毕业设计（论文）-施加污泥堆肥对短毛蓼吸收Mn的影响.doc

目 录摘要2关键词2前言21.材料与方法31.1 供试土壤31.2 供试植物31.3供试污泥堆肥31.4 试验处理41.5样品的分析与测定41.5.1 土壤的分析测定 土壤中全锰的测定 土壤中有效锰的测定 供试土壤总氮、总磷、有机质和ph的测定51.5.2 植物样品的处理及分析测定51.6 数据处理62.结果与分析62.1 污泥堆肥和供试土壤中的重金属含量分析62.2施用污泥堆肥对短毛蓼产量的影响62.3污泥堆肥对短毛蓼吸收mn的影响72.4施用污泥堆肥对土壤mn元素含量的影响83.讨论84.结论95.展望10abstract11key words11参考文献12致谢13广西师范大学本科毕业论文(设计)学生诚信保证书14施加污泥堆肥对短毛蓼吸收mn的影响专业：环境科学 学号： 9 学生姓名： 指导老师： 【摘要】：本试验采用了盆栽土培试验的方法，研究了施加污泥堆肥对短毛蓼不同时期的生长及mn积累特性的影响。结果表明，施用适量的污泥堆肥可显著促进短毛蓼的生长，当按肥土质量比为1：10时，在开花前收获的短毛蓼产量提高了62%。短毛蓼在籽粒成熟期的锰含量比开花前的低，但mn的吸收量大于开花前期的。污泥堆肥的施加抑制了短毛蓼对mn的吸收，增加了土壤中的有效态mn含量。【关键词】：污泥堆肥；短毛蓼；mn；植物修复前言城市污泥是指处理过程中产生的固体废物1，其数量巨大，增长迅速。随着我国城镇化水平的不断提高，污水处理设施建设高速发展，截至2010年6月底，全国累计建成城镇污水处理厂2389座，污水处理能力达到1.15亿m3/d2。污水处理量增加后，随之而来的是产生的大量污泥，我国目前一年就产生干污泥900万吨，并且每年以10%以上的速度递增3。目前，常见的污泥处理方式有土地卫生填埋、焚烧和海洋处置等几种。海洋处置由于造成海洋污染、破坏海洋生态而被各个国家明令禁止。焚烧法要求污泥有较高的热值，所需投资大，管理要求高，推广不易。卫生填埋占用土地资源，且土地不能有效消化污泥中的各种成分，产生渗滤液问题。同时，受我国污水处理界“重水轻泥”倾向的影响4，如何有效处置和利用污泥是亟待解决的城市环境问题5。堆肥被认为是一种降低污泥中污染物含量与生物有效性并且能改善污泥质量的有效方法6。广西是著名的有色金属之乡，锰矿资源储量尤为丰富。然而，矿产资源的开发利用，给矿区周围的环境造成的影响日益严重7，特别是土壤重金属污染。土壤被重金属污染后，不仅影响作物的产量和品质，并且可以通过食物链影响人类健康。同时我国人口快速增长，有限的土壤资源承受着越来越大的压力。如何采取有效措施对受重金属污染土壤进行治理是当今热门的研究课题。传统的土壤重金属治理方法主要有：客土换土法、清洗法、热处理法、电化学法等，这些传统的方法虽具有较高效的去污效果，但耗资巨大，难以大面积应用，因此，人们逐渐将重点转向植物修复技术8。 锰是人体必需的微量元素，具有多种生理功能，对维持人体生命活动具有重要意义，但摄入过量的锰会引起锰中毒，对神经系统、生殖系统、重要器官如心肺等产生一定的危害。我们广西是重金属锰污染的重灾区，治理锰污染迫在眉睫。在我国，已经开展了利用超富集植物对矿山尾矿进行植物修复的实验研究，并获得了一定的成果。也有很多人研究了施加污泥堆肥对土壤和园林植物、作物生长和重金属积累的影响。但尚未涉及到利用超富集植物和污泥堆肥联合来修复重金属污染土壤。锰超富集植物短毛蓼对锰污染环境实施植物修复具有很大的潜力9，本试验以短毛蓼为材料，用污泥堆肥与锰矿区土壤按不同配比混合作为短毛蓼栽培基质，探讨在施用不同量污泥堆肥条件下，短毛蓼的生长情况及其对mn的吸收状况。1.材料与方法 1.1 供试土壤 供试土壤采自广西桂林全州锰矿区，以矿山为采样中心，采用“z”字形采样法。采样时，在采样点上先刮去1cm厚的表层土，然后用铁铲取20cm深度左右的土壤。土壤样品经自然风干，去除石子和枯叶等杂物，捣碎后过2mm筛，充分搅拌混合均匀，作为实验栽培用土。1.2 供试植物 短毛蓼幼苗采自全州锰矿区。将所采集的短毛蓼幼苗用自来水和蒸馏水冲洗干净后，采用1/2hoagland营养液进行预培养。幼苗生长至一定高度后截取上端5cm 长的带叶枝条进行第二次预培养，待枝条长出较旺盛根系后，选取长势相同的植株作为试验材料。