城市污泥改良矿山废弃土壤的试验研究

与土壤的理化性质和酶活性进行了相关性分析，分析了施污土壤中不同重金属赋存形态含量的影响因素$结果表

明：城市污泥的施加对矿山废弃土壤中重金属Cu和Pb有一定的钝化作用，施污土壤中重金属的生物有效性大小

表现为Zn〉Cu〉Cd〉Pb；城市污泥的施加可明显增加矿山废弃土壤中氮、磷、钾和有机质的含量，但降低了土壤的 pH值，而土壤的pH值是影响施污土壤中各重金属可交换态含量的关键因素，土壤中有机质含量是影响施污土壤

中可还原态Pb和Cd以及可氧化态Cu和Zn含量的主要因素；城市污泥的施加可增加矿山废弃土壤的酶活性，其

中土壤的脲酶活性是影响施污土壤中各重金属可交换态以及可还原态和可氧化态Zn、Pb含量的主要因素，而土壤

的磷酸酶和过氧化氢酶活性是影响施污土壤中残渣态Cu和Pb含量的主要因素$ 关键词：城市污泥；矿山废弃土壤;施污土壤；重金属形态；酶活性；相关性分析

中图分类号：X753

DOI： 10. 13578/j. cnki. issn. 1671-1556. 2019. 04 013文献标识码:A

Experimental Study on Improvement of Abandoned Mine

Soil by Urban SludgeLIU Shuang1#,ZHANG Shuqin1# ,REN Dajun1# ,ZHANG Xiaoqing12 ,PAN Zhiqiang12(1. School of Resources and Environmental Engineering Wuhan University of Science

and Technology Wuhan 430081, China ；2. Hubeis Key Laboratory of Highly Efficient

Utilization and Agglomeration o f Metallurgical Mineral Resources #Vuhan University o f

Scienceand Technology#Wuhan 430081#China)Abstract：Thispaperusesindoorsimulationexperimentstoadddiferentproportionsofuntreatedmunicipalsludge

totheabandonedsoiloftheminetoexploretheefectsofshort-termsludgetreatmentonthedistributionofheavy metalforms#soilphysicalandchemicalpropertiesandenzymeactivitiesinthesoil/Thenthepaperanalyzesthecor- relationsbetweentheformsofheavymetalsinsoil#thephysicalandchemicalpropertiesofsoilsandtheactivitiesof enzymesandtheinfluencingfactorsofthecontentofdiferentheavymetalsinsoil/Theresultsshowthatthemu-

nicipalsludgehascertainpassivationefectontheheavymetalsCuandPbinabandonedminesoil#andtheorderof heavymetalbioavailabilityinthepolutedsoilisZn-Cu-Cd-Pb/Theapplicationofmunicipalsludgeobviously

ncreasestheconcentrationofsoilorganicmater#nitrogen#phosphorusandpotassium#butreducesthepHvalueof

soil/According to the co relation analysis#pH is the key factor a fecting exchangeable states of heavy metals#and

organicmateristhemainfactorafectingthereduciblestateofPbandCd#theoxidizablestateofCuandZn/Urban

sludgeincreasessoilenzymeactivityInaddition#ureaseactivityisthemainfactorafectingtheexchangeablestate andreduciblestateofZnandPbandtheoxidizablestateofZnandPb#whilephosphataseandcatalasearethemain

factorsafectingtheresidualstateofCuandPb/收稿日期=2018-12-05

修回日期：2019-07-04基金项目：国家自然科学基金项目(1501537、41571306)冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室开放基金项目(2017zy003)

作者简介:刘 爽(1994—),女，硕士研究生，主要研究方向为重金属在植物-土壤界面的迁移转化。E-mail:1079903651@qq. com80安全与环境工程第26卷Key words: urban sludge；abandoned mine soil； polluted soil；heavy metal form； enzyme activity； correlation analysis我国矿产资源丰富，金属及非金属矿产资源的 开采和冶炼在推动当地经济发展的同时也导致了诸 多环境问题,如重金属污染、矿区废弃土地环境安全

