城镇污泥对麦地农田土壤环境影响
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摘 要：通过小麦大田试验，探讨城镇污泥在不同施用条件下对麦地农田土壤理化指标、土壤肥力和重金属含量的影响。结果表明，施用处理后的城镇污泥之后，土壤中有机质、全N、有效P、速效K的含量都得到了提升，土壤容重降低，持水性增强，理化性质得以改善。虽然施用污泥会向土壤中引入重金属，但在严格控制污泥自身重金属含量的情况下施用，依据土壤环境质量标准评估，其对土壤生态环境损害的风险较低。
关键词：城镇污泥;麦地农田;土壤环境;重金属
中图分类号 X703;X132 文献标识码 A 文章编号 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
城鎮污泥中含有大量的有机质、N、P、K等元素，有利于植物生长，并且对土壤具有改良作用[1]，但是污泥自身含有的重金属等有毒有害物质却制约了城镇污泥在农业方面的利用[2]。随着我国城市化进程的加快，逐年增加污水处理量带来的污泥产量日益增多，如何经济、有效、安全的处理处置城镇污泥成为迫切需要解决的问题。美国、欧洲、日本等经济发达国家自20世纪50年代起，就将处理后的城镇污泥用于农业生产[3]。近年来，我国的城镇污泥资源化利用研究主要集中在园林绿化、花卉栽培、园林绿地及森林绿地建设等方面[4-5]，而随着我国城镇污水管网的不断完善，高污染风险的工业污水不再进入城镇污水管网，污泥中含有有毒有害物质量因此逐步降低，使得处理后的污泥用于农业生产越来越具备条件。国内已有学者开展污泥农用方面研究，通过不同的研究表明，污泥可以改善农田土壤的理化性质，提高土壤肥力，也会造成农田土壤中重金属总量的增加[6-8]，如果能够结合不同施用条件开展大田试验，可以更加准确的反映实际情况。本试验设计不同污泥施用量、与复合肥混合施用比例以及在秸秆还田中的施用量等条件，研究在同等氮磷钾养分情况下，处理后的污泥农用对麦地农田土壤理化性质、土壤肥力以及重金属含量的影响，以此评估处理后城镇污泥农用风险。
1 材料与方法
1.1 供试材料 试验地址选择在蚌埠市龙子湖区，供试土壤类型为安徽潮土，小麦品种为洛麦23，供试污泥来自蚌埠市第二污水处理厂并经蚌埠圻润环境工程科技有限公司好氧发酵处理，供试秸秆为蚌埠当地上一水稻季秸秆。
供试用地土壤理化指标：pH6.3，有机质含量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。
处理后供试污泥理化指标：pH6.87，有机质含量33.80%，全N含量3.88%，全P含量0.61%，全K含量0.73%，总汞1.50mg/kg，总砷24.10mg/kg，总镉1.28mg/kg，总铅0.50mg/kg，总铬66mg/kg，总铜98mg/kg，总锌625mg/kg，总镍2mg/kg。
商品有机肥成分：有机质大于45%，全N含量2.41%，有效P含量1.71%，氧化K含量1.61%。
水稻秸秆中NPK含量为：全N含量0.77%，全P含量 0.13%，全K含量1.80%。
1.2 试验设计 本试验共设10个不同施肥条件的处理，每个处理3次重复，共计30个处理小区，每个小区面积20m2，随机排列。各处理如表1所示。
所有处理均作为基肥，于2016年11月10日施用。小麦种植日期为2016年11月27日，种植方式为机播，2017年2月20日尿素追肥1次。2017年4月25日为预防赤霉病、蚜虫等病虫草，施用80%多菌灵600g/hm2、43%戊唑醇300g/hm2和5%啶虫脒750mL/hm2。2017年5月30日小麦收获。 1.3 测定指标 小麦收获后，每个小区取3个点的0～20cm深度土样进行混合，将样品风干、研磨、过筛后，进行各指标测定。
2 结果与分析
2.1 城镇污泥施用对农田土壤物理性质的影响 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。通过对比处理2、4、5、6、7和8，在同等NPK养分条件下，随着污泥替代复合肥施用量的增加，农田土壤的含水率随之降低，而田间持水量均有所提高，其效果与商品有机肥一致，具体见表3。这些变化说明污泥施用有利于改善土壤的通气和排气，降低了土壤因冲刷和田间径流而引起的肥力流失，同时土壤持水能力的增强，土壤透水性的增加，避免了土壤表面板结，使得土壤适耕性增强。
