活性污泥萃取液的安全性及对水稻生长和土壤性质的影响

作     者：童彤 

作者单位：中国环境科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：许秋瑾

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：活性污泥萃取液 水稻 生长性状 土壤理化指标 土壤微生物 

摘      要：针对我国城市生活污泥产生量大、处理处置困难、资源化利用不足以及水稻种植过程中农药、化肥用量大带来的农业面源污染等问题,通过安全性试验评估活性污泥萃取液的农用安全性,水培试验研究活性污泥萃取液促进水稻幼苗和根系生长的作用效果,根箱试验研究活性污泥萃取液促进水稻生长和改良土壤的作用及机理,大田试验研究活性污泥萃取液配合化肥减施对水稻生长性状、产量、土壤性质和消减稻田氮磷残留的影响。主要研究结果如下:1.安全性试验结果显示,萃取液中Hg、As、Cd、Pb和Zn重金属含量值仅为0.01、0.53、0.05、3.07和1.44 mg/L,远低于《含氨基酸水溶肥料》中相应5、10、10、50和50 mg/L标准限值。0.33～10%的萃取液对水稻种子萌发和根伸长有显著促进作用,其中3.3%萃取液促进作用最显著。蚯蚓毒性试验结果表明萃取液的实际生产施用浓度为2.13 mg/kg,远低于赤子爱胜蚓14d的LC5000mg/kg。2.水培试验结果显示,0.04～0.11%萃取液可显著促进水稻根系的生长,提高水稻幼苗根系活力和水稻幼苗氧化酶活性,提升谷胱甘肽含量,并显著降低水稻幼苗丙二醛含量,其中0.11%萃取液效果最显著。3.根箱试验结果显示,与常规施肥相比,施用萃取液可显著促进水稻苗期生长,其中减氮30%配施高量萃取液组效果最好,最高可增加20%分蘖数、8.60%株高、40.54%地上干重、48.00%地下干重、19.25%叶面积和28.57%叶绿素含量;同时施用萃取液可提高土壤pH和可溶性有机碳含量,降低土壤电导率。土壤微生物属水平细菌群落结构分析结果显示,施用萃取液后,处理组土壤中与碳代谢及植物根际促生菌相关的黄色土源菌、Candidatus＿Udaeobacter、鞘氨醇单胞菌属菌群相对丰度分别增加138～320%、38～321%和88～123%。功能预测分析结果显示土壤中表达化能异养、有氧化能异养、固氮作用、芳香烃类化合物降解等功能表达显著加强。4.大田试验结果显示,萃取液配合化肥减施与对照田相比,亩产不存在显著性差异。萃取液配合化肥减施可显著降低成熟期各深度土壤总氮、总磷含量,增加土壤中变形菌门、硝化螺旋菌门和疣微菌门等菌群丰度,其中变形菌门是植物益生菌,硝化螺旋菌门是亚硝化反应的主要微生物,疣微菌门丰度和C循环相关基因的表达呈正相关,它们丰度的增加有助于优化稻田土壤微生物群落结构。综上,在水稻生长发育过程中,配施一定浓度的活性污泥萃取液可以促进水稻根系生长、提高水稻酶活性和根系活力、改善土壤理化性质,优化土壤微生物群落结构,保证产量的同时减少化肥的施入,从而降低成熟期土壤氮磷含量,能在一定程度上起到从源头上消减农田面源污染的效果。研究结果可为污泥资源化和农业生产的循环利用提供理论依据和数据支撑。