究发现在相同Cd胁迫水平下，施污黄土中脲酶、蔗

糖酶、碱性磷酸酶的活性均随着施污黄土中污泥配 比的增加而逐渐增大$由此可见，城市污泥确实可

问题等$据有关研究报道，目前全球的矿山废弃地 约为670万hm2,其中荒废地和露天采矿破坏的土 地约占50%*1+$矿山的大规模开采将导致矿区土

增加土壤的酶活性，但所用污泥是经过预处理后的 城市污泥$虽然城市污泥能对矿山废弃土壤起到一

定的改良作用，但其中或多或少含有一定的重金属, 其变幅较大，因此在污泥资源化利用过程中，应重点

壤、地下水、地表水和大气污染，甚至引发地质灾害, 而开采过后遗留的矿区污染地点多面广废弃矿

关注土壤重金属的污染问题，并探索出合适的污泥 配比$目前为了降低城市污泥中的病原微生物和有

山尾矿或废渣中存在的潜在有毒重金属会迁移到环 境中，对农田、土壤和水体造成严重污染,有毒金 属可分散在矿山废弃土壤附近，直接或间接消耗后

毒有机物，国内外大多采用经厌氧、好氧或热干化预

处理后的城市污泥用于矿山废弃土壤的复垦*15+ ,但 这样不仅耗时长、操作复杂，而且耗费较高$因此,

积累在植物和动物体内5 ,从而影响农作物的产量 及品质安全,对人体存在一定的健康风险$近年来，矿山废弃土壤的生态修复主要采用植

可尝试直接将城市污泥施于矿山废弃土壤，对其进

行改良，这样不仅操作简单且耗费较低$此外，土壤 重金属的生物有效性取决于其形态分布，尤其是土

物修复技术归，该技术是一种很有潜力、发展迅猛的 土壤污染绿色修复技术7$植物修复技术主要利用

壤中重金属有效态的含量、存在比例和迁移能

耐金属的植物品种，从土壤中去除重金属并将其积 累在植物体内$然而矿山废弃土壤极为贫瘠，缺 乏植物生长所需要的营养物质，因而不利于植物的 生长$随着我国城镇污水处理率的提高，污水处理

力［1617］，但目前直接将城市污泥施加于矿山废弃土 壤中来研究施污土壤中重金属赋存形态分布特征的

报道相对较少，且研究也不够深入，而探究城市污泥 的直接施加对矿山废弃土壤中重金属赋存形态分布

厂产生的污泥量大幅增加，这些污泥的安全处置和 利用已成为备受关注的环境问题$城市污泥中富含

的影响，可为城市污泥的安全利用以及土壤中重金 属迁移转化规律的研究提供理论依据$为此，本文采用室内土壤培养模拟试验，在矿山

氮、磷、钾和有机质等，已有研究表明城市污泥可有 效改良矿山废弃土壤，以提高土壤中有机质含量和 改善土壤团粒结构*10+ $如武淑文等*11+研究发现城

废弃土壤中外源添加不同比例未经处理的城市污

泥，探讨短期污泥处理对土壤中重金属赋存形态分 布特征、土壤理化性质和土壤酶活性的影响，以期为 矿区生态修复提供科学依据$市污泥可作为提高尾矿废弃地土壤肥力、改良土壤

