施用生活污泥對土壤環境及農產品安全潛在風險的研究

王相召

摘 要：生活污泥是污水凈化過程中的副產品，將生活污泥應用于農業生產是實現其資源化利用的重要途徑。然而，生活污泥中含有的重金屬和抗生素及有機污染物等污染物已成為限制其資源化利用的重要因素之一。該文分析了國內外利用生活污泥概況，闡述了生活污泥資源化利用的可行性，分析了生活污泥施用對土壤環境及農產品安全潛在風險問題。

關鍵詞：生活污泥;資源化利用;環境;影響

中圖分類號 X53文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）12-0130-003

生活污泥的產生量每年正以飛快的速度增長[1]。生活污泥中含有豐富的有機物及無機養分，農林復合處理已成為當前其資源處置的重要途徑。但是，城市生活污泥由于來源復雜，含有一定量的重金屬及有機污染物等，不科學的施用會造成土壤及生態環境污染。土地利用越來越被認為是一種積極、有效、極具前景的污泥處理方法，該方法主要利用污泥恢復和改良受損土壤，如廢棄土地和荒地，園林綠化建設和林地應用[2]。生活污泥中含有一定的氮磷鉀養分，施入土壤后對培肥地力具有良好的效果。生活污泥中富含大量的有機質，施用后可以顯著改善土壤的物理性質，提高土壤孔隙度，增加土壤的保水性。但由于生活污泥中含有重金屬和有機污染物等有毒有害物質，不合理的施用具有較高的環境污染風險。

目前，對農用后污泥環境影響風險評估的研究還很薄弱[3]，污泥施用造成的土壤污染風險尚未通過長期田間試驗進行分析和評估。許多學者雖對污泥的國內使用進行了相關研究，但對污泥應用多年后土壤-作物重金屬的積累特征研究仍較少[4]。因此，分析生活污泥施用對土壤環境及農產品品質的潛在影響，對于生活污泥的安全合理施用具有一定的借鑒意義。

1 施用生活污泥對土壤環境的影響

1.1 對土壤理化性質的影響 生活污泥農用能夠改善土壤的理化性質。相關研究表明：污泥處理土壤中總氮和有機質含量的逐年變化較小，土壤有效磷和速效鉀含量逐年增加，但土壤有效磷含量低于雞糞，有效鉀含量低于秸稈處理[5]。盆栽有機土在溫室中盆栽，土壤容重隨污泥量的增加而減少，減少率為5.4%～26.2%，pH值從8.08下降到6.75，有機質含量大幅度增加[6]。含有大量有機物的污泥不僅降低了土壤容重，還提高了土壤中骨料的穩定性，增加了土壤保水能力[7]。相關研究表明，0.5%的污泥施用，增加了土壤持水能力，并隨著污泥量的加大而增加[8-9]。污泥堆肥的氮利用率低于尿素氮的氮利用率[10]。土壤電導率隨著高容量污泥堆肥的增加而增加[11]。可以看出，污泥施用于土壤后，土壤的有效養分，有機質和CEC得到了明顯改善，土壤對酸堿的緩沖能力得到了提高。提供營養素交換和吸附的活躍點，從而提高了肥料的利用率[12]。

1.2 對土壤生物學特性的影響 施用生活污泥有助于提高土壤環境中微生物與酶的活性。一般而言，土壤環境中微生物的活性大小與土壤養分水平的高低呈正相關關系。生活污泥的施加，增加了土壤有機質的含量[13]，土壤有機質為各種微生物及酶活動提供了豐富的碳源。研究表明：在不同地區、不同土壤環境背景值下，施入生活污泥對土壤微生物活性和酶活性的影響不同[14]。盆栽土培研究表明：土壤中施入一定量的生活污泥有助于提高土壤的養分水平，有利于提高土壤環境中脲酶和多酚氧化酶等活性。研究表明：污泥施用量的提高，有助于增加植物根際土壤中真菌、放線菌等數量[15]。在合理的生活污泥與化肥的配施田間下試驗中，土壤多酚氧化酶和中性磷酸酶的活性呈現增高趨勢，在污泥安全利用的同時，改善了土壤的微生態環境[16]。

