造紙廠污泥添加對花生生長發(fā)育的影響及其安全性評價

摘要：試驗通過添加造紙廠污泥來研究其對花生生長發(fā)育性狀、產(chǎn)量及土壤理化性狀的影響，并通過測定土壤及花生籽粒中重金屬等有害物質(zhì)的含量來對污泥應(yīng)用的安全性進(jìn)行評價。結(jié)果表明，添加污泥能促進(jìn)花生生長發(fā)育、提高花生產(chǎn)量，并且與污泥施用量呈正相關(guān)，其中XCL3處理的效果最好；污泥還能提升土壤肥力水平、平衡土壤酸堿度、調(diào)節(jié)水溶性鹽含量；施用污泥后土壤及花生籽粒中的重金屬含量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：污泥；花生產(chǎn)量；土壤理化性質(zhì)；重金屬含量

中圖分類號：S141.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1674-1161（2024）02-0017-04

造紙污泥是一種具有利用價值的潛在資源，處理是否妥當(dāng)直接影響到企業(yè)的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)利益[1]。在幾種常見的污泥處理方式中，農(nóng)用是消耗量較大的一種處理方式，因為污泥中富含有機(jī)質(zhì)及大量氮磷鉀等元素[2]，可用于制備有機(jī)肥料，也可直接用于土壤改良。張小勇[3]對造紙廠提供的活性污泥進(jìn)行檢測分析，發(fā)現(xiàn)污泥中有機(jī)質(zhì)32%、全氮1.58%、全磷（以P2O5計）0.56%、全鉀（以K2O計）0.35%、氮磷鉀養(yǎng)分總含量2.49%，與牛羊糞的養(yǎng)分含量相當(dāng)，是很好的有機(jī)肥制備原料。還有實踐證明，使用污泥會使土壤容重減小、酸堿度更加穩(wěn)定，有利于提高耕地質(zhì)量[4]。因此，將造紙廠污泥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不但可以消納大量污泥，還可以利用污泥中含有的大量植物必需的營養(yǎng)元素及較豐富的腐殖質(zhì)來為作物提供養(yǎng)分，既能夠提高產(chǎn)量、改良土壤[5]，還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

研究選擇撫順市琥珀造紙廠的污泥，在礦山廢棄地進(jìn)行田間小區(qū)試驗，地上作物為花生，并設(shè)計不同的施用量來研究其對花生生長發(fā)育狀況、產(chǎn)量、土壤理化性質(zhì)及重金屬含量的影響，從而為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗地點及供試土壤 試驗地點為撫礦集團(tuán)工程技術(shù)研究中心門前的礦山廢棄地，面積約6.67 hm2。土壤基本理化性質(zhì)為pH 8.3、有機(jī)質(zhì)8.7 g/kg、陽離子交換量12.33 cmol/kg、水解性氮27.2 mg/kg、有效磷2.0 mg/kg、速效鉀18.8 mg/kg、水溶性鹽總量0.89 g/kg。

1.1.2 造紙廠污泥 取自撫順市琥珀造紙廠，且經(jīng)堆肥發(fā)酵、固化、粉碎、篩分、調(diào)酸堿、調(diào)C/N比等工藝措施加工處理后再使用。

1.2 試驗設(shè)計與方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理，分別為：CK，空白對照；XCL1，8 t/667 m2；XCL2，10 t/667 m2；XCL3，15 t/667 m2。每個處理3次重復(fù)，以花生為指示作物。

1.2.2 花生生育性狀的調(diào)查方法 1）葉色：分為淡綠、綠、深綠3種。于開花時觀察，應(yīng)在上午9∶00左右，人背著陽光，觀察最上部兩張定型葉葉片上部1/3處的顏色；2）株高：從第一對側(cè)枝分生處量至頂葉葉節(jié)，測10株求平均數(shù)；3）分枝數(shù)：調(diào)查10株除主莖外全株所有分枝數(shù)的總和，不足5 cm的不計，再求平均數(shù)；4）單株莢果數(shù)：分別調(diào)查每株的莢果數(shù)，再求平均數(shù)；5）單莢空秕莢數(shù)：分別調(diào)查10株籽粒不飽滿或沒有籽粒的莢果數(shù)，再求平均數(shù)；6）百粒質(zhì)量：各處理脫粒后隨機(jī)取100粒種子，稱其重量，重復(fù)2～3次，再求平均數(shù)；7）單株籽粒質(zhì)量：測10株總粒質(zhì)量，取平均數(shù)。

1.2.3 測定方法與數(shù)據(jù)處理 土壤pH值的測定應(yīng)用酸度計法（水土比5∶1）；土壤有機(jī)碳含量的測定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法；總氮（TN）測定應(yīng)用半微量凱氏法—容量法；堿解氮（AN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK）的測定應(yīng)用提取比色法；總磷（TP）測定應(yīng)用離子色譜法；總鉀（TK）測定應(yīng)用乙酸銨提取—火焰光度法；土壤中重金屬含量總汞、總砷、總鉻的測定采用原子熒光法，鉛、鎘的測定采用石墨爐原子吸收分光光度法；植物中重金屬的測定采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛、汞等的測定》。

