城鎮(zhèn)污泥對麥地農(nóng)田土壤環(huán)境影響

李國亮 武升 許翠紅 張俊森 王強 張震 馬友華

摘 要：通過小麥大田試驗，探討城鎮(zhèn)污泥在不同施用條件下對麥地農(nóng)田土壤理化指標、土壤肥力和重金屬含量的影響。結(jié)果表明，施用處理后的城鎮(zhèn)污泥之后，土壤中有機質(zhì)、全N、有效P、速效K的含量都得到了提升，土壤容重降低，持水性增強，理化性質(zhì)得以改善。雖然施用污泥會向土壤中引入重金屬，但在嚴格控制污泥自身重金屬含量的情況下施用，依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準評估，其對土壤生態(tài)環(huán)境損害的風(fēng)險較低。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污泥;麥地農(nóng)田;土壤環(huán)境;重金屬

中圖分類號 X703;X132文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）11-0117-03

Effects of Urban Sludge on Soil Environment of Wheat Field

Li Guoliang1 et al.

（1Bengbu Qirun Environmental Engineering Technology Co.，LTD.， Bengbu 233000， China）

Abstract： The effects of urban sludge on soil physical and chemical index， soil fertility and heavy metal content in wheat field were studied in this experiment. The results showed that， after the application of urban sludge， the contents of organic matter， total N， available P and available K were increased in the soil， with the bulk density of the soil reduced， the water holding capacity of the soil strengthened， and the physical and chemical properties of the soil improved. Although the application of sludge will introduce heavy metals into the soil， but under the strict control of the heavy metal content of sludge itself， it can be considered that the risk to the soil ecological environment is low， according to the soil environmental quality standards.

Key words： Urban Sludge; Wheat Field; Soil Environment; Heavy Metals

城鎮(zhèn)污泥中含有大量的有機質(zhì)、N、P、K等元素，有利于植物生長，并且對土壤具有改良作用[1]，但是污泥自身含有的重金屬等有毒有害物質(zhì)卻制約了城鎮(zhèn)污泥在農(nóng)業(yè)方面的利用[2]。隨著我國城市化進程的加快，逐年增加污水處理量帶來的污泥產(chǎn)量日益增多，如何經(jīng)濟、有效、安全的處理處置城鎮(zhèn)污泥成為迫切需要解決的問題。美國、歐洲、日本等經(jīng)濟發(fā)達國家自20世紀50年代起，就將處理后的城鎮(zhèn)污泥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3]。近年來，我國的城鎮(zhèn)污泥資源化利用研究主要集中在園林綠化、花卉栽培、園林綠地及森林綠地建設(shè)等方面[4-5]，而隨著我國城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的不斷完善，高污染風(fēng)險的工業(yè)污水不再進入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，污泥中含有有毒有害物質(zhì)量因此逐步降低，使得處理后的污泥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越來越具備條件。國內(nèi)已有學(xué)者開展污泥農(nóng)用方面研究，通過不同的研究表明，污泥可以改善農(nóng)田土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力，也會造成農(nóng)田土壤中重金屬總量的增加[6-8]，如果能夠結(jié)合不同施用條件開展大田試驗，可以更加準確的反映實際情況。本試驗設(shè)計不同污泥施用量、與復(fù)合肥混合施用比例以及在秸稈還田中的施用量等條件，研究在同等氮磷鉀養(yǎng)分情況下，處理后的污泥農(nóng)用對麥地農(nóng)田土壤理化性質(zhì)、土壤肥力以及重金屬含量的影響，以此評估處理后城鎮(zhèn)污泥農(nóng)用風(fēng)險。

1 材料與方法

1.1 供試材料 試驗地址選擇在蚌埠市龍子湖區(qū)，供試土壤類型為安徽潮土，小麥品種為洛麥23，供試污泥來自蚌埠市第二污水處理廠并經(jīng)蚌埠圻潤環(huán)境工程科技有限公司好氧發(fā)酵處理，供試秸稈為蚌埠當?shù)厣弦凰炯窘斩挕?/p>

供試用地土壤理化指標：pH6.3，有機質(zhì)含量20.05g/kg，全N含量0.91g/kg，有效P含量35.58mg/kg，速效K含量50mg/kg。

處理后供試污泥理化指標：pH6.87，有機質(zhì)含量33.80%，全N含量3.88%，全P含量0.61%，全K含量0.73%，總汞1.50mg/kg，總砷24.10mg/kg，總鎘1.28mg/kg，總鉛0.50mg/kg，總鉻66mg/kg，總銅98mg/kg，總鋅625mg/kg，總鎳2mg/kg。

商品有機肥成分：有機質(zhì)大于45%，全N含量2.41%，有效P含量1.71%，氧化K含量1.61%。

水稻秸稈中NPK含量為：全N含量0.77%，全P含量 0.13%，全K含量1.80%。

1.2 試驗設(shè)計 本試驗共設(shè)10個不同施肥條件的處理，每個處理3次重復(fù)，共計30個處理小區(qū)，每個小區(qū)面積20m2，隨機排列。各處理如表1所示。

所有處理均作為基肥，于2016年11月10日施用。小麥種植日期為2016年11月27日，種植方式為機播，2017年2月20日尿素追肥1次。2017年4月25日為預(yù)防赤霉病、蚜蟲等病蟲草，施用80%多菌靈600g/hm2、43%戊唑醇300g/hm2和5%啶蟲脒750mL/hm2。2017年5月30日小麥收獲。