1.3 對土壤重金屬含量的影響 生活污泥的施用存在潛在的重金屬污染風險。土壤中重金屬的遷移以液相形式為主，污泥中含有一定量的重金屬，連續的施用會造成土壤和植物系統中重金屬污染的風險[17]。因此，生活污泥嚴禁用于無公害蔬菜的生產基地。相關研究表明：隨著生活污泥的施用，土壤中重金屬Cu、Zn在耕層土層中具有不斷累積的風險。隨著污泥施用量的增加，土壤中大量Cu、Zn的積累風險越高。相關田間試驗研究表明：土壤中重金屬等元素可以在土壤和植物可食部分之間的轉移[8]。施用4.5～36t/hm2污泥后，小麥籽粒中的 Zn、Cu含量以及玉米粒中 Zn、Cr含量的顯著增加，其他痕量元素（ Cu、Cd、Pb、As、Hg）的含量未顯著增加。通過長期定位試驗發現：經過7年的高容量或低容量城市污泥施用于土壤后，Zn、Cu、Cd等重金屬在0～10cm處停留[9]。污泥造林過程中土壤中重金屬含量必然會增加[18]。土壤中Cd、Pb等重金屬元素，在施用堆肥污泥后含量增加[19]。因此，在污泥堆肥過程中，應嚴格控制重金屬在作物中的積累，特別是可食部分中重金屬的積累[20-21]，加強監測[22-23]。

2 施用生活污泥對作物產量及農產品重金屬含量的影響

生活污泥的施用可以提高作物產量。梁麗娜等[24]報道：施用污泥有助于促進作物生長。研究表明，施加污泥后的第2季小麥產量增加28.9%～30.8%，污泥與復合肥配合施用具有良好的增產效果[25]。污泥作為肥料可以增加水稻和大豆對氮、磷、鉀的吸收，具有明顯的增產效果。在常規施肥的基礎上添加污泥有機肥，可以顯著提高糙米的產量和營養品質。研究還發現，適量施用污泥大米可加速綠化，增加分蘗，增加體內葉綠素含量。然而，與化肥相比，施用污泥的處理相對較晚，但如果過量施用污泥，則大米的分蘗無法控制，導致出生延遲，空粒率大幅增加，產量顯著下降[26]。在田間試驗中，污泥的施用可以提高作物的養分和產量[27]。在盆栽試驗中，最佳污泥量可以顯著提高油菜籽的產量。適當施用污泥可以提高蔬菜的質量指標。通過研究污泥施肥處理下的作物籽粒重金屬含量發現：作物籽粒中Cr、As、Zn和Ni含量隨施用年限的增加而增加，Cr、Hg含量下降，Pb、Cu含量基本不變。另外，與《糧食衛生標準》（GB2715-2005）和《食品衛生標準》（GB2762-2005）中對雜糧作物中重金屬含量的限制標準比較，污泥處理下的作物籽粒中Cd、Pb、Hg含量均在限制范圍內，符合安全標準[27]。

3 展望

生活污泥施用可在一定程度上增加作物的產量，提高農業綜合經濟效益。然而，生活污泥的應用對于土壤的物理和化學性質以及作物品質有一定的影響。長期施用生活污泥會導致土壤和作物中重金屬的積累。生活污泥的應用可以改變土壤的環境條件，如土壤容重，孔隙度，田間持水量，土壤團聚穩定性以及飽和水力傳導率。含有高濃度重金屬的生活污泥會破壞土壤的某些物理和化學性質。在將堆肥處理的污泥施用于土壤之后，土壤由于其大量有機物質而變松，可耕種性變好，并且保水性和保水性也將得到很好的改善。污泥中較高的重金屬含量是制約污泥農用的一大因素，所以污泥的資源化利用的過程中應當注意重金屬在植物體內的累積，避免因農業使用過剩污泥而導致作物重金屬含量超標的現象。因此，污泥農業資源化利用一項是具有發展前景的產業。但同時也應看到，污泥在農業資源化利用過程中對土壤環境及農產品安全等的潛在問題。

參考文獻

[1]丘錦榮.不同玉米品種對新鮮城市污泥處理效果的初步研究[J].環境科學學報，2013，11：2987-2992.