理化性质、促进植被恢复生长的土壤改良剂；孟繁宇 等*12+研究发现添加城市污泥可改善盐碱化土壤的 养分状况,且土壤中重金属主要以残渣态存在，迁移

1材料与方法1. 1试验材料风险较小$ 这些研究表明城市污泥对矿山废弃土壤

有一定的改良效果，而且对土壤中重金属的赋存形 态也有一定的钝化作用$另外，有文献报道城市污 泥还可对土壤的酶活性产生一定的影响$如孙重

本试验所用的矿山废弃土壤取自湖北省某有色 金属矿区，城市污泥取自武汉市某污水处理厂，通过 检测得到该污泥含水率为80.5% $矿山废弃土壤

阳*13+研究发现污泥堆肥在一定程度上可促进微生 物的生命活动，从而提高土壤的酶活性；周健研

和城市污泥的基本理化性质，见表1$表1矿山废弃土壤和城市污泥的基本理化性质Table1 Basicphysicalandchemicalpropertiesofabandoned minesoiland municipalsludgesamples样品pH 值有机质/(g * kg 1)10 82260 00速效钾/Cu/Zn/b/Cd/速效氮/速效磷/(mg * kg 1)(mg * kg 1)(mg* kg—1 )(mg* kg—1 )(mg* kg—1 )(mg* kg—1 )(mg* kg—1 )矿山废弃土壤城市污泥6 866 7482 034060635 008820070 12307 76800 10951 50603 00656 55390 75341 2571 34 451. 2试验设计 弃土壤与城市污泥的混合比例分别为5：0(CK,对照本次室内土壤培养试验共设计4组处理，矿山废 组)、5 ： 1(W1)、5 : 2(W2)、5 : 3(W3),施污土壤样品第4 期刘爽等：城市污泥改良矿山废弃土壤的试验研究8具体的配比见表2,每组处理设置3个平行试验。口可交换态虫可还原态 四可氧化态宓残渣态表2施污土壤样品的配比Table2 Configurationofsoilsampleswithdiferentproportionofmunicipalsludge施污土样矿山废弃 土壤/kg城市污泥/kg城市污泥百分含量/%CK! : 0)1000 00WK5 : 1)0 83000 170017 00W2! : 2)0 71430 285728 57W3! : 3)0 62500 375037 50将1 kg混合好的施污土样装填在直径为20 cm 的花盆中，*每隔5 d浇水一次，保持土壤润湿，培养

30 d18+ ,再对不同处理的土壤取样，每个处理土样

的理化性质测定做3次重复，然后进行相关指标的

试验分析。1.3分析测定方法城市污泥含水率的测定是将污泥样品放于

105°C的烘箱中烘干24 h后称重；土壤pH值采用酸

度计（水土比为2. 5 ： 1）测定；土壤中有机质含量采用 重铬酸钾容量法测定;土壤中重金属（Cu、Zn、Pb、Cd）

含量的测定是将土壤样品先利用HNO3-HF-HC1O4 消解后，再采用原子吸收分光光度计法测定；土壤中

速效钾含量采用醋酸铵-火焰光度计法测定；土壤中

速效氮含量采用碱解扩散法测定；土壤中速效磷含量 采用碳酸氢钠法测定；土壤中重金属的赋存形态采用

BCR三步提取法*19+测定，各形态分别为可交换态、可

还原态、可氧化态和残渣态；土壤的脲酶活性采用苯

酚钠-次氯酸钠比色法测定；土壤的酸性磷酸酶活性 采用对硝基苯磷酸二钠比色法测定[20]; 土壤的过氧

化氢酶活性采用重铬酸钾滴定法测定；土壤的转化酶

活性采用硫代硫酸钠滴定法测定*口 $1. 4数据处理本文采用Origin 9. 0软件和SPSS 22. 0软件对 试验数据进行分析处理及作图$2结果与分析2.1城市污泥施加对矿区废弃土壤中重金属赋存 形态分布的影响图1为城市污泥中各重金属赋存形态的分布。由图1可见，城市污泥中重金属Cu、Pb和Cd

主要以残渣态形式存在，分别占总量的44%、85% 和61%，重金属Zn主要以可还原态形式存在，占总 量的48% ;城市污泥中各重金属的生物有效性大小

表现为 Zn>Cu>Cd>Pb。不同城市污泥投加比例对矿山废弃土壤中重金100%8、 0題蛋烬6 0念愴W40M竭0

W

Cu

Zn Pb Cd重金属图1 城市污泥中各重金属赋存形态的分布Fig1 Morphological distribution of heavy metals in

municipalsludgesamples属赋存形态分布的影响见图2。由图2可见，随着城市污泥施加量的增加，各组

施污土壤中4种重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量逐渐增

加，较CK对照组分别增加了 4.3%〜8 1 %、1. 6%〜2. 1%、7. 0%〜15. 6%和1. 7%〜24. 4%,其中重金属Zn含量的增幅较小;施污土壤中重金属Cu主要以可

