薛萬來, 李法虎

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污泥不同利用形式及利用量對土壤生態(tài)環(huán)境的影響

薛萬來1,2, 李法虎1*

1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院, 北京 100083 2. 北京市水科學(xué)技術(shù)研究院, 北京 100048

為評估污泥短期土地利用對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響, 對比分析了污泥堆肥、生污泥及化肥對照區(qū)土壤表層化學(xué)性質(zhì), 土壤重金屬含量差異, 并利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對不同處理下土壤環(huán)境質(zhì)量進行評價。研究結(jié)果表明: 施用污泥堆肥和生污泥可以提高土壤氮磷及有機質(zhì)含量, 降低土壤pH值, 對土壤全鉀含量和鹽分含量影響較小; 與對照區(qū)CK相比, 污泥土地利用各小區(qū)僅增加了土壤中汞含量, 其余各重金屬元素與CK差異不大, 各處理重金屬含量均在土壤環(huán)境質(zhì)量II級范圍內(nèi), 污泥短期土地利用沒有顯著增加土壤重金屬含量; 污泥土地利用各小區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI在64.63—127.11之間, 部分處理土壤重金屬污染達到中等污染, 鎘是主要的污染因子, 其對潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)貢獻比例達到31.73%—53.36%, 其余重金屬生態(tài)風(fēng)險指數(shù)較低。

污泥堆肥; 生污泥; 土壤重金屬; 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

1 前言

隨著城市化快速發(fā)展, 污水處理廠數(shù)量和規(guī)模日益增多, 伴隨污水處理產(chǎn)生的污泥量也不斷增多。由于污泥中含有大量的氮、磷、有機質(zhì)等營養(yǎng)成分, 施用污泥可增加土壤養(yǎng)分, 促進植物生長, 為污泥土地利用提供有利條件。目前農(nóng)田土地利用是污泥處理的主要方式, 約占污泥處置總量的45%[1-3]。同時污水中50%—80% 以上重金屬濃縮于剩余污泥中, 重金屬含量約為干污泥的0.5%—2%, 甚至高達4%, 污泥土地利用可能會對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響?，F(xiàn)有研究表明, 施用污泥可顯著提高土壤中Zn, Cu 和Pb含量[4], 且隨污泥施用量增加, 土壤重金屬含量也隨之增加, 但不同重金屬增加的幅度卻有所不同。傅華等[5]研究表明, 污泥施用量在4—8 kg·m-2時, 與對照相比, 土壤0—20 cm土層中Fe、Cu、Zn 的含量增加, 而Ni、Pb、Cr、As 和Hg 含量與對照差異不顯著, 重金屬垂向遷移性不明顯。同時Madrid F等[6]研究表明, 在中性石灰性土壤中, 雖然污泥含有較大比例重金屬, 但并不影響土壤對其的固定能力, 就重金屬垂向遷移性而言, 施用污泥不會對環(huán)境造成影響。目前關(guān)于土壤重金屬污染風(fēng)險, 研究結(jié)論不一。本研究通過污泥土地利用田間試驗, 研究污泥不同利用形式及利用量對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響, 并通過引入潛在生態(tài)危害指數(shù)對不同處理土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度進行評價[7-9], 以期為污泥土地合理利用提供參考。

2 材料與方法

2.1 試驗設(shè)計

本研究在北京市灌溉試驗中心站內(nèi)進行, 試驗站位于北緯39°20′, 東經(jīng)114°20′, 海拔12 m, 多年平均降雨量565 mm, 多年平均水面蒸發(fā)量1140 mm, 多年平均氣溫11.5℃, 無霜期185 d。

試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計, 設(shè)2種處理, 分別為污泥堆肥處理和生污泥處理, 以施用化肥小區(qū)作為對照, 每個處理重復(fù)3次, 小區(qū)面積為5 m×5 m =25 m2。本試驗中生污泥和污泥堆肥晾干粉碎后均勻施入土壤, 其余操作同常規(guī)化肥處理一致。每個試驗小區(qū)四周采用水泥預(yù)制板與外界或相鄰小區(qū)隔離, 以防止相互干擾, 預(yù)制板高0.3 m, 其中地面以上0.2 m、地面以下0.1 m; 磚墻以下采用厚1 mm的土工防滲膜隔離。