數(shù)據(jù)的分析處理和作圖應(yīng)用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對花生生育性狀的影響

不同處理對花生生育性狀的影響結(jié)果見表1。

從表1可以看出，各處理的株高以XCL3最高，達(dá)到了62.23 cm，從高到低依次為XCL3＞XCL2＞XCL1＞CK；葉色除XCL1與CK處理差異不大外，其余均比CK明顯加深；各處理的分枝數(shù)均比CK有所增多，其中以XCL3處理的最多，達(dá)到了22個，從多到少依次為XCL3＞XCL2＞XCL1＞CK；結(jié)果數(shù)也以XCL3處理得最多，達(dá)到了64個，從多到少依次為XCL3＞XCL2＞XCL1＞CK；空秕莢數(shù)及空秕莢率均以CK最大，分別達(dá)到了9個和17.65%，從高到低依次為CK＞XCL1＞XCL2＞XCL3；各處理的百粒質(zhì)量明顯好于CK處理，其中CK處理的百粒質(zhì)量最小，為34.65 g，XCL3的百粒質(zhì)量最高，為39.12 g，百粒質(zhì)量從大到小依次為，XCL3＞XCL2＞XCL1＞CK。綜合來看，花生的生育性狀以XCL3處理得最好，CK處理得最差，這說明施用污泥能促進(jìn)花生的生長發(fā)育、改善花生的生育性狀，特別是能較好地改善花生產(chǎn)量的構(gòu)成因素，進(jìn)而有利于花生產(chǎn)量的提高。

2.2 不同處理對花生產(chǎn)量的影響

不同處理對花生產(chǎn)量的影響見表2。

從表2可以看出，各處理與CK相比，均使花生的產(chǎn)量有較大幅度的提高，其中XCL3的產(chǎn)量最高，達(dá)到561.01 g，CK（空白對照）的產(chǎn)量最低，為324.39 g，XCL3較CK增產(chǎn)72.94%，各處理的提高幅度由大到小依次為：XCL3＞XCL2＞XCL1。此外，隨著污泥施用量的增大，花生的產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，這可能與污泥呈弱堿性有關(guān)，污泥的pH值7.6左右，施入土壤后改變了土壤環(huán)境的酸堿度，而花生屬于喜堿性土壤環(huán)境的作物；也可能是在這塊試驗地上，由于某種微量元素的缺乏，對花生的產(chǎn)量起到限制作用，而污泥中含有這種微量元素，施入適量后，對其進(jìn)行了補充，從而達(dá)到增產(chǎn)的效果。因此，進(jìn)一步探討污泥農(nóng)業(yè)利用的機(jī)理和技術(shù)是非常必要的。

2.3 不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響

不同處理對種植花生的土壤理化性狀的影響見表3。

從表3可以看出，污泥可以改善土壤的理化性質(zhì)，在堿性土壤中隨著污泥施用量的增加，土壤pH值隨之降低，土壤由堿性調(diào)整至接近中性；可溶性鹽含量呈下降趨勢，且均在合理范圍內(nèi)（＜30 g/kg），不會對作物生長造成不良影響；土壤陽離子交換量（CEC）呈明顯上升趨勢，其中在對種植花生的土壤的影響中，施用污泥的XCL3處理與CK相比均達(dá)到差異顯著水平。

施用污泥可以有效提高土壤養(yǎng)分含量的等級級別。根據(jù)全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，與CK（空白對照）處理相比，在種植花生的土壤中，施用污泥的XCL2處理使土壤有機(jī)質(zhì)的級別提升了一個等級，即從“稍缺”提升至“中等”水平；XCL3處理的土壤全磷含量提升了一個等級，從“稍缺”提升至“中等”水平，XCL3處理的土壤全鉀含量提升了兩個等級，從“缺”提升至“中等”水平，XCL3處理的土壤全氮及水解性氮含量均提升了一個等級，分別從“稍缺”提升至“中等”水平，從“極缺”提升至“缺”水平；XCL2、XCL3處理的土壤有效磷含量提升了一個等級，從“極缺”提升至“缺”水平；XCL1、XCL2處理的土壤全鉀含量提升了一個等級，從“缺”提升至“稍缺”水平；各處理的速效鉀含量雖逐步增加，但增加幅度不明顯。

2.4 不同處理對土壤及植物重金屬含量的影響

2.4.1 不同處理對土壤重金屬含量的影響 參照《土壤環(huán)境質(zhì)量-農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）對相關(guān)指標(biāo)的限值要求的對照及分析，可以看出種植花生的各處理的土壤中重金屬及苯并[a]芘含量的檢測結(jié)果均小于相對應(yīng)的限值，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。不同處理對種植花生的土壤中重金屬的影響見表4。

