污泥农用对土壤和作物重金属累积及作物产量的影响

以3 a定位试验为基础,比较3种不同处理的污泥肥料（消化污泥、污泥堆肥及污泥复混肥）农田施用下土壤养分、土壤和作物籽粒中Mn、Cu、Zn、Pb、Cd 5种重金属的积累以及作物产量的变化情况,以阐明污泥农用对土壤及作物的影响。研究表明,3种污泥肥料提高了土壤中氮素和有机质的含量;与空白和普通化肥处理相比,3种污泥肥料增加了土壤中Mn和Cu的含量,而对土壤交换态重金属含量没有显著影响;3种污泥处理均增加了小麦籽粒中Zn的含量;相对普通化肥处理,3种污泥肥料处理对小麦和玉米产量均无显著影响。合理施用污泥肥料可以有效地提高作物产量;污泥肥料施用对土壤重金属有一定累积效应,但短期施用对土壤比较安全。     

木本泥炭对红黄壤性水田土壤有机质提升和细菌群落组成的影响

通过工程措施开发新垦耕地是增加耕地面积的重要方法,这些新垦耕地的主要问题为土壤有机质(SOM)低下,而农田SOM培育是一个漫长的过程。本研究以新垦红黄壤性水田为研究对象,通过施用腐熟秸秆及与土壤腐殖质结构类似的木本泥炭,明确其快速提升SOM效应。此外,为了促进秸秆养分的快速转化,本研究进一步比较分析了3种商用激发剂的激发秸秆分解潜力,并采用16s高通量测序技术阐明其微生物机制。试验包含6个处理:对照(CK)、施用腐熟秸秆(S)、施用腐熟秸秆+木本泥炭(SP)、以及在SP基础上添加激发剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(SPJ1、SPJ2、SPJ3)。结果表明,SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3中的土壤有机质(SOM)、易氧化碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)分别比S或CK处理高12.1%～20.6%、29.9%～48.9%、50.8%～75.5%,微生物生物量碳(MBC)则为它们的10.5倍～16.1倍,导致MBC/MBN增加了5.1倍～12.4倍;土壤有效磷(Ava P)和团聚度在SPJ1、SPJ2、SPJ3间类似,并比SP、S、CK处理显著提高44.7%～63.6%、26.4%～43.6%,表明木本泥炭以及本试验所选择的3种激发剂均能显著改善土壤理化性状。细菌多样性和系统发育多样性指数在激发剂施用土壤中均处于较高水平,并分别与DOC和EOC显著正相关。PcoA与Anosim分析发现3种激发剂施用土壤的细菌群落结构类似并与其他处理差异显著,该差异主要与Ava P、DOC、EOC、MBN有关。上述结果表明,通过在新垦水田土壤上施用腐熟秸秆和木本泥炭,可快速提升SOM含量,而在此基础上添加商用激发剂具有激发养分转化功能的微生物的潜力,从而改善土壤理化性质和提升作物产量,并且本研究选择的3种激发剂均有类似效应。     

长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化微生物是氨氧化过程的主要驱动者,氨氧化过程作为硝化作用的限速步骤对氮循环具有重要作用。本研究以沈阳农业大学棕壤含氯化肥长期定位试验的土壤为研究对象,探讨了连续34年施用高氯和低氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响。【方法】该长期试验在等量氮、磷、钾条件下,设置高氯和低氯处理,共8个处理:T1(不施肥);T2(单施尿素);T3(尿素+氯化钾);T4(尿素+过磷酸钙);T5(尿素+过磷酸钙+氯化钾);T6(尿素+磷酸一铵+氯化钾);T7(尿素+氯磷铵+氯化钾);T8(硝酸磷肥+过磷酸钙+氯化钾),T7为高氯处理。采集0—20cm土壤样品,利用荧光定量PCR技术测定氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)丰度,并结合土壤硝化潜势和基本化学性质,分析长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物丰度的影响及影响氨氧化微生物丰度的主要环境因素。【结果】长期施肥降低了土壤pH值,高氯处理降低得最多,显著低于其他处理;高氯处理的土壤硝化潜势也显著低于其他处理,且除高氯处理外,配施磷肥的处理土壤硝化潜势显著高于不施磷处理。各处理土壤中AOA丰度均显著高于AOB,高氯处理土壤中AOA、AOB丰度均显著低于其他处理,土壤硝化潜势与AOA和AOB均呈显著正相关关系。【结论】连续施用高氯化肥34年显著降低了棕壤AOA和AOB丰度,抑制了硝化潜势。该结果可为通过含氯化肥的合理施用来调节土壤AOA和AOB,进而调控土壤氮素循环提供参考。     

