坡度对酸性土坡地上污泥铜随径流迁移的影响

研究了人工模拟降雨条件下,坡度对撒施于酸性赤红壤坡地的污泥铜随径流的迁移情况。结果表明,污泥撒施1 d后的径流中混匀样总铜(MTCu)、静置样总铜(STCu)、颗粒态总铜(TPCu)、悬浮态总铜(TSCu)浓度和流失量均达到峰值,大小依次为25°>20°>15°>10°,其中25°MTCu、STCu浓度和流失量峰值分别高达6 475.8,300.2μg/L和90.78,4.32 mg/m2,分别是10°对应峰值的4.6,3.4倍和5.7,4.6倍。随时间推移,各坡度撒施径流MTCu,STCu,TPCu,TSCu浓度和流失量总体呈递减趋势,坡度引起的径流同期铜浓度和流失量差异逐渐变小。10°~25°处理径流中75.4%~92.9%MTCu和65.1%~73.5%STCu流失量发生在污泥撒施前期(1 d和18 d)径流中,MTCu径流流失系数为0.48%~1.75%,颗粒态铜是铜随径流流失的主要形式。     

污泥对赤红壤坡地磷素随地表径流流失的影响

在人工模拟降雨条件下,研究了污泥施用量对赤红壤坡地磷随径流流失的影响.结果表明,污泥撒施1d后的径流中混匀样总磷(MTP)、静置样总磷(STP)、颗粒态总磷(TPP)、悬浮态总磷(TSP)和可溶性总磷(TDP)浓度均达到峰值.撒施(60 t/hm~2)对应峰值分别为4.22,1.58,3.84,1.20,0.38 mg/L.为撒施(120 t/hm~2)对应峰值的40%～96.8%,此后撒施径流磷索浓度呈递减趋势,施用量引起的撤施径流磷素浓度差异逐渐变小.模拟试验期内,随污泥用量的增加,撒施径流磷素平均浓度不同程度随之升高.但撒施径流磷素流失量未必随之升高;污泥用量对穴施径流磷索浓度和流失量无明显影响.撒施径流46.0%～67.8%MTP和62.2%～74.6%STP流失量发生在污泥施用前期(1d和18d)径流中.MTP径流流失系数依次为撒施(60t/hm~2)>撒施(120t/hm~2)>穴施(120t/hm~2)>穴施(60t/hm~2).颗粒态磷是磷随径流流失的主要形式.     

不同施用方式下酸性土坡地污泥氮素随径流迁移的研究

研究了以撒施和穴施方式施用于酸性赤红壤坡地上的污泥氮素在人工降雨条件下随径流的迁移情况。试验结果表明,污泥撒施后24 h径流中TN、TDN、TPN和NH4 -N的浓度和流失量最高,其中TN浓度为57.0 mg/L,TN流失量为1 086.5 mg/m2,占撒施TN累积流失量的70.6%,分别是穴施对应峰值的6.0倍和2.4倍,此后浓度和流失量均逐渐降低。穴施径流中氮素及撒施NO3--N浓度与流失量则呈先上升后逐渐下降趋势。撒施和穴施TDN/TN累积流失量分别为38.7%和65.0%,NH4 -N是TDN流失的主要形式(≥55.7%)。控制颗粒物流失是防止氮流失的重要内容,此外,污泥氮素在土壤中的转化及污泥对坡地土壤理化性状的改变均影响着径流中氮的迁移。     

不同污泥施用量条件下赤红壤坡地水土流失特征的研究

研究了人工模拟降雨条件下不同污泥施用量对赤红壤坡地上水土流失特征的影响。结果表明:污泥撒施后的前期(1d和18d)径流中,各施用量处理的径流颗粒物浓度及流失量均达到峰值,撒施60t/hm2对应峰值分别为4517.0mg/L和79.3g/m2,为撒施120t/hm2对应峰值的83.8%和96.7%,此后撒施60t/hm2径流颗粒物浓度和流失量不同程度高出撒施120t/hm2处理,是同期对应值1.1～4.1倍。模拟试验期内,撒施60t/hm2径流量是撒施120t/hm2同期指标的1.2～2.3倍,撒施污泥用量越低,径流累积产生量和颗粒相(颗粒物和悬浮物)累积流失量越高,但污泥用量对穴施上述指标并无明显影响。     

