堆肥污泥施用后氮磷流失對(duì)水環(huán)境影響的研究

李英儒， 趙可，張小雨

堆肥污泥施用后氮磷流失對(duì)水環(huán)境影響的研究

李英儒， 趙可，張小雨

（吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130118）

為探討堆肥污泥土地利用后，在持續(xù)降雨情況下，從堆肥污泥中流失的氮磷對(duì)水環(huán)境的影響，選取校園林地土壤及北郊污水處理廠的堆肥污泥進(jìn)行淋溶實(shí)驗(yàn)，旨在研究長春地區(qū)雨季豐沛期，堆肥污泥林地利用過程中氮磷流失對(duì)水環(huán)境的影響。結(jié)果表明，初次淋洗時(shí)土壤淋溶液中氮、磷素的含量，均隨堆肥污泥施用量的增加而增加，總氮由對(duì)照組的3.055 mg/L升至3.429 mg/L；總磷由對(duì)照組的0.251 mg/L升至0.409 mg/L；氨氮由對(duì)照組的0.896 mg/L升至1.208 mg/L。另外，當(dāng)堆肥污泥在林地土壤中的施用量控制在40％以下，月降雨量達(dá)到205.5 mm時(shí)，土壤淋溶液中氨氮的含量將升高至1.208 mg/L，仍符合農(nóng)業(yè)用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

堆肥污泥；淋溶實(shí)驗(yàn)；氮素；磷素

近年來，隨著有機(jī)固體廢物土地利用方式的普及，如何做到有機(jī)固體廢物的合理施用，避免給環(huán)境帶來污染，已逐漸成為目前環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，由于有機(jī)固體廢物中豐富的氮磷素的遷移流失可能會(huì)對(duì)水環(huán)境造成面源污染的現(xiàn)象，因此做到合理施用，對(duì)有機(jī)固體廢物的資源化利用具有重要意義。一些學(xué)者曾研究過，生活垃圾堆肥或畜禽糞便在土地利用過程中氮磷素的流失對(duì)水環(huán)境的影響[1]，但目前來看，關(guān)于探求堆肥污泥林地利用過程中氮磷流失對(duì)水環(huán)境影響的研究甚少。堆肥污泥是植物及作物良好的肥料，將堆肥污泥施用到園林綠地中，可促進(jìn)植物生長[2]。但堆肥污泥中含有的大量氮素、磷素，可能會(huì)隨雨水的沖淋而遷移流失，對(duì)水環(huán)境造成污染[3]，因此本實(shí)驗(yàn)以土柱淋溶的方式，來模擬林地土壤在施用堆肥污泥后受雨水沖淋的狀況，以探究堆肥污泥中流失的氮磷素對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)土壤為吉林建筑大學(xué)西門林地0～20 cm表層土壤，堆肥污泥來自長春市北郊污水處理廠，試供草種為白車軸草種子，土柱材料選用PVC管。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

土柱材料為PVC管，由柱1和柱2上下兩部分銜接組成（如圖1-2所示），柱1上下口徑均為110 mm，柱高140 mm；柱2上下口徑均為110 mm，柱高350 mm，柱2底部鋪一層20 mm厚的卵石和兩層篩網(wǎng)，柱2底部用石磚架起，用一燒杯收集淋溶液。

柱1裝有700 g混配土，混配土中堆肥污泥的質(zhì)量比依次為0％、5％、10％、20％、30％、40％，每個(gè)處理做三個(gè)重復(fù)。在混配土層中按照12 g·m-2的密度，均勻播撒白車軸草種子。柱2中裝滿林地土壤，壓實(shí)，使容重為1.36 g/cm3，同校園林地土壤容重。

依據(jù)《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》，發(fā)現(xiàn)近四年中，長春地區(qū)2016年年降雨量最大，因此選用2016年降雨量作為此次模擬降雨實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)支撐，其5月降雨量為205.5 mm、6月降雨量為113.8 mm、7月降雨量為115.2 mm、8月降雨量為109.2 mm、9月降雨量為194 mm、10月降雨量為45 mm。實(shí)驗(yàn)于7月20日開始至10月5日結(jié)束，為貼近自然降雨情形，每隔15天用收集的雨水淋洗1次土柱，共淋洗6次，通過控制每次加入到柱1中淋洗液的量，來調(diào)整水層積聚的深度，從而達(dá)到模擬各月份降雨量的目的，淋洗液采用雨天收集的未降落到地面的雨水，每次加入淋洗液后，收集淋溶液并對(duì)淋溶液中總氮、總磷、氨氮進(jìn)行分析。

按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）中的水質(zhì)檢測(cè)方法，對(duì)淋溶液中總氮、總磷、氨氮進(jìn)行測(cè)定。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置照片

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 堆肥污泥施用量對(duì)土壤淋溶液中總氮含量的影響

圖3 土壤淋溶液中總氮含量的變化

由圖3土壤淋溶液中總氮含量的變化趨勢(shì)可知，隨著淋洗次數(shù)的增加，土壤淋溶液中總氮的含量呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)。第3次淋洗時(shí)，不同處理組的淋溶液中總氮含量依次為：1.772、1.895、1.764、1.866、1.779和1.924 mg/L，均滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，符合農(nóng)業(yè)用水及一般景觀要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)污染地表水體。而堆肥污泥施用前期（即8月20日前），收集的淋溶液中總氮的含量均明顯高于2 mg/L，不符合地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，因此大面積地進(jìn)行堆肥污泥林地利用時(shí)可能會(huì)污染鄰近的河流、湖泊等地表水體[4]。