交换态和残渣态形式存在，可交换态Cu、可氧化态

Cu和残渣态Cu含量随着城市污泥施加量的增加而

增加，但可交换态Cu和残渣态Cu含量的变化趋势 并不明显，可氧化态Cu的比例从10%增至14%,而

可还原态Cu含量随着城市污泥施加量的增加而降

低，其比例从22%降至7%；施污土壤中重金属Zn主 要以可还原态和残渣态形式存在，残渣态Zn和可还

原态Zn含量随着城市污泥施加量的增加而降低，其

中残渣态Zn的比例从42%降至32%,而可交换态

Zn的含量却随着城市污泥施加量的增加而增加，其

比例从3%增至14%,其余形态Zn的比例变化不明

显;重金属Pb主要以可还原态和残渣态形式存在，可 交换态Pb和可还原态Pb含量随着城市污泥施加量 的增加而增加，其比例分别从4%增至8%、9%增至

21 %,而可氧化态Pb的比例从22%降至4%,残渣态

Pb 含量随着城市污泥施加量的增加先增加后降低

但变化不明显;施污土壤中重金属Cd主要以残渣态

形式存在,残渣态Cd含量随着城市污泥施加量的增

加而降低，其比例从68%降至39%,可交换态Cd和

可氧化态Cd含量随着城市污泥施加量的增加而增

加，可还原态Cd含量随城市污泥施加量的变化不是 很明显，但整体呈增加的趋势。通过对施污土壤中重金属赋存形态分布特征的

分析可知，可能是由于城市污泥自身的性质对矿山废 弃土壤中重金属赋存形态分布有一定的影响,使城市 82安全与环境工程□可交换态虫可还原态四可氧化态宓残渣态8 060 4 00

第26卷污泥施入矿山废弃土壤中后改变了土壤对重金属的

吸附-解吸过程,从而使得施污土壤中各重金属赋存 形态的分布发生了变化。%窣蛋#金愴*M^、2.2城市污泥施加对矿山废弃土壤理化性质的影响

将城市污泥按不同配比加入矿山废弃土壤中

后，培养30 d,测定施污土壤的理化性质指标，其结 2刪 5 : 0(CK) 5 : 1(W1) 5 : 2(W2) 5 : 3(W3)

城市污泥投加比例(a)Cu口可交换态S3可还原态Effll可氧化态宓残渣态m8o e6o o4o w2o

5 : 0(CK) 5 : 1(W1) 5 : 2(W2) 5 : 3(W3)

城市污泥投加比例(b)Zn口100可交换态空可还原态EH可氧化态宓残渣态專去#40金嵋*嘤i

端脚

◎

5 : 0(CK) 5 : 1(W1) 5 : 2(W2) 5 : 3(W3)

城市污泥投加比例(c)Pb□可交换态虫可还原态100

EH可氧化态宓残渣态1•1<>

xx>604

0

< §§§憑05 : 0(CK) 5 ： 1(W1) 5 : 2(W2) 5 ： 3(W3)

城市污泥投加比例(d)Cd图2不同城市污泥投加比例对矿山废弃土壤中重

金属赋存形态分布的影响Fig2 Efectofdiferentsludgeincreaseratioon

themorphologicaldistributionofheavy metalsinabandoned minesoil果见表3。表3不同城市污泥投加比例对矿山废弃土壤理化性

质的影响Table3 Efectofdiferentsludgeincreaseratioonthe

physicalandchemicalpropertiesofabandoned minesoil施污土 有机质/

速效氮/ 速效磷/样编号pH 值速效钾/(g * kg 1)(mg * kg 1)(mg * kg1) (mg * kg 1)CK! : 0)6841016794033036960WK5 : 1)678463499372580012315W2! : 2)6706367126833080014880W3(5 : 3)68486146734500017016由表3可知，随着城市污泥施加量的增加，施污

