污水污泥的处理导致土壤养分成分显著增加，尤其是碳（C）、氮（N）、磷（P）和钾（K）含量。土壤有机质是定义土壤健康的主要因素，在本研究中，总有机碳（TOC）值随着污水污泥的添加而显著增加。当污泥用量为50吨/公顷时，土壤TOC含量占比从3.13%显著增加到6.45%（处理a）、5.16%（处理b）、4.33%（处理c）、3.73%（处理d）和3.28%（处理e）（表1），污水污泥添加能够显著提高土壤TOC含量。与用化肥处理的土壤（处理e）相比，污泥添加土壤中的N和P浓度升高，表明其养分释放更多。施用污泥后K含量也有所增加，这表明污水污泥是额外的K来源，这可能有助于植物生长和改善土壤肥力。土壤中N、K和P等常量营养元素的含量随着污水污泥用量的增加而增加，对土壤肥力具有积极影响，另外可以提高植物在污水污泥改良土壤上耕作的产量。N在大麻植物营养中起着至关重要的作用，N肥施用量应根据土壤肥力确定，大麻种植的施N量通常在0-220kg/ha之间。在这项研究中，添加约56kg/ha时，土壤中TN的释放导致了大麻的高产生长。所有处理都使有机质水平（OM≈TOC×1.74）超过了这一临界阈值，提高了土壤肥力。

在研究开始时，所有处理的pH值都很接近，范围在8.13-8.38之间（图1）。然而，向土壤中加水会导致pH值降低。例如，在处理a中，第1天的pH值为8.13，第30天为7.87。在处理b和e中，第30天的pH值为7.94。除了处理b中包含的污泥外，生物炭也改变了土壤pH值。土壤中有机物的分解会产生溶解H⁺和CO₂，从而生成一种弱酸——“碳酸”，以及各种有机酸，进而改善土壤。土壤pH值会影响植物生长，不适宜的土壤pH值不仅对植物有害，还会造成土壤养分的缺乏，有研究建议使用pH值高于6.5的污泥，本研究中使用的污泥pH值为6.5。本实验pH值的变化不会对植物性能产生不利影响，例如SPAD（叶片绿色强度指标）和植物高度。收获后，处理a、b、c、d、e的最终pH值分别为8.16、8.18、8.13、8.47和8.47。方差分析表明不同处理的土壤pH值之间存在显著差异（p=0.000；R²=82.56%）。处理b和e在pH值变化方面显示出相似趋势；然而，每个处理的pH值变化并不一致。处理d和e的pH值差异不显著，但它们的pH值均显著高于其他处理，特别是在第30天和第60天。

土壤EC表示土壤的电导率，电导率影响土壤中微生物的活性、植物养分的可用性以及植物的生长和产量。本研究中使用的土壤的EC值为0.104uS/cm（图1）。然而，添加到土壤中的污泥EC值为3.75uS/cm，表明添加污泥不会导致土壤盐渍化。与污泥处理相比，处理d和e的EC值较低。因此，本研究土壤中的任何处理都没有显著改变土壤的EC值。使用方差分析进行的统计分析表明，不同处理之间的土壤EC值没有显著差异（p=0.06 >0.05；R²=18.74 %)。这一结果表明，所处理对土壤EC的影响很小。

SPAD值是表明叶片绿色强度的指标，可以反映植物各部分的叶绿素含量。它提供了植物在各种营养素方面的营养状况，特别是氮、铁和镁。Erdal等人的研究表明，叶片的SPAD值与其铁、锰和镁浓度之间存在密切关系。植物叶子稀少和施肥不足都导致营养缺乏和生长/产量的降低。据报道，SPAD值低于44可能表明大麻精油生产中营养缺乏。图2显示了研究处理中，大麻叶的SPAD值。除d处理外，所有处理的SPAD值均在46-54之间。处理d的SPAD值为25，存在营养缺乏的可能性，表明该地区的原生土壤缺乏养分。施用污泥有施肥效果，改善了工业大麻的种植条件。

图2分析了处理之间SPAD值差异的结果。在此，各处理的SPAD值之间存在统计学意义（p<0.05；R²=93.98 %)。除d处理外，所有处理的SPAD值均相似。这表明，污泥处理的结果与e处理的结果接近。

图2.工业大麻叶片SPAD值。

每三十天测量一次植株株高，用平均值进行比较（图3）。包括株高、处理和基于时间的变化在内的株高存在显著差异（p=0.000，R²：92.32%）。d处理的株高与其他处理之间存在显著差异。可能是由于d处理中没有添加污泥或肥料，土壤养分不足，因此植物发育变缓。前30天，a处理的植株平均高度达到34.6cm。b、c、d和e处理的株高测量值分别为38.7、60.5、23.4和25.1cm。与使用生物炭和化肥的处理相比，添加污泥的处理植物株高更高。第二个月末，除d处理外的其他处理，株高增加了约45cm。90天后，添加了50t/da污泥的土壤处理（处理a）的平均株高为172cm，为所有处理中最高的植株。在e处理中，平均株高为160.7cm。在第30天和第60天，各处理的平均株高差异显著。