2.2 堆肥污泥施用量對(duì)土壤淋溶液中總磷含量的影響

圖4 土壤淋溶液中總磷含量的變化

如圖4土壤淋溶液中總磷含量的變化趨勢(shì)所示，隨著淋洗次數(shù)的增加，土壤淋溶液中總磷的含量呈現(xiàn)出逐漸降低的變化趨勢(shì)。第一次淋洗時(shí)所收集到的淋溶液中總磷的含量最高，除40％處理組土壤淋溶液中總磷的含量為0.409 mg/L，略微高于地表水V類標(biāo)準(zhǔn)外，其他處理組淋溶液中總磷的含量均滿足地表水V類標(biāo)準(zhǔn)。且在第3次淋洗時(shí)，土壤淋溶液中總磷含量，均低于0.2 mg/L，滿足地表水III類標(biāo)準(zhǔn)。第六次淋洗時(shí)，各處理組土壤淋溶液中總磷的含量達(dá)到最低，依次為：0.107、0.094、0.095、0.098、0.125、0.145 mg/L。因此，當(dāng)堆肥污泥林地施用時(shí)，將施用量控制在40％以下，土壤淋溶液中總磷含量的變化不會(huì)對(duì)水環(huán)境造成污染。

2.3 堆肥污泥施用量對(duì)土壤淋溶液中氨氮含量的影響

由圖5土壤淋溶液中氨氮含量的變化趨勢(shì)可知，隨著淋洗次數(shù)的增加，土壤淋溶液中氨氮含量同樣呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，且不同處理組在同一時(shí)期淋洗時(shí)，收集得到的淋溶液中氨氮的含量差別較為顯著。第一次淋洗時(shí)所收集到的淋溶液中氨氮的含量最高，各處理組中氨氮的含量依次是：0.896、0.932、0.945、0.965、1.123和1.208 mg/L，依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GBT14848-2017），均低于地下水IV類標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的1.5 mg/L，適用于農(nóng)業(yè)用水。

圖5 土壤淋溶液中氨氮含量的變化

第6次淋洗時(shí)所收集到的淋溶液中氨氮的含量最低，各實(shí)驗(yàn)組中氨氮的含量依次是：0.167、0.447、0.465、0.559、0.577和0.766 mg/L。因此，當(dāng)堆肥污泥施用比例控制在40％以下再進(jìn)行林地施用，淋溶液中氨氮含量的變化不會(huì)污染地下水水質(zhì)。

3 結(jié) 論

（1）堆肥污泥施用到林地后，會(huì)增加土壤淋溶液中總氮、總磷、氨氮的含量。隨著堆肥污泥施用比例的增加，初次淋洗時(shí)土壤淋溶液中總氮的含量增加了0.374 mg/L；總磷的含量增加了0.158 mg/L；氨氮的含量增加了0.312 mg/L，總氮含量增加最為顯著。

（2）第一次收集到的土壤淋溶液中氨氮的含量依次為0.896、0.932、0.945、0.965、1.123和1.208 mg/L，均滿足農(nóng)用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且淋溶液中氨氮含量整體呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢(shì)。因此，堆肥污泥在林地土壤施用時(shí)，將施用比例控制在40％以下，月降雨量達(dá)到205.5 mm，土壤淋溶液中氨氮含量的變化也不會(huì)污染水環(huán)境。

［1］賈麗娟. 洱海北部流域有機(jī)固體廢物氮磷污染及其控制對(duì)策研究[D]. 昆明理工大學(xué), 2013.

［2］韓朝, 常智慧. 城鎮(zhèn)生活污泥對(duì)綠地植物生長和生理的影響[J].草業(yè)科學(xué), 2014, 31（04）: 641-649.

［3］申榮艷, 許溢, 許霞. 城市污泥施入土壤后對(duì)氮素淋溶影響的初步研究[J]. 常州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2017, 29（01）: 27-34.

［4］劉坤, 任天志, 吳文良, 孟凡喬, Jessica Bellarby, Laurence Smith.英國農(nóng)業(yè)面源污染防控對(duì)我國的啟示[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 35（05）: 817-823.

Effect of Nitrogen and Phosphorus Loss on Water Environment After Application of Composting Sludge

,，

（Jilin Jianzhu University, Jilin Changchun 113118, China）

In order to explore the influence of nitrogen and phosphorus lost from composting sludge on water environment after land use under continuous rainfall, the soil of campus forestland and composting sludge from northern suburb sewage treatment plant were selected for leaching experiment, aiming to study the influence of nitrogen and phosphorus loss on water environment during the use of composting sludge forestland in rainy season in Changchun. The results showed that the content of nitrogen and phosphorus in soil leaching solution for the first time increased with the increase of applying composting sludge amount, total nitrogen content increased from 3.055 mg/L in the control group to 3.429 mg/L; Total phosphorus content increased from 0.251 mg/L in the control group to 0.409 mg/L. Ammonia nitrogen content increased from 0.896 mg/L in the control group to 1.208 mg/L. In addition, when the application amount of composting sludge in woodland soil was controlled below 40% and the monthly rainfall reached 205.5 mm, the content of ammonia nitrogen in soil leaching solution rose to 1.208 mg/L, still meeting the water quality standards for agricultural water.

composting sludge; leaching experiment; nitrogen; phosphorus

吉林省省級(jí)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新專項(xiàng)基金項(xiàng)目, 高性能復(fù)合水處理材料的研制與產(chǎn)業(yè)化，項(xiàng)目號(hào)：2018C044-4。

2020-01-02

李英儒（1993-），男，碩士，吉林省吉林市人，研究方向：污泥資源化利用。

TQ 440

A

1004-0935（2020）01-0025-03