施用生活污泥對(duì)土壤環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品安全潛在風(fēng)險(xiǎn)的研究

王相召

摘 要：生活污泥是污水凈化過程中的副產(chǎn)品，將生活污泥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)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(jī)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(nèi)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(duì)土壤環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品安全潛在風(fēng)險(xiǎn)問題。

關(guān)鍵詞：生活污泥;資源化利用;環(huán)境;影響

中圖分類號(hào) X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）12-0130-003

生活污泥的產(chǎn)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(jī)物及無機(jī)養(yǎng)分，農(nóng)林復(fù)合處理已成為當(dāng)前其資源處置的重要途徑。但是，城市生活污泥由于來源復(fù)雜，含有一定量的重金屬及有機(jī)污染物等，不科學(xué)的施用會(huì)造成土壤及生態(tài)環(huán)境污染。土地利用越來越被認(rèn)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(fù)和改良受損土壤，如廢棄土地和荒地，園林綠化建設(shè)和林地應(yīng)用[2]。生活污泥中含有一定的氮磷鉀養(yǎng)分，施入土壤后對(duì)培肥地力具有良好的效果。生活污泥中富含大量的有機(jī)質(zhì)，施用后可以顯著改善土壤的物理性質(zhì)，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(jī)污染物等有毒有害物質(zhì)，不合理的施用具有較高的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

目前，對(duì)農(nóng)用后污泥環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究還很薄弱[3]，污泥施用造成的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)尚未通過長期田間試驗(yàn)進(jìn)行分析和評(píng)估。許多學(xué)者雖對(duì)污泥的國內(nèi)使用進(jìn)行了相關(guān)研究，但對(duì)污泥應(yīng)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(duì)土壤環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的潛在影響，對(duì)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(duì)土壤環(huán)境的影響

1.1 對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響 生活污泥農(nóng)用能夠改善土壤的理化性質(zhì)。相關(guān)研究表明：污泥處理土壤中總氮和有機(jī)質(zhì)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(jī)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(jī)質(zhì)含量大幅度增加[6]。含有大量有機(jī)物的污泥不僅降低了土壤容重，還提高了土壤中骨料的穩(wěn)定性，增加了土壤保水能力[7]。相關(guān)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(dǎo)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(yǎng)分，有機(jī)質(zhì)和CEC得到了明顯改善，土壤對(duì)酸堿的緩沖能力得到了提高。提供營養(yǎng)素交換和吸附的活躍點(diǎn)，從而提高了肥料的利用率[12]。

1.2 對(duì)土壤生物學(xué)特性的影響 施用生活污泥有助于提高土壤環(huán)境中微生物與酶的活性。一般而言，土壤環(huán)境中微生物的活性大小與土壤養(yǎng)分水平的高低呈正相關(guān)關(guān)系。生活污泥的施加，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量[13]，土壤有機(jī)質(zhì)為各種微生物及酶活動(dòng)提供了豐富的碳源。研究表明：在不同地區(qū)、不同土壤環(huán)境背景值下，施入生活污泥對(duì)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(yǎng)分水平，有利于提高土壤環(huán)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(shù)量[15]。在合理的生活污泥與化肥的配施田間下試驗(yàn)中，土壤多酚氧化酶和中性磷酸酶的活性呈現(xiàn)增高趨勢，在污泥安全利用的同時(shí)，改善了土壤的微生態(tài)環(huán)境[16]。

1.3 對(duì)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(fēng)險(xiǎn)。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(xù)的施用會(huì)造成土壤和植物系統(tǒng)中重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)[17]。因此，生活污泥嚴(yán)禁用于無公害蔬菜的生產(chǎn)基地。相關(guān)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(fēng)險(xiǎn)。隨著污泥施用量的增加，土壤中大量Cu、Zn的積累風(fēng)險(xiǎn)越高。相關(guān)田間試驗(yàn)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(zhuǎn)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(yàn)發(fā)現(xiàn)：經(jīng)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(huì)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(yīng)嚴(yán)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(qiáng)監(jiān)測[22-23]。

2 施用生活污泥對(duì)作物產(chǎn)量及農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量的影響