土壤的pH值逐渐降低，其原因可能是土壤有机质 在分解过程中产生了有机酸，这与张书光利用城

市污泥改良矿山废弃土壤理化性质的研究结果相

似$ 土壤中氮、磷、钾和有机质都能够较好地表征土

壤的肥力状况，并且土壤中氮、磷、钾是植物生长的 营养元素，由表3可以看出，随着城市污泥施加量的

增加，不同施污土壤中氮、磷、钾和有机质的含量也 随之增加，这与张书光利用城市污泥改良矿山废

弃土壤理化性质的研究结果一致；另外不同城市污

泥投加比例组(W1、W2和W3)施污土壤中的有机

质含量较CK对照组分别增加了 356. 1%、527. 7% 和735.2%，其土壤氮、磷、钾含量较CK对照组分

别增加了 25. 2% 〜84. 8%、681. 1% 〜1262. 4% 和

53. 55%〜144. 5% ;当矿山废弃土壤与城市污泥的

混合比例大于5 : 1时,施污土壤中速效氮含量的增 幅比有机质、速效钾和速效磷含量的增幅要低。施

污土壤肥力逐渐增加的原因可能是城市污泥自身的

肥力就较丰富，再加上城市污泥施入矿山废弃土壤

后速效氮和速效磷逐渐矿化,有缓释氮肥和磷肥

的作用，且肥效持续时间长2.3施污土壤中各重金属的赋存形态与土壤理化

性质的相关性分析施污土壤中不同重金属的赋存形态与土壤理化

性质的相关性分析结果见表4。由表4可以看出：(1)施污土壤中可交换态Cu、可氧化态Cu和残

渣态Cu含量均与土壤pH值呈负相关，而施污土壤第4 期刘爽等：城市污泥改良矿山废弃土壤的试验研究83中可还原态Cu与土壤pH值呈显著正相关(R =

0.971),表明随着土壤pH值的降低,施污土壤中可

含量的增加，提供了更多的活性基团如羟基、羧基、

甲氧基和醌基等,从而使得重金属Zn与活性基 团形成腐殖酸螯合物等;施污土壤中其余各形态Zn

交换态Cu含量在逐渐增加,主要是因为随着土壤pH 值的降低，土壤中H+浓度升高，则会导致H+将与

cu+争夺黏土矿物层的可交换位置，从而使吸附在矿

含量与土壤中有机质含量的相关性不显著$(3) 施污土壤中可交换态Pb含量与土壤pH值

物层的cu+重新被释放出来5+；施污土壤中可交换 态Cu含量与土壤有机质含量呈显著正相关,施污土

*呈显著负相关(R=—0. 980),施污土壤中可氧化态

Pb含量与土壤pH值呈显著正相关(R = 0.981),说

壤中可氧化态Cu含量与土壤中有机质含量呈显著负 相关,施污土壤中可还原态Cu和残渣态Cu含量与 明随着土壤pH值的降低,施污土壤中可交换态Pb

含量在增加,主要是因为随着土壤中H+浓度的增 土壤中有机质含量的相关性不明显。已有研究表

明*6+, 土壤中有机质、腐殖质中的强酸性羧基与cu+ 形成的螯合物较稳定，有机质可与cu+形成稳定的

络合物，从而降低Cu的生物有效性。表4施污土壤中不同重金属的赋存形态与土壤理化相性质的相关性分析结果Table 4 Correlation between the morphology ofdiferentheavy metalsandthephysico-

chemicalpropertiesofmunicipalsludge重金属 赋存元素形态pH 值有机质 速效钾 速效氮 速效磷含量含量含量含量Cu—0.9380.9520.9360.9650.925Zn +0.9260.9630.9150.4Pb可交换态—0.9—0980 +0.9740.9780.971*0.952Cd—0938*0.8850.9380.873*0.847Cu0971+—0.927—0.973—0.882—0.928ZnPb可还原态0994*—0.981—0.993—0.969—0.9—0.9590.934*0.9580.9300.902Cd—0.9450.985*0.9430.9970.975Cu—0.9910.978*0.9910.9670.959Zn0.9920.996*0.9920.9850.987Pb可氧化态—0981*—0.921—0.981—0.886—0.901Cd—0.8670.9340.90.9270.967Cu—0.8120.9080.8100.9920.932ZnPb残渣态0.983—0.942—0.985—0.901—0.939—0.8670.9430.8660.9460.963Cd0982*—0.0—0.981—0.993—0.995注：“…”表示显著性水平为0.01(极显著+ ”表示显著性水平为0.05(显著)，下同$(2)施污土壤中可交换态Zn含量与土壤pH

