施用城市污泥堆肥對(duì)稻田溫室氣體排放及重金屬含量的影響

史亞平 ，于海洋 ，宋開(kāi)付 ，徐華，馬靜*

1. 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)城市污泥產(chǎn)量越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年3月，中國(guó)已建成3910多座城鎮(zhèn)污水處理廠，污水處理能力已達(dá)到1.67×108m3·d-1，城市污泥的年產(chǎn)量為 3000~4000萬(wàn)噸（含水率約80%），預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)城市污泥年產(chǎn)量將達(dá)到 6000~9000萬(wàn)噸（梅立永等，2017)。目前，中國(guó)城市污泥處置方式主要有土地利用（48.28%，其中農(nóng)用44.83%）、土地填埋（34.48%）、棄置（13.79%）和焚燒（3.45%）（彭琦等，2008），其中土地利用所占比例與歐盟（49%）（Fytili et al.，2008）相當(dāng)。城市污泥是由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒及膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體，污泥理化性質(zhì)直接影響污泥的有效利用，可以進(jìn)行農(nóng)業(yè)利用的城市污泥都是經(jīng)過(guò)減容化與穩(wěn)定化的厭氧以及好氧消化的污泥（王新等，2005）。污泥堆肥及其土地利用將是中國(guó)今后較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)污泥的無(wú)害化、減量化、資源化的重要處理處置方式（Wei et al.，2000）。

污泥堆肥中富含有機(jī)質(zhì)、N、P等營(yíng)養(yǎng)元素（Chen et al.，2002）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)城市污泥堆肥中的有機(jī)質(zhì)含量約為384 g·kg-1，高于豬廄糞中有機(jī)質(zhì)含量（302 g·kg-1），而全氮含量約為 27.1 g·kg-1，高于豬糞、豬廄糞以及雞糞的全氮含量（9.4~20.7 g·kg-1）（李艷霞等，2003）。施用高有機(jī)質(zhì)、高含氮的污泥堆肥相當(dāng)于向農(nóng)田提供了外源C、N，必然會(huì)對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來(lái)影響。研究表明，綠肥堆肥等會(huì)對(duì)稻田甲烷排放產(chǎn)生影響（Zhong et al.，2013）。馮瑞興（2017）研究發(fā)現(xiàn)與單施化肥相比，施用炭基有機(jī)肥（即生物質(zhì)炭與畜禽糞便混合堆肥產(chǎn)品）處理的小麥田全球增溫潛勢(shì)降低。秦曉波等（2006）指出，將15 t·hm-2豬糞施用于稻田比不施肥顯著增加 130%的 CH4排放。鄒建文等（2003）研究指出，將2.25 t·hm-2牛廄肥施用于稻田相比于不施肥減少 5%的 CH4排放。呂艷杰（2016）指出，有機(jī)肥施用前期促進(jìn)土壤 CH4排放，可能是因?yàn)槭┓是捌谕寥烙袡C(jī)質(zhì)部分分解，土壤有機(jī)質(zhì)含量仍較高，為 CH4產(chǎn)生提供較充足碳源。李燕青等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)新鮮豬糞處理的玉米N2O排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于化肥處理。然而，關(guān)于施用城市污泥堆肥對(duì)稻田溫室氣體排放的影響罕見(jiàn)報(bào)道。

污泥堆肥施用于農(nóng)田將大量的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤和植物中，進(jìn)而對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害（Udom et al.，2004；Balabane et al.，2002），所以重金屬是污泥農(nóng)用的一大限制因素（王敦球，2004）。李淑芹等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，城市污水處理廠好氧堆肥后的污泥堆肥施用于大豆土壤中，使土壤中 Cu、Zn、Pb、Cd含量超過(guò)不施肥處理，并隨著污泥堆肥用量的增加而增加。褚艷春等（2013）將污水處理廠好氧堆肥的生活污泥施用于青菜地，發(fā)現(xiàn)地上部分Cr、Zn、Cd、Pb含量依次是不施肥的6.93、2.64、3.55、1.98倍。還有研究發(fā)現(xiàn)，水分管理是影響 Cd吸收的最主要的外界環(huán)境之一：水稻 Cd吸收量隨著田間水分的增多而減少（Cui et al.，2004；紀(jì)雄輝等，2007；談?dòng)顦s等，2016）；通過(guò)旱作改水作可降低空心菜可食部分Cd吸收（王艷紅等，2012）。