1.3供试污泥堆肥取自桂林润泰生物科技有限公司，污泥堆肥由桂林市第四污水处理厂的脱水污泥经过堆沤发酵而成，样品呈黑褐色，粉状，无恶臭。污泥堆肥的ph为7.2，总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）含量（以干基计）9%，有机质含量（以干基计）53%。污泥堆肥中的污染物含量见表1。表1 污泥堆肥中污染物的含量土壤类型污染物控制含量（mgkg-1）cdhgpbcras污泥堆肥-1613622污泥农用控制标准酸性土壤（ph6.5)5530060075中性和碱性土壤（ph6.5）201510001000751.4 试验处理 试验采用简易聚乙烯塑料花盆，高12cm，内直径10cm，每盆装供试土壤和污泥堆肥共2kg，设4个处理，分别为： a.全土，不施加污泥堆肥；b.污泥堆肥与土壤按照质量1：10比例混合；c.污泥堆肥与土壤按照质量1：8比例混合；d.污泥堆肥与土壤按照质量1：6比例混合； 每盆种植1株短毛蓼，每种处理水平设7个平行样。2011年6月14日进行移栽，移栽当天即浇透水，在温室大棚中进行种植，以减少雨淋等外界条件对试验的干扰。种植过程不再施肥，期间根据需要随时浇水和除草。根据短毛蓼的花期和结籽期，分别于9月7日（开花前）和11月10日（籽粒成熟）进行收获。1.5样品的分析与测定1.5.1 土壤的分析测定分别于开花前时期和籽粒成熟期在各盆栽的同一深度采集短毛蓼植株的根际土。在风干室内将采回的土壤样品倒在塑料膜上，摊成2cm厚的薄层，用玻璃棒间断地压碎、翻动。在风干过程中，捡出碎石、沙砾和植物残体等杂质。将风干后的土壤样品按四分法进行处理，弃去多余的部分，将选出的部分用玛瑙研钵研磨，过100目孔径尼龙筛，充分混合均匀。将混匀后的土壤样品放在干燥洁净的小烧杯内，并置于烘箱中进行干燥，直至恒重。对处理后的样品进行装袋、编号并保存于干燥玻璃器中，以备分析测定使用。 土壤中全锰的测定 称取各约0.25g土样于聚四氟乙烯坩锅中，并分别加入3ml浓硝酸和9ml浓盐酸，在通风橱中进行加热消解，使样品初步分解，待蒸发至约剩约3ml左右时，取下冷却。等到冷却后，沿其壁分别加入3ml高氯酸和5ml氢氟酸，加盖后于电热板上中温加热。加热过程中要不时开盖，继续加热除硅，为了达到良好的飞硅效果，应经常摇动坩锅。待加热至产生浓厚白烟时，加盖，使黑色有机碳化物化解。待坩埚壁上的黑色有机物消失后，开盖驱赶剩余的高氯酸和氢氟酸，直至蒸到内容物呈粘糊状，取下冷却。并用2%的硝酸溶液溶解其残渣，并转移到50ml容量瓶，冷却后用去离子水定容，后采用原子吸收分光光度法（aas）测定土壤样品中的mn含量。 土壤中有效锰的测定有效锰的测定采用一次处理样品测定土壤、植物中铜、锌、锰、铁的原子吸收分光光度法。称约10.00g土样放入100毫升塑料广口瓶中，再加0.1mol/l盐酸50.0ml，在25下振荡1.5h，然后以4000r/min离心20分钟，过滤，定容，后采用火焰原子吸收分光光度法测定其mn元素。 供试土壤总氮、总磷、有机质和ph的测定供试土壤样品的总氮、总磷、有机质和ph采用土壤农化常规分析法10。总氮采用开氏半微量法测定；总磷采用h2so4-hclo4体系消煮，并用钼锑抗比色法测定；采用重铬酸钾容量法-外加热法测定有机质；ph按土水比1：2.5提取，采用数显ph计测定。供试土壤的主要理化性质见表2。表2 供试土壤的基本理化性质采样点phtntptommn全量有效态mn(gkg-1)(gkg-1)(gkg-1)(mgkg-1)(mgkg-1)全州锰矿区4.840.410.4311.114496.2477.681.5.2 植物样品的处理及分析测定收获时，将短毛蓼分成地上和地下两部分，地下部分先用自来水清洗干净，然后浸入20mmoll-1的edta-na2 溶液中交换15min，以去除根系表面吸附的mn2+，接着用去离子水冲洗3次，最后用吸水纸吸干表面水分；地上部分用不锈钢剪刀贴地面剪下后直接用自来水清洗，再用去离子水清洗干净，并用吸水纸吸干表面水分。将其清洗干净的样品统一置于烘箱内，105杀青30 min，然后在70下烘干48h至恒重，测定植物各部分干重质量，最后用不锈钢粉碎机磨细，过60目尼龙网筛。