城鄉有機廢棄物農用資源化研究進展

吳榮 劉善江 杜穎

摘要：筆者綜述了城鄉有機廢棄物農用資源化的優點和潛在風險，旨在為城鄉有機廢棄物農業利用降低潛在風險。研究表明：城鄉生活中產生的有機廢棄物作為肥料施入農田后對土壤性質產生了影響，從而間接影響了土壤微生物量和土壤酶活性；有機廢棄物中的重金屬會在土壤中積累對土壤環境造成的危害，因此有必要對廢棄物農用后的土壤環境進行長期研究。

關鍵詞：有機廢棄物；農業利用；重金屬；土壤微生物；土壤酶

中圖分類號：S151.9，X712文獻標志碼：A論文編號：2013-0996

0引言

城鄉有機廢棄物，是指在城市發展及鄉村生活等一系列活動中提取組分后棄之不用的剩余有機物質，主要包括畜禽糞便、農作物秸稈、生活垃圾、城市污泥等。隨著人口增長、人民生活水平提高以及城市化進程的加速，城鄉有機廢棄物的排放量日益增加，城鄉有機廢棄物含有病菌、重金屬等有害物質，施入土壤后會對土壤生態環境造成危險，并對人類的生存環境產生嚴重威脅。因此，研究有機廢棄物農用后廢棄物對土壤環境影響評價的長期研究有著重要意義。目前，國內外對有機廢棄物的研究主要集中在有機廢棄物土地利用是有機廢氣物的主要處置方式[1-2]，但對城鄉有機廢棄物農業利用和農用對土壤環境造成的危害方面研究不足，特別是農用對土壤微生物學的影響甚少見報。因此，筆者通過對城鄉有機廢棄物對土壤重金屬和生物學方面的影響做一些詳細的介紹，以期為有機廢物農用提供參考依據，并指出今后城鄉有機廢棄物在農業利用發展中的研究展望。

1城鄉有機廢棄物現狀

隨著城鄉生活水平的不斷提高，工農業生產水平的快速發展，城鄉有機廢棄物的排放量日益增大。據不完全統計，2010年中國的污水處理廠達2000余座[3]，污泥的產量大幅增加；畜禽場密集的鄉鎮，畜禽類糞便已到達到600 t[4]；秸稈的總量也在逐年增加[5]，對城鄉有機廢棄物的處置與再利用已十分迫切。目前，土地利用、陸地填埋、焚燒和排海這4種方式是世界上大多數國家對有機廢棄物普遍采取得方式[6]。由于排海直接對海洋環境造成污染，這種方法在大多數國家已被禁用[6]，陸地填埋會造成土壤的污染和高昂的土地污染恢復治理費用，焚燒不僅成本高，而且廢棄物焚燒工藝的尾氣排放會對環境產生污染[7]。有機廢棄物農用不僅可大量處置廢棄物，而且施用后對土壤物理、化學及生物學性狀有一定的改良作用[8]。因此，有機廢棄物的土地利用現已成為各國最廣泛的處置方式。對于中國而言有機廢棄物農用是最為可行、最為現實的處置方案[9-11]。

2城鄉有機廢棄物農用優點

2.1城鄉有機廢棄物農用對土壤肥力的影響

城鄉有機廢棄物含有與廄肥大致相似的全氮、磷、鉀等含量，施入土壤后能明顯提高土壤中氮磷含量[12]，從而提高土壤肥力。城鄉有機廢棄物中含有的有機質、腐殖質可改善土壤物理性質，是良好的土壤改良劑，它可以促成團粒形成，增大土壤孔隙[12-13]，增加土壤微生物的活性，使得土壤中養分得到活化，提高了土壤肥力。

2.2城鄉有機廢棄物農用對作物的優點

城鄉有機廢棄物含有大量的有機物質和植物生長隨需要的營養成分，對植物的生長產生很好的促進作用。康少杰等[14]研究污泥肥對油菜品質性狀及重金屬累積特性的影響，結果表明適量的污泥肥可明顯提高油菜產量和品質。蔡全英等[15]通過對城市污泥及其堆肥對盆栽通菜和蘿卜產量的影響，得出不同性質土壤上施用適量污泥，通菜的產量得到明顯的提高。陳同斌等[16]的研究表明，污泥復合肥可以提高小麥產量，并且增產效果高于化肥。黃繼川等[17]的研究結果表明，秸稈堆肥可明顯提高生菜的品質。以上研究表明，有機廢棄物農用在施用適量范圍內可以提高作物的產量和品質。有機廢棄物農業利用可替代部分化學肥料，使生產費用降低，適合中國目前的經濟發展狀況。