生活污泥的施用可以提高作物產(chǎn)量。梁麗娜等[24]報(bào)道：施用污泥有助于促進(jìn)作物生長。研究表明，施加污泥后的第2季小麥產(chǎn)量增加28.9%～30.8%，污泥與復(fù)合肥配合施用具有良好的增產(chǎn)效果[25]。污泥作為肥料可以增加水稻和大豆對(duì)氮、磷、鉀的吸收，具有明顯的增產(chǎn)效果。在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上添加污泥有機(jī)肥，可以顯著提高糙米的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)。研究還發(fā)現(xiàn)，適量施用污泥大米可加速綠化，增加分蘗，增加體內(nèi)葉綠素含量。然而，與化肥相比，施用污泥的處理相對(duì)較晚，但如果過量施用污泥，則大米的分蘗無法控制，導(dǎo)致出生延遲，空粒率大幅增加，產(chǎn)量顯著下降[26]。在田間試驗(yàn)中，污泥的施用可以提高作物的養(yǎng)分和產(chǎn)量[27]。在盆栽試驗(yàn)中，最佳污泥量可以顯著提高油菜籽的產(chǎn)量。適當(dāng)施用污泥可以提高蔬菜的質(zhì)量指標(biāo)。通過研究污泥施肥處理下的作物籽粒重金屬含量發(fā)現(xiàn)：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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB2715-2005）和《食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB2762-2005）中對(duì)雜糧作物中重金屬含量的限制標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)，符合安全標(biāo)準(zhǔn)[27]。

3 展望

生活污泥施用可在一定程度上增加作物的產(chǎn)量，提高農(nóng)業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益。然而，生活污泥的應(yīng)用對(duì)于土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)以及作物品質(zhì)有一定的影響。長期施用生活污泥會(huì)導(dǎo)致土壤和作物中重金屬的積累。生活污泥的應(yīng)用可以改變土壤的環(huán)境條件，如土壤容重，孔隙度，田間持水量，土壤團(tuán)聚穩(wěn)定性以及飽和水力傳導(dǎo)率。含有高濃度重金屬的生活污泥會(huì)破壞土壤的某些物理和化學(xué)性質(zhì)。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(jī)物質(zhì)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(nóng)用的一大因素，所以污泥的資源化利用的過程中應(yīng)當(dāng)注意重金屬在植物體內(nèi)的累積，避免因農(nóng)業(yè)使用過剩污泥而導(dǎo)致作物重金屬含量超標(biāo)的現(xiàn)象。因此，污泥農(nóng)業(yè)資源化利用一項(xiàng)是具有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。但同時(shí)也應(yīng)看到，污泥在農(nóng)業(yè)資源化利用過程中對(duì)土壤環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品安全等的潛在問題。

參考文獻(xiàn)

[1]丘錦榮.不同玉米品種對(duì)新鮮城市污泥處理效果的初步研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，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(zhì)及其對(duì)蔬菜和菜地土壤的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，02：54-59.

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

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

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

[6]歐根能，寧平，楊月紅，等.污泥堆肥農(nóng)用對(duì)蔬菜生長狀況及重金屬吸收的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(nóng)用對(duì)土壤和作物重金屬累積及作物產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，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(tài)轉(zhuǎn)化[J].生態(tài)環(huán)境，2008，03：940-943.

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

[11]楊海霞.污泥制肥工藝及優(yōu)化條件的實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

[12]李夢紅，黃現(xiàn)民，諸葛玉平.污泥農(nóng)用對(duì)土壤中各形態(tài)重金屬含量變化的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，23：10156-10158.

[13]李海波，柳青.中國城市污泥資源化利用研究進(jìn)展[J].三峽環(huán)境與生態(tài)，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(xiàn).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(nóng)用效應(yīng)及其分析[A].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).2016中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第三卷）[C].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)，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(nóng)用資源化研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，S1：300-304.

[20]李夢紅.污泥農(nóng)用后土壤中重金屬對(duì)小麥和玉米品質(zhì)的影響及評(píng)價(jià)[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(jī)理及堆肥利用的研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

[22]胡玖坤，許景鋼.污泥的處理方法和農(nóng)用資源化展望[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，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(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2005，02：92-94，119-120.

[24]梁麗娜.污泥農(nóng)用對(duì)土壤和作物重金屬累積及作物產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，06：81-86.

[25]易紅星，王建龍.我國污泥農(nóng)用資源化的處置方法[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，03：273-276.

[26]申榮艷，駱永明.城市污泥的污染現(xiàn)狀及其土地利用評(píng)價(jià)[J].土壤，2006，05：517-524.

[27]朱啟紅.污泥農(nóng)用資源化研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006，12：22-24.

（責(zé)編：張宏民）