從表4可以看出，與CK（空白對照）相比，施用污泥的各處理中，土壤重金屬的含量隨著污泥施用量的增加而逐漸增加，特別是鉛和總砷兩種重金屬含量的增加幅度較大，且與CK（空白對照）相比，施用污泥的各處理的檢測結(jié)果都形成了顯著差異，各處理間也形成了顯著差異。因此，在施用以造紙廠污泥進(jìn)行礦山廢棄地改良時，應(yīng)進(jìn)一步研究該污泥的施用對土壤重金屬含量累積效應(yīng)的影響及影響機(jī)理，要特別關(guān)注鉛和總砷兩種元素；進(jìn)行進(jìn)一步的田間試驗以研究其用于改良礦山廢棄地的最佳施用量及限量值，并根據(jù)研究成果提出行之有效的技術(shù)措施進(jìn)行改進(jìn)，以減弱或消除其不利影響，進(jìn)而實現(xiàn)改良礦山廢棄地的可持續(xù)性的良性循環(huán)。

2.4.2 不同處理對植物重金屬含量的影響 將花生籽粒中5項重金屬指標(biāo)（鎘Cd、鉻Cr、鉛Pb、總汞Hg、總砷As）含量的檢測結(jié)果與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照，結(jié)果見表5。

從表5可以看出，花生籽粒中5項重金屬指標(biāo)的含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中對應(yīng)的限值要求，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。對花生籽粒中重金屬含量的影響主要表現(xiàn)為對鎘、鉛和總砷3種重金屬含量的影響，且隨著污泥施用量的增加而增加，均在XCL3處理水平時達(dá)最大值，并與空白對照形成顯著差異，這可能與不同的植物品種對不同重金屬的敏感性不同，從而造成了累積效應(yīng)的不同，建議對其影響機(jī)理進(jìn)一步進(jìn)行研究，并提出行之有效的改進(jìn)措施，以減弱或消除其影響。

3 結(jié)果與討論

1） 礦山廢棄地施用污泥能促進(jìn)花生生長發(fā)育、提高其產(chǎn)量形成因素，進(jìn)而有利于提高產(chǎn)量。在試驗條件下，XCL3處理的效果最好，且與污泥施用量呈正相關(guān)，增產(chǎn)效果隨著污泥施用量的增加而提升。

2） 污泥的添加可以顯著改善土壤理化性狀、平衡土壤酸堿度、調(diào)節(jié)水溶性鹽含量及陽離子交換量、增加有機(jī)質(zhì)含量，其中較大幅度地增加了土壤中氮、磷、鉀的含量，特別是對氮、磷、鉀有效養(yǎng)分含量的增加，可在充分保證土壤供給作物正常生長發(fā)育所需養(yǎng)分的同時，還能有效提升土壤養(yǎng)分含量的等級級別，從而為污泥在土地復(fù)墾、土壤改良及中低產(chǎn)田改造中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

3） 施用污泥增加了礦山廢棄地土壤重金屬的含量，且隨著污泥施用量的增加而增加，這說明產(chǎn)生了累積效應(yīng)。通過對不同處理中礦山廢棄地土壤重金屬含量的檢測結(jié)果與《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）中對土壤重金屬含量限值要求的數(shù)值進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)各處理中的土壤重金屬含量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但其是否能對土壤環(huán)境造成危害有待進(jìn)一步研究。

4） 各處理的花生籽粒中5項重金屬指標(biāo)的含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中對應(yīng)的限值要求，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但其是否能通過食物鏈對人體造成不良影響有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳芳.造紙污泥綜合利用技術(shù)方案[J].科技信息，2014（11）：262+268.

[2] 李艷霞，陳同斌，羅維，等.中國城市污泥有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量與土地利用[J].生態(tài)學(xué)報，2003，23（11）：2464-2474.

[3] 張小勇.用造紙廠活性污泥制備有機(jī)肥料[J].中國科技成果，2010，11（23）：74.

[4] 何志鋒.城市污水污泥應(yīng)用于廢棄地生態(tài)恢復(fù)研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2008.

[5] 張書光.城市污泥改良礦山廢棄地土壤理化性質(zhì)的研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（17）：4416-4419．

Effect of Sludge Addition in Paper Mill on Peanut Growth and Development and Its Safety Evaluation

ZHOU Xiaoying，LI Jieying

（Fushun Mining Group Engineering Technology Research Center， Fushun Liaoning 113008， China）

Abstract：" The paper mill sludge was added to study its effects on peanut growth and development， yield and soil physical and chemical properties， and the safety of sludge application was evaluated by measuring the content of heavy metals and other harmful substances in soil and peanut grains. The results show that the sludge addition can promote the growth and development of peanut， improve the peanut yield， and is positively correlated with the application amount of sludge， among which the effect of XCL3 treatment is the best; The sludge can improve soil fertility， balance soil acidity and regulate the water-soluble salt content; The heavy metal content in soil and peanut grains" after sludge application meets the national standard.

Key words： sludge; peanut yield; soil physical and chemical property; heavy metal content