称取0.250g烘干且磨碎的植物样品于100ml三角瓶中，加入7ml浓硝酸浸泡约两个小时，再加入4ml双氧水进行消煮，直至澄清，用去离子水定容后采用原子吸收分光光度法（aas）测定各植物样品中的mn含量。1.6 数据处理数据处理分析采用microsoft excel 2003及spss19.0软件完成。2.结果与分析2.1 污泥堆肥和供试土壤中的重金属含量分析由表1可知，污泥堆肥中的污染物含量均达标，可以农用。由表2可知，供试土壤ph为4.84，呈酸性，有机质含量为11.1gkg-1，全氮、全磷含量较低，分别为0.41gkg-1和0.43gkg-1。综合来说，土壤较贫瘠，肥力不高。供试土壤全mn含量达14496.18 mgkg-1。据相关资料显示，我国土壤全锰的含量平均为710mgkg-111，广西土壤mn背景值仅为172.57gkg-1，而供试土壤的锰全量，远远超过了我国的平均水平，因此有必要采取相应的措施进行土壤改良和修复。2.2施用污泥堆肥对短毛蓼产量的影响 施加污泥堆肥后，短毛蓼的生长情况明显比不施肥好，主根更粗大，叶子也更茂盛，其中按土肥质量比1：10种植的长势最好。在籽粒成熟期，植物渐趋衰老，不施加污泥堆肥的短毛蓼首先出现黄叶现象。表3 不同处理下短毛蓼的生物量不同处理水平不同时期干物产量(g盆-1)开花前籽粒成熟地上部分地下部分地上部分地下部分全土9.321.1014.631.461：1015.271.6520.321.671：814.471.3719.711.381：67.780.767.870.74由表3可知，当短毛蓼按肥土质量比1：10和1：8种植时，短毛蓼的生物量均明显大于不施污泥堆肥种植的生物量，在开花前时期增产率达52%62%，在籽粒成熟期增产率为31%37%，其中1：10比例施肥的短毛蓼在两个时期的生物量均略大于1：8比例施肥的短毛蓼。当按土肥质量比1：6种植时，短毛蓼的生物量明显比不施污泥堆肥的小，开花前时期的减产17.2%，籽粒成熟期的减产46.5%。按土肥质量比1：6种植时，短毛蓼开花前和籽粒成熟两个时期的生物量无明显差别。其余的处理水平均为籽粒成熟期的生物量大于开花前时期的生物量。2.3污泥堆肥对短毛蓼吸收mn的影响表4 短毛蓼中重金属mn的含量不同处理水平不同时期短毛蓼中mn的含量(gkg-1)开花前籽粒成熟地上部分地下部分地上部分地下部分全土4815.8334.643333.58576.441：10314.74221.69248.88280.411:8263.83164.47208.83209.111:6234.40 134.58150.85179.73由表4可知，对于短毛蓼中重金属的含量，从收获时期来看，无论施肥情况如何，短毛蓼地上部分mn含量都是开花前时期大于籽粒成熟期的，地下部分mn含量则是籽粒成熟期的大于开花前时期的。从施肥处理水平上看，无论是开花前时期还是籽粒成熟期，施加了污泥堆肥后，短毛蓼地上部分mn含量显著减少，不施肥的短毛蓼地上部分mn含量是施肥的1322倍。地下部分mn含量则是开花前时期低于籽粒成熟期的，且随着施肥比例的增大而减少。表5 短毛蓼mn吸收量不同处理水平收获时期地上部分mn吸收量(mg盆-1）地下部分mn吸收量（mg盆-1）mn吸收总量（mg盆-1）全土开花前44.880.3745.25籽粒成熟48.770.8449.611：10开花前4.810.375.18籽粒成熟5.060.475.531：8开花前3.820.234.05籽粒成熟4.120.294.411：6开花前1.820.121.94籽粒成熟2由表5可知，从每盆短毛蓼的mn吸收量来看，籽粒成熟期短毛蓼地上部分和地下部分mn吸收量均大于开花前期的。施加污泥堆肥后，短毛蓼地上和地下两部分的mn吸收量都降低了，地下部分mn吸收量降低了0.65.5倍，地上部分mn吸收量降低了839倍。不施肥条件下，籽粒成熟期的短毛蓼吸收mn量达到最大。从mn吸收总量上看，开花前时期和籽粒成熟期的总吸收量差异都不大。