砂質(zhì)紅壤污泥農(nóng)用后P垂直遷移規(guī)律研究

拜得珍

（青海省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，西寧810007）

施用污泥對培肥地力及改良和修復(fù)土壤有較顯著效果［1－3］，尤其是P養(yǎng)分的再利用以及污泥對土壤中P的活化作用，緩解了紅壤P素的缺乏狀況，有望成為南方多山地區(qū)的肥力資源。然而，P也是引起水體富營養(yǎng)化的主要元素之一。廣泛認(rèn)為，由于土壤對P強(qiáng)大的吸附固持能力，加上P肥主要施在耕層，含量很低的下層土壤是一個(gè)吸持P素的巨大容量庫，使得土壤中的P向下淋溶損失量很少［4－8］，P的主要損失途徑是地表徑流和土壤侵蝕［9－11］。但最新田間觀察表明，土壤P的垂直遷移不容忽視［12－14］，雖然從農(nóng)地滲漏損失的P一般僅相當(dāng)于肥料施量的幾個(gè)百分點(diǎn)，但P的臨界濃度低達(dá)0.02～0.035mg／L就能引發(fā)湖水的富營養(yǎng)化［15］，如果P肥的施用量超過超過60mg／kg時(shí)，P的淋失則有呈線性增加的趨勢［16］，施用污泥同樣會(huì)造成土壤中有效P的積累，有淋失的風(fēng)險(xiǎn)［17－19］。但關(guān)于污泥農(nóng)用后淋溶損失的研究相對較少，實(shí)驗(yàn)手段單一。在研究方法方面，主要采用室內(nèi)培養(yǎng)測定其滲漏液的方法，對于田間條件下P素在剖面中的遷移狀況研究極為有限，尤其是對于污泥施用于紅壤后P的垂直遷移尚屬空白。南方紅壤區(qū)降雨量高，滲漏量大，污泥P素的淋失不容忽視，要實(shí)現(xiàn)南方坡地上的污泥利用，首先必須評價(jià)污泥污染物對水體的污染風(fēng)險(xiǎn)，明確污泥污染物隨地表徑流和滲濾水流失的規(guī)律，紅壤坡地上污泥污染物的垂直淋失規(guī)律，并結(jié)合本地實(shí)際，摸索出污泥坡地利用的安全模式，變得十分迫切。

本文采用干污泥和堆肥污泥對紅壤進(jìn)行撒施和穴施，采用有效P和水溶態(tài)P為指標(biāo)，研究污泥施肥紅壤中P垂直遷移規(guī)律，旨在為紅壤中污泥合理施用方法提供指導(dǎo)依據(jù)，為提高污泥P的肥效和降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地狀況

1.2 供試材料

污泥來自廈門海滄污水處理廠。新鮮污泥風(fēng)干后粉碎過2mm篩稱為干污泥（DS），另一部份污泥與木屑（3：1）混合堆肥處理后粉碎過2mm篩稱為堆肥污泥（CS）。干污泥和堆肥污泥有機(jī)質(zhì)分別為320.1，160.05g／kg，全氮含量分別為40.5，19.45g／kg，全P含量分別為18.59，12.30g／kg，有效POlsen-P分別為1 118，1 230mg／kg。供試土壤為砂壤土，具體性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

污泥施用方式分為撒施和穴施，污泥撒施指導(dǎo)施肥量按GB4284—1984規(guī)定，干污泥標(biāo)準(zhǔn)施入量為20，40t／hm2，堆肥污泥施用量為40，66t／hm2。污泥穴施則按干污泥和堆肥污泥集中施入或分別與50%土壤混勻穴施，因?yàn)樵谠囼?yàn)期間的采樣，都是采用施肥點(diǎn)的污泥進(jìn)行分析，所以在施肥過程中對穴施的施肥量并沒有進(jìn)行嚴(yán)格的限制，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用目的即可。具體試驗(yàn)方案如下：其中DS（Dry sewage）代表干污泥，CS（Compost sewage）代表堆肥污泥，X代表穴施。

1.3.1 污泥撒施處理

①CK：對照，不施污泥，重復(fù)3次；

② DS-10：微區(qū)撒施干污泥0.75kg，占表層土壤10%的質(zhì)量，即20t／hm2，折合全P371.8kg／hm2，有效P22.4kg／hm2，重復(fù)3次；