研究污泥堆肥施用于稻田的環(huán)境效應(yīng)對(duì)認(rèn)識(shí)稻田CH4和N2O排放規(guī)律、減排措施的制定及土壤-植物重金屬積累情況、合理利用城市污泥資源具有重要意義。本研究利用靜態(tài)箱-氣相色譜法對(duì)長(zhǎng)江流域稻麥輪作系統(tǒng)下稻田 CH4和 N2O排放進(jìn)行田間原位觀測(cè)，研究經(jīng)過(guò)減量化、無(wú)害化、厭氧發(fā)酵處理過(guò)后的城市污泥堆肥對(duì)水稻生長(zhǎng)季 CH4和 N2O排放的影響以及土壤-植物體系重金屬積累的影響，以期為污泥堆肥施用于稻田后CH4和N2O的減排、作物增產(chǎn)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2016年5月—2016年11月在江蘇省句容市白兔鎮(zhèn)稻麥輪作田（31°58'N，119°18'E）進(jìn)行。試驗(yàn)地屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為15.1 ℃，年平均降雨量為1018 mm，水稻-小麥輪作是該地區(qū)的主要作物種植制度。供試土壤為發(fā)育于下蜀黃土的爽水性水稻土，其基本理化性質(zhì)為：砂粒（2~0.02 mm）占比為14%，粉粒（0.02~0.002 mm）占比為69%，粘粒（<0.002 mm）占比為17%，全 C11.5 g·kg-1，全 N1.3 g·kg-1，pH6.9。污泥堆肥的理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理，分別為：（1）CK：不施氮肥；（2）N240：尿素施用量為 240 kg·hm-2（以N 計(jì)，總氮含量≥46%）；（3）OF：施用污泥堆肥（等N全量施用）。每個(gè)處理重復(fù)3次。常規(guī)尿素按基肥∶分蘗肥∶穗肥=2∶1∶1施用（施用時(shí)間分別為2016年6月21日、7月7日和8月3日）。污泥堆肥作為基肥一次性施入，與0~20 cm原土壤混合翻施。磷肥和鉀肥作為基肥一次性施用，施用量為：Ca(H2PO4)2450 kg·hm-2，有效 P（P2O5）≥12%，KCl 225 kg·hm-2，有效鉀（K2O）≥60%。供試污泥堆肥由江蘇弘揚(yáng)土壤科技有限公司提供。以城市污泥為原料，混以草木灰、秸稈等并加入菌劑后厭氧發(fā)酵而成。供試水稻為揚(yáng)寧3號(hào)，于2016年6月21日移栽，11月2日收獲。水稻生長(zhǎng)季田間水分管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)一致，為間歇灌溉，其特點(diǎn)為前期淹水（6月20日—7月20號(hào)）、中期烤田（7月20日—7月29日）、后期干濕交替（8月24日—10月4日）。

1.2 田間氣樣采集及環(huán)境生物要素的記載

采用靜態(tài)箱法觀測(cè)CH4和N2O排放。箱體由透明有機(jī)玻璃制成，底面積為50 cm×50 cm，高度為50 cm或100 cm，可根據(jù)植株高度進(jìn)行選擇。靜態(tài)箱底座規(guī)格為50cm ×50 cm×15 cm，底座上部有4 cm深的凹槽。底座于小區(qū)淹水前埋入各試驗(yàn)小區(qū)，底座頂端與小區(qū)土壤表面齊平，底座內(nèi)水稻移栽密度與底座外保持一致（每平方米24穴）。水稻生長(zhǎng)季，在底座旁架設(shè)木橋以減少采樣過(guò)程中對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)。采樣時(shí)，將靜態(tài)箱置于底座凹槽內(nèi)，同時(shí)向槽內(nèi)注水，以保證采樣時(shí)箱體的密閉性。使用兩通針將靜態(tài)箱內(nèi)氣體導(dǎo)入預(yù)先抽真空的18 mL玻璃瓶中，每隔10 min采樣1次，共采樣4次，分別為關(guān)箱后0、10、20、30 min。采樣結(jié)束后，將靜態(tài)箱移走，使箱體對(duì)作物植株和土壤環(huán)境的影響最小化。將采集的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，迅速測(cè)定。水稻生長(zhǎng)季一般3~7 d采集1次樣品，烤田期間每隔2 d采集1次，采樣時(shí)間均為上午9:00—11:30。

表1 供試污泥堆肥的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical characteristics of sludge compost

