城市污泥改良沙地土壤过程中氮磷的淋溶特征与风险分析

针对城市污泥组成成分的特点,以科尔沁沙地土壤为研究对象,分析其应用于沙地土壤改良的可行性及对地下水的潜在风险.室内土柱淋溶模拟试验研究结果表明,不同的污泥施入量可明显增加沙化土壤表层中氮磷养分含量,提高沙化土壤质量,同时污泥施用量对淋出液中氮磷养分含量存在显著影响,且氮素的淋溶风险大于磷素.当污泥施用量为30 t/hm2时,淋出液中总氮(TN)、总磷(TP)含量与不施用污泥的对照处理间未存在显著差异,且随淋洗次数的增加,TN含量呈现先下降后趋于稳定的变化趋势,TP含量呈现逐渐下降,而硝态氮(NO3--N)含量较不施用污泥的对照处理增加11％～33％,但与其差异不显著(P＞0.05).当污泥施用量为60,90 t/hm2时,淋洗液中TN和TP含量显著增加(P＜0.01),随淋洗次数的增加,TN和NO3--N含量呈现先上升后趋于稳定的变化趋势,而NO3--N含量在第3次淋洗后均超出地表水环境质量标准中Ⅲ类水质标准限值(20 mg/L),对地下水体污染风险增加.合理控制污泥施用量不仅可以实现城市污泥的资源化利用,同时也可控制其对地下水的影响.     

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。     

污泥秸秆堆肥施用量对苋菜生长和重金属积累的影响

采用盆栽方式,设置污泥堆肥施用比例为0%、33%、50%、66%、100%(体积比)的5个处理,研究污泥秸秆堆肥产物施用量对苋菜生长状况及重金属积累的影响。结果表明:堆肥产物对苋菜种子发芽没有显著影响;堆肥施用提高了土壤全氮、全磷和有机质含量,从而使苋菜株高、冠幅、鲜重增加;有机肥施用量的增加导致苋菜Hg、Cd含量升高,Cr含量降低,但各处理的苋菜Hg含量均未超标。在堆肥产物的农用实践中,应充分了解土壤重金属背景值,要降低重金属在作物体中的积累,污泥堆肥施用量不宜超过50%;还需根据基质重金属含量选择适宜的品种,减少植物对重金属的吸收富集。     

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。     

污泥堆肥对迎春和紫穗槐生长的影响及其施用量确定

采用盆栽土培试验的方法,研究了污泥堆肥对水土保持措施常用植物迎春(Jasminum nudiflo-rum)和紫穗槐(Amorpha fruticosa)生长的影响。结果表明,迎春和紫穗槐在污泥堆肥施用比例分别为栽培土量的0~5%和0~10%时,株高、冠幅及植物干重均随污泥堆肥施用比例的增加而增加。施用适量的污泥堆肥有利于植物的生长。并根据重金属不同形态的环境风险引入毒性响应系数,最终确定了北京市通州区污泥堆肥合理施用量为3.62 t/(hm2.a)。     

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。     

施肥对煤矸石风化物微生物活性的影响

通过盆栽试验,研究了施用污泥与化肥种植苇状羊茅后煤矸石风化物的微生物活性,结果表明:污泥与化肥配施比单纯施用化肥能更好地提高煤矸石风化物的微生物总数量4～23倍(达到2.39×107个/g矸石),脲酶活性1.8～2.8倍,生物量碳0.3～2.4倍,煤矸石风化物有效养分提高,并且各指标随污泥施用量增加而提高,6%(135t/hm2)的污泥施用量对矿区生态系统的重建最有积极意义.     

污泥土地利用研究IV. 无锡污泥与香港碱化污泥的肥效比较

本文通过盆栽试验研究了污泥施用对青菜和番茄生长的影响。试验表明,污泥施用可显著促进青菜和番茄的生长,但生长在酸性红壤和太湖水稻土上两种蔬菜对污泥施用的响应不同。香港碱性污泥产品对青菜在酸性红壤上的增产效果优于无锡污泥;无锡污泥随施用量增加产量有所增加;太湖水稻土上无锡污泥的肥效优于香港碱性污泥产品。污泥施用不仅对当茬蔬菜增产明显,对后茬蔬菜也有增产效应。     

石灰性土壤添加污泥后土壤的肥力特征及磷素淋失临界值

开展2 a种植冬小麦-夏玉米的盆栽试验,研究污泥添加对石灰性土壤养分的影响,构建石灰性土壤中污泥添加量(0、3.75、7.50、37.5、75.0 t/hm^2)与有效磷之间的关系,确定磷素淋失的临界值。结果表明:污泥添加降低了石灰性土壤的pH值,但土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾和土壤综合肥力指数随污泥添加量的增加呈增加趋势。试验期间,同年轮作季的污泥添加量相同时,玉米季土壤养分含量小于小麦季,且各养分随污泥施用年限的增加而增加,并与污泥的累积施用量之间存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的正相关关系。当污泥添加量大于等于37.5 t/hm^2时,土壤养分含量与未添加污泥处理相比差异显著(P<0.05)。污泥施用后该土壤磷素淋失临界值为有效磷质量分数28.57 mg/kg,其对应的污泥施用量分别为61.39 t/hm^2。研究可为在石灰性土壤中污泥的合理施用提供依据。     

