据统计，全国668个城市1 年产生的生活垃圾达 1.5 亿t，人均产生垃圾450~500 kg，同时以每年8%~ 9%的速度不断增长^[1]，城市生活垃圾污染环境已成 为突出的社会问题。而通过垃圾的堆肥化是减少垃 圾污染一个重要途径，垃圾堆肥用于农业生产较为普 遍^{[2, 3]}。垃圾堆肥含有丰富的养分，用于农田可补充土 壤各种营养元素，维持土壤肥力，使农作物高产、稳 产^{[4, 5, 6]}。但由于垃圾堆肥中含有数量不等的重金属及 病原菌等污染物，直接农用会造成污染环境，并通过 食物链危害人畜健康^{[7, 8, 9]}。因而，城市生活垃圾堆肥在 农业应用上受到一定的限制。

Zheljazkov 等^[10]研究认为城市生活垃圾堆肥对甜 菜生长发育、产量和品质有一定促进作用，并能明显改善土壤理化性状；多立安等^[11]研究表明以垃圾堆肥 作为草坪基质将会为草坪植物生长创造良好的基质 环境，能大幅度提高草坪的生长量。本研究利用生活 垃圾堆肥按照不同施肥量与化学肥料配合在玉米上 进行试验，通过测定玉米不同器官的重金属含量分布 及土壤养分指标，初步探讨短期（3 年）内施用垃圾堆 肥对玉米植株各部分重金属含量分布及对土壤养分 的影响。本研究结果可为生活垃圾堆肥无害化后进行 农用提供数据依据，同时为在玉米上应用的安全性评 价提供必要的科学依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料

试验于2010 年在国家新疆灰漠土监测基地试验 田进行。土壤类型为灰漠土，生活垃圾堆肥来自于乌 鲁木齐垃圾处理厂，堆肥腐熟过程中不添加任何辅 料。腐熟垃圾重金属含量符合农用垃圾堆肥污染物控 制标准（GB 8172—1987），可进行农田土地利用。供试 化肥为尿素（N 46%）、磷酸二铵（P₂O₅ 44%，N13%）、硫 酸钾（K2O 50%）。供试土壤及生活垃圾堆肥的养分和 重金属含量情况见表 1。

表 1 供试土壤和生活垃圾堆肥性质

表选项

根据施肥种类和量的不同共设4 个处理，对照仅 施用化肥，L1、L2、L3 在对照基础上添加不同量的生 活垃圾堆肥，每处理3 次重复，试验小区面积4 m×5 m=20 m²，种植玉米品种为“石玉905”，品种成熟期90 d，采用滴灌系统进行灌溉和追肥。磷钾肥料和垃圾堆 肥为基肥一次施入，其中磷钾肥用量为磷酸二铵150 kg·hm^-2和硫酸钾90 kg·hm^-2，尿素按基肥、追肥比例 1:2分2次进行施用，底肥于玉米播种前撒施后耕翻， 追肥于玉米拔节期滴灌随水入土，连续3 年采用相同 的施肥处理，在玉米成熟期测定土壤和玉米植株重金 属分布含量。各处理如表 2 所示。

表 2 试验处理设置

表选项

依据《土壤重金属污染国家标准》，采用GB/T 17141—1997 中硝酸-盐酸-高氯酸-氢氟酸消解-石墨炉原子吸收光谱法测土壤Cd、Cr、Pb，采用GB/T 22105—2008（土壤质量总汞、总砷、总铅的测定-原子 荧光法）中重铬酸钾浸提-原子荧光光谱法和1:1 王 水浸提-原子荧光光谱法测土壤Hg、As。 1.3.2 玉米植株各器官重金属检测

依据《食品安全国家标准》，采用GB/T 5009.123— 2003、GB/T 5009.15—2003 和GB/T 5009.12—2003 中 硝酸-高氯酸消解-石墨炉原子吸收光谱法测植株 Cd、Cr、Pb，采用GB/T5009.17—2003和GB/T 5009.11— 2003 中硝酸-高氯酸消解-原子荧光光谱法测植株 Hg、As。 1.3.3 土壤有机质、速效氮、速效钾、速效磷检测

按常规方法测定。 1.4 数据分析

试验结果应用Excel和SPSS统计软件进行分析。 2 结果与分析 2.1 各施肥处理对土壤养分的影响

通过3 年的试验，土壤有机质、碱解氮、速效磷、 速效钾4 项主要的养分指标明显提高（表 3），相对于 对照分别提高4.68~10.69 g·kg^-1、16.4~41.1 mg·kg^-1、 4.16~8.62 mg·kg^-1、16~40 mg·kg^-1，增加幅度分别为 39.63%~90.52%、42.38%~106.20%、37.24%~77.17%、8.42%~21.05%；以上结果说明施用富含养分的垃圾 堆肥能使土壤养分呈现明显累积（P<0.05）。