③DS-20：微區(qū)撒施干污泥1.50kg，占表層土壤20%的質(zhì)量，即40t／hm2，折合全P743.6kg／hm2，有效P44.7kg／hm2，重復(fù)3次；

工夫不大，“平地一聲雷”就端了上來。我定睛一看，哦，原來盤中碼著剛剛油炸的鍋巴，金黃酥脆，色澤艷麗，而且香氣濃郁。難道這就叫“平地一聲雷”嗎？“雷”在哪里呢？我們正疑惑間，只見服務(wù)員端著一碗滾燙的菜汁兒，快速地澆在剛出鍋的鍋巴上！頓時(shí)，金黃的鍋巴因突然受到熱汁兒的“刺激”，而發(fā)出了噼噼啪啪的爆裂聲！餐桌上瞬間像點(diǎn)燃了一堆爆竹，又像是盤中突然爆炸了一枚手雷，巨大的響聲和恢宏的場面，讓滿桌的食客聞聲色變，驚悸非常，“兩股戰(zhàn)戰(zhàn)，幾欲先走”！“平地一聲雷”，果不其然，形象貼切！

④CS-20：微區(qū)撒施堆肥污泥1.50kg，占表層土壤20%的質(zhì)量，即40t／hm2，折合全P492.0kg／hm2，有效P81.2kg／hm2，重復(fù)3次；

⑤CS-33：微區(qū)撒施堆肥污泥1.50kg，占表層土壤33%的質(zhì)量，即66t／hm2，折合全P811.8kg／hm2，有效P134.0kg／hm2，重復(fù)3次；

1.3.2 污泥穴施處理

①CK：對照，不施污泥，重復(fù)3次；

② XDS-100：集中穴施干污泥，折合全P18.59 g／kg，有效 P1 118mg／kg，水溶態(tài) P204.57mg／kg，重復(fù)3次；

③XCS-100：集中穴施堆肥污泥，折合全P12.30 g／kg，有效P2 030mg／kg，水溶態(tài)P123.21mg／kg，重復(fù)3次；

④XDS-50：集中穴施干污泥與50%土壤混合物，折合全 P9.30g／kg，有效 P559mg／kg，水溶態(tài)P102mg／kg，重復(fù)3次；

⑤XCS-50：集中穴施干污泥與50%土壤混合物，折合全 P6.15g／kg，有效 P1 015mg／kg，水溶態(tài)P61.61mg／kg，重復(fù)3次；

所有試驗(yàn)布設(shè)在試驗(yàn)區(qū)面積80cm×80cm的30個(gè)微區(qū)上。微區(qū)先清除0—5cm土層以消除地表覆蓋物、根系和周際土壤對養(yǎng)分遷移的影響，微區(qū)周圍開挖截留溝，防止地表徑流進(jìn)入小穴，影響微區(qū)水分狀況。污泥隨機(jī)施入微區(qū)后，用鐵鏟與5—10cm土層土壤混勻，再覆蓋1—2cm的干土作為污泥撒施處理，在微區(qū)內(nèi)挖50cm×50cm×25cm的小穴，隨機(jī)施入污泥，然后再將挖出的土壤覆蓋在小穴20cm厚左右作為污泥穴施處理。試驗(yàn)布設(shè)于2008年3月11日，并建立標(biāo)簽，經(jīng)過225d進(jìn)行采樣。

1.4 采樣及分析

田間實(shí)驗(yàn)經(jīng)過225d，于2008年11月25日結(jié)束。在各微區(qū)中心線開挖剖面，分別在剖面0—10，10—30，30—50，50—80cm處采樣。通過開挖，沒發(fā)現(xiàn)剖面有明顯的洞穴和較大根系的存在，所以說實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本能代表試驗(yàn)地田間紅壤剖面養(yǎng)分遷移狀況。采集的樣品仔細(xì)剔除石塊和根系后，過2mm篩，鮮樣測定，然后將結(jié)果折算成每單位烘干土重。