值呈显著负相关(R=—0. 9),说明随着土壤pH 值的降低，施污土壤中可交换态Zn含量在逐渐增

加，这可能是因为土壤中H+浓度的增加不利于Zn 形成难溶化合物；施污土壤中可还原态Zn含量随

着土壤pH值的降低而降低，主要是因为土壤中

H+浓度的增加，降低了沉淀反应和金属羟基复合

物的作用；施污土壤中其余各形态Zn含量与土壤

pH值的相关性不明显;施污土壤中可氧化态Zn含

量与土壤中有机质呈显著正相关(R = 0. 996),说明 随着土壤中有机质含量的增加，施污土壤中可氧化 态Zn含量在逐渐增加，可能原因是土壤中有机质

加,黏土矿物表层的负电荷减少,对重金属离子的吸

附能力减弱，从而使得土壤中可交换态Pb含量降低,

另外随着土壤pH值的降低,土壤中原有的Fe2+、

AF+和Mg+含量不会降低,与Pb+产生了竞争吸

附,不利于土壤吸附Pb+ ;施污土壤中可还原态Pb

与土壤中有机质含量呈显著正相关(R = 0. 934),施污 土壤中其他形态Pb与土壤中有机质含量既有正相

关,又有负相关，但相关性不显著,其可能与土壤中有 机质与各形态Pb的作用较为复杂有关,土壤中不同 性质的有机质对Pb形态的转化作用不同*5+$由此

可见,土壤中有机质对Pb形态的分布有显著的影响。(4) 施污土壤中可交换态Cd含量与土壤pH

值呈显著负相关(R=—0. 938),施污土壤中残渣态

Cd含量与土壤pH值呈显著正相关(R = 0. 982),施

污土壤中其他形态Cd含量与土壤pH值的相关性

不显著,这是因为随着土壤pH值的降低,土壤中重

金属离子不易形成沉淀 从而影响各赋存形态重金 属离子的含量；施污土壤中可还原态Cd含量与土 壤中有机质含量呈显著正相关(R = 0. 985),施污土

壤中其他形态Cd含量与土壤中有机质含量的相关 性不显著 说明随着土壤中有机质含量的增加 增强

了有机质、腐殖酸等官能团对Cd2+的吸附能力，所 以施污土壤中可还原态Cd含量相应增加,从而降

低了 Cd 的生物有效性$(5) 施污土壤中各重金属可交换态含量与土壤

中速效氮含量呈正相关,这可能是因为土壤中氨化作 用、硝化作用和脱硝化作用影响了土壤中重金属的行

为和活动施污土壤中各重金属形态与土壤肥力

速效磷和速效钾含量既有正相关 又有负相关 但相

关性不显著，可能是由于土壤自身的固有属性以及受 外界环境的影响所致,再加之随着土壤中速效磷含量

的增加,其中磷酸根离子的增加会导致阳离子吸附, 这也降低了土壤中重金属的迁移性$但也有研究*9+

发现,土壤中可交换态Cu含量和残留态Pb含量与 土壤中速效钾含量呈负相关 土壤中其他形态重金属 含量均与土壤中速效钾含量呈正相关 以及土壤中可

84安全与环境工程第26卷还原态Cu和可氧化态Cu等含量与土壤中速效磷含 化氢酶活性与CK对照组相比有所提高，但在不同处 理水平之间，施污土壤的过氧化氢酶活性的变化并不

量呈显著或极显著正相关，而土壤中可还原态Zn含 量与土壤中速效磷含量呈负相关。其结果的不一致

明显。有研究表明，污泥对土壤中过氧化氢酶有抑制

性主要是由于试验所用的土壤不同，其基本理化性质 有所差异，同时外部环境条件也不一样所致$2.4城市污泥施加对矿山废弃土壤酶活性的影响作用，且随着污泥施加量的增加，该抑制作用越明 显但也有研究表明，土壤的过氧化氢酶活性是