1.3 測定指標 小麥收獲后，每個小區(qū)取3個點的0～20cm深度土樣進行混合，將樣品風(fēng)干、研磨、過篩后，進行各指標測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 城鎮(zhèn)污泥施用對農(nóng)田土壤物理性質(zhì)的影響 由表3可以看出，污泥施用降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度，使土壤孔隙大小的分布也得以改善。通過對比處理2、4、5、6、7和8，在同等NPK養(yǎng)分條件下，隨著污泥替代復(fù)合肥施用量的增加，農(nóng)田土壤的含水率隨之降低，而田間持水量均有所提高，其效果與商品有機肥一致，具體見表3。這些變化說明污泥施用有利于改善土壤的通氣和排氣，降低了土壤因沖刷和田間徑流而引起的肥力流失，同時土壤持水能力的增強，土壤透水性的增加，避免了土壤表面板結(jié)，使得土壤適耕性增強。

2.2 城鎮(zhèn)污泥施用對農(nóng)田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 由表4可知，施用污泥能夠提高土壤的pH，但短時間內(nèi)效果不是很明顯。與不施用污泥的處理1和2相比，施用污泥能夠提高土壤有機質(zhì)、全N、速效K、有效P的含量，并且在相同NPK養(yǎng)分條件下，處理后的污泥達到了等量商品有機肥的效果。對比秸稈還田的處理9和10中，在秸稈還田過程中利用處理后的污泥替代部分復(fù)合肥，可以更加有效地提高土壤中有機質(zhì)和全N含量。

2.3 城鎮(zhèn)污泥施用對農(nóng)田土壤重金屬含量的影響 由表5可以看出，污泥的施用會造成土壤中重金屬總量的增加，而復(fù)合肥和商品有機肥的使用同樣會引入重金屬。通過對比單純施用污泥的處理3和處理4，土壤中Pb、As、Hg的含量會隨著污泥施用量的增加而增加。而在同等NPK養(yǎng)分情況下，對比處理2、5、6和7可以發(fā)現(xiàn)，使用處理后的污泥替代部分復(fù)合肥，可以降低施用復(fù)合肥引入的Cr。并且對比處理9和10，在秸稈還田情況下，污泥替代部分復(fù)合肥可以進一步降低引入土壤中的Cr、Pb、As和Hg，具體見表5。

由于蚌埠市土壤的pH在5.5～6.6之間，且試驗用地為水旱輪作地，依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）》（GB15618-2018）中的規(guī)定，Cr、Pb、Cd、As和Hg的污染風(fēng)險篩選值分別為150、90、0.3、30和0.5mg/kg。對比各施用污泥處理可知，施用污泥后土壤中的重金屬總量均遠低于風(fēng)險篩選值，可認定為土壤生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險低。處理后污泥自身含有的重金屬，除了Cd和Hg，均低于污染風(fēng)險篩選值，且Cd和Hg含量仍低于管控值2.0mg/kg和2.5mg/kg的指標要求。因此，可以認定污泥施用對土壤生態(tài)環(huán)境風(fēng)險相對較低，長期施用需加強對Cd和Hg的監(jiān)控。

3 結(jié)果與討論

污泥施用可以提升土壤理化性質(zhì)，降低土壤容重，增加孔隙度，增加土壤持水能力，提高土壤蓄水能力，防止土壤表面板結(jié)，并且有效提高土壤中有機質(zhì)、全N、有效P、速效K的含量。

處理后的污泥與復(fù)合肥、商品有機肥一樣，在施用過程中都會向土壤中引入自身含有的重金屬元素，而在秸稈還田過程中配合施用處理后的污泥可以降低部分重金屬的引入。

處理后的污泥農(nóng)用需經(jīng)過嚴格的重金屬檢測，并依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）》（GB15618-2018）中的風(fēng)險篩選值和管控值標準進行管控。如果所有指標均低于風(fēng)險篩選值，可以認定為對土壤生態(tài)環(huán)境的損害風(fēng)險低。但部分高于篩選值而低于管控值需要常年進行監(jiān)控，嚴格控制施用量;而有指標超過了管控值，則嚴禁施用。

參考文獻

[1]鄒紹文，張樹清，王玉軍，等.中國城市污泥的性質(zhì)和處置方式及土地利用前景[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2005（01）：198-201+282.

[2]李靜.山西省侯馬市城市污水和污泥處理現(xiàn)狀及資源化利用潛力[D].太原：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[3]桑光明.城市污水污泥處理處置綜合比較分析[D].深圳：深圳大學(xué)，2015.

[4]付融冰，楊海真，甘明強.中國城市污水廠污泥處理現(xiàn)狀及其進展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004（05）：108-10+20.

[5]余杰，田寧寧，王凱軍.中國城市污水處理廠污泥處理、處置問題探討分析[J].環(huán)境工程學(xué)報，2007（01）：82-6.

[6]李東潔.污泥及赤泥農(nóng)用對油菜生長、品質(zhì)及土壤環(huán)境的影響[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[7]王洋洋，沈阿林，郭戰(zhàn)玲.城市污泥農(nóng)用對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響評價[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2009（02）：98-102.

[8]李夢紅，黃現(xiàn)民，諸葛玉平.污泥農(nóng)用對土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J].水土保持通報，2009，29（06）：95-98.

（責(zé)編：王慧晴）

作者簡介：李國亮（1982—），男，安徽蚌埠人，從事有機固廢處理及資源化利用工作。? 收稿日期：2020-04-18