图3.实验中工业大麻的株高。

04

大麻部位重金属积累

工业大麻已被确定能够吸收多种不同浓度的重金属，图4显示了植物不同组织部位积累的重金属浓度。研究发现，植物各组织部位之间差异显著（p：0.002<0.05；R²：85.67%)，但各处理之间的铜（Cu）积累没有显著差异，其中累积量最低的是d处理（总铜：7.91mg/kg）。在所有处理中，Cu在茎部的积累量最低。e处理根系中积累的铜浓度（1.17mg/kg）低于其他处理。叶片中Cu的积累而言，污泥处理之间也得到了类似的结果（a：3.10mg/kg，b：2.80mg/kg，c：2.40mg/kg，e：2.77mg/kg）。在污泥处理中，Cu浓度顺序为种子>叶>根>茎。在e处理中，顺序为根>种子>叶>茎。锌（Zn）也有类似的比较结果。Zn主要在植物种子中积累（p<0.05；R²：98.70%)。a处理中Zn累积量（64.8mg/kg）高于所有其他处理，而茎中Zn的积累量最低（c处理：6.7mg/kg）。与e处理相比，a、b和c处理中的Zn浓度更高。与绝大多数植物的根和茎相比，种子部位积累的Zn更高。在本研究中，植物体内Zn的积累顺序为种子>叶片>根>茎。

在此之后，钴（Co）也呈现出独特的分布模式，在叶片和茎中尤为明显（p<0.05；R²=97.68%）。在e处理中，根的Co含量最高（1.75mg/kg），处理c也出现了类似的趋势。处理a中的总Co浓度（2.15mg/kg）低于处理c。与a处理（1.24mg/kg）相比，处理b（1.85mg/kg）的种子中Co累积量更高，差异约为0.6mg/kg。这种增加可能与处理b中添加的生物炭和污泥有关，表明生物炭促进了种子中Co的吸收。另一方面，与其他组织部位相比，铬（Cr）在根系积累中表现出明显的优势。在茎、种子和叶子中观察到其浓度较低，在e处理中出现最高的Cr浓度（7.72mg/kg）。相反，在处理a中观察到最低的Cr浓度（1.67mg/kg）。总体而言，植物中Cr浓度的顺序为根>茎>种子>叶片。Cr与其他金属一起被大麻被动吸收，不同处理之间的Cr积累存在显著差异（p<0.05；R²=97.80 %)。就铅（Pb）而言，结果同样表明，所有处理都有根系优先积累。其中发现e处理（3.5mg/kg）的根Pb浓度高于其他所有处理。随后是c处理（2.3mg/kg）。与e处理相比，所有用污泥改良的处理（处理a、b和c）在四个植物部分（根、茎、叶和种子）中的Pb浓度都较低。在这些污泥改良处理中，与处理a和b相比，处理c（包括化肥）的Pb积累量相对较高。因此，不同处理间Pb的积累存在差异（p=0.000<0.05；R²：98.23%)。在所有处理中，Pb积累量最高的是根，其次是叶、茎和种子。这表明工业大麻可以利用其自身的转运机制来减少来自土壤Pb对植物生理系统造成的损害。植物发展出特殊的耐受机制，使其能够适应环境中的重金属胁迫。在Pb胁迫下，工业大麻在其根系中固定了大部分铅（约70%），进入根系的小部分铅（约20%）被运输到地上部分。从而减少重金属对地上部分光合作用组织和呼吸系统的损害，并减轻重金属对植物代谢活动的负面影响。

与Cr和Pb的趋势相似，与其他处理相比，e处理中的镍（Ni）浓度通常更高，统计分析表明处理之间存在显著差异（p=0.000；R²=98.82%)。尽管处理中的叶片和茎的Ni浓度在数值上相似，但与其他植物组织部位相比，叶片和茎表现出最低的Ni积累。与其他金属不同，由于土壤和污泥中的镉（Cd）的累积量很小，在施用的污泥和土壤中都检测了低浓度。所有处理和植物部分中的Cd浓度范围为0-0.10mg/kg，处理a的Cd浓度最高（0.015mg/kg）。

在这项研究中，e处理的重金属积累量很高。在e处理中添加化肥可以作为添加污泥的对照实验，但实验之前使用有机和无机肥料来处理土壤，与其他处理相比观察到更多的重金属积累（未超过规定标准），且发现施用肥料的e处理的植物修复效果更好。这项研究表明，化肥也会导致有毒元素的过度积累，与化肥相比污泥的施用被证明更环保、更经济。