3有機廢棄物農用對土壤造成的潛在風險

3.1城鄉有機廢棄物農用對土壤重金屬的影響

重金屬污染是土壤污染中污染面積最廣、危害最大的環境問題之一。農業有機廢棄物中的重金屬進入土壤后難以被微生物降解，遷移性小，很難被清除，易在土壤中富集。

許多研究認為，城鄉有機廢棄物資源化處置的最有效方法是城市有機廢棄物農用。然而，目前的研究結果對城鄉有機廢棄物農用的風險方面的研究并不足，特別是重金屬在土壤中積累的問題，隨著城鄉有機廢棄物農用，重金屬在環境中積累的風險日漸被人們關注[18-19]。長期施用有機廢棄物最終會對土壤和作物造成污染[20-21]。李國學等[22]通過施用污泥堆肥，對土壤和青菜重金屬積累特性的影響研究表明，長期施用污泥堆肥會引起作物重金屬超標。

3.2城鄉有機廢棄物農用對生物學性質的影響

3.2.1城鄉有機廢棄物農用對土壤酶的影響土壤酶是一類具有催化能力的生物活性物質，是土壤生態系統代謝的重要動力之一，土壤中一切生物、化學過程要在酶的參與下才能完成[23]。

土壤理化性質的不同也可以影響土壤酶活性的變化。和文祥等[24]、Brookes[25]的研究認為，土壤理化性質可以直接或間接影響土壤酶活性。土壤酶具有穩定、敏感的特性，其活性大小能夠作為判定土壤重金屬污染程度的指標[26-28]，這與高秀麗等[29]發現，當土壤基本性質一致時部分土壤酶可以反映重金屬污染的研究結果一致。由于城鄉有機廢棄物農用可以影響土壤理化性質，有機廢棄物農用也會改變土壤酶的活性。土壤酶活性能夠比較全面、靈活可靠地反映土壤肥力質量變化[23]，土壤酶也是評價土壤質量的指標；孫瑞蓮[30]研究發現，蔗糖酶、脲酶及磷酸酶與土壤養分各因子均呈顯著或極顯著正相關。一般認為，有機質與土壤酶的來源和營養有關，對土壤酶活性有重大影響[31]。和文祥等[24]通過研究陜西7種不同土壤認為，土壤有機質與土壤脲酶呈顯著或極顯著相關，得出土壤有機質等肥力因素是影響土壤脲酶的主要因子。王涵等[32]認為，在有機質含量豐富并不是酶活性限制因子時，土壤酶活性與有機質并無太大關系。

3.2.2城鄉有機廢棄物農用對微生物學性質的影響早期研究發現，土壤微生物參數可以敏感地指示土壤環境條件的變化[33-34]，向土壤中加入有機廢氣物必然會改變土壤的基本性質，然而任何能改變土壤性質的因素都可影響土壤的微生物區系[35]，從土壤微生物角度，研究土壤環境條件的改變對土壤生物學的影響是非常有必要的。

土壤微生物在土壤中繁衍，是土壤中活的有機體，土壤中微生物量、生物活性與土壤中有機質的含量有密切的關系[36]。有關研究表明，土壤有機質含量增加可以提高土壤中微生物的總量[37]，高養分是城市有機廢棄物的主要特征。李秀英等[38]的研究表明，長期向土壤中施加NPK配施有機肥或秸稈可使土壤中的細菌、真菌、放線菌的數量得到明顯的提高，也可增加土壤中的固氮菌、氨化細菌、反硝化細菌、硝化細菌、纖維素分解菌的數量。譚周進等[39]得出土壤的肥力水平可用土壤中的真菌數量表示，并且土壤微生物活性與土壤有機質含量程正相關。徐陽春等[40]、胡誠等[41-42]的研究結果表明，土壤微生物體內的碳含量與土壤的生化活性呈正相關。影響微生物活性的環境因子較多，施入土壤中的有機廢棄物在不同條件下對微生物的影響也不盡相同。

4城鄉有機廢棄物資源化研究的展望

城鄉有機廢棄物農業利用是目前中國對廢棄物處置最為主要的方法，有機廢棄物農業利用可以改良土壤物理性狀，提高土壤保肥能力，使農作物增產。但是不可否認，以高養分和重金屬雙重富集為特征的有機廢棄物對生態環境造成了潛在風險[43-47]，必須予以重視。有機廢棄物中的重金屬的持久性，積累性特點是影響城鄉有機廢棄物農用推廣的主要因素，如何更好地推動有機廢棄物的農業利用需要進行如下的工作：（1）有機廢棄物農用要嚴格控制有機廢棄物的施用指標，不得超過國家標準所規定的有害物質的標準。應根據其土壤背景值嚴格按照計算得到的廢棄物施用量進行施用。（2）要根據土壤的承受能力、作物的敏感程度科學地向土壤中施加有機廢棄物，因為不同的土壤、不同的作物對有機廢棄物的適應性不同。（3）有機廢棄物對土壤和作物造成的危害是一個長期積累的過程，向土壤中施入有機廢棄物其風險不會立即表現出來，長期施用其不利的一面才會明顯的變現出來，因此有機廢棄物農用要進行長期定位監測，長期關注施入土地內土壤及作物的變化。（4）加強風險研究，為有機廢棄物安全使用提供科學依據。

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