随着污泥施加量的增加而增加的［33］，本试验也验证

将城市污泥按不同配比加入矿山废弃土壤中, 了这一结论，可能的原因是试验中所用的污泥和土壤 不同，其基本理化性质有所差异，还有可能与外界温

培养30 d,测定矿山废弃土壤样品的酶活性，其结果 见图3。度有关$随着城市污泥施加量的增加，施污土壤的转 图3不同城市污泥投加比例对矿山废弃土壤酶活

性的影响Fig.3 Efectofdiferentsludgeincreaseratioson

soilenzymeactivityofabandoned minesoil由图3 可见#城市污泥的添加对矿山废弃土壤中 脲酶有明显的激活作用，即随着城市污泥施加量的增 加,施污土壤的脲酶活性呈现逐渐增加的趋势，不同

城市污泥投加比例组(W1、W2和W3)施污土壤的脲

酶活性较CK对照组增加了 462.5%〜3 639.8%,这 与Li等〔30+对山西露天废弃矿区恢复研究中污泥和氮 肥对牧草生长和土壤肥力改善影响的结果一致，分析 原因可能与污泥施入土壤后营养元素氮、磷和有机质 含量增加有关，还有可能是污泥施入土壤后重金属和 有机污染物的浓度增加，刺激了土壤的脲酶活性，这

一点在刘家熊等卩1+对古树土壤酶活性与土壤肥力关 系的研究中得到了证明；当城市污泥施加量增加时，

施污土壤的磷酸酶活性在逐渐增加，与CK对照组相 比，其他3组施污土壤的磷酸酶活性的增幅都在逐渐

增加,但是三者的增幅不大，这与申荣艳等］2对城市 污泥的施入对不同类型土壤磷酸酶活性的影响研究

结果一致,可能的原因是虽然施污土壤的脲酶活性随 着养分含量的增加而增加，但在某种程度上加速了氮 素的流失［33］,进而降低了土壤的磷酸酶活性，使得土 壤中磷酸酶活性随着城市污泥施加量的增加变化不 明显；随着城市污泥施加量的增加，施污土壤的过氧

化酶活性是先增加后降低，说明低城市污泥施加量对 施污土壤的转化酶活性有激活作用，而高城市污泥施

加量对其有抑制作用。有研究表明，土壤的转化酶活 性与对照组相比有所提高，但污泥不同用量之间土壤 的蔗糖酶活性的变化不明显™，本文也验证了这一 结论$2.5施污土壤中各重金属的赋存形态与土壤酶活

性的相关性分析施污土壤中各重金属的赋存形态与土壤酶活性 的相关性分析结果，见表5$表5施污土壤中各重金属的赋存形态与土壤酶活性的

相关性分析结果Table5 Correlationanalysisofthemorphologyof

heavy metalsandtheenzymeactivityof

abandoned minesoil重金属形态酶活性脲酶磷酸酶过氧化氢酶转化酶可交换态0956*08390805—0763L/U可还原态—0888—0826—08120847可氧化态0936091807—0778残渣态06550994**0995**—0376可交换态0999**07530717—0902Zvll可还原态—0972*—0863—08360839可氧化态0973*08610834—0839残渣态—0913—0833—08160860可交换态0976*08530823—0824JrD可还原态0994**07740737—0872可氧化态—0970*—0758—07310933残渣态07170980*09**—0469可交换态0999**068708—0928Vjj可还原态090209320910—0675可氧化态0921093402—0879残渣态—0917—0938—09190739由表5可以看出：(1)施污土壤中可交换态Cu含量与土壤脲酶