具體方案:

1)化肥對照CK: 以當(dāng)?shù)叵挠衩壮Ｒ?guī)施用量為基礎(chǔ), 即每畝25 kg的磷酸二銨作為基肥, 尿素每畝25 kg作為追肥;

2)污泥堆肥處理DF: 設(shè)3個水平, 分別為DF1:1 kg·m-2、DF2:2 kg·m-2和DF3:4 kg·m-2;

3)生污泥處理SW: 同污泥堆肥處理, 設(shè)3個水平, 分別為SW1:1kg·m-2、SW2: 2 kg·m-2和SW3: 4 kg·m-2。

2.2 供試材料

供試作物: 玉米品種為三北211, 于2011年6月21日種植, 9月27日收獲, 種植密度約每公頃6.4萬株, 按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)的農(nóng)業(yè)措施進行管理。

供試土壤: 堿性壤土質(zhì)潮土, 試驗前取土分析, 土壤中重金屬含量見表1。

供試污泥: 分為生污泥和污泥堆肥兩種。生污泥來自北京市高碑店污水處理廠(生活污水為主), 污泥堆肥由北京城市排水集團責(zé)任有限公司龐各莊污泥堆肥廠提供, 污泥堆肥是原料為含水率80%生污泥與返混料及蘑菇渣等物質(zhì)組成, 采用CET條垛式好氧堆肥技術(shù), 按照一定比例混合, 堆肥時間為30左右, 混合后的含水率達到50—60%。

生污泥和污泥堆肥2種污泥處理的重金屬含量基本在一個水平上, 且所有處理的重金屬含量在中國農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)(GB4284- 1984)。試驗前2種污泥的重金屬含量見表1, 單位以干污泥計。

2.3 取樣及樣品處理

土壤樣品于玉米收獲后即2011年10月份按0—20 cm、20—40 cm分層多點采集土樣, 土樣采集充分混合后經(jīng)風(fēng)干、去雜、過篩后供土壤重金屬元素和養(yǎng)分元素測定, 土壤重金屬和養(yǎng)分元素測試于2011年11月在北京市理化中心實驗室完成。

表1 供試土壤及污泥重金屬含量(mg·kg-1)

土壤重金屬Ni、Cr、Zn、Cu、Cd、Pb按GB/T 5009-2003用原子吸收分光光度法測定, As、Hg 按GB/T 5009-2003用原子熒光光譜儀測定, 全氮含量測定用半微量凱式定氮法測定, 全磷按NY/T 88-1988紫外可見分光光度計測定, 全鉀按GB/T 5009.91-2003原子吸收分光光度計測定, 全鹽量按NY/T 1121.16-2006烘干法測定, pH值按GB 6920-1986用pH測試儀測定, 有機質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀法。

2.4 評價方法

(1)潛在生態(tài)危害指數(shù)法

本研究采用提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法()對污泥短期土地利用土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險危害進行評價[10]。該方法不僅反映某一特定條件下土壤重金屬污染物的影響, 而且結(jié)合重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng), 重點確定了重金屬的毒性系數(shù), 按照單因子污染物生態(tài)風(fēng)險指標(biāo)E和總的潛在生態(tài)風(fēng)險指標(biāo)進行風(fēng)險分級, 是目前此類研究中較為廣泛利用的方法。其計算公式為:

式中,C—某一重金屬的污染系數(shù);C—土壤中重金屬的實測值;C—重金屬的參比值;C—重金屬的綜合污染程度(the Degree of Contamination);T—重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)(the Toxic Response Factor);E—單因子的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)(the Potential Ecological Risk Factor);—潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(the Potential Ecological Risk Index)。C、C、E、相對應(yīng)的污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險程度參照王瑩[11]、賈振邦[12]、樊文華[13]等, 結(jié)果如表2所示。

1)評價要素的確定。考慮污泥施用對土壤環(huán)境質(zhì)量及對作物品質(zhì)可能產(chǎn)生的影響, 結(jié)合本研究目的, 選取土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中要求的8種重金屬元素作為評價因子, 即Pb、Cd、Cr、Hg、AS、Cu、Zn和Ni。