污泥土地利用研究：Ⅳ、无锡污泥与香港碱化污泥的肥效比较

本通过盆栽试验研究了污泥施用对青菜和番茄生长的影响，试验表明，污泥施用可显促进青菜和番茄的生长，但和长在酸酸性红壤和太源水稻土上两种蔬菜对污泥施用的响应不同，香港碱性污泥产品对青菜在酸性红壤上的增产效果优于无锡污染；无锡污泥随施用量增加产量有所增加：太湖水稻土上无锡污泥的肥效优于香港碱性污泥产品。污泥施用不仅对当茬蔬菜增产明显，对后茬蔬菜也有增产效应。     

生物干化污泥对马尼拉草坪生长性状和环境效应的影响

为使城市生活污泥得以无害化、资源化综合利用,研究了经无害化处理的生物干化污泥对马尼拉草坪生长状况和土壤效应的影响。结果表明,随着生物干化污泥施用量的增加,马尼拉草叶绿素含量和生物量逐渐提高,但施用量超过1 250 g.m-2后,对马尼拉草的促进作用不再显著。生物干化污泥对马尼拉草坪具有较好的培肥效应,草坪土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著提高。施用生物干化污泥还可提高土壤全氮、全磷、无机氮和速效磷含量,施用后不会造成土壤重金属污染。在园林绿地草坪使用,只要将施用量控制在1 250 g.m-2以下,是基本安全的,这为生物干化污泥在园林草坪上的推广应用提供科学依据。     

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。     

施用高量堆肥污泥提高小麦–玉米轮作模式下酸性水稻土pH和碳组分活性

  【目的】  污泥堆肥农用是污泥资源化的主要途径,明确不同用量堆肥污泥对旱作条件下酸性水稻土有机、无机碳组分及pH的影响,可为堆肥污泥的农用提供科学依据。  【方法】  以酸性水稻土为供试土壤,连续进行了2年小麦–玉米轮作盆栽试验。参照GB4284—2018农用污泥施用标准,设置0 (CK)、3.75、7.50、37.50和75.00 t/hm2共5个污泥施用量处理,每年10月份种植冬小麦前称取相应量污泥,与盆栽土壤均匀混合后装盆,连续种植冬小麦和夏玉米两季作物。分别在小麦、玉米收获后采集耕层土壤,分析水稻土中有机、无机碳组分和pH,以及上述参数之间存在的相关关系。  【结果】  供试污泥堆肥用量处理下,土壤pH随污泥施用量的增加而升高,污泥用量35.70 t/hm2处理的4个生长季土壤pH较CK分别显著升高了0.21、0.51、0.40和0.70个单位 (P < 0.05)。污泥堆肥农用提高了酸性水稻土中有机碳 (SOC)、易氧化有机碳 (ROC)、可溶性有机碳 (DOC) 和腐殖质碳 (HSC) 含量,同时也提高了碳酸钙 (CC) 和活性碳酸钙 (ACC) 含量,且增加幅度随污泥施用量的增加而上升。污泥用量为75.00 t/hm2时,土壤各有机碳组分和无机碳组分均显著高于CK (P < 0.05);污泥施用量 ≥ 7.50 t/hm2时,土壤ROC、DOC含量均显著高于CK (P < 0.05);污泥用量 ≥ 3.75 t/hm2时,土壤碳酸钙含量均显著高于CK (P < 0.05)。碳库管理指数在污泥施用量 ≥ 7.50 t/hm2时显著增加 (P < 0.05)。碳酸钙含量和pH在酸性水稻土上呈显著正相关关系 (P < 0.05);有机碳和无机碳含量之间也呈显著正相关关系 (P < 0.05)。  【结论】  施用37.50～75.00 t/hm2生活堆肥污泥可在短期甚至当季显著增加旱作酸性水稻土中有机和无机碳总量和活性有机碳含量,提高土壤pH,是改善旱作酸性水稻土质量的有效手段。综合之前对堆肥污泥农用重金属积累、微生物多样性及养分淋失风险的研究,长期施用堆肥污泥对土壤环境的影响尚需进一步研究。     

污泥堆肥对盐碱土土壤环境和作物生长的影响

以城市污水处理厂污泥堆肥为研究对象,采用盆栽试验方法研究不同用量(0%,5%,10%,20%)污泥堆肥施入盐碱土后,对玉米、大豆生长情况及土壤环境的影响。结果表明,施用污泥堆肥可降低盐碱土pH值和总盐含量,提高土壤养分及酶活,增加土壤微生物量碳、微生物量氮,同时施用污泥堆肥土壤重金属Zn、Cu含量增加,当施用量为20%时,土壤Zn含量超标。另外,玉米和大豆在污泥堆肥施用比例分别为10%和5%时长势最佳,且作物籽粒中重金属含量在国家食品卫生标准范围内。     