表 3 2012年土壤养分指标

表选项

随着施肥量的增加，土壤Cr 表现为增加（图 1）， 施肥处理较CK 达到显著性差异（P<0.05）；植株根部 的Cr 含量也随之增加，各施肥处理间达到显著性差 异（P<0.05）；植株各部分Cr 表现为根>茎秆>叶片>籽 粒，分布系数分别为0.600 ~0.717、0.098 ~0.188、 0.028~0.049、0.012~0.023；这与苏春田等^[12]的研究结 果基本一致；籽粒中Cr含量表现为随施肥量的增加而 增加，而茎秆、叶片中表现为不规律分布；茎秆、叶片、 籽粒中的Cr 远远低于饲料安全标准（<10 mg·kg^-1）， 这说明茎秆、叶片、籽粒可以用作畜禽的饲料。经过3 年的施入生活垃圾堆肥，土壤中Cr 也远低于土壤2 级标准（<250 mg·kg^-1）；这说明Cr 的累积与施肥量有 一定的关联，但仅3 年的施肥，垃圾堆肥中的Cr 还不 足以污染土壤（图 1）。

不同小写字母表示不同处理间差异显著（P约0.05）。下同 图 1 不同处理土壤、植株中Cr含量的变化

图选项

随着施肥量的增加，土壤Cd 表现为增加（图 2）， L3 处理较悦运达到明显差异（P<0.05），而较其他处理 间未达到显著性差异（P<0.05）；根部的Cd 含量呈现 不规则变化，但根部Cd 含量远高于土壤Cd 含量，这 说明Cd 易于向根部富集；植株根部Cd 表现为L1> L3>L2>CK，L1 处理较CK 达到极显著差异（P<0.01）， 这可能与土壤中有机质含量不同有关，有机质含量不 同所形成的Cd 与有机质复合体强度不同，从而影响 Cd的生物有效性；植株各部分Cd 表现为根>茎秆>叶 片>籽粒，分布系数分别为3.221~7.036、1.005~6.949、 0.024~0.195、0.014~0.063；植株根部的Cd含量远高于 籽粒、茎秆、叶片，Cd 的生物有效性表现为仅在根部 富集，仅有极少部分向茎秆、叶片、籽粒转移；茎秆、叶 片、籽粒中的Cd低于饲料安全标准（<0.5 mg·kg^-1）。经 过3 年的施肥，L3 施肥处理的土壤中Cd 含量为 0.416mg·kg^-1，低于土壤2级标准（<0.6mg·kg^-1）（图 2）。

图 2 不同处理土壤、植株Cd 含量的变化

图选项

随着施肥量的增加，土壤As 含量为8.57~8.78 mg·kg^-1，但处理间无明显差异（P>0.05）；根部的As 含 量表现为L2>L1>L3>CK，含量为1.60~2.27 mg·kg^-1， L2 处理与CK 之间具有极显著差异（P<0.01）；植株各 部分As表现为根>茎秆>叶片，籽粒中未检验出As， 根、茎、叶的As 含量分布系数分别为0.189~0.223、 0.037~0.056、0.006~0.011；植株根部的As 含量远高 于茎秆、叶片，As 的生物有效性表现为仅在根部富 集，而茎秆中As含量表现为随施肥量的增加而增加，叶片中As含量变化趋势恰恰相反，这与根部含量变 化趋势存在矛盾，这需要进一步的研究；茎秆、叶片中 的As低于饲料安全标准（<2.0 mg·kg^-1）。L3 的施肥处 理的土壤中As含量为8.78 mg·kg^-1，低于土壤2 级标 准（<25 mg·kg^-1）（图 3）。

图 3 不同处理土壤、植株中As含量的变化

图选项

随着施肥量的增加，土壤Pb 表现为增加，L2 处 理、L1 处理与CK 比较未达到显著性差异（P>0.05）， L3 处理与CK 比较有显著性差异（P<0.05）；根部的 Pb 含量呈现不规则变化，但根部Pb 含量远低于土壤 Pb 含量，这与陈燕等^[13]研究结果玉米植株不同器官中 的Pb、Cu、Zn 含量没有明显的规律性基本一致；植株 各部分Pb 表现为根>茎秆>叶片，籽粒未检出Pb，根、 茎、叶分布系数分别为0.098~0.118、0.049~0.090、 0.003~0.011；植株根部Pb 向茎秆转移，部分向叶片 转移，但未向籽粒转移；根部、茎秆、叶片、籽粒中的 Pb 均低于饲料安全标准（<8.0 mg·kg^-1）。L3 施肥处理 的土壤中Pb 含量为21.6 mg·kg^-1，远低于土壤2 级标 准（<350 mg·kg^-1）（图 4）。