图4.大麻中不同重金属的积累。

05

大麻植物修复能力评价

生物富集系数（BCF）是评估植物体内重金属含量的重要指标，本研究中检测的所有金属的根、茎、种子和叶浓度存在很大差异。研究中计算了总生物量中Zn、Cu、Co、Cr、Ni、Pb和Cd的BCF（表2）。Zn、Cu和Cd的BCF值>1，为高水平程度的积累。Cr、Pb、Co和Ni的BCF值范围为0.1<BCF<1.0，为中水平程度的积累。Cr的BCF值的范围为0.01<BCF< 0.1，为低水平的积累，表明这些元素可能不太容易被吸收。除了BCF，还对TF进行了评估，以确定大麻中重金属的转移性。TF值揭示了根系吸收的金属转移到地上部位的效果，是植物吸收重金属潜力的一个关键考虑因素。在这项研究中，Zn在所有处理中表现出最高的TF值，表明从根到茎的有效转运。因此，大麻可能被认为是Zn的潜在超积累植物。在a、b和c处理中，Cu显示TF>1，表明具较强的转运能力。b、d和e处理中，Cd为TF>1。相比之下，Co、Cr、Ni和Pb的TF值始终低于1，这表明这些元素倾向于积累于根部，不太容易转运。这些结果表明，大麻更适合对某些金属（如Pb和Cr）进行植物吸收，对其他金属（如Zn和Cu）具有植物吸收潜力。同时，九个大麻品种Pb的TF值也小于1，表明这种元素不易从根部转移到植物的地上部分。

表2：大麻的BCF和TF值。

注：BCF：生物富集因子，TF：转运因子。

06

渗滤液分析

在降雨量或灌溉量高的粗糙土壤中，将污泥施用于浅层地下水的情况下，地上施用污泥极有可能造成地下水严重污染。相反，在质地较细、地下水较深的土壤中应用，风险较小。为了更好地了解灌溉水如何在土壤中流动并影响地下水，定期收集渗滤液样本，并分析不同处理下的pH值、EC、重金属浓度和颜色值，无论是否有植物（例如，a₀和a具有相同的土壤，但a₀盆栽中没有种植植物）。

图5显示了渗滤液的pH值和EC值。在整个工业大麻种植期间，添加水以维持植物的需求，并在没有植物的花盆中添加相同量的水。在比较土壤和渗滤液的pH值时，渗滤液在所有处理中的pH值始终较低。在a处理中，第30天的土壤pH值为7.88，而渗滤液的pH值为7.28。在相应的无植物花盆（a₀）中，pH值记录为6.80。研究结束时，渗滤液的pH值接近土壤的pH值（8.4），而没有植物的花盆的pH值有所增加。这些结果表明了工业大麻种植对pH值的影响。方差分析显示处理间渗滤液pH值存在显著差异（p=0.000；R²=91.41 %)。

图5.渗滤液样品的pH值和电导率变化（a₀：无植物50t/ha污泥，a：50t/ha污泥；b₀：无植物50t/ha污泥+30 t/ha生物炭，b：50t/ha污泥+30 t/ha生物炭，c₀：无植物50t/ha污泥+化肥（400mg/kg氮 + 322 mg/kg磷 + 100 mg/kg钾），c：50t/da污泥+ 化肥（400mg/kg氮 + 322 mg/kg磷 + 100 mg/kg钾），d₀：无植物30t/ha生物炭，d：30t/da生化炭，e₀：无植物化肥（400mg/kg氮 + 322 mg/kg磷 + 100 mg/kg钾），e：化肥（400mg/kg氮 + 322 mg/kg磷 + 100 mg/kg钾）。

每月收集渗滤液样本，确定所有样本的颜色值（图6）。在第一个月，a处理在267ADMI时记录了最高的颜色值，而d和e处理分别在30和32ADMI时观察到最低的颜色值。统计分析表明，各处理之间显著差异（p=0.000；R²=65.54 %)，所有含有污泥的处理方法都与e处理有显著差异。很明显，污泥对渗滤液的颜色有显著影响。在处理b中，添加的生物炭有效地吸附了着色颗粒。研究发现（无植物）处理b₀的颜色水平与处理a₀和c₀相当，进一步证明了生物炭的影响。到第120天，所有花盆的颜色水平都降至50ADMI以下。

实验结果表明渗滤液中的金属浓度非常低，尤其是Cd含量低于可检测限值。在所有测试的金属中，Cu的浓度最高，与有植物的盆栽相比（0.0105mg/L）相比，第30天在没有植物的花盆中测得的Cu浓度为0.029mg/L。研究结束时，金属浓度显著降低。因此，处理过程中存在重金属很少转移到渗滤液中。

图6.渗滤液样本的颜色值。