土壤孔隙和容重采用環(huán)刀法；pH（H2O）采用電位法；土壤全氮和全P采用常規(guī)方法測定；土壤質(zhì)地采用吸管法測定；土壤有效P用來表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤供P能力的大小，采用Olsen-P法測定；可溶態(tài)無機(jī)P用來表征P潛在的流失風(fēng)險(xiǎn)，采用0.02mol／L的KCl溶液浸提鉬藍(lán)比色法測定（Kcl-P）。根據(jù)土壤剖面不同層次的容重折算成每公頃土壤Olsen-P或Kcl-P含量（kg／hm2）。

2 結(jié)果與分析

P源、水分運(yùn)動(dòng)和運(yùn)輸途徑是土壤P淋失最基本的條件，主要以可溶態(tài)和膠體結(jié)合態(tài)（包括有機(jī)膠體與無機(jī)膠體）2種方式進(jìn)行。膠體由于顆粒較大，其遷移一般發(fā)生在較大的土壤孔隙中，而可溶態(tài)元素的遷移既可發(fā)生在土壤結(jié)構(gòu)之間的孔隙中，也可出現(xiàn)在土壤結(jié)構(gòu)內(nèi)部（即基質(zhì)流）。在本次試驗(yàn)中通過土壤觀察，在剖面上沒有明顯的裂縫、洞穴和較大的根系，且孔穴和裂隙沒有與上層土壤的孔穴和裂隙連接，由地表而下的水流不能直接進(jìn)入這些孔穴和裂隙，因此這些孔穴和裂隙并非優(yōu)勢流通道，也就是說影響本次試驗(yàn)結(jié)果的水分運(yùn)動(dòng)途徑主要為基質(zhì)流，以水溶態(tài)為主，表明選用Olsen-P和Kcl-P作為P垂直遷移的指標(biāo)具有代表性。污泥的農(nóng)用方式一般以撒施和穴施作為基肥的施肥方式較為常見，本文分別以污泥撒施和穴施不同施肥量狀況下對剖面P的遷移狀況進(jìn)行研究和分析。

2.1 污泥撒施土壤中P在土壤剖面的遷移

圖1和圖2分別為污泥撒施225d后土壤有效P（Olsen-P）和可溶態(tài)無機(jī) P（Kcl-P）含量的垂直分布圖。從圖1中可知，土壤剖面各層Olsen-P含量比對照處理明顯升高（除DS-10在剖面50cm以下含量），表明污泥的施用可增加土壤有效P的含量，且有向剖面深層遷移的趨勢，但隨剖面深度的增加，Olsen-P含量明顯降低。

從圖2中可知，水溶態(tài)無機(jī)P（Kcl-P）在剖面各層的含量除CS-20處理與對照無明顯差異外，其余各施肥處理在0—50cm土層之間Kcl-P含量均明顯高于對照，直到在剖面50—80cm處接近對照，表明污泥的表層撒施使Kcl-P含量在剖面各層得到積累并隨剖面深度的加大而逐漸降低，具有淋溶和流失的潛在風(fēng)險(xiǎn)，直至剖面80cm以下時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)降低。

從圖1和圖2看出，干污泥處理在剖面不同層次間差異很大、變化劇烈，而堆肥污泥處理則表現(xiàn)出相對平緩的趨勢，在剖面上表現(xiàn)出更強(qiáng)深層遷移和積累特征，這可能與堆肥污泥含有更多的腐殖質(zhì)，降低了土壤對P的固定吸附能力，且更易于改良土壤結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性、持水能力提高和保水能力的增加，從而有利于無機(jī)P的擴(kuò)散，發(fā)生深層遷移、積累有關(guān)。另外，不同施用量的條件下，剖面同一層Olsen-P含量的差異不大（P＞0.05），并且沒有規(guī)律性；而 Kcl-P含量隨施肥量的增大而增大，但差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 污泥撒施有效P在土壤剖面上分布

2.2 污泥穴施P在土壤剖面遷移特性

圖2 污泥撒施Kcl-P在土壤剖面上分布

從圖3和圖4土壤有效P（Olsen-P）和水溶態(tài)無機(jī)P（Kcl-P）垂直分布圖可知，表層0—10cm的有效P（Olsen-P）和水溶態(tài)無機(jī)P（Kcl-P）含量在各處理間比較接近，這表明污泥穴施對于表層土壤Kcl-P和Olsen-P的含量沒有影響。10—30cm土層因?yàn)榇嬖谘ㄊ┦┓庶c(diǎn)，所以各處理間因施肥量和污泥類型的不同Olsen-P和Kcl-P含量相差比較大，隨施肥量的增加含量增大，同一配比干污泥處理的含量大于堆肥污泥處理樣，這是因?yàn)楦晌勰鄥s含有相對豐富的有機(jī)P，225d后有機(jī)P礦化形成相對豐富的無機(jī)P，因而Olsen-P含量相對高于堆肥污泥的值。30cm以下Olsen-P和Kcl-P含量隨深度明顯降低，其中Olsen－P含量在剖面80cm左右處接近對照，而Kcl-P含量于