污泥农用对植物系统的影响及其潜在性污染

本研究的主要目标是确定:(1)高施用量的污泥施入Sassafras砂壤土后对地下水产生的潜在威胁,(2)施用污泥后,土壤中盐分和金属的积累;(3)施用污泥后,重金属在植物组织中的积累,(4)根据对地下水污染方面的考虑,确定污泥的最大施用量。     

施用河道污泥对水稻和土壤重金属含量及 水稻氮素利用的影响

2013—2014年以苏州市相城区望亭镇某河道污泥为研究对象,以农田施用污泥20 kg?m~(-2)和不施用污泥为主处理,以施氮肥120 kg(N)?hm~(-2)(LN)和240 kg(N)?hm~(-2)(NN)为副处理,连续两季种植粳稻品种‘武运粳24’,研究河道污泥农田施用对水稻和土壤重金属含量及水稻氮素利用的影响。结果表明:1)河道污泥农田施用,显著提高了稻田土壤有机质含量、速效氮含量和重金属Cu、Zn、Pb含量,水稻产量平均增加7.05%,水稻籽粒中重金属Cu、Zn、Pb含量分别增加53.66%、18.71%和802.29%,水稻吸氮量显著增加,氮素利用效率显著降低。2)河道污泥施用后,较高施氮量(NN)增加了稻田土壤有机质含量和速效氮含量,对稻田土壤重金属含量和水稻籽粒中重金属含量影响不大,水稻产量、水稻吸氮量显著增加,但氮素利用效率显著降低。3)污泥处理条件下,与第1季相比较,第2季稻田土壤重金属Cu、Zn、Pb含量平均下降5.0%左右、籽粒中重金属Cu、Zn、Pb含量下降7.27%~12.65%,但均显著大于不施河道污泥的对照处理。4)污泥×氮肥、污泥×年度、氮肥×年度和污泥×氮肥×年度的互作效应对稻田土壤养分含量、重金属含量,水稻产量、籽粒重金属含量和水稻氮素吸收利用的影响均未达显著水平。     

森林生态景观土壤酸化及修复技术研究

2010年在鼎湖山自然保护区,通过野外原位模拟酸雨控制实验和施用石灰、污水污泥和联合施用石灰＋污水污泥3种土壤酸化改良剂,研究了保护区内三种森林土壤在受到酸沉降影响后,土壤pH值和交换性Al3＋、H＋浓度的动态变化以及投加修复剂后混交林土壤酸度的变化情况。结果表明：三种森林土壤酸化严重（pH〈4.5）,pH值随处理酸度降低而下降;土壤交换性酸（H＋、Al3＋）含量随处理酸度降低而增加。酸沉降中H＋的输入,导致土壤铝被活化。三种改良剂的施用均可以缓解土壤酸化,降低土壤交换性酸（H＋、Al3＋）含量,从而降低植被铝中毒风险。三种修复技术中,联合施用石灰＋污水污泥修复技术效果最好。     

