中國(guó)城市污泥應(yīng)用對(duì)作物產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤質(zhì)量的影響

丁洪，余居華，鄭祥洲，張玉樹，鐘云峰

1. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福建 福州 350013；2. 泉州市洋嶼土壤科技有限公司，福建 泉州 362800

目前，中國(guó)農(nóng)田土壤質(zhì)量越變?cè)讲?，一是有機(jī)質(zhì)減少，二是有些元素越來(lái)越缺乏，三是土壤板結(jié)，四是鹽堿化，而有機(jī)質(zhì)肥源短缺是面臨的很大問題（張輝等，2020）。雖然中國(guó)已啟用了耕地休耕等方式（周彬等，2021），但是按德國(guó)植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家李比希的“歸還學(xué)說”理論還是顯得不夠和不足，仍有一些元素會(huì)缺乏。到 2020年中國(guó)城市建設(shè)有4500多座污水處理廠，污泥產(chǎn)量會(huì)突破6000萬(wàn)噸（含水率 80%），這是一個(gè)龐大的資源（戴曉虎，2012）。污泥的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀、中微量元素等元素比較豐富（盧振蘭等，2012），資源化利用能改善土壤質(zhì)地，對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境有所裨益，如能再循環(huán)利用這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，則能解決土壤質(zhì)量變差的問題。現(xiàn)在世界各國(guó)的主要污泥處置方式大多數(shù)是農(nóng)業(yè)利用，這是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，被認(rèn)為是最有前景的污泥處理處置方式，歐美等先進(jìn)國(guó)家農(nóng)業(yè)利用率占污泥總量的一半以上（丘錦榮等，2009）。中國(guó)人均耕地面積很有限，如果沒有先進(jìn)的科學(xué)施肥指導(dǎo)使用污泥必然會(huì)造成污染土壤，這也許是禁止污泥施入土壤的根本原因之一；像加拿大這樣的國(guó)家也只是利用部分的土地用作污泥處理，而其他部分則施用綠肥（Vasseur et al.，1999）。當(dāng)前，污泥應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外都有研究，但各國(guó)的條件不一。中國(guó)在污泥肥料方面已經(jīng)開展了一些研究，有污泥單獨(dú)使用、污泥堆肥、污泥有機(jī)-無(wú)機(jī)肥、污泥生物有機(jī)肥等各種處理方式，并在多種作物上施用，在作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤質(zhì)量上都取得了一些結(jié)果。本文對(duì)各試驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行梳理和總結(jié)，旨在為城市污泥利用提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 污泥在農(nóng)作物上的應(yīng)用

1.1 水稻

水稻是中國(guó)最主要的糧食作物。在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施3750—97500 kg·hm?2的污泥有機(jī)肥，秧苗表現(xiàn)出根系發(fā)育良好，生長(zhǎng)健壯，產(chǎn)量可增4.8%—11.9%（丁文等，2006；王立志，2012）。施污泥量為 22.5 t·hm?2和 45 t·hm?2時(shí)，水稻生物量與對(duì)照相比分別增加了11.5%和11.8%，施用過多并不增產(chǎn)（王新等，2002）。當(dāng)污泥用量達(dá) 45 t·hm?2或1%以上時(shí)，水稻出苗率比對(duì)照低 13.7%，原因是鹽分對(duì)作物造成危害或重金屬污染所致（喬艷等，1998；王新等，2002）。施用適量的污泥，糙米中Hg、As、Pb、Cd、Cr、Cu和Zn含量均未超過國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)允許范圍。污泥中的重金屬不會(huì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、土壤和地下水產(chǎn)生不良影響（王新等，2002；丁文等，2006）。但在水稻上進(jìn)行的試驗(yàn)還不多，也缺乏連續(xù)多年的試驗(yàn)結(jié)果，這有待于進(jìn)一步研究。

1.2 旱地作物的應(yīng)用

1.2.1 麥類

在旱地麥類作物上施用污泥、污泥有機(jī)肥和污泥復(fù)混肥，結(jié)果在產(chǎn)量、品質(zhì)上表現(xiàn)出良好作用。在小麥上，施用污泥的種苗在萌發(fā)、長(zhǎng)勢(shì)及其他生理生化指標(biāo)有一定提高，明顯地促進(jìn)土壤中速效養(yǎng)分的積累（王樂等，2016），增產(chǎn)效果和土壤培肥明顯優(yōu)于化肥（陳同斌等，2002）。王虹等（1998）用褐土、潮土、棕壤、砂姜黑土四類土壤，在田間大面積應(yīng)用，小麥增產(chǎn) 5.4%—12.5%，平均增產(chǎn)10.1%。污泥施用量為9000 kg·hm?2和復(fù)種綠肥還田情況下，可以改善小麥生物性狀，增加籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，而且處理中產(chǎn)量表現(xiàn)出最好（黃濤等，2015）。在一年內(nèi)，施入污泥為56.3 t·hm?2基肥，可以緩慢而持續(xù)不斷的地提供養(yǎng)分供用；而化肥的養(yǎng)分釋放速度快、強(qiáng)度高，這樣形成互補(bǔ)，使小麥增產(chǎn)達(dá)到極顯著水平（李夢(mèng)紅等，2009）。但這顯然比黃濤等（2015）的施肥量要高得多。在沙質(zhì)土壤上，施用污泥復(fù)混肥除增產(chǎn)率為7.6%—20.2%外，還具有改良土壤效果。施用復(fù)混肥可以控制污泥過多而引起重金屬在土壤中的累積及在糧食作物中的富集現(xiàn)象（李海英等，2006）。

與小麥相同，施用污泥對(duì)大麥生長(zhǎng)影響較大，與對(duì)照相比，分蘗期、拔節(jié)期和抽穗期的株高分別高86%、l17%和29.7%，增產(chǎn)l72%—272%；施用污泥-羽扇豆混合堆肥增產(chǎn) 236%—292%（周東興等，2009）。