圖3 污泥穴施有效P在土壤剖面分布

2.3 兩種施肥方式的比較及剖面各層養(yǎng)分累積量分配

上述結(jié)果表明，50cm以下土層，污泥穴施Olsen－P含量遠(yuǎn)高于污泥撒施，而Kcl-P含量在土壤剖面上的遷移和累積與不同施肥方式?jīng)]有顯著影響。相對于堆肥污泥處理而言，干污泥有效P和KCL-P含量隨剖面深度變化更劇烈。分析污泥撒施后各土層占整個(gè)剖面0—80cm Olsen-P累積含量百分比（表2），發(fā)現(xiàn)0—30cm土層有效P含量占整個(gè)剖面累計(jì)含量的60%剖面50cm時(shí)接近對照并且含量極低，表明50—80 cm土層Kcl-P遷移和積累量極小，表明在剖面50cm以下土層P流失潛力很小。從整個(gè)剖面來看，干污泥穴施的土樣Olsen-P和Kcl-P含量隨深度變化的曲線比較劇烈，而堆肥污泥處理隨深度變化的曲線相對平緩。采用方差分析表明污泥類型、施用量與土壤剖面同一層次上Olsen-P和Kcl-P的含量之間無顯著差異（P＞0.05）。以上，其豐缺狀況基本能表征污泥撒施處理整個(gè)剖面有效P的累計(jì)水平，而污泥穴施后Olsen-P含量集中在穴施點(diǎn)以下土層。

圖4 污泥穴施Kcl-P在土壤剖面分布

同樣，分析污泥撒施后各土層占整個(gè)剖面0—80 cm的Kcl-P累積含量百分比（表3），發(fā)現(xiàn)無論是污泥撒施還是污泥穴施，Kcl-P含量集中富集在30cm以下土層，30—50cm的Kcl-P累積量基本能表征整個(gè)剖面0—80cm的Kcl-P累積量水平。

表3 污泥處理剖面各層Kcl-P累積量及所0－80cm總Kcl-P累積量占百分比

3 結(jié)論

（1）不同污泥類型、施用方式和施用量對于土壤剖面Olsen-P和Kcl-P的淋溶遷移和積累具有不同影響。但總體而言，污泥施用后土壤養(yǎng)分主要集中在0—50cm土層。

（2）不同污泥施肥方式，均能使Olsen-P和Kcl－P含量在剖面產(chǎn)生一定的遷移和積累，對Olsen-P在剖面深層遷移和積累具有顯著差異，而對Kcl-P的遷移和累積沒有明顯差異，且在剖面50cm以下，Kcl-P的含量達(dá)到極小，基本不存在P流失風(fēng)險(xiǎn)。

（3）土壤剖面Olsen-P和Kcl-P含量隨污泥施肥量的增加而增加，并隨土壤剖面深度的增加含量降低，但與施肥量間差異不顯著（P＞0.05）。

（4）污泥類型對Olsen-P和Kcl-P含量在土壤剖面遷移和積累均無顯著差異。相比而言，干污泥處理Olsen-P和Kcl-P含量隨剖面深度變化劇烈，易使Kcl-P含量發(fā)生深層遷移，而堆肥污泥撒施更易使Olsen-P在深層土壤（50—80cm）發(fā)生積累，并具有明顯向深層遷移趨勢。

（5）結(jié)合土壤剖面Olsen-P和Kcl-P積累量分析發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)期污泥撒施0—30cm土層Olsen-P含量基本能表征整個(gè)剖面養(yǎng)分積累水平和遷移潛力，污泥撒施Kcl-P含量富集在30cm以下土層，而穴施污泥Kcl-P含量富集在施肥點(diǎn)以下土層。

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