兰州市城市污泥施用对小麦生长和重金属富集的影响

以兰州市安宁区污水处理厂污泥为研究对象,采用盆栽的方法研究污泥土地利用后对土壤中重金属含量以及对3种小麦生长和重金属富集的影响。结果表明,污泥施用后使污泥混合土壤中重金属Pb、Cu、Zn含量显著增加,但3种重金属含量均未超过我国土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)中的限制性标准值。污泥土地施用后,小麦获得了良好的生长响应。污泥低施入量(污泥在混配土壤中的干重比为5%、10%、15%)时不同程度的促进了小麦的生长发育,使3种小麦出苗率提高,植株更高,生物量增加。污泥高施入量(污泥在混配土壤中的干重比为25%、35%)时,小麦的出苗率和根长受抑制明显。污泥的施用使小麦籽实中的Pb、Cu、Zn的含量显著升高,呈现递增趋势,污泥在混配土壤中的干重比超过25%时,籽实中Cu和Pb含量相对国家无公害食品标准有超标现象。综合考虑污泥对小麦生长和重金属富集的影响及土壤中重金属含量的变化,对小麦的耕种土壤中一次性施用污泥时,污泥在混配土壤中的干重比应限量在25%以下。     

长期定位施肥对中性紫色土硝化作用及氨氧化微生物的影响

为了研究长期不同施肥措施对中性紫色土氨氧化微生物及其硝化作用的影响,以国家紫色土肥力与肥料效益监测基地的中性紫色土为研究对象,进行土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌amo A基因的Real-time PCR分析,比较长期不同定位施肥对土壤氨氧化潜势和硝化强度的影响,并分析不同施肥制度对功能微生物丰度与功能的作用。数据显示,土壤中氨氧化古菌amo A基因拷贝数(Log值6.21～7.14)远大于氨氧化细菌(Log值3.65～5.73),相对于对氨氧化细菌丰度的影响,施肥对土壤氨氧化古菌丰度影响较小。施用氮肥与磷肥都显著提高了土壤氨氧化细菌丰度,1.5NPK+M处理氨氧化细菌丰度最高(Log值5.73),有机无机肥配施可以显著提高土壤氨氧化微生物丰度;而含氯化肥的施用在一定程度上降低了土壤氨氧化细菌丰度与硝化细菌生长,与施用不含氯的肥料处理相比,含氯肥料处理的土壤氨氧化细菌丰度与硝化细菌数分别降低了3.74%和88.12%。研究表明,长期施肥能影响中性紫色土中氨氧化细菌的丰度,有机无机肥配施能够提高土壤的氨氧化潜力与土壤的硝化能力。     

脲酶/硝化抑制剂减少农田土壤氮素损失的作用特征

氮肥过量施用加剧了农田土壤氮素损失,如增加NH_3挥发、N_2O排放及硝酸盐淋洗等,这将降低空气和水体质量并对全球气候产生负面影响。脲酶抑制剂和硝化抑制剂可延缓土壤氮素转化,降低土壤活性氮对环境的负面效应,因此在农业生产中被广泛应用,如N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)。本文重点阐述了脲酶抑制剂NBPT和硝化抑制剂DMPP、DCD在农田土壤中的作用机制及其对环境和农学效应的影响,并揭示影响其施用有效性的主要因素。大多数研究结果表明,NBPT与尿素或有机肥配合施用后能够减少土壤NH_3挥发、N_2O排放和NO_3~-淋洗,并提高作物产量、品质及氮肥利用率;与NBPT类似,两种典型硝化抑制剂DCD和DMPP均能降低土壤N_2O排放和NO_3~-淋洗并提高作物产量,但某些环境条件下也会增加土壤NH_3挥发损失。不同农田生态系统中脲酶/硝化抑制剂的作用效果与抑制剂种类、降雨或灌溉量、土壤p H值和黏粒含量等因素有关。在未来的生产实践中,应根据抑制剂在不同土壤环境下的作用特征来更加科学合理地施用抑制剂。     

