湖泊底泥肥料化利用的研究

1、第29卷第2期2007年6月湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版Journal of Hubei University (Natural Science Vol.29No 12J un.,2007收稿日期:20061206作者簡(jiǎn)介:毛瑞(1981,男,碩士生文章編號(hào):10002375(200702020704湖泊底泥肥料化利用的研究毛瑞,趙錦惠(湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,湖北武漢430062摘要:以湖泊底泥作為肥料使用的可行性為研究目的,以沙湖底泥為研究對(duì)象,以上海青為栽培對(duì)象,設(shè)計(jì)均勻混合和分層覆蓋2種栽培方式,在室外和溫室條件下分別進(jìn)行盆栽實(shí)驗(yàn).定期觀察植株生長(zhǎng)情況,測(cè)定植株的生物量,分析比較各種處理的結(jié)

2、果,得出湖泊底泥作為肥料的利用的最佳使用方式和比例.經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論:泥沙均勻混合和泥沙分層覆蓋相比,前者更適合于盆栽.沙湖底泥與沙土均勻混合時(shí),底泥占60%時(shí)效果最好;當(dāng)下層鋪沙土上層覆蓋底泥情況下,底泥與沙土比例在37時(shí)最佳.關(guān)鍵詞:沙湖;底泥;肥料中圖分類號(hào):X171文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A1引言作為城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,城市湖泊水體的質(zhì)量越來越受到人們的關(guān)注.近年來城市環(huán)境污染加劇,使得湖泊水體水質(zhì)受到很大危害,大部分城市湖泊水體己嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化1、2、3.我國(guó)是一個(gè)湖泊大國(guó),湖泊總面積為85256194km 2,總蓄水量為755018736×108m 3.但是近年來隨著城市化的加

3、劇,湖泊水體水質(zhì)受到很大危害,主要表現(xiàn)在湖泊萎縮與干涸,水面積銳減;污染嚴(yán)重,湖泊富營(yíng)養(yǎng)化加劇,湖泊圍網(wǎng)養(yǎng)殖過度,生態(tài)系統(tǒng)受損;流域水土流失加劇,湖泊淤塞嚴(yán)重;湖泊水生態(tài)系統(tǒng)退化,生物多樣性受損等方面.隨著世界工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,城市人口的增加,工業(yè)廢水與生活污水的排放量日益增多,污泥的產(chǎn)出量迅速增加.城市污泥是城市污水處理和湖泊的副產(chǎn)品,為避免污染和有效利用底泥中的有效成分,底泥的處理已經(jīng)成為全世界關(guān)心的問題,污泥的處理方式主要有填埋、投海、焚燒、肥料化利用等.目前國(guó)內(nèi)外研究主要集中在湖泊富水體營(yíng)養(yǎng)化形成的機(jī)制、評(píng)價(jià)模型4以及治理手段5;研究表明磷元素在水體富營(yíng)養(yǎng)化中起主要作用,關(guān)于湖泊沉積物中

4、磷的吸收和釋放機(jī)理也成為研究的熱點(diǎn)6、7.底泥疏浚是目前在底泥處理中運(yùn)用比較廣泛的技術(shù)8,在實(shí)際運(yùn)用中效果明顯,但是疏浚出來的底泥中含有大量的N 、P 以及金屬元素,如果得不到很好的處置,可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染,如何處理、利用這些底泥也已經(jīng)成為我們急待解決的問題.武漢市素有“百湖之市”的美譽(yù),現(xiàn)有水域面積2187km 2,水域面積占全市總面積的2516,水域率居全國(guó)各大城市之首.沙湖作為武漢市第2大的“城中湖”,在武漢有著十分重要的地位,且具有很強(qiáng)的代表性,針對(duì)沙湖進(jìn)行的研究將會(huì)積累大量處理、利用方面的經(jīng)驗(yàn),也必將為其他湖泊的治理及利用產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響.2底泥特性分析取底泥進(jìn)行檢測(cè),營(yíng)養(yǎng)

5、物質(zhì)含量(見表1較高,其中速效氮高出土壤5倍以上,速效磷高出土壤20倍,速效鉀高出土壤10倍,重金屬含量9(見表2遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)“農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(G B428484,綜合2項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出,沙湖底泥是作為肥料使用的良好材料.208湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第29卷表1底泥養(yǎng)分含量及對(duì)照表項(xiàng)目含量土壤平均含量項(xiàng)目含量土壤平均含量有機(jī)質(zhì)44%810%速效氮421mg/kg 85mg/kg 全氮25.9%10.2%速效磷488mg/kg 25mg/kg 全磷 6.49% 4.5%速效鉀211mg/kg21mg/kg全鉀0.08%0.009%p H7.4表2重金屬含量與國(guó)標(biāo)對(duì)照表項(xiàng)目含量/(mg k