2)參比值C的確定。目前不同學(xué)者對參比值的選擇不盡相同, 部分學(xué)者以全球沉積物重金屬平均值為參比; 有的以頁巖中重金屬含量平均值為參比; 有的以研究區(qū)當(dāng)?shù)爻练e物重金屬背景值作為參比。而Hakanson則提出以現(xiàn)代化工業(yè)前沉積物重金屬的最高值為參比。一些學(xué)者在研究重金屬對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響采用當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸底鳛閰⒈萚14]。結(jié)合本研究目的, 本文選擇北京地區(qū)土壤背景值作為參比值(見表4)。

表2 重金屬污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險程度分級

3)毒性響應(yīng)系數(shù)T的確定。此值反映重金屬的毒性水平和生物對其污染的敏感程度, 以制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬響應(yīng)系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn), 同時參照現(xiàn)有的一些研究成果[15]確定了8種重金屬毒性響應(yīng)系數(shù), 即元素Pb、Cd、Cr、Hg、AS、Cu、Zn和Ni分別為5、30、2、40、10、5、1和5。

(2)潛在生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù)法

由于不同土層中重金屬對環(huán)境的影響程度不同, 借鑒樊文華等人[13]的研究方法, 采用重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù)對不同土層土壤環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價, 它是利用不同土層的權(quán)重確定重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險, 進而對整個土層的土壤環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù)的計算公式為:

式中,—潛在生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù);W—第土層的權(quán)重;P—第層土層評價指標(biāo)(潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù))。

不同土壤層次權(quán)重采用楊秀紅等[16]的方法, 利用基于Horn開發(fā)的根系活動區(qū)水的衰減深度:

式中,L—深度在處衰減水值;—土壤深度, cm;—總的根深, cm。

L在2個深度的積分值被認為反映了該深度層的土壤權(quán)重。本文采用楊秀紅等[16]的做法, 取總的根深為100 cm, 據(jù)此得到0—20 cm、20—40 cm土層加權(quán)系數(shù)W分別為0.6369、0.3631。

2.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS16.0單因素方差(One-Way ANOVA) 分析, 不同處理間多重比較采用LSD方法, 經(jīng)t檢驗(p<0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

表3是不同處理土壤表層化學(xué)性質(zhì)含量值。由表3可以看出, 污泥堆肥DF和生污泥SW處理與CK相比, 都顯著增加了土壤中的全氮含量, DF1、DF2、DF3、SW1、SW2和SW3全氮含量與CK相比分別提高了42.86%、45.45%、63.64%、22.08%、62.34%和55.84%。污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW不同水平間全氮含量差異不顯著, 說明污泥不同利用形式對土壤中全氮含量影響較小。污泥堆肥處理DF的全磷含量與CK存在顯著差異, 全磷含量分別提高了30.56%、56.94%和87.50%, 而生污泥處理中除SW1外也均與CK處理間存在顯著差異, 說明污泥不同利用形式和利用量對土壤全磷含量影響較大。污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW的全鉀含量都小于CK, 可見污泥對土壤全鉀含量影響較小。污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW土壤表層有機質(zhì)含量均隨污泥施用量的增加而增加, 施用污泥可以提高土壤有機質(zhì)含量, 污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW與CK相比有機質(zhì)含量差異較小。污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW土壤pH值都小于CK, 說明施用污泥可以降低土壤pH值, 改善土壤酸堿性。生污泥處理SW土壤表層鹽分與CK相比存在顯著差異, 施用生污泥在一定程度上提高了土壤表層的鹽分, 而堆肥污泥處理DF土壤表層鹽分含量除DF3外, 與CK之間差異不顯著。