堆肥污泥连续施用对酸性砂土肥力影响及养分积累风险

为研究添加堆肥污泥对酸性砂土养分和肥力的影响,并探究污泥施用后的养分积累风险,本研究采用盆栽试验,通过施用不同量堆肥污泥,研究两年连续小麦-玉米轮作模式下酸性砂土养分和肥力变化规律,并利用有机指数(OI)和单因子标准指数(S_i)分别针对砂土有机碳(OC)和全氮(TN)、全磷(TP)进行积累风险评价。结果表明,连续两年在酸性砂土上施用污泥提高了土壤的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、有效钾含量、pH值和土壤综合肥力指数(IFI),均随污泥施用量的增加呈上升趋势。砂土中连续两年污泥施用,土壤有机指数(OI)等级表现为Ⅰ级清洁型,故污泥添加导致土壤有机碳的淋失风险较小;全氮的S_i等级同样为Ⅰ级清洁型,而土壤全磷的S_i在2017年小麦和玉米季污泥施用量为37.50 t·hm^-2时,达到Ⅱ级较清洁型,因此与氮素相比,污泥施用增加了砂土磷素淋失风险。可见,污泥农用可以改善酸性砂土的养分状况,但也需要注意污泥过量施用造成的养分积累风险。本研究结果为污泥在酸性砂土的合理施用提供了依据。     

污泥土地利用研究：Ⅱ、连续化学提取法研究施污泥土壤重金属的有效性和环境风险

本文采用连续化学提取法研究了施用污泥土壤中重金属的形态分配及有效性。铜和在2种土壤上施用污泥前、后的形态分配都有所差异，铜在 湖相水稻土上可以氧化态为主：红壤性水稻土可氧化态和可还原态含量都较高。锌在河湖相水稻土以可还原态为主，在红壤性水稻土以醋酸溶解态为主，两种土壤上，铜和锌的3种不同形态含量与污泥施用量之间都有很好的相关性，连续提取对于研究重金属的形态分配比单独提取更有价值。     

不同调酸剂对水稻产量及品质的影响分析

近年来,土壤酸化正在成为农业生产的限制因素。土壤酸化后,水稻产量下降,其品质也受到影响。本试验选取酸化土壤,应用调酸剂对其进行改良,进而进行水稻产量及质量的试验研究。选用钙镁磷肥和石灰氮作调酸剂,以过磷酸钙为对照。结果表明,施用钙镁磷肥和石灰氮可促进水稻增产,其中钙镁磷肥处理产量比对照产量高12.6%;对水稻收获后的土壤和植株样品分析表明,施用调酸剂使土壤的p H值升高0.2~0.3,而不施用土壤调酸剂(对照)处理的土壤p H值比作物收获前降低0.2;施用调酸剂使水稻籽粒样品中的铬、镉含量明显降低,降幅为26.85%~68.08%。     

污泥肥和生活垃圾肥对小麦-玉米重金属累积及产量的影响

以肥料定位试验为基础,比较了污泥肥、生活垃圾肥和常见农用肥料(化肥、鸡粪肥)农田施用下土壤和作物籽粒、秸秆中Cd、Cr、Pb、Hg、As、Cu、Zn、和Ni八种重金属的积累以及作物产量的变化情况,用来阐明污泥肥和生活垃圾肥施用对土壤和作物籽粒以及产量的动态影响规律。研究表明,与化肥和鸡粪肥分别比较,施用生活垃圾肥可以显著带来作物的增产,而污泥肥处理作物增产效果不明显;根据国家粮食卫生标准(GB 2715-2005)、MPCC以及《食品卫生标准》(GB2762-2005)的规定,施用污泥肥和生活垃圾肥处理的作物籽粒重金属含量均在其标准限量值范围之内,完全符合安全标准;污泥肥和生活垃圾肥比化肥、鸡粪显著增加了土壤Cr和Hg含量。所有处理的土壤重金属含量均在土壤环境质量一级标准(GB15618-1995)的重金属限量值(pH>7.5)范围内。     

污泥农用对土壤及作物的影响

本研究探讨了施用污泥后，水稻、小麦、玉米、棉花农田土壤中氮、磷、钾、矿物油、苯并（ａ）芘、重金属含量变化和４种作物的产量、品质变化及有害物质含量。结果表明，合理施用活性污泥能增加土壤肥力，提高作物产量和品质，而未对土壤和作物产生污染。     