采集氣體樣品的同時(shí)，用數(shù)字溫度計(jì)（Model 2455，Yokogawa，Japan）記錄氣溫、箱溫和土溫，用直尺記錄田面水層厚度，用 DMP-2數(shù)字式氧化還原電位計(jì)測(cè)定土壤Eh。每隔8~14天采集1次土樣。土樣用2 mol·L-1KCl溶液浸提（土水質(zhì)量比為1∶5），由 Skalar流動(dòng)分析儀（Skalar，Netherlands）測(cè)定浸提液中NO3ˉ-N和NH4+-N濃度。水稻收獲時(shí)，按試驗(yàn)小區(qū)分別收割、脫粒、晾曬、適當(dāng)篩除秕粒后稱重，計(jì)算水稻產(chǎn)量。

1.3 氣體濃度和重金屬含量的測(cè)定

1.3.1 CH4和N2O濃度的測(cè)定

樣品CH4濃度用帶FID檢測(cè)器的氣相色譜（島津GC-12A）測(cè)定，柱溫80 ℃，檢測(cè)器溫度200 ℃。以氮?dú)鉃檩d氣，流速40 mL·min-1；以氫氣為燃?xì)?，流?35 mL·min-1；以空氣為助燃?xì)?，流速?350 mL·min-1。樣品 N2O濃度用帶63Ni電子捕獲監(jiān)測(cè)器（ECD）的氣相色譜儀（島津GC-12B）測(cè)定。色譜柱為80/100目PorapakQ填充柱，進(jìn)樣口溫度100 ℃，柱溫65 ℃，檢測(cè)器溫度300 ℃。載氣為95%氬氣-5%甲烷，流速40 mL·min-1。CH4和N2O標(biāo)準(zhǔn)氣體由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提供。

1.3.2 土壤和植物重金屬的測(cè)定

分別于水稻移栽后和收獲期采集土樣。土壤樣品風(fēng)干、研磨、過(guò)0.83 mm（20目）、0.25 mm（60目）及 0.15 mm（100目）尼龍篩。土壤樣品用HNO3-HClO4-HF消化，再用HPLC-ICP-MS測(cè)定重金屬含量。

于水稻收獲期取植物地上部分，用去離子水洗滌，105 ℃殺青30 min，85 ℃烘至恒重。將水稻植株分為稻稈、稻殼和稻米，分別粉碎后測(cè)定重金屬含量。植物樣品用 HNO3-HClO4消化，再使用 HPLC-ICP-MS測(cè)定重金屬含量（鮑士旦，2000）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

溫室氣體排放通量的計(jì)算根據(jù)公式如下：

式中，F(xiàn)為CH4或N2O排放通量，單位分別為 mg·m-2·h-1或 μg·m-2·h-1（以 N 計(jì)）；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下CH4或N2O的密度；V為采樣箱內(nèi)有效體積（m3）；A為采樣箱所覆蓋的土壤表面積（m2）；dc/dt為CH4或N2O的排放速率，單位分別為μL·L-1·h-1或 nL·L-1·h-1；θ為采樣過(guò)程中靜態(tài)箱內(nèi)平均溫度（℃）。溫室氣體排放通量用每次觀測(cè)3個(gè)重復(fù)的平均值表示。

溫室氣體季節(jié)總排放量是將每次觀測(cè)值按時(shí)間間隔加權(quán)平均后取3個(gè)重復(fù)的平均值。

綜合溫室效應(yīng)（Global Warming Potential，GWP）作為一種相對(duì)的指標(biāo)常用來(lái)估算不同溫室氣體對(duì)氣候系統(tǒng)的潛在效應(yīng)（Lashof et al.，1990），簡(jiǎn)言之，就是CO2、CH4和N2O 3種溫室氣體的綜合輻射強(qiáng)度。為綜合評(píng)價(jià)施用污泥堆肥對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響，本文采用IPCC估算因子對(duì)百年尺度下 CH4和 N2O的綜合溫室效應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算（IPCC，2013）。根據(jù)公式：

式中，GWP的單位為t·hm-2；T為溫室氣體的總排放量；I為CH4或N2O在百年尺度下的全球增溫潛勢(shì)，分別為CO2的25倍和265倍（IPCC，2013）。

溫室氣體排放強(qiáng)度：農(nóng)田“單位產(chǎn)量的GWP”-溫室氣體強(qiáng)度（Greenhouse Gas Intensity，GHGI），表示農(nóng)業(yè)中生產(chǎn)單位產(chǎn)量的糧食對(duì)氣候的影響（Li et al.，2004；Mosier et al.，2006；Qin et al.，2010；Shang et al.，2011）。根據(jù)公式：