共消化污泥施用对贫瘠土壤性质和蔬菜品质的影响

将市政污泥、餐厨垃圾和果蔬垃圾的共消化污泥进行农业利用,通过分析土壤和蔬菜中营养元素和重金属含量,研究共消化污泥对土壤营养元素变化、蔬菜养分吸收、土壤重金属累积、蔬菜重金属积累的影响。结果表明,共消化污泥施用显著提高了土壤有机质、总氮、总磷含量,且提高幅度与共消化污泥的施用量呈线性关系,同时促进了蔬菜对氮、磷的吸收和利用,但土壤总钾含量和蔬菜对钾的吸收受共消化污泥施用影响较小。共消化污泥施用后,土壤中Zn、Cu和Cd含量增加,尤其是Cd含量增加较明显,并且在蔬菜中累积,但土壤重金属含量均低于土壤环境质量标准二级标准规定的限值,蔬菜可食部分中Cu、Zn、Cr和Cd含量均低于食品中污染物限量规定的限值。因此,在共消化污泥农业利用过程中,仍需重点关注重金属含量的变化和累积。     

污泥土地利用研究V. 高铜污泥

本文采用田间小区试验方法研究了高铜污泥处理对辣椒生长、Vc含量和重金属含量的影响。结果表明,污泥施用量在3.75和7.5 t/hm2时,辣椒各个生长指标都有所增加,有些指标甚至优于施用化肥处理。污泥施用对辣椒果实Vc含量没有明显降低的趋势。污泥施用未显著地增加辣椒植株和果实对铜、锌、镉和镍的吸收。     

生活污泥对白菜供磷和土壤磷状况的影响

采用好气培养和盆栽试验以探明污泥磷的肥效,降低污泥施用导致的土壤磷累积引起的环境风险。结果表明,单施污泥土壤有效磷含量和白菜吸磷量均显著低于施用磷酸一铵和鸡粪处理;施用污泥后有利于增加白菜生长后期土壤磷酸酶的活性和土壤Olsen-P含量。在白菜等产量条件下,单施污泥处理土壤中Olsen-P残留量显著高于污泥与化肥混施处理;在P2O5施用量为902~70 kg/hm2时,污泥堆肥磷的肥效为磷酸一铵的25%左右。     

污泥土地施用研究I.施用污泥土壤中重金属的化学浸提性研究

本研究了施用污泥的太湖水稻土和江西第四纪红壤性水稻土中重金属的化学提取性。结果表明，随着污泥施用量的增加，土壤中Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ的醋酸，醋酸铵，ＥＤＴＡ３种提取形态的浓度都明显增加，有很好的相关性，各提取态浓度在各施用量之间存在显差异。污泥施用没有增加Ｐｂ含量，这可能与污泥本身含Ｐｂ量低有关。     

污泥土地利用研究：—Ⅴ．高铜污泥

本采用田间小区试验方法研究了高铜污泥对辣椒生长、Vc含量和重金属含量的影响。结果表明，污泥施用量在3．75和7．5t/hm^时，辣椒各个生长指标都有所增加，有些指标都有所增加，有些指标甚至优于施用化肥处理。污泥施用对辣椒果实Vc含量没有明显降低的趋势，污泥施用未显地增加辣椒植株和果实对铜、锌、镉和镍的吸收。     

长期施用污泥对土壤-萝卜系统重金属积累及土壤养分含量的影响

为了探究不同用量污泥长期施用后对土壤-萝卜系统中重金属及土壤养分含量的影响,采用长期定位试验,研究连续10年单施化肥(CK)以及施用不同用量(4.5、9、13.5、18 t·hm~(-2))污泥对土壤、萝卜叶(地上部)和萝卜(地下部)中重金属(Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、Zn)累积情况及土壤pH、有机质及氮磷钾含量的影响。结果表明:连续施用10年后,单施化肥和不同用量污泥处理对萝卜产量影响不大,土壤、萝卜叶和萝卜中的Pb、Cd、Cr、Ni、Cu和Zn含量均随污泥施用量的增加而增加,且中高量和高量污泥处理中重金属的累积量较大,显著或极显著高于对照、低量和中量处理。中量以上污泥处理土壤的Pb、Cr、Ni和Cu超出了土壤环境质量国家标准;除高量污泥处理Pb超标外,其他处理萝卜的各重金属含量均未超过食品安全国家标准。与CK处理相比,长期施用不同用量污泥能提高土壤pH 0.58～0.71个单位,并显著或极显著地提高有机质、全量氮磷以及速效氮磷含量。研究表明,连续10年施用不同用量污泥,土壤和萝卜中Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、Zn的含量随污泥用量的增加而增加,其中Pb、Ni、Cr和Cu出现超标现象,萝卜中的重金属含量除高量污泥处理中Pb超标外,其他处理均未超过食品安全国家标准。随着作物产地土壤中污泥施用年限增长或用量增加,食品安全应得到更多的重视。