活性呈显著相关(R = 0. 956)；施污土壤中残渣态

Cu 含量与土壤磷酸酶和过氧化氢酶活性呈极显著

相关(R = 0. 994、R = 0. 995)；施污土壤中可还原态

Cu含量与土壤转化酶活性呈正相关;施污土壤中可

氧化态Cu含量与土壤转化酶活性呈负相关，但相

第4期刘爽等：城市污泥改良矿山废弃土壤的试验研究85关性均不显著$这与李影等「旳关于节节草对铜尾

中氮、磷、钾和有机质的含量，但降低了施污土壤的

pH值，且施污土壤中重金属含量也随之增加$另

矿砂重金属形态转化和土壤酶活性影响的研究结果 相似$可见，土壤的4种酶活性对施污土壤中重金

外，土壤的pH值是影响施污土壤中各重金属可交 换态含量的关键因素；土壤中有机质含量是影响施 污土壤中可还原态Pb和Cd以及可氧化态Cu和

Zn含量的主要因素；施污土壤中重金属赋存形态与

属Cu各赋存形态含量均有一定的影响作用$(2) 施污土壤中可交换态Zn含量与土壤脲酶

活性呈极显著正相关(R = 0. 999)；施污土壤中可氧

化态Zn含量与土壤脲酶活性呈显著正相关(R =

0.973),说明土壤脲酶活性对施污土壤中可交换态

土壤肥力的相关性不明显$(3)城市污泥的施加对矿山废弃土壤的酶活性

和可氧化态Zn的积极促进作用较大；而施污土壤 有不同的影响，施污土壤的脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶

中可还原态Zn含量与土壤脲酶活性呈显著负相关

(R=—0.972),说明土壤脲酶活性对施污土壤中可

还原态Zn有明显的抑制作用；施污土壤中可氧化

态Zn含量与土壤过氧化氢酶活性呈负相关；施污 土壤中残渣态Zn含量与土壤过氧化氢酶活性呈正 相关$这与朱珊珊「旳关于水稻根际土壤重金属形

态分布及其对土壤酶活性影响的研究结果一致$(3) 施污土壤中可还原态Pb含量与土壤脲酶

活性呈极显著正相关(R = 0. 994)；施污土壤中可交

换态Pb含量与土壤脲酶活性呈显著正相关(R =

0.976)；施污土壤中可氧化态Pb含量与土壤脲酶

活性呈显著负相关(R=—0. 970)；土壤磷酸酶和过

氧化氢酶都对施污土壤中残渣态Pb产生了极显著

性的影响;施污土壤中可氧化态Pb含量与土壤过 氧化氢酶活性和磷酸酶活性呈负相关，但相关性都

不显著$这与朱珊珊「36+的研究结果相似$(4) 施污土壤中可交换态Cd含量与土壤脲酶

活性呈显著正相关(R = 0. 999),说明脲酶活性对可

交换态Cd有明显的促进作用，这可能是因为可交

换态Cd不易与土壤结合，易被释放，因此其更易与

土壤中酶相结合，从而激活了土壤中酶的活性$周 健等研究表明，土壤中可交换态Cd对土壤脲酶

活性有激活作用，这与本试验的结果一致，而施污土 壤中其余形态Cd含量与土壤酶活性之间的相关性 均不明显$ 土壤中各重金属赋存形态受到土壤酶活 性的影响机理尚在研究中$3结论(1) 城市污泥的施加对矿山废弃土壤产生了不

同的影响，施污土壤中Cu和Pb含量随着城市污泥 施加量的增加而增加，说明城市污泥对土壤中Cu和

Pb有一定的钝化作用，而施污土壤中Zn和Cd含量

随着城市污泥施加量的增加而逐渐降低，其生物有效 性在逐渐增加，因此在污泥土地利用时应加以重视。(2) 城市污泥的施加可明显增加矿山废弃土壤

活性随着城市污泥施加量的增加而增加，而施污土壤

的转化酶活性是先增加后降低,说明城市污泥对土壤 的酶活性也有一定的影响。土壤的脲酶活性是影响

施污土壤中各重金属可交换态含量的关键因素，也是

影响施污土壤中可还原态和可氧化态 Zn、Pb 含量的 关键因素(土壤的磷酸酶和过氧化氢酶活性是影响施 污土壤中残渣态Cu和Pb含量的主要因素。参考文献：*1+魏远,顾红波，薛亮，等.矿山废弃地土地复垦与生态恢复研究进展

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