图 4 不同处理土壤、植株Pb 含量的变化

图选项

随着施肥量的增加，土壤Hg 含量增加，各施肥 处理较CK 均有明显差异（P<0.05）；植株各部分Hg 表现为根>茎秆>叶片>籽粒，Hg 含量分布系数分别为 0.468~0.987、0.267~0.423、0.061~0.189、0.036~0.127， 随着施肥量的增加，分配系数呈现下降的趋势；茎秆 Hg 含量表现为随施肥量的增加而增加，L3 的施肥处 理，茎秆Hg 含量为25.7 μg·kg^-1，未超过饲料Hg 安 全标准（<100 μg·kg^-1）；各处理叶片、籽粒中Hg 含量 变化不大，含量分别为5.1~5.3 μg·kg^-1、3.8~4.4 μg· kg^-1。经过3年的试验，L3 施肥处理的土壤中Hg含量 为0.096 mg·kg^-1，远低于土壤2级标准（<1.0 mg·kg^-1） （图 5）。

图 5 不同处理土壤、植株中Hg 含量的变化

图选项

生活垃圾堆肥富含有机质、氮、磷、钾等养分^[14]， 可作为农业、城市园林、荒山绿化等潜在肥料资源。但 生活垃圾堆肥的应用导致土壤污染成为关注的焦点， 这也制约了生活垃圾堆肥在农业方面的应用。本研究 表明，施用垃圾堆肥后，土壤中重金属含量均有不同 程度的提高，但在短期内（1~3 年），土壤重金属含量 均能符合国家土壤环境质量2 级标准。

一般认为在污染土壤中施入有机物质会增强土 壤吸附或络合固定了土壤中的重金属，从而降低了土 壤中重金属的毒性和生物有效性^{[15, 16]}，植物体吸收积 累的重金属会减少^{[17, 18]}。各种有机物施用后，土壤的物 理、化学、生物学性质会发生改变，土壤重金属的生物有效性通常会降低，植物吸收积累量减小，对于贫瘠 的土壤还能增加养分供给，提高作物的产量，但是有 机物质不改变重金属的总量，当新的有机物的输入， 随着有机物的分解，固定作用减弱，重金属生物有效 性将会提高^[19]。Zheljazkov等^[20]发现随着城市垃圾堆肥 的施肥量增加，植株内重金属的分布并不是成比例， 施用垃圾堆肥重金属的生物有效性相对于对照明显 下降，在一定的使用范围，土壤与植株无重金属污染 的风险，可能是堆肥中重金属的生物有效性与堆肥腐 熟程度有一定的相关性，堆肥中的腐殖质在高温腐熟 过程中与重金属结合，降低重金属的生物有效性^{[21, 22]}。 本研究连续3年施用垃圾堆肥，不同处理的植株根上 部分重金属含量均在安全标准范围内，若长期施用垃 圾堆肥，将会出现植物重金属污染风险。

大量研究认为Cd 相比其他元素更易被植物从 土壤中吸收^{[23, 24]}，Cd 大部分留在根中，只有少部分被 转运到地上部，Cd 到达可食部位特别是种子和果实 中要经过许多细胞壁及细胞膜障碍，无法大量运转到 种子和果实^[25]。而李静等^[26]研究的Cd 在玉米植株中 不同部位浓度为：叶片> 根>茎秆>籽粒，叶片是Cd 的 主要富集区，而本试验中植株各部分Cd 表现为根> 茎秆>叶片>籽粒，植株根部的Cd 含量远高于植株其 他部位，这可能因为不同玉米品种及土壤对Cd 迁移 有一定选择性，会在植株不同部位呈现不同浓度富 集。 4 结论

通过3年连续施用生活垃圾堆肥，土壤养分呈现 明显增加，土壤重金属含量呈现累积，但高施肥量 （60 000 kg·hm^-2）土壤Cr、Cd、Hg、Pb、As 5种重金属 含量仍远低于土壤2 级标准（GB 15618—1995)。

玉米的不同部位对重金属的吸收和分配有所不 同。大部分重金属滞留在根部，植株各器官重金属分 布呈现为根>茎秆>叶片>籽粒，籽粒中Pb 和As 均未 检出；除Cd 外，植株各器官重金属分布系数均小于 1，Cd 表现为在植株根部明显富集，分布系数达 3.221~7.036，Cr、Cd、Hg、Pb 等重金属在植株各器官分 布均随着施肥量的增加而增加，而As在植株叶片中 分布则相反；通过连续3 年的施肥，几种重金属在各 器官中的分布均未超过饲料安全标准（GB 13078—2001）。