6、g -1國(guó)標(biāo)(G B428484p H <6.5p H 6.5項(xiàng)目含量/(mg kg -1國(guó)標(biāo)(G B4284-84p H <6.5p H 6.5Hg 0.15515Pb 56.243001000Cd 0.31520Cu 66.93250500Cr 92.386001000Zn263.735001000As23.5375753材料與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料取細(xì)沙經(jīng)3%的鹽酸溶液中浸泡24h ,用清水反復(fù)沖洗,以除去其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),烘干后通過孔徑為2mm 的分樣篩備用;于遠(yuǎn)離原沙湖排污口處取沙湖底泥,置于室內(nèi)陰干,陰干后挑去草根石塊,用木棒輕輕捻碎,通過孔徑為2mm 的分樣篩備用.分層覆蓋

7、方式中,在保證培養(yǎng)基總厚度均為10cm 條件下,底泥的厚度分別為0、2、3、4、5、6、7、8、9、10cm ,編號(hào)依次為:1120號(hào)(室外條件,3140號(hào)(溫室條件,共計(jì)40個(gè)處理樣本,每個(gè)處理樣本均播種50粒.在播種約7d 后種子開始發(fā)芽,此時(shí)開始進(jìn)行發(fā)芽率的測(cè)定,每隔2d 測(cè)定1次,連續(xù)測(cè)定4次;待幼苗長(zhǎng)出(約14d 后開始測(cè)量葉面的最大長(zhǎng)度,同時(shí)挖出34株幼苗測(cè)量其根長(zhǎng),以后每隔7d 測(cè)定1次;待幼苗成熟后將其全部挖出,稱量每個(gè)處理樣本中最大植株的鮮重.實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間為2006年3月10日至2006年4月20日.4結(jié)果及討論 圖1發(fā)芽率變化對(duì)比圖從圖1看出,發(fā)芽率在各個(gè)區(qū)間的總體趨勢(shì)是:

8、在兩端較低,中間較高.在120號(hào)中,第1次測(cè)量數(shù)據(jù)與以后測(cè)量數(shù)據(jù)相差較大,而在2140沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象,原因分析為120號(hào)在室外進(jìn)行,2140號(hào)在溫室進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)條件的差異對(duì)種子發(fā)芽率影響較大.同時(shí)還可以看出:110、2130號(hào)同是均勻混合的處理方式,尤其在第1次測(cè)量以后兩者的變化趨勢(shì)比較接近,并且都在60%的處理時(shí)達(dá)到最大;而同為相同處理的1120、3140,兩者變化的趨勢(shì)則相差較大.從圖2可以看出:各個(gè)區(qū)間4次觀測(cè)數(shù)據(jù)間的變化第2期毛瑞等:湖泊底泥肥料化利用的研究209 圖2根長(zhǎng)變化及對(duì)比圖趨勢(shì)基本一致,依然為中間高兩端低.110、1120號(hào)的第4次測(cè)量數(shù)據(jù)較前3次增加很大(增長(zhǎng)率113%,

9、分析原因可能為在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的后期,室外溫度上升,更適宜植株的生長(zhǎng),而在溫室中每次測(cè)量的增長(zhǎng)率(平均增長(zhǎng)率41.2%基本相同.從110、2130號(hào)對(duì)比看,從35,2325都有一個(gè)突然上升的“臺(tái)階”,同樣在1120、3140中從1315,3335都有一個(gè)突然下降的“臺(tái)階”,說明在這兩個(gè)比例下植株生長(zhǎng)差異較大,原因可能在于培養(yǎng)基質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和通透性的平衡.經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)均勻混合在60%,分層比例在37時(shí)植株的此項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)較好.從圖3看出4個(gè)區(qū)間中的4條曲線變化趨勢(shì)很吻合,大致的走向也是中間高兩端低.1120與3140號(hào)的相關(guān)性(平均相關(guān)度82.3%比110與2130號(hào)的相關(guān)性(平均相關(guān)度43.5%更高,即

10、前兩者變化趨勢(shì)更接近,比較看出在分層比例為37時(shí)效果最佳. 圖3葉面長(zhǎng)度變化及對(duì)比圖圖4植株鮮重對(duì)比圖從圖4看出最后植株的鮮重的變化整體趨勢(shì)依然為中間高兩端低,在室外進(jìn)行的處理樣本變化明顯高于在溫室中進(jìn)行的,但最大重量的影響卻不是很大,說明溫室條件主要影響植株的生長(zhǎng)速度,而對(duì)最終植株的大小影響不大.生長(zhǎng)量的最大值分別在7、13、27和32號(hào),即均勻混合底泥占60%和分層覆蓋比例為37時(shí).營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣是植物生長(zhǎng)所必需也是最基本的條件,在兩者均滿足的情況下,植物才能正常的生長(zhǎng).由圖14可以看出,110號(hào)處理樣本的生長(zhǎng)狀況優(yōu)于1120好處理樣本,而2130號(hào)處理樣本的生長(zhǎng)狀況優(yōu)于3140號(hào)處理樣本