式中，GWP為 CH4和 N2O的綜合溫室效應(yīng)（t·hm-2，CO2當(dāng)量）；Y 為作物產(chǎn)量（t·hm-2）。

處理間比較以 3個(gè)重復(fù)的平均值進(jìn)行方差分析及多重比較。運(yùn)用Excel對(duì)不同處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算整理，運(yùn)用 SPSS對(duì)其進(jìn)行顯著性分析和Duncan多重比較（P<0.05），運(yùn)用Origin 9.0進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果

2.1 施用污泥堆肥對(duì)CH4和N2O排放的影響

由圖1可知，水稻全生育期內(nèi)，3個(gè)處理CH4的排放規(guī)律一致。移栽初期CH4排放通量緩慢上升，并于第28天達(dá)到第1個(gè)峰值；烤田期間，甲烷排放通量迅速降低，隨后田間復(fù)水，CH4排放通量再次上升，于移栽后第59天達(dá)到第2個(gè)峰值；OF、N240、CK 3個(gè)處理 CH4排放的兩次峰值分別為23.47、6.96、4.74 和 7.32、5.02、3.93 mg·m-2·h-1，OF處理的CH4排放峰值最高；后期干濕交替期間，稻田排放的CH4很少，各處理的CH4排放通量無(wú)明顯差異。OF處理全生育期內(nèi) CH4排放量達(dá) 69.09 kg·hm-2，分別比N240和CK處理多108%、109%（P<0.05）（表 2）。

圖1 水稻生長(zhǎng)季CH4、N2O排放通量的季節(jié)變化Fig. 1 Dynamic variation of CH4, N2O flux during the rice growing seasonn=3. The same below

表2 水稻生長(zhǎng)季CH4、N2O排放通量、產(chǎn)量、綜合溫室效應(yīng)及溫室氣體排放強(qiáng)度Table 2 Total CH4 emission, total N2O emission, rice grain yield, global warming potential and greenhouse gas intensity during the rice growing season

水稻全生育期內(nèi)，N2O排放主要集中在烤田期間，OF、N240、CK處理烤田期間的排放峰值分別達(dá) 689.07、1272.70、126.65 μg·m-2·h-1（以 N 計(jì)，圖2），烤田期間的排放量分別占整個(gè)稻季的84%、86%、94%。水稻全生育期內(nèi)，OF處理的 N2O排放總量比 N240少 45%（P>0.05），是 CK的 7倍（P<0.05，表 2）。

2.2 水稻產(chǎn)量、綜合溫室效應(yīng)、增溫強(qiáng)度

如表 2所示，各處理水稻產(chǎn)量高低依次為N240、OF、CK。與不施肥相比，N240、OF分別增加56%、54%的水稻產(chǎn)量（P<0.05）；OF的水稻產(chǎn)量與N240相當(dāng)（P>0.05）。從表2可以看出，與CK相比，水稻生長(zhǎng)季施用污泥堆肥顯著提高了稻季綜合溫室效應(yīng)（P<0.05）。觀測(cè)期內(nèi)，OF、N240處理的綜合溫室效應(yīng)分別比 CK處理高 143%和77%（P<0.05）。OF處理的綜合溫室效應(yīng)比 N240高37%（P<0.05）。溫室氣體排放強(qiáng)度在0.15~0.24 t·t-1區(qū)間內(nèi)變動(dòng)（表2）。水稻生長(zhǎng)季施用污泥堆肥顯著增加稻季溫室氣體排放強(qiáng)度，OF、N240處理的溫室氣體排放強(qiáng)度分別比CK處理高60%和13%（P>0.05）。OF處理溫室氣體排放強(qiáng)度比 N240高41%（P<0.05）。

2.3 土壤和植株重金屬含量

由表 3可知，土壤中的重金屬 Cr、Ni、Cu、Zn、Cd含量在水稻整個(gè)生長(zhǎng)期變化不大，金屬全量處于穩(wěn)定狀態(tài)，各處理間差異不明顯，且都在土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。水稻移栽后3個(gè)處理的土壤重金屬Cr、Cu、Cd含量均無(wú)顯著性差異（P>0.05），Ni、Zn含量差異顯著：OF處理 Ni、Zn含量分別比 N240高 6%、16%（P<0.05）；水稻成熟期土壤中Cr、Cu、Cd含量無(wú)顯著差異（P>0.05），Ni、Zn含量 OF處理分別比 N240處理高 16%、19%（P<0.05）。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：Cd≤0.3 mg·kg-1、Cu≤100 mg·kg-1、Pb≤300 mg·kg-1、Cr≤300 mg·kg-1、Zn≤250 mg·kg-1、Ni≤50 mg·kg-1，本試驗(yàn)原位土壤 pH=6.9。執(zhí)行的是土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)里面 pH=6.5~7.5的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。本試驗(yàn)水稻不同生長(zhǎng)期3個(gè)處理土壤中重金屬含量都在國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