3.2 對土壤重金屬含量的影響

由表4可以看出, 污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW不同水平間土壤重金屬含量均呈現(xiàn)土壤表層大于中下土層的規(guī)律, 說明重金屬在土壤中的垂向遷移性較小。研究區(qū)不同處理間鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在18.12—28.40 mg·kg-1之間, 平均為22.06 mg·kg-1, 超過當(dāng)?shù)乇尘爸档臉悠窋?shù)有4個, 分別為DF1、DF3、SW1和SW3的表層土壤, 與CK相比, 污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW表層土壤鉛含量均大于CK, 中下部土層鉛含量均小于CK; 不同處理間的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在0.118—0.19 mg·kg-1之間, 平均為0.14 mg·kg-1, 各處理鎘含量值均超過當(dāng)?shù)乇尘爸? 與CK相比, 污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW表層土壤鎘含量與其相差不大, 中下部土層鎘含量均小于CK; 不同處理間的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在47.84—58.90 mg·kg-1之間, 平均為53.69 mg·kg-1, 各處理鉻含量值均超過當(dāng)?shù)乇尘爸? 與CK相比, 污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW各層均小于CK; 不同處理間的汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在0.025—0.110 mg·kg-1之間, 平均為0.054 mg·kg-1, 除DF3和SW3處理外, 各處理汞含量值均低于當(dāng)?shù)乇尘爸? 與CK相比, 污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW各層汞含量均大于CK, 說明施用污泥與化肥相比, 增加了土壤中汞含量; 不同處理間的砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在4.25—7.50 mg·kg-1之間, 平均為5.71 mg·kg-1, 除DF3、SW1和SW2處理外, 各處理砷含量值均低于當(dāng)?shù)乇尘爸岛虲K; 不同處理間的銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在13.78—21.40 mg·kg-1之間, 平均為17.93 mg·kg-1, 各處理土壤表層銅含量均大于當(dāng)?shù)乇尘爸? 中下部土層小于當(dāng)?shù)乇尘爸? 與CK相比, 各處理土壤各層銅含量均小于CK; 不同處理間的鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在42.76—71.50 mg·kg-1之間, 平均為55.59 mg·kg-1, 除DF1和DF3外, 各處理土壤各層鋅含量均小于當(dāng)?shù)乇尘爸? 與CK相比, 除DF3外, 各處理土壤各層鋅含量均小于CK; 不同處理間的鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在19.86—26.50 mg·kg-1之間, 平均為23.70 mg·kg-1, 超過背景值的樣品數(shù)有6個, 分別為DF1、DF3、SW1、SW2和SW3, 與CK相比, 各處理土壤各層鎳含量均小于CK?？v觀所有數(shù)據(jù), 污泥處理不同土層所有元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)II級范圍內(nèi), 短期施用污泥對土壤質(zhì)量是安全的。

表3 不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響(0—20 cm)(均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

注: 同列小寫字母不同表示差異達到0.05(LSD)的顯著性水平。

3.3 土壤污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險評價

由表5可知, 不同污泥施用形式和施用量下土壤綜合污染程度C為6.63—10.18, 平均值為8.20, 處于中度的污染程度, 最大值出現(xiàn)在DF3即4 kg·m-2施用量的小區(qū)內(nèi)。不同層次的污染等級也都呈現(xiàn)出0—20 cm為中等污染, 20—40 cm為低的污染水平的變化規(guī)律。污泥施用小區(qū)各重金屬污染系數(shù)C平均值由高至低依次為鉻>鎘>鋅>銅>鉛>鎳>砷>汞, 污染系數(shù)最小值汞的C僅為0.67, 處于較低的污染水平, 鎘、鉻元素的污染系數(shù)平均值均在1以上3以下, 處于中等污染水平, 鉛、砷、鋅和鎳元素的污染系數(shù)平均值也均在1以下, 處于低的污染水平。對照區(qū)CK 0—20 cm和20—40 cm的綜合污染程度分別為9.18、8.99, 處于中等污染程度。

從表5還可以看出, 不同污泥施用量及利用形式, 各重金屬元素的污染系數(shù)變化沒有一定規(guī)律, 并沒有隨著污泥利用量增加而增加, 這說明土壤中重金屬污染來源除了外源輸入外, 還和土壤本身理化性質(zhì)密切相關(guān)。在本研究中, DF1、DF2、SW2整個土層, 以及DF3、SW1、SW3的中下部土層污染系數(shù)都小于CK, 這也說明了在本研究區(qū)內(nèi)施用污泥(堆肥、生污泥)沒有顯著增加土壤中重金屬含量。分析原因可能是本地土壤背景值中含有較高重金屬含量(見表1), 加上試驗所用污泥主要來源于當(dāng)?shù)厣钗鬯? 污泥中含有的重金屬總量本身就較少, 因此由污泥施用帶入土壤中的重金屬量相對較少, 因而出現(xiàn)本研究中的結(jié)果。