黄壤旱坡地退耕还林还草对减少土壤磷流失的作用

在贵州中部黄壤旱坡地上 ,通过无界径流小区以及野外坡面径流小区试验 ,对退耕还林还草初期阶段旱坡地地表径流中水溶态磷和颗粒态磷流失量的变化进行了研究。结果表明 :退耕还林还草后黄壤旱坡地地表径流中颗粒态磷含量比相应的旱地减少 2 2 .17%～ 6 3.4 8% ,而水溶态磷含量也减少 3.0 3%～ 4 4 .2 9% ;退耕还林区土壤水溶态磷和颗粒态磷的流失量分别比玉米种植区减少 38.6 5 %和 35 .0 8% ,退耕还草区土壤水溶态磷和颗粒态磷的流失量分别比玉米种植区减少 5 3.4 2 %和 4 1.94 %。退耕还林还草一方面减少了肥料的施用量 ,另一方面能明显减少土壤磷的流失量 ,特别是水溶态磷的流失 ,退耕还林还草工程是减少土壤磷流失和控制非点源污染的有效途径。     

混播草带控制水源区坡地土壤氮、磷流失效应

坡地土壤氮、磷流失是湖库型饮用水源区污染的主要来源。本文以云南最大的城市集中式饮用水源地为研究区域,在昆明云龙水库库区周边的坡耕地红壤上开展了混播草带防治土壤氮、磷流失效应的研究。研究结果表明:选择适宜草种进行混播,所形成的草带控制水土及氮、磷流失效果优于自然植被;对地表径流量、土壤侵蚀量的控制效果均为:混播黑麦草+紫花苜蓿>混播黑麦草+白三叶>自然植被>无草带种植;草带对土壤侵蚀量的控制效果要好于地表径流量。其中处理混播黑麦草+紫花苜蓿、混播黑麦草+白三叶径流量分别比无草带种植降低35.19%、46.26%;侵蚀量比无草带种植降低73.51%、78.13%;坡耕地地表径流中氮素流失形态主要以泥沙中氮流失为主,占到80%～85%左右,磷素流失以颗粒态磷流失为主,占到90%～95%左右;对地表径流中的氮、磷流失量控制效果均为:混播黑麦草+紫花苜蓿>混播黑麦草+白三叶>自然植被>无草带种植,对总氮流失量的控制效果要好于总磷流失量;混播黑麦草+白三叶处理中径流中总氮、总磷流失量分别降低59.96%、48.57%;混播黑麦草+紫花苜蓿处理径流中总氮、总磷流失量分别降低63.31%、56.91%;自然植被处理中径流总氮、总磷流失量分别降低29.46%、26.03%。     

不同施肥管理模式对集雨区苗木地径流氮素流失的影响

采用田间径流小区定位研究方法,以合溪水库集雨区苗木种植地为研究对象,设置了撒施(对照)、地膜覆盖、秸秆覆盖、区外设置植草缓冲带、条施、穴施6种施肥管理处理小区,探究不同施肥管理模式对合溪水库集雨区苗木地径流氮素流失的影响,筛选最佳施肥管理模式。结果表明:不同施肥管理模式下,苗木地地表径流年总氮素径流流失通量大小顺序为:撒施(对照)覆膜条施穴施区外植草缓冲带秸秆覆盖,撒施(对照)、地膜覆盖、条施、穴施、区外设置植草缓冲带和秸秆覆盖6种施肥管理模式下的年总氮素径流流失通量分别为35.61,18.30,15.86,12.94,8.18,3.44kg/(hm2·a),说明穴施、区外设置植草缓冲带和秸秆覆盖是较佳的施肥管理模式,将其优化组合后会显著消减水库集雨区苗木地径流氮素流失及其对水库水质的潜在影响。此外,不同施肥管理模式下,苗木地径流水样氮素流失的主要形态为颗粒态氮,其次为硝态氮,其中,撒施(对照)、地膜覆盖、秸秆覆盖、区外植草缓冲带、条施和穴施年均流失的颗粒态氮占流失总氮的比例分别为69.11%,68.87%,68.04%,61.89%,61.17%和65.09%;年均流失的硝态氮占流失总氮的比例分别为23.18%,23.36%,20.21%,27.20%,32.02%和28.71%。     