圖2 稻季NH4+-N、NO3--N含量的季節(jié)變化Fig. 2 Seasonal variation of Eh, NH4+-N, NO3--N contents in soil during the rice growing season

表3 水稻各個(gè)生長(zhǎng)期土壤中重金屬含量Table 3 Total heavy metal concentration in soil during the rice growing season mg·kg-1

由表4可知，施用污泥堆肥會(huì)影響植物中重金屬含量且重金屬在水稻不同部位的累積程度不同：稻米中，OF處理Cr、Zn、Cd含量比N240處理分別增加76%、31%、50%（P<0.05），Ni在N240中未檢出，而Cu減少10%（P<0.05）。根據(jù)GB2762—2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》：Cd≤0.2 mg·kg-1、Cr≤1.0 mg·kg-1、Ni≤1.0 mg·kg-1、Zn≤50 mg·kg-1、Cu≤10 mg·kg-1，稻米中重金屬含量都在國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。Ni、Cu在水稻不同部位的含量順序?yàn)闅?稈>米；Cr、Cd在水稻不同部位的含量順序?yàn)槎?殼>米；Zn在水稻不同部位的含量順序?yàn)闅?米>稈。

表4 重金屬在成熟期水稻植株不同部位的分布Table 4 Heavy metals concentration in different parts of paddy plants mg·kg-1

3 討論

肥料是影響稻田溫室氣體排放的一大重要因素（張廣斌等，2010；趙崢等，2014）。CH4是在嚴(yán)格厭氧條件下產(chǎn)甲烷菌作用于產(chǎn)甲烷基質(zhì)的結(jié)果，充足的產(chǎn)甲烷基質(zhì)和產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)環(huán)境是CH4產(chǎn)生的先決條件（Sass et al.，1997；張廣斌等，2011）。本研究所施用的污泥堆肥是城市污泥厭氧發(fā)酵而成的有機(jī)肥，其有機(jī)質(zhì)含量達(dá)308.91 g·kg-1（表1）。有機(jī)肥的施用一方面為產(chǎn)甲烷菌提供了豐富的產(chǎn)甲烷基質(zhì)；另一方面，有機(jī)肥在淹水條件下快速分解消耗土壤中的O2，加速稻田氧化還原電位下降，有利于CH4的產(chǎn)生和排放（圖2）。在施用等氮量的前提下，施用污泥堆肥的處理 CH4排放量比常規(guī)施肥處理和不施肥處理 CH4排放量高一倍（表2）。有機(jī)肥對(duì)稻田 N2O排放的影響比較復(fù)雜（蔡祖聰?shù)龋?009）。這是由于有機(jī)肥在分解過(guò)程中不僅為土壤提供氮源，還提供有機(jī)碳源，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)，由于 C/N限制，微生物可能在分解過(guò)程中凈同化無(wú)機(jī)氮，使土壤無(wú)機(jī)氮含量下降引起土壤 N素的固定（黃宗益等，1999；蔣靜艷等，2003）；有機(jī)污泥堆肥還可能為反硝化細(xì)菌提供能量，使N2O進(jìn)一步還原為N2，減少了N2O的排放（Azam et al.，2002）。有機(jī)肥對(duì)稻田N2O排放的影響還可能與其碳氮組成及供氮能力有關(guān)（楊軍等，1999）。有機(jī)污泥堆肥具有肥效緩長(zhǎng)的特點(diǎn)，前期氮素供應(yīng)能力可能不及單施氮肥（歐楊虹等，2009）。本試驗(yàn)中整個(gè)生長(zhǎng)期的N2O排放總量顯著低于常規(guī)施肥處理（表 2）。污泥堆肥的可溶性有機(jī)碳含量較高（表1），施入土中引起土壤Eh下降（圖 2），可能有利于反硝化微生物活動(dòng)，降低反硝化產(chǎn)物中N2O/N2比率（蔡祖聰?shù)龋?009b；馬二登等，2009），減少N2O排放（表2）。此外，污泥堆肥里的氮素主要是有機(jī)態(tài)氮而有效氮含量很低（表 1），能直接提供給硝化和反硝化作用的反應(yīng)底物較少，故 N2O的產(chǎn)生量和排放量也就較少（表 2）。郭騰飛等（2016）研究發(fā)現(xiàn)將豬糞與氮肥配施于稻田和單施氮肥處理相比顯著減少溫室氣體排放強(qiáng)度（P<0.05）、增加水稻產(chǎn)量（P<0.05）。秦曉波等（2006）研究發(fā)現(xiàn)氮肥與豬糞配施相對(duì)于單施氮肥，顯著減少了 CH4的排放（P<0.05），增加了水稻產(chǎn)量。然而，目前有關(guān)污泥堆肥與氮肥配施的研究未見(jiàn)報(bào)道，有待進(jìn)一步深入研究。