2.2 城镇污泥施用对农田土壤化学性质的影响 由表4可知，施用污泥能够提高土壤的pH，但短时间内效果不是很明显。与不施用污泥的处理1和2相比，施用污泥能够提高土壤有机质、全N、速效K、有效P的含量，并且在相同NPK养分条件下，处理后的污泥达到了等量商品有机肥的效果。对比秸秆还田的处理9和10中，在秸秆还田过程中利用处理后的污泥替代部分复合肥，可以更加有效地提高土壤中有机质和全N含量。
2.3 城镇污泥施用对农田土壤重金属含量的影响 由表5可以看出，污泥的施用会造成土壤中重金属总量的增加，而复合肥和商品有机肥的使用同样会引入重金属。通过对比单纯施用污泥的处理3和处理4，土壤中Pb、As、Hg的含量会随着污泥施用量的增加而增加。而在同等NPK养分情况下，对比处理2、5、6和7可以发现，使用处理后的污泥替代部分复合肥，可以降低施用复合肥引入的Cr。并且对比处理9和10，在秸秆还田情况下，污泥替代部分复合肥可以进一步降低引入土壤中的Cr、Pb、As和Hg，具体见表5。
由于蚌埠市土壤的pH在5.5～6.6之間，且试验用地为水旱轮作地，依据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）中的规定，Cr、Pb、Cd、As和Hg的污染风险筛选值分别为150、90、0.3、30和0.5mg/kg。对比各施用污泥处理可知，施用污泥后土壤中的重金属总量均远低于风险筛选值，可认定为土壤生态环境的风险低。处理后污泥自身含有的重金属，除了Cd和Hg，均低于污染风险筛选值，且Cd和Hg含量仍低于管控值2.0mg/kg和2.5mg/kg的指标要求。因此，可以认定污泥施用对土壤生态环境风险相对较低，长期施用需加强对Cd和Hg的监控。
3 结果与讨论
污泥施用可以提升土壤理化性质，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，防止土壤表面板结，并且有效提高土壤中有机质、全N、有效P、速效K的含量。
处理后的污泥与复合肥、商品有机肥一样，在施用过程中都会向土壤中引入自身含有的重金属元素，而在秸秆还田过程中配合施用处理后的污泥可以降低部分重金属的引入。
处理后的污泥农用需经过严格的重金属检测，并依据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）中的风险筛选值和管控值标准进行管控。如果所有指标均低于风险筛选值，可以认定为对土壤生态环境的损害风险低。但部分高于筛选值而低于管控值需要常年进行监控，严格控制施用量;而有指标超过了管控值，则严禁施用。
参考文献
[1]邹绍文，张树清，王玉军，等.中国城市污泥的性质和处置方式及土地利用前景[J].中国农学通报，2005（01）：198-201+282.
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[3]桑光明.城市污水污泥处理处置综合比较分析[D].深圳：深圳大学，2015.
[4]付融冰，杨海真，甘明强.中国城市污水厂污泥处理现状及其进展[J].环境科学与技术，2004（05）：108-10+20.
[5]余杰，田宁宁，王凯军.中国城市污水处理厂污泥处理、处置问题探讨分析[J].环境工程学报，2007（01）：82-6.
[6]李东洁.污泥及赤泥农用对油菜生长、品质及土壤环境的影响[D].保定：河北农业大学，2013.
[7]王洋洋，沈阿林，郭战玲.城市污泥农用对土壤环境质量的影响评价[J].安全与环境学报，2009（02）：98-102.
[8]李梦红，黄现民，诸葛玉平.污泥农用对土壤理化性质及作物产量的影响[J].水土保持通报，2009，29（06）：95-98.
（责编：王慧晴）
作者简介：李国亮（1982—），男，安徽蚌埠人，从事有机固废处理及资源化利用工作。 收稿日期：2020-04-18
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