2.4不同施肥处理种植短毛蓼对土壤mn元素含量的影响表6 种植短毛蓼后土壤中重金属mn的含量不同处理水平收获时期mn全量(mgkg-1)有效态mn含量(mgkg-1)全土开花前12864.59 382.47籽粒成熟12292.32 475.621：10开花前13174.26 618.49籽粒成熟12892.68 709.021：8开花前13209.06 661.55籽粒成熟12949.40 803.801：6开花前13281.14 746.93籽粒成熟13098.58 834.76表2和表6的数据显示，矿区土壤种植短毛蓼之后，土壤中mn全量有都减少了，相对减少了12002200mgkg-1，分别下降了15.2%和8.3%，在不施肥情况下，土壤mn全量减少量最大。土壤mn全量随着施加污泥堆肥量的增加而增加，且开花前期植株根际土壤的锰含量比籽粒成熟期的高。土壤有效态mn含量有增加也有减少，当不施肥种植时，土壤有效态mn含量在开花前期处于最低水平，低于原土的有效态mn含量，籽粒成熟期的土壤有效态mn含量与原土的无明显差异。施加堆肥后，土壤有效态mn含量随着施加堆肥量的增加而增加，且籽粒成熟期的有效态mn含量高于开花前时期的。3.讨论锰在土壤中的存在形态包括残留态、有机态、氧化铁结合态、氧化锰态、交换态和水溶态，而对植物有效的主要是后三者，统称为有效态锰12。锰是变价金属元素，因此土壤中锰的形态并不是一成不变的，而是随着影响因子的变化而相互转化。试验表明，随着污泥堆肥施用量的增加，土壤有效态mn含量有所增加，特别在籽粒成熟期、肥土比例为1：6时，有效态mn含量提高了75%。土壤中有效态的重金属元素易于转化和迁移，最容易被农作物吸收利用而进入食物链，从而对环境和人畜造成危害13。许多研究者认为土壤有效锰含量与全锰含量关系大，主要受制于如eh指、水分、气温等土壤条件和ph值、有机质、土壤质地（主要是粘粒）、碳酸钙等土壤性质12。又有研究表明土壤有效mn含量与有机质呈高度正相关12。污泥堆肥中的有机质含量达到53%，施加了污泥堆肥，土壤中的有机质含量提高，导致了土壤中有效态mn含量增加。短毛蓼吸收mn的总量随着施肥量的增加而减少，显然污泥堆肥的施用抑制了短毛蓼对mn的吸收，其原因可能是土壤中锰的形态发生了转化，由易被植物吸收形态转化为不易被植物吸收的形态，也可能是污泥堆肥中的一些物质对短毛蓼吸收mn产生了抑制作用。在两个时期，短毛蓼吸收mn的总量变化都不大，即在开花前期基本达到吸收顶峰，因此可以在开花前期收获，再进行扦插种植。开花前时期和籽粒成熟期的时间间隔有两个月，可以再种两茬，缩短了植物修复土壤的时间与效率。4.结论（1）通过盆栽试验得出：矿区土壤在施用污泥堆肥量较低时，短毛蓼的干重有较显著的提高，在籽粒成熟期的生物量大于开花前时期的。但按肥土比例1：6种植时，短毛蓼的生长受到抑制，开花前时期的生物量与籽粒成熟期的生物量无差异。短毛蓼在肥土质量为1：10时的生长情况最好。但是，施加污泥堆肥不能促进短毛蓼对mn的吸收，不能促进其对锰污染土壤的有效修复。（2）在不施加污泥堆肥时，短毛蓼中mn含量在开花前期最大，总含量达到5150.44mgkg-1，mn吸收量则在籽粒成熟期达到最大值，有较好的吸收效果。施加污泥堆肥后，短毛蓼中mn含量和吸收量骤减，随着污泥堆肥施加量的增加，短毛蓼mn含量和吸收量均呈下降趋势。地上部分是短毛蓼吸收mn的主要器官。（3）不施加污泥堆肥时，在短毛蓼开花前和籽粒成熟期收获植株后对根际土的分析测定结果表明，两种土壤中的mn全量和有效态mn含量均降低了，籽粒成熟期的mn全量较开花前时期的低，有效态mn含量则相反。施加污泥堆肥后，土壤中的mn全量虽然有所降低，但比不施肥的土壤锰含量高，而且土壤有效态mn含量随着污泥堆肥施加量的增加而呈现上升趋势。5.展望施加一定量的污泥堆肥能促进短毛蓼的生长，有很多研究也表明施加少量污泥堆肥，丰富土壤中植物生长需要的元素，提高了土壤中的n、p、k和有机质含量，从而促进了植物生长，提高植物产量。而污泥堆肥中往往含有重金属，因此不宜直接施加在种植作物的土壤上。采用城市污泥堆肥作为观赏性植物基质，如凤仙花、旱荷花、万寿菊等植物，可以拓宽城市污泥的处理途径，降低处理成本。污泥的最终处置仍然是世界上所有国家的一个难题，我国更应该利用好我国污泥处理处置刚起步的优势，吸取西方发达国家的成功经验，学习先进技术，站在更高的层面上谋求发展。同时也要求我国各政府相关部门积极协调和配合，做出更大的努力。