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(自然科學(xué)版Journal of Hubei University (Natural Science Vol.29No 12J un.,2007收稿日期:20061206作者簡介:毛瑞(1981,男,碩士生文章編號: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象,以上海青為栽培對象,設(shè)計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行盆栽實驗.定期觀察植株生長情況,測定植株的生物量,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)過實驗得出結(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,底泥占60%時效果最好;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時最佳.關(guān)鍵詞:沙湖;底泥;肥料中圖分類號:X171文獻標志碼: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重富營養(yǎng)化1、2、3.我國是一個湖泊大國,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;污染嚴重,湖泊富營養(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.目前國內(nèi)外研究主要集中在湖泊富水體營養(yǎng)化形成的機制、評價模型4以及治理手段5;研究表明磷元素在水體富營養(yǎng)化中起主要作用,關(guān)于湖泊沉積物中

4、磷的吸收和釋放機理也成為研究的熱點6、7.底泥疏浚是目前在底泥處理中運用比較廣泛的技術(shù)8,在實際運用中效果明顯,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,可能會對環(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,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,且具有很強的代表性,針對沙湖進行的研究將會積累大量處理、利用方面的經(jīng)驗,也必將為其他湖泊的治理及利用產(chǎn)生積極而深遠的影響.2底泥特性分析取底泥進行檢測,營養(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遠低于國標“農(nóng)用污泥中污染物控制標準(G B428484,綜合2項數(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(自然科學(xué)版第29卷表1底泥養(yǎng)分含量及對照表項目含量土壤平均含量項目含量土壤平均含量有機質(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重金屬含量與國標對照表項目含量/(mg k

6、g -1國標(G B428484p H <6.5p H 6.5項目含量/(mg kg -1國標(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實驗材料取細沙經(jīng)3%的鹽酸溶液中浸泡24h ,用清水反復(fù)沖洗,以除去其中的營養(yǎng)物質(zhì),烘干后通過孔徑為2mm 的分樣篩備用;于遠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 ,編號依次為:1120號(室外條件,3140號(溫室條件,共計40個處理樣本,每個處理樣本均播種50粒.在播種約7d 后種子開始發(fā)芽,此時開始進行發(fā)芽率的測定,每隔2d 測定1次,連續(xù)測定4次;待幼苗長出(約14d 后開始測量葉面的最大長度,同時挖出34株幼苗測量其根長,以后每隔7d 測定1次;待幼苗成熟后將其全部挖出,稱量每個處理樣本中最大植株的鮮重.實驗進行時間為2006年3月10日至2006年4月20日.4結(jié)果及討論 圖1發(fā)芽率變化對比圖從圖1看出,發(fā)芽率在各個區(qū)間的總體趨勢是:

8、在兩端較低,中間較高.在120號中,第1次測量數(shù)據(jù)與以后測量數(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號在室外進行,2140號在溫室進行,實驗條件的差異對種子發(fā)芽率影響較大.同時還可以看出:110、2130號同是均勻混合的處理方式,尤其在第1次測量以后兩者的變化趨勢比較接近,并且都在60%的處理時達到最大;而同為相同處理的1120、3140,兩者變化的趨勢則相差較大.從圖2可以看出:各個區(qū)間4次觀測數(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根長變化及對比圖趨勢基本一致,依然為中間高兩端低.110、1120號的第4次測量數(shù)據(jù)較前3次增加很大(增長率113%,

9、分析原因可能為在實驗進行的后期,室外溫度上升,更適宜植株的生長,而在溫室中每次測量的增長率(平均增長率41.2%基本相同.從110、2130號對比看,從35,2325都有一個突然上升的“臺階”,同樣在1120、3140中從1315,3335都有一個突然下降的“臺階”,說明在這兩個比例下植株生長差異較大,原因可能在于培養(yǎng)基質(zhì)中營養(yǎng)物質(zhì)和通透性的平衡.經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)均勻混合在60%,分層比例在37時植株的此項指標相對較好.從圖3看出4個區(qū)間中的4條曲線變化趨勢很吻合,大致的走向也是中間高兩端低.1120與3140號的相關(guān)性(平均相關(guān)度82.3%比110與2130號的相關(guān)性(平均相關(guān)度43.5%更高,即

10、前兩者變化趨勢更接近,比較看出在分層比例為37時效果最佳. 圖3葉面長度變化及對比圖圖4植株鮮重對比圖從圖4看出最后植株的鮮重的變化整體趨勢依然為中間高兩端低,在室外進行的處理樣本變化明顯高于在溫室中進行的,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速度,而對最終植株的大小影響不大.生長量的最大值分別在7、13、27和32號,即均勻混合底泥占60%和分層覆蓋比例為37時.營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣是植物生長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.由圖14可以看出,110號處理樣本的生長狀況優(yōu)于1120好處理樣本,而2130號處理樣本的生長狀況優(yōu)于3140號處理樣本

11、,即均勻混合處理比分層覆蓋處理中植株生長狀況更好.底泥含有豐富的營養(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.此實驗證明,將底泥與沙土均勻混合比分層覆蓋更能使得營養(yǎng)和通透性兩者達到統(tǒng)一,即更能夠同時滿足兩者的需求.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,更有利于實際運用.(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%時效果最好;以分層覆蓋方式栽培,底泥與沙土的比例在37時最有利于植物生長.6建議湖泊作為地球表面相對獨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,是其集水域物質(zhì)和能量的“匯”,經(jīng)長期的演化,不但蘊藏著豐富的自然資湖北大學(xué)學(xué)報(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,同時更重要的是將對區(qū)域的生態(tài)安全構(gòu)成直接威脅.鑒于長江流域湖泊濕地的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀,加強其湖泊濕地的恢復(fù)、保護和管理,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用.在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下,綜合運用營養(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)以下事項是在湖泊治理的實際工作中必須注意:(1控制污染源,降低進入湖泊的污染物的量.(2建立人工濕地,利用植物進行吸收.(3底泥疏浚,并注意保護水生生物.(4管治結(jié)合,依法治湖.參考文獻:1姜加虎,黃群,孫占東.長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毛國柱,劉永,郭懷成.湖泊富營養(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.武漢東湖富營養(yǎng)化現(xiàn)狀分析及治理對策J.長江流域資源與環(huán)境,2004,5(3:277284.5孫傅,曾思育,陳吉寧.富營養(yǎng)化湖泊底泥污染控制技術(shù)評估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)評價J.長江流域資源與環(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