土壤-植物系統(tǒng)綜合作用影響土壤和植物重金屬含量，施用有機(jī)肥后，土壤理化性質(zhì)和作物根際環(huán)境會(huì)發(fā)生變化，有機(jī)物料不同導(dǎo)致重金屬效應(yīng)不同（Akhtar et al.，2000；Porasso et al.，2002）。施用有機(jī)污泥堆肥，使得土壤中微生物活性以及土壤、作物中的重金屬含量增加（褚艷春等，2013）。許曉玲等（2018）研究指出，施用污泥堆肥會(huì)增加大豆土壤中Cu、Zn含量，而對(duì)Cr、Cd、Ni并沒(méi)有什么影響。陳曦（2010）研究表明，施用污泥堆肥會(huì)增加土壤中Zn、Cu、Cd的含量，并且這些重金屬含量會(huì)隨著污泥堆肥的增多而增加。黃雅曦等（2005）發(fā)現(xiàn)，土壤中的重金屬會(huì)向植物地上部遷移，使植物中重金屬含量有所增加。研究表明，施用污泥堆肥后使得小麥和青菜中的重金屬含量幾乎都大于不施肥和施用常規(guī)肥料，且植物地上部重金屬隨著污泥堆肥施用量的增加而有不同程度的增加（康少杰，2008；褚艷春等，2013）。還有一些研究表明，重金屬在水稻地上部的累積規(guī)律為米中普遍小于稈和殼中（龔偉群等，2006；陳院華等，2017）。本研究將污泥堆肥施入土壤后不僅增加了土壤中的養(yǎng)分含量，也增加了土壤中的重金屬含量，增加幅度在6%~19%內(nèi)（表3）。施用污泥堆肥處理稻米中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd含量比不施肥提高31%%~100%（表4），Cr、Zn、Cd比常規(guī)施肥處理高31%~76%，與土壤中的重金屬含量呈現(xiàn)一致的規(guī)律。根據(jù)GB2762—2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》的規(guī)定，本研究稻米中重金屬含量均沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限制。與其他研究結(jié)果一致（劉善江等，1994；黃雅曦等，2005）。本實(shí)驗(yàn)水稻籽粒中重金屬Cr、Cd由常規(guī)施肥處理到施用污泥堆肥處理增加了 50%以上，而根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB2762—2012），從理論上推測(cè)經(jīng)過(guò)連續(xù)2年和3年左右污泥堆肥的施用，稻米中的Cr和Cd含量就有可能達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的安全閾值，需對(duì)污泥堆肥的稻田施用效應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期的田間試驗(yàn)和重金屬檢測(cè)。

4 結(jié)論

（1）施用污泥堆肥沒(méi)有改變CH4的季節(jié)排放趨勢(shì)。與N240和CK相比，OF處理CH4排放顯著升高。OF、N240、CK 3個(gè)處理處理CH4的排放量分別為 68.09、32.70、32.54 kg·hm-2。施用污泥堆肥沒(méi)有改變稻季N2O排放趨勢(shì)，全觀測(cè)期內(nèi)，與N240相比，OF處理N2O排放量減少了45%；OF處理的水稻產(chǎn)量與N240相當(dāng)，綜合溫室效應(yīng)和溫室氣體放強(qiáng)度分別比N240高37%和41%（P<0.05）。

（2）成熟期水稻土壤中重金屬含量大于移栽后。無(wú)論在水稻移栽后還是在成熟期，OF處理土壤的Cr、Ni、Cu、Zn、Cd含量均大于N240和CK兩處理。米中Cr、Cd、Ni含量處于GB2762—2017谷物中重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。