11、,即均勻混合處理比分層覆蓋處理中植株生長(zhǎng)狀況更好.底泥含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但由于其粒徑小,吸水性能好,在大量吸水后容易板結(jié),因而通透性較低;沙土的粒徑較大,孔隙大通透性好.此實(shí)驗(yàn)證明,將底泥與沙土均勻混合比分層覆蓋更能使得營(yíng)養(yǎng)和通透性兩者達(dá)到統(tǒng)一,即更能夠同時(shí)滿足兩者的需求.5結(jié)論經(jīng)過數(shù)據(jù)處理以及分析后得出以下結(jié)論:(1通過2種不同栽培方式的比較后發(fā)現(xiàn),均勻混合栽培更適合于盆栽,更有利于實(shí)際運(yùn)用.(2通過同種栽培方式的比較后發(fā)現(xiàn),以均勻混合方式栽培,底泥占總重的比例在60%時(shí)效果最好;以分層覆蓋方式栽培,底泥與沙土的比例在37時(shí)最有利于植物生長(zhǎng).6建議湖泊作為地球表面相對(duì)獨(dú)立的自然綜合體陸地表

12、面大氣圈、巖石圈、陸地水圈和生物圈及人文圈等各圈層間相互作用的聯(lián)結(jié)點(diǎn),是其集水域物質(zhì)和能量的“匯”,經(jīng)長(zhǎng)期的演化,不但蘊(yùn)藏著豐富的自然資湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第29卷210源,而且具有維系區(qū)域生態(tài)平衡的生態(tài)服務(wù)功能.湖泊濕地的破壞不但直接影響湖泊濕地資源的可持續(xù)利用和發(fā)展,同時(shí)更重要的是將對(duì)區(qū)域的生態(tài)安全構(gòu)成直接威脅.鑒于長(zhǎng)江流域湖泊濕地的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀,加強(qiáng)其湖泊濕地的恢復(fù)、保護(hù)和管理,業(yè)已成為十分緊迫的戰(zhàn)略任務(wù),必須盡快采取有效措施.而將底泥作為在做適當(dāng)處理后作為肥料使用是十分經(jīng)濟(jì)而且適用的方法,今后可以在農(nóng)業(yè)和花卉園藝中廣泛運(yùn)用.在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下,綜合運(yùn)用營(yíng)養(yǎng)鹽控制、直接除藻、生態(tài)調(diào)控

13、和生態(tài)恢復(fù)以及源頭截污等方法,是進(jìn)行湖泊的治理和利用的必經(jīng)之路.在研究中還發(fā)現(xiàn)以下事項(xiàng)是在湖泊治理的實(shí)際工作中必須注意:(1控制污染源,降低進(jìn)入湖泊的污染物的量.(2建立人工濕地,利用植物進(jìn)行吸收.(3底泥疏浚,并注意保護(hù)水生生物.(4管治結(jié)合,依法治湖.參考文獻(xiàn):1姜加虎,黃群,孫占東.長(zhǎng)江流域湖泊濕地生態(tài)環(huán)境狀況分析J.生態(tài)環(huán)境,2006,15(2:424429.2毛國(guó)柱,劉永,郭懷成.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制技術(shù)綜合集成方法框架J.環(huán)境工程,2006,2(1:6567.3汪常青,吳永紅,劉劍彤.武漢城市湖泊水環(huán)境現(xiàn)狀及綜合整治途徑J.長(zhǎng)江流域資源與環(huán),2004,9(5:499501.4甘義群,郭

14、永龍.武漢東湖富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀分析及治理對(duì)策J.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2004,5(3:277284.5孫傅,曾思育,陳吉寧.富營(yíng)養(yǎng)化湖泊底泥污染控制技術(shù)評(píng)估J.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2003,9(4:6164.6Sebastian B.Experiences with the dual digestion of municipal sewage sludgeJ.Bioresource Technology,2006,4(6:11991207.7張路,范成新,朱廣偉.長(zhǎng)江中下游湖泊沉積物生物可利用磷分布特征J.湖泊科學(xué),2006,18(1:3642.8Pradip B D,Rashmi R N.D

15、enitrification of high strength nitrate wasteJ.Bioresource Technology,2006,1(1:1 6.9喬勝英,蔣敬業(yè),向武.武漢地區(qū)湖泊沉積物重金屬的分布及潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)J.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2005,5(3:353356.R esearch on bottom putty of lake used as fertilizerMAO Rui,ZHAO Jin2hui(School of Resources and Environment,Hubei University,Wuhan430062,China Abstract:

16、This article take t he Shahu lake bottom p utty as t he object of st udy and t he Shanghaiqing as t he cultivation object,two cultivation ways even mix and t he lamination covers are designed,t his two cultivation ways are also carried o n t he bonsai experiment separately under out door and t he greenho use condition.We find t he regulation t hroughout t he lo ng observation just like plant growt h sit uation,t he determination adult plants biomass.According to t he experiment data,even mix way is better t han laminatio n cover one in t his experiment;When lake bottom p utty a