表4 不同處理土壤重金屬含量分析結(jié)果

表5 不同處理土壤重金屬的污染系數(shù)及綜合污染程度分析

表6是不同處理土壤各重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)和生態(tài)風(fēng)險指數(shù)。從表6可以看出, 污泥堆肥處理DF和生污泥處理SW不同處理不同層次土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在64.63—127.11之間, 部分處理達到了中等污染程度, 其平均值為89.66, 潛在生態(tài)風(fēng)險達到較低程度, 與CK相比差異不大。從不同處理土壤單個污染要素來看, 鎘元素潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)E最高, 介于30.76—47.90之間, 平均為36.45, 低于CK平均值41.85, 總體來說為低污染程度, 其余各重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)也都小于40, 為低污染程度。從總體污染程度來看, 各重金屬對生態(tài)風(fēng)險影響程度從大到小依次為鎘>汞>砷>銅>鎳>鉛>鉻>鋅。

從表6還可以看出, 不同處理土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù)介于84.74—107.56, 屬于低的污染程度, 與CK相比, 各處理的生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù)都大于CK處理的82.19, 由生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù)可以看出污泥施用與CK相比, 增加了土壤的生態(tài)風(fēng)險, 需引起關(guān)注。此外, 無論是污泥堆肥DF處理還是生污泥SW處理, 鎘都是主要的污染因子, 其對潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)所貢獻的比例達到了31.73%—53.36%。這可能是由于污泥施用區(qū)中鎘含量較背景值高許多, 另一面也與鎘具有較大的生物毒性系數(shù)有關(guān)。

4 討論

4.1 污泥土地利用對土壤理化性質(zhì)的影響

本研究結(jié)果表明, 無論是施用污泥堆肥還是生污泥都提高了土壤全氮、全磷和有機質(zhì)含量, 而土壤全鉀含量變化不大, 土壤pH值也隨污泥施用量的增加而不斷降低 , 這與路慶斌[18]、李夢紅[19]等人的研究結(jié)果一致。這可能是因為污泥土地利用能夠改善土壤物理特性, 增加土壤有效孔隙, 改善孔隙結(jié)構(gòu)和大小分布, 提高土壤水分含量和持水量[19],減少因徑流導(dǎo)致的營養(yǎng)元素流失, 同時由于污泥中含有聚丙烯酰胺、脂肪以及水溶性多糖等物質(zhì), 能促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成, 改善土壤的持水和透氣性能, 增加水穩(wěn)性團聚體數(shù)量, 從而使土壤保持較高的肥力特性; 另一方面, 污泥中含有大量的速效氮、磷能夠直接被植物吸收利用, 且污泥中有機態(tài)的氮、磷含量也較高, 尤其經(jīng)過堆肥處理的污泥, 施進土壤后有機態(tài)的氮、磷在土壤微生物的作用下逐漸礦化, 向土壤中供肥持續(xù)時間較長[20]。因此, 污泥土地利用能夠增加土壤的保肥和供肥能力, 改善土壤的肥力特性。

表6 不同處理土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果

4.2 污泥土地利用對土壤重金屬含量的影響

由于污水中大部分重金屬最后都濃縮于剩余污泥中, 污泥土地利用可能產(chǎn)生的土壤重金屬累積是限制其大規(guī)模利用的最主要因素。在本研究中, 與對照CK相比, 污泥堆肥處理和生污泥處理土壤重金屬僅汞含量大于CK, 但也在當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸捣秶鷥?nèi), 其余重金屬含量都與CK相當(dāng)或是小于CK, 說明污泥短期土地利用相對于常規(guī)化肥施用, 并沒有顯著增加土壤中重金屬含量, 同時參考土壤環(huán)境質(zhì)量II級標(biāo)準(zhǔn), 所有處理都在II級范圍內(nèi)。因此, 在本研究區(qū)范圍內(nèi)污泥短期土地利用是安全的, 這與傅華等[6]的研究結(jié)論正好相反分析。原因可能是本次所用污泥主要來自于生活污水, 污泥中本身含有的重金屬量很微弱, 加上本次試驗污泥施用量較小, 由污泥利用而帶入土壤中的重金屬量就更少, 同時本研究結(jié)果基于的是一年試驗數(shù)據(jù), 土壤重金屬外源輸入較少, 因此, 土壤中重金屬的量主要由土壤本身決定。由于重金屬污染是累積性污染, 關(guān)于污泥土地利用對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響需要進一步延長試驗?zāi)晗迊磉M一步驗證。