模拟降雨条件下北运河流域农田养分流失特征

为了解北运河流域农田养分流失特征,通过模拟降雨的情况下,分析了降雨量对径流雨水中养分含量、土壤养分和泥沙流失的变化特征。结果表明,北运河地区只有在暴雨情况下产生农田径流,暴雨后,农田径流雨水中总N浓度在4.7~11.3 mg·L-1,氨态氮和硝态氮占44.51%;总P浓度在0.66~1.35 mg·L-1,水溶磷含量占到总磷54.08%。养分的流失以表层为主,土壤表层总氮流失比例达到29.79%,氨态氮损失率达到52.09%,硝态氮损失10.21%,表层土壤总磷含量下降达到16.48%,水溶性磷损失5.27%。农田径流泥沙中总氮含量为0.66~1.27 mg·g-1,占总流失量的82.28%;总P浓度在14.73~20 mg·g-1,占到总流失量的99.89%;模拟降雨后土壤大团聚体减少8.8%,而微团聚体增加9.5%。     

菌根与间作对紫色土-水界面氮流失的削减效应

揭示土著丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与间作对紫色土-水界面各形态氮流失的削减效应,可为保护水环境、减缓紫色土坡耕地氮流失带来的农业面源污染提供理论依据。通过自然降雨条件下的径流模拟试验,设置不同种植模式(单作玉米、玉米/大豆间作、单作大豆)和不同菌根处理(抑菌、未抑菌),在雨季不同时间采集7次径流和侧渗水样,分析比较各不同处理下径流及侧渗各氮形态变化迁移特征。研究结果表明,侧渗即壤中流为紫色土-水界面氮素流失的主要途径,硝态氮为紫色土-水界面氮素流失的主要形态。随取样时间后延,径流总氮、硝态氮浓度均呈现出波浪式上升的趋势,而铵态氮浓度整体表现出先上升再下降的趋势;侧渗总氮浓度趋势则呈现先下降后上升再下降的趋势,硝态氮浓度整体表现出下降后趋于平缓的趋势,铵态氮浓度则表现出先上升后下降并趋于平缓的趋势。所有复合处理中,未抑菌—间作处理的径流、侧渗及总流失量中总氮、铵态氮浓度均最低,且其径流、总流失量中硝态氮浓度也明显低于其他处理。在未抑菌处理下,与单作玉米、单作大豆处理相比,间作处理使径流和侧渗总氮浓度分别下降约13.4%、20.3%和56.5%、48.7%,总流失量中总氮浓度分别下降约50.1%和43.5%;使径流和总流失量中的硝态氮浓度分别降低约10.0%、16.7%和51.3%、42.9%;并使径流和总流失量中铵态氮浓度分别显著降低约10.5%、26.0%和21.7%、30.2%,侧渗铵态氮浓度也相应降低约29.6%和33.7%。可见土著菌根真菌与玉米/大豆间作体系对协同削减紫色土-水界面氮素的流失表现出了较大的潜力。     