施用污泥堆肥对土壤环境及高羊茅生长的影响

以上海曲阳水质净化厂污泥堆肥为研究对象,采用盆栽和土柱模拟的方法研究了污泥堆肥土地利用对土壤环境和植物生长的影响。结果表明,污泥堆肥和滩涂土混配后可降低土壤pH值,提高土壤养分含量,增加高羊茅生物量,同时也增加了土壤Ph、Cu和Zn3种重金属元素含量,但各混合土壤中重金属含量均远低于土壤环境质量Ⅱ类标准。另外,污泥堆肥混配土壤基本不存在病原菌扩散的风险;土柱淋溶试验表明,污泥堆肥施用比例为10％时,不会导致地下水NO3-N和重金属含量超过地下水Ⅱ类标准。综上,污泥堆肥施用比例只要控制在10％以内,可安全进行土地利用。     

连续施用无害化污泥对沙质潮土土壤肥力和微生物学性质的影响

以小麦-玉米轮作体系下的沙质潮土为研究对象,选用经无害化处理后的城市污泥产物,通过2013~2015年田间定位试验,研究了不同城市污泥施用量对土壤肥力的影响,以期为城市污泥资源化利用提供理论基础和技术依据。设置单施化肥(CK)、CK+污泥15 t·hm~(-2)(CS1)、CK+污泥30 t·hm~(-2)(CS2)和CK+污泥45 t·hm~(-2)(CS3)共4个处理。主要研究结果如下:(1)连续定位试验结果表明,同一施用量污泥处理的土壤p H值随施用时间的增加呈下降趋势;土壤有机质(SOM)和养分含量如全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)随施用时间的增长呈上升趋势;(2)与CK比较,在2015年玉米季施用污泥各处理的土壤p H值显著降低了0.34~0.83个单位(P0.05),且与污泥施用量呈反比,以高施量污泥45 t·hm~(-2)下降最多;土壤SOM、TN、AP和AK分别显著提高了52.1%~166.9%、77.3%~177.8%、215.7%~486.3%和167.2%~379.0%(P0.05),且与污泥施用量呈正比,以高施量污泥45 t·hm~(-2)效果最显著;(3)试验所用污泥施用量范围内不会造成土壤和植物籽粒重金属污染,能够保持土壤环境健康;(4)与CK比较,施用污泥各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量均显著提高(P0.05),且与污泥施用量呈正比,并且季节不同也显著影响土壤MBC、MBN含量(P0.05);施用污泥能够显著提高土壤MBC/MBN(P0.05),说明施用污泥能够改变土壤微生物群落组成;(5)施用污泥,尤其是高施量污泥45 t·hm~(-2),在保证土壤和植物籽粒质量安全下,其土壤培肥效果最优。     

市政污泥直接施用对玉米生长和品质的影响

[目的]研究市政污泥施用后对土壤和作物生长与品质的影响,为市政污泥的直接土地利用提供科学依据。[方法]以玉米为试验材料,利用田间试验研究了污泥不同的施用方式(沟施、撒施、表土下20 cm施用)和施用量(30,90,200 t/hm~2)对玉米生长和品质以及土壤重金属含量的影响。[结果]适量的污泥对玉米个体的生长有促进作用,施用量为30 t/hm~2时株高、单株生物量、叶片叶绿素含量、籽粒蛋白质含量均显著高于对照。表土下20 cm施用污泥在整体上较其他两种施用方式有更高的出苗率和籽粒产量,在施用量为30 t/hm~2时籽粒产量最高,为656.70 kg/667m~2,高出对照29.64%。3种施用方式下,土壤中的Cu,Zn,Pb含量及玉米籽粒中的Cu,Zn含量均随污泥施用量的增加而增加,而玉米籽粒中Pb含量与对照相比差异不显著,土壤和籽粒中重金属含量均未超过国家相关标准。以重金属浓度满足土壤环境质量标准为限制条件,推算出当地的市政污泥施用量为30 t/hm~2可以连续施用5 a。[结论]施用30 t/hm~2的污泥具有良好的效果和环境效应;为了降低污泥在土壤中的局部累积而导致的胁迫效应,表土下20 cm施用和地表撒施是相对较好的方式。     