[2]周立祥，胡靄堂，戈乃玢.蘇州市生活污泥成分性質及其對蔬菜和菜地土壤的影響[J].南京農業大學學報，1994，02：54-59.

[3]李瓊.人工濕地植物—薏米對生活污水中Cr6+的凈化機理研究[D].南寧：廣西大學，2013.

[4]王敦球.城市污水污泥農用資源化研究[J].重慶環境科學，1999，06：50-52.

[5]王媛.城市污泥及其復合肥對小麥、大豆種苗生長影響的研究[D].大連：遼寧師范大學，2014.

[6]歐根能，寧平，楊月紅，等.污泥堆肥農用對蔬菜生長狀況及重金屬吸收的影響[J].安徽農業科學，2009，05：2159-2162.

[7]Mays D.A.，G.L.Terman and J.C.Duggan.Municipal compost：effect on crop yield and soil properties[J].Journal of Environmental Quality，2003，2（1）：89-92.

[8]梁麗娜，黃雅曦，楊合法，等.污泥農用對土壤和作物重金屬累積及作物產量的影響[J].農業工程學報，2009，06：81-86.

[9]林云琴.城市污泥好氧堆肥過程中重金屬的形態轉化[J].生態環境，2008，03：940-943.

[10]陳茂林.城市污泥中重金屬形態及生物可利用性研究[D].南京：河海大學，2006.

[11]楊海霞.污泥制肥工藝及優化條件的實現[D].濟南：山東大學，2013.

[12]李夢紅，黃現民，諸葛玉平.污泥農用對土壤中各形態重金屬含量變化的影響[J].安徽農業科學，2008，23：10156-10158.

[13]李海波，柳青.中國城市污泥資源化利用研究進展[J].三峽環境與生態，2008，02：42-47.

[14]Debosz K.，Petersen S.O.，Kure L.K.and Ambus P.Evaluating effects of sewage sludge and household compost on soil physical，chemical and microbiological properties[J]. Applied Soil Ecology，2002，19（3）：237-248.

[15]Bhogal A.，Nicholson，F.A.，Chambers，B.J.And Shepherd M.A.Effects of past sewage sludge additionson heavy metal availability in light textured soils：implications for crop yields and metal uptakes[J]. Environmental Pollution.2003，121（3）：413-423.

[16]Schaecke W.，Tanneberg H.and Schilling，G.Behavior of heavy metals from sewage sludge in a Chemozem of the dry belt in Saxony-Anhalt/Germany[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2012，165（5）：609-617.

[17]張叢光，邱凌，遲慧智，等.生物炭-污泥耦合農用效應及其分析[A].中國環境科學學會.2016中國環境科學學會學術年會論文集（第三卷）[C].中國環境科學學會，2016：6.

[18]McGrath S.P.and Cegarra J.Chemical extractability of heavy metals during and after long- term applications of sewage sludge to soil[J]. Journal of Soil Science.1992，43：313-321.

[19]丘錦榮，郭曉方.城市污泥農用資源化研究進展[J].農業環境科學學報，2010，S1：300-304.

[20]李夢紅.污泥農用后土壤中重金屬對小麥和玉米品質的影響及評價[J].作物雜志，2010，05：26-29.

[21]黃雅曦.城市污水污泥重金屬控制機理及堆肥利用的研究[D].中國農業大學，2004.

[22]胡玖坤，許景鋼.污泥的處理方法和農用資源化展望[J].東北農業大學學報，2005，06：820-824.

[23]趙鳴，吳廣芬.污泥資源化利用的途徑與分析[J].環境科學與技術，2005，02：92-94，119-120.

[24]梁麗娜.污泥農用對土壤和作物重金屬累積及作物產量的影響[J].農業工程學報，2009，06：81-86.

[25]易紅星，王建龍.我國污泥農用資源化的處置方法[J].石河子大學學報（自然科學版），2004，03：273-276.

[26]申榮艷，駱永明.城市污泥的污染現狀及其土地利用評價[J].土壤，2006，05：517-524.

[27]朱啟紅.污泥農用資源化研究現狀[J].農機化研究，2006，12：22-24.

（責編：張宏民）