上升趋势。与SA、SB相比，添加淋洗污泥后，3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32%～35%。

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  S 63   文献标识码  A   文章编号  0517-6611（2023）05-0206-05

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2023.05.047

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Sludge on Seed Germination of Three Vegetables after Leaching

PENG Gang， CHANG Hong， HUANG Li

（Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation in Middle and Lower Reaches of Yangtze River， Ministry of Agricultureand Rural Affairs， Wuhan，Hubei 430070）

Abstract  The effects of sludge （LSA， LSB） after combined leaching of saponin and citric acid on the germination rate， germination index and root elongation inhibition rate of radish， cabbage and lettuce seeds were studied using two kinds of sludge （SA， SB） as materials. The results showed that the heavy metals （Cd， Cu， Ni， Cr， Pb and Zn） and nutrients （organic matter， N， P） in the sludge （LSA， LSB） were reduced after leaching. With the increase of sludge addition （5%-50% of the total dry mass）， the germination rate of the three seeds decreased;while the sludge increases the germination rate of the seeds after elution， and when the sludge addition amount is 50% after leaching， the germination rate of the three vegetables is above 90%. The germination index of the three vegetable seeds increased with the increase of the additive amount of leached sludge （LSA， LSB）. Compared with the unwashed sludge， after the addition of the leached sludge， the root elongation inhibition rate of the three vegetables increased， and the inhibition rate of root length of Chinese cabbage increased by 32%-35%.

Key words  Sewage sludge;Leaching;Seed;Germination rate;Germiration index;Root elongation inhibition rate

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2025年我国污泥（以含水率80%计）的产量会趋近于9 000万t［1］。 污泥中含有丰富的有机质、N、P 及植物生长所必需的微量元素，是一种很好的有机肥源［2-4］。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［5］。然而，城市污泥含有Cd、Cu、Pb等重金属，施用污泥必须控制重金属总量和毒性［6］。

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［7］。研究表明，污泥施用量较低（5%～15%）时，小麦出芽率会有不同程度的提高，而施用量较高（25%～30%）时，会明显抑制小麦的出芽［8］。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［9-11］。而相比种子发芽率，其根长更易受到污染土壤的影响［10］。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［12］。

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［13］。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［14-15］。已有研究表明，皂角苷和柠檬酸联合对污泥中的Cu、Pb 和Zn均有较好的去除效果，去除率分别可达43.16%、32.45%和38.69%［16］，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［17］。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Pb2+20.0～80.0 mg/L、Cd2+5.0～20.0 mg/L、Cr6+5.0～14.0 mg/L）会抑制种子的发芽率［18］。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［19］。

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。

1 材料与方法

1.1 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20目和100目筛后备用。供试土壤为水稻土，其基本性质为pH 7.04、有机质含量4.26 g/kg、全氮含量0.56 g/kg、全磷含量0.26 g/kg、全钾含量10.69 g/kg。

污泥为武汉某污水处理厂2种污泥样品（SA、SB），经风干、剔除植物残渣和石块，研磨过100目筛备用。供试污泥SA、SB的含水量分别为77.99%、80.30%，烧失量分别为40.25%、41.04%，挥发性固体含量分别为37.74%、39.26%。

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0.1 mol/L，皂素质量分数为1%，体积比为1 ∶5，液土比30 ∶1）分别加入SA和SB中，振荡24 h，离心后过滤，并用去离子水清洗7～8次，冻干得到淋洗后的污泥样品分别为LSA与LSB［16］。

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）。

1.2 试验设计

污泥按0（CK）、5%、10%、20%、50%的质量比充分与土壤混合，各装于直径为9 cm的玻璃培养皿中（每个皿中总质量为1 g），并用土壤作对照。加入10 mL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15粒，生菜每个发芽床20粒，小白菜每个发芽床25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（25.0±0.5）℃条件下培养。其间，每隔24 h 观察1 次发芽率，连续48 h 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144、96、96 h）。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3次。种子发芽和根伸长的各项指标计算公式［20］如下：

种子发芽率＝发芽种子总数／供试种子数×100%

根伸长抑制率＝ （空白根长－各处理根长）／空白根长×100%

发芽指数（GI）＝∑（Gt/ Dt）

式中，Dt为发芽日数，Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数（取平均值）。

1.3 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；pH采用pH 计（Five easy，FE20）测定（水土比2.5 ∶1，mL/g）；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HF-HClO4-HNO3-HCl 消解，原子吸收光谱仪（40FS AA，美国瓦里安公司）测定。

2 结果与分析

2.1 淋洗前后污泥中养分与重金属的变化

2.1.1     养分的变化。

从表1可以看出，污泥SA、SB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（10.69 g/kg）。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LSA、LSB的有机质含量分别为184.90和194.35 g/kg，与原污泥SA、SB相比分别下降了27.5%和34.6%；全磷含量的变化幅度较全氮的大，2种污泥的全磷含量分别降低63.0%和68.0%，而全氮含量分别下降了18.5%和14.0%。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，LSA、LSB与SA、SB相比分别减少了80.1%和84.4%，碱解氮含量分别减少44.3%和63.9%，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（7～8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2种污泥的pH变化较大，可能是淋洗采用的柠檬酸呈酸性，导致污泥的pH有一定程度的降低。

2.1.2    重金属的变化。

从淋洗前后污泥的重金属含量变化（表2）可以看出，SB中的Cd、Cu、Ni、Zn、Cr含量均高于SA，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LSA各重金属含量低于国家污泥农用标准GB 18918—2002，而淋洗后污泥LSB中除Cd外，其他元素也低于国家污泥农用标准。淋洗对Cu的去除效果最好，含量分别降低了31.0%和53.8%；Cd含量分别降低了31.9%和22.0%，而Ni与Cr的去除率均低于20.0%。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［21］。有研究表明，皂角苷和柠檬酸都更容易与Cu2+形成配合物，导致Cu2+的整体去除率高于Cd2+［22-23］。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［24］。