4.3 污泥土地利用對土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價

由于目前國家沒有統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn), 在土壤重金屬污染評價中對同一對象選擇不同的標(biāo)準(zhǔn), 會得出不同的結(jié)論。如采用當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸颠M行評價時得出的結(jié)論最為嚴(yán)重, 采用土壤環(huán)境質(zhì)量II標(biāo)準(zhǔn), 一般均不超標(biāo), 本研究中土壤重金屬含量相對于土壤環(huán)境質(zhì)量II級標(biāo)準(zhǔn)均不超標(biāo), 這與梁麗娜等[20]的研究結(jié)論較為一致, 而通過引入重金屬毒性系數(shù)對土壤重金屬進行潛在生態(tài)風(fēng)險評價, 得出DF3和SW3表層土壤重金屬污染達到中等污染, 需引起足夠的重視。這也是潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的優(yōu)勢, 即不僅可以反映特定環(huán)境中全部污染物的影響, 而且通過這一指數(shù)指出需要關(guān)注的污染因子, 這對于通過某一主要污染因子來確定污泥合理施用量具有重要作用。

5 結(jié)論

通過試驗分析了污泥短期土地利用對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響, 得到以下結(jié)論:

1)施用污泥堆肥和生污泥可以提高土壤氮、磷和有機質(zhì)含量, 同時降低土壤pH值, 對土壤全鉀含量和鹽分含量影響較小。

2)與對照CK化肥施用小區(qū)相比, 污泥堆肥處理和生污泥處理僅增加了土壤中汞含量, 其余重金屬含量都與CK相當(dāng)或小于CK, 各處理重金屬含量均在土壤環(huán)境質(zhì)量II級范圍內(nèi), 污泥短期土地利用相對于化肥常規(guī)施用并沒有顯著增加土壤重金屬含量, 對土壤生態(tài)環(huán)境是安全的。

3)污泥堆肥和生污泥不同處理土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在64.63—127.11之間, DF3和SW3表層土壤重金屬污染達到中等污染。各處理下鎘是主要的污染因子, 其潛在的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)所貢獻的比例達到了31.73%—53.36%, 應(yīng)引起足夠重視。

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Effects of short-term land use of sewage sludge on soil environmental quality

XUE Wanlai1,2, LI Fahu1*

1.College of Water Conservancy and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China 2. Beijing Water Science and Technology Institute, Beijing 100048, China

To assess the impact of short-term land use of sewage sludge on soil environmental quality, it comparatively analyzed the soil surface chemical properties and difference in soil heavy metal contents of sludge compost, raw sludge and fertilizers areas, and used the potential ecological risk index to evaluate soil environmental quality of different treatments. The results showed that raw sludge and sewage sludge compost increased soil nitrogen and phosphorus and organic matter content, reduced soil pH, and had less impact on the soil total potassium content and salt content. Compared with CK, treatments of sludge only increased mercury levels in soil, and other heavy metals contentswere under the range of level II in the soil environment quality; short-term land use of sludge did not significantly increased the heavy metal content in soil. The potential ecological risk index (RI) of sludge treatments was 64.63-127.11; part of the soil heavy metal pollution was in medium pollution. Cadmium was a major pollution factor, and its contribution to the potential ecological risk index ratio reached 31.73% - 53.36%; the ecological risk indexes of other heavy metals were low.

sludge compost; raw sludge; soil heavy metals; the potential ecological risk index

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.01.016

X53

A

1008-8873(2018)04-130-08

2017-03-25;

2017-05-18

水利部“948”項目“蒸滲儀在城鎮(zhèn)污泥土地利用研究中的應(yīng)用”（201314）

薛萬來（1989—），男，江蘇淮安人，博士研究生，主要從事水土保持與土壤生態(tài)修復(fù)研究，E-mail：xuewanlai@126.com

李法虎（1963-），男，河南新鄉(xiāng)人，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程與水土環(huán)境的研究，E-mail：lifahu@cau.edu.cn

薛萬來, 李法虎. 污泥不同利用形式及利用量對土壤生態(tài)環(huán)境的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(4): 130-137.

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