施污土壤与污泥中Cu、Pb、Cd、Zn的形态分布

污泥中的重金属元素是限制其大规模农田利用的重要因素。施污土壤和污泥中重金属的形态研究可以用来评价土壤中重金属的生物有效性以及它们在土壤中的移动性。用修正BCR三步连续提取法进行分步提取研究了污水污泥和施污后的西红柿地土壤中Cu、Pb、Cd、Zn的形态分布状况。施用污泥堆肥10t hm-2后的土壤中Cu、Pb、Cd、Zn的全量与各种形态含量无明显增加,Cu、Pb、Zn含量远低于国家土壤环境质量标准。土壤中Cu的各种形态分布关系是:残渣态>可还原态=可氧化态>可交换态和弱酸溶解态,Cu在土壤中的存在是以最稳定的残渣态为主。堆肥污泥与干化污泥相比,残渣态Cu的比例明显增加。土壤中Pb的各种形态分布关系是以残渣态和可还原态为主,但可氧化态的分布比例最小。土壤中Cd的可交换态、可还原态和残渣态各占据相等的含量,但可氧化态Cd的含量几乎为零。Zn在土壤中的各种形态分布关系是:可交换态和弱酸溶解态>可氧化态>可还原态>残渣态,Zn在土壤中的存在是以最易迁移的可交换态和弱酸溶解态为主。这些金属元素在土壤中的相对稳定性顺序为:Cu>Pb>Cd>Zn。Zn在土壤中的移动性要远高于Cu。     

生活污泥对滩涂土壤性质和苏丹草生长及重金属累积的影响

滩涂盐土农业利用的主要障碍是盐分含量过高和缺乏有机质。施用生活污泥可快速提高滩涂土壤有机质含量,加快土壤熟化,但由于担心污泥含有一定量的重金属,其施用受到一定的限制。采用盆栽苏丹草的试验方法,研究滩涂盐土施用不同量的生活污泥后对土壤性质、植物生长和对重金属累积的影响。结果表明,生活污泥施用于滩涂盐土后降低了土壤pH值,提高了EC值和总盐含量;苏丹草的出苗率、株高和鲜重增加;施用污泥提高了苏丹草植株中全氮、全磷及叶绿素的含量,且随施用量的增加而增大,但对植株中全钾的含量无显著影响;苏丹草中Zn、Cd含量随着污泥施用量增加呈增长的趋势,但Pb、Ni、Cu含量变化不大。在试验条件下,所施用污泥中重金属向苏丹草体内转移的比例介于0.13%-13.44%之间。就该种土壤而言,要更为注意含Pb量较高的污泥施用,而Cu则是最为安全的。总体考虑,一次性施用干污泥应控制在8t·667m^-2以下。     

施污泥土壤中铜的形态分布及其生物有效性

利用蔬菜盆栽试验研究了黄棕壤(pH 6.2)和红壤(pH 4.3)中施用污泥对土壤中Cu转化和蔬菜吸收的影响.施用污泥初期提高了土壤溶液的pH,但种植蔬菜后,降低了土壤溶液的pH,其中黄棕壤溶液pH的下降更大;施用污泥和种植蔬菜提高了土壤溶液的NO3--N含量,黄棕壤溶液中NO3--N含量的增幅高于红壤.施用污泥增加了土壤溶液中Cu的含量,特别是在酸性更强的红壤中影响更大;施用污泥的红壤中主要增加了冰醋酸溶解态Cu的比例,而黄棕壤中主要增加了铁锰氧化物结合态Cu的比例;施用污泥促进了蔬菜的生长,但对蔬菜植株中Cu含量的影响较小.土壤pH是影响污泥重金属在土壤中转化和植物吸收的主要因素,在酸性更强的红壤中施用污泥导致污泥中Cu更多地转化为植物有效性Cu,具有更高的环境风险.