利用植物修复技术并以重金属超富集植物作为修复材料已经成为了国际学术界的研究热点14。植物修复土壤重金属污染，具有低消耗、无二次污染、效果显著等特点，有广阔的发展前景。大多数超富集植物往往植株矮小、生物量低、生长速度慢、生长周期长、修复率低，难以达到理想的经济价值。虽然本试验中添加污泥堆肥的结合不能促进短毛蓼更有效地修复锰污染土壤，不能提供良好的污泥处置方式，但将重金属超富集植物与土壤改良剂相结合，仍是今后土壤重金属污染植物修复技术的主要研究方向14。同时，针对重金属超富集植物收获物的处理，研究的人还不多，目前仅对灰分中重金属质量分数为10%40%的植物采用冶炼回收，对于不能回收利用的收获物如何避免二次污染，还需进一步探索。effect of sludge compost on polygonum pubescens blume absorption of manganeseliangjuanabstract：as the effect of sludge compost on hyperaccumulator growth and content of heavy metals in soil and plants had rarely been reported, sludge compost was used in our experiments to study its effect on the efficiency of hyperaccumulation of polygonum pubescens blume for mn-contaminated soils on different periods of growth. the results showed that sludge compost significantly promote the growth of polygonum pubescens blume, the biomass of the plants increased about 62% before blossoming which was planted with the sludge compost and soil (quality ratio: 1:10). manganese contents in the plants polygonum pubescens blume which were harvested in grain ripening stage were less than those in the plants which were harvested in the pre-flowering stage. however, the uptake of mn by them was greater than the latter. the absorption capacity of mn by polygonum pubescens blume was inhibited and available content of mn in the soil was increased with the addition of sludge compost.key words:sludge compost;polygonum pubescens blume;manganese;phytoremedi-ation参考文献1卢春年,李萍,凌云,赖发英.城市污泥综合利用研究j.安徽农业科学,2005,33(11):2101-2103.2全国目前累计建成城镇污水处理厂2389座j.城市道桥与防洪,2010,12:86-86.3城市污水处理厂产生大量污泥 处置不当造成第二污染eb/ol. /jkzsh/html/1216.html,2012-04-07.4李海英,孙锦程.污泥复混肥对冬小麦增产效果及土壤肥力的影响j.安徽农业科学,2009,37(3):1182-1184.5林春野,董克虞,李萍等.污泥农用对土壤及农作物的影响j.农业环境保护,1994,22(2):67-71.6tientcheu tiandeu cathy m. 堆肥污泥施用对植物生物量和污染物含量的影响j/ol. /kcms/detail/d