巢湖流域不同耕作和施肥方式下农田养分径流流失特征

采用野外定位观测试验,研究巢湖流域不同耕作和施肥方式下农田养分径流流失特征,探索降低养分流失、提高湖区水质的有效耕作和施肥措施。2009-2010年结果表明,冬季麦田径流液总氮(TN)的浓度范围是2.12～4.34mg/L,溶解态氮(DN)约占TN的72%～92%,DN中又以硝态氮(NO3--N)为主,溶解态有机氮(DON)次之,铵态氮(NH4+-N)所占比例极小。径流液总磷(TP)浓度范围是0.095～0.360mg/L,颗粒态磷(PP)约占TP的51%～69%。DN和PP是农田氮磷径流流失的主要形态。长期的保护性耕作可提高径流液TN、DN、NO3--N、DON和DP的浓度,降低PN和PP的浓度,但对NH4+-N和TP浓度无明显影响;氮肥后移一定程度上易增加追肥后短期内降雨径流液各形态N的浓度,但可降低小麦整个生育期内径流液各形态P的浓度。在当地常规耕作条件下(处理CT),麦田TN和TP径流流失量分别为1.065,0.079kg/hm2,占当季施N量的0.71%,施P量的0.24%。与处理CT相比,处理CTS(常规+覆盖)、NFP(氮肥后移)和NTS+NFP(少免耕覆盖+氮肥后移)TN流失量分别减少了14%、21%和24%,TP流失量分别减少了20%、21%和24%。因此,保护性耕作和氮肥后移在保证小麦产量的前提下,可作为巢湖流域源头控制农田养分流失的主要措施。     

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。     

Relative impact of soil, metal source and metal concentration on bacterial community structure and community tolerance

In a study to assess the sustainable use of sewage sludge application to land, the long-term effect of Zn and Cu contaminated sludge additions on the structure of the bacterial communities (using T-RFLP analysis) and their tolerance to additional metal exposure through pollution-induced community tolerance (PICT) assays was assessed. This used two soils that received metal-rich sludge cake (SC), liquid sludge (LS) or metal salts (MS) additions more than 10 years previously. Soil type had the predominant influence on bacterial community structure and PICT. The source of the metal contamination also had a large influence on community structure and PICT, greater than the effects due to metal concentrations. Nevertheless, in both Zn and Cu contaminated soils, PICT was observed and decreased in the order MS > LS > SC. Within a metal source and site, there was evidence of increased PICT with increasing Zn or Cu contamination, however few differences were significant as a result of high variability between sample replicates. These results highlight the importance of considering soil physico-chemical properties and the source of metal contamination as well as total metal concentrations when considering the long-term effects of metals on soil microbial communities. Further, the matrix that a metal is associated with prior to addition may play an important factor in determining levels of toxicity. This could have consequences for the interpretation and use of data from metal spiking experiments when considering metal limits for sludge application to land.     

污泥施用对土壤及小麦生理特性的影响

以兰州市安宁区污水处理厂污泥为研究对象,采用盆栽方法研究污泥施用后对土壤pH值的影响,对土壤中重金属Cu、Zn、Pb含量的影响以及对小麦叶片叶绿素含量和脯氨酸含量特性的影响。结果表明,污泥施用后土壤的pH值显著下降,并呈递减趋势。不同污泥施加量土壤中3种重金属元素的含量均远低于我国土壤环境质量二级标准（GB15618—1995）中碱性土壤的限制性标准值。3种小麦叶片的叶绿素总含量随污泥浓度的增加而增加,污泥在混配土壤中的干重比为15%时3种小麦均达到最大值,随着污泥施加量的进一步加大出现下降。污泥施用后3种小麦叶绿素a/b值与对照相比无显著变化,小麦叶片中脯氨酸含量比对照有大幅的增加。低污泥施加量时（5%、10%和15%）,3种小麦叶片中脯氨酸含量随施加量增加而增加,但高污泥施加量时（25%和35%）的脯氨酸含量无显著增加,污泥中污染物胁迫超过小麦耐受限值后,小麦生理代谢出现反常。土壤中3种重金属元素的含量与3种小麦体内脯氨酸含量均呈极显著正相关关系,土壤的pH值与3种小麦的叶绿素总含量和脯氨酸含量均呈负相关关系。综合考虑污泥施用对小麦生理特性的影响,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15%以下。     

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。     

污泥混配土淋溶液中pH、氮磷及重金属含量的动态变化

以北京市大兴区庞各庄镇污水处理厂的堆肥污泥、生污泥和通州区的熟土为对象,探讨污泥混配土淋溶液中相关指标的动态变化.结果表明,生污泥、堆肥污泥和熟土混配后可降低土壤pH值,增加土壤全氮、全磷含量,同时也增加了土壤中重金属As、Cd、Ni、Cu、Ph的含量,生污泥系列淋滤液中Pb对地下水造成污染的可能性最大;堆肥污泥系列淋滤液中给地下水带来污染可能性最大的因子是As.但各处理中重金属的污染程度都很低,基本符合国家第II类地下水水质标准,因此淋滤液中的重金属基本不会对地下水造成污染.     

Comparison of routine soil tests and EPA method 3050 as extractants for heavy metals in Delaware soils

Abstract

Agricultural use of sewage sludges can be limited by heavy metal accumulations in soils and crops. Information on background levels of total heavy metals in soils and changes in soil metal content due to sludge application are; therefore, critical aspects of long‐term sludge monitoring programs. As soil testing laboratories routinely, and rapidly, determine, in a wide variety of agricultural soils, the levels of some heavy metals and soil properties related to plant availability of these metals (e.g. Cu, Fe, Mn, Zn, pH, organic matter, texture), these labs could participate actively in the development and monitoring of environmentally sound sludge application programs. Consequently, the objective of this study was to compare three soil tests (Mehlich 1, Mehlich 3, and DTP A) and an USEPA approved method for measuring heavy metals in soils (EPA Method 3050), as extractants for Cd, Cu, Ni, Pb and Zn in representative agricultural soils of Delaware and in soils from five sites involved in a state‐monitored sludge application program.

Soil tests extracted less than 30% of total (EPA 3050) metals from most soils, with average percentages of total metal extracted (across all soils and metals) of 15%, 32%, and 11% for the Mehlich 1, Mehlich 3, and DTPA, respectively. Statistically significant correlations between total and soil test extractable metal content were obtained with all extractants for Cu, Pb, and Zn, but not Cd and Ni. The Mehlich 1 soil test was best correlated with total Cu and Zn (r=0.78***, 0.60***, respectively), while the chelate‐based extractants (DTPA and Mehlich 3) were better correlated with total Pb (r=0.85***, 0.63***). Multiple regression equations for the prediction of total Cu, Ni, Pb, and Zn, from soil test extractable metal in combination with easily measured soil properties (pH, organic matter by loss on ignition, soil volume weight) had R² values ranging from 0.41*** to 0.85***, suggesting that it may be possible to monitor, with reasonable success, heavy metal accumulations in soils using the results of a routine soil test.     

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。     

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。     

Visualization of Long-Term Quantitative Changes of Microelements in Soils Amended with Sewage Sludge Compost Evaluated with Two Extraction Solutions

This research deals with the effects of soil amendment with sewage sludge compost (SSC) on long–term quantitative changes of available microelements [iron (Fe), zinc (Zn), manganese (Mn), copper (Cu)] in two types of soils using various extraction solutions [diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and hydrochloric acid (HCl)]. These changes were visualized using principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis. A 3-year pot experiment was conducted in a randomized, factorial design with two soils (light vs. medium) and a treatment with SSC at the rate of 6 Mg ha^?1. The application of SSC to the light soil increased the HCl-extractable Cu, Zn, Mn, and Fe. The effect of SSC application on the microelement quantitative changes was lower in the medium soil, as shown primarily by DTPA extraction. The results of the PCA highlighted that one can correctly conclude on the basis of the limited collection of data without loss of information, which is incorporated by individual microelements.