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随着中国经济发展,污水的产生和处理量也日益增大,随着污水处理产生大量污泥的处理和处置问题也日益引起人们关注。污泥中含有大量的有毒有害污染物,但是同时还有一定量的营养元素使其资源化成为可能。污泥的处理方法有多种,堆肥农用乃是污泥目前最终处置手段中的较好方法之一。污泥中含有的重金属等污染物对植物的生长有负面影响,故研究污泥农用过程中土壤复合污染物对植物生长的影响对于指导污泥的农用,掌握植物对污泥的反应规律具有重要的意义。
本研究的对象为九种不同的植物和四种土样,植物包括萝卜、黑麦草、白菜、黄瓜、青菜、豌豆、小麦、雪里蕻和二月兰;土壤包括绿化土,沙土,山泥和堆肥污泥。首先通过进行发芽实验研究植物发芽阶段污泥和土壤浸提液对植物的影响,筛选出敏感性植物;然后敏感植物幼苗在土壤/污泥混配土中进行栽培实验,比较在不同土壤/污泥混配土系统中植物生长状况,找出影响植物生长阶段的因素;最后将盆栽后的植物幼根制作超薄切片,进行分子学分析,探讨土壤复合污染物对植物宏观和微观方面的影响分析。
在发芽实验中,研究的8种土样浸提液中重金属含量均比较低,都低于国家Ⅱ类水水质标准值;氮磷营养元素和COD含量比较高,故在发芽试验中对植物种子生长影响较大的因素可确定为营养元素和盐分方面。在相同污泥浸提比情况下所进行发芽实验中可以发现,青菜,黄瓜,豌豆,小麦,白菜种子的相对发芽率均在90%以上,可见污泥浸提液对其生长没有抑制作用,反而对其发芽具有促进作用。二月兰种子的相对发芽率为零,也就是污泥浸提液对其发芽具有严重抑制作用。萝卜,雪里蕻和黑麦草种子的相对发芽率在50%到90%之间,说明其发芽受到污泥浸提液不同程度的抑制作用。由此确定接下来对不同浸提液研究的植物为萝卜和黑麦草。对于萝卜和黑麦草在四种浸提液中的发芽实验,在绿化土和沙土浸提液中随着浸提比从1:10增大至1:5发芽状况愈好,而在山泥和污泥中随着浸提比增大发芽状况愈差。说明山泥和污泥浸提液对萝卜和黑麦草发芽有明显的抑制作用,而绿化土和沙土则有促进作用。出现此现象的原因,可能是由于污泥浸提液中COD比较高从而对萝卜和黑麦草发芽呈现毒害作用,而绿化土和沙土中营养元素比较贫瘠所以呈现促进作用。
盆栽实验表明:对萝卜盆栽实验而说,对于根伸长抑制率,萝卜在绿化土与沙土中随着污泥浓度增加逐渐增大,而在山泥中逐渐减小。对于平均根长,三种土壤混配系统随着污泥浓度增加均有见小的趋势。相比于绿化土和山泥,沙土的平均根长曲线下降的最大,根伸长抑制率曲线上升的最快,说明沙土的缓冲能力比较差,添加污泥会很快影响其生理特性;山泥缓冲能力较大,绿化土其中。黑麦草盆栽实验表明,沙土的平均根长随着添加污泥浓度的增加,减小的最多;同时根伸长抑制率也一直最大;绿化土的根伸长抑制率和平均根长走向随着污泥添加波动较大,平均根长是先增大后减小,最后仍开始增大,同时期其根伸长抑制率呈相反方向变动。随着施加污泥浓度的增加,黑麦草在山泥和沙土中生长状况亦越来越差,没有施加污泥的时候生长状况最好。在绿化土盆栽中,有一个生长最低点。这可能是污泥本身既含有营养物质协同污染物质作用的结果。
通过植物切片可以看出,对于受到盆栽中添加污泥的影响,萝卜和黑麦草各不相同,萝卜受到最大影响是细胞结构发生变化,黑麦草细胞则是逐渐遭到破坏。随着污泥浓度增加,可以看出萝卜细胞结构和形状受到冲击后逐渐稳定;黑麦草细胞结构和形状均变得不规则,细胞被破坏程度逐渐加深。萝卜和黑麦草均存在“10%现象”,萝卜根部细胞在污泥浓度为10%时细胞结构和形状破坏最严重,然后随着污泥浓度增加,细胞结构和形状达到新的平衡;黑麦草根部细胞在污泥浓度为10%时细胞结构和形状重新达到一个稳定的结构和形状,随着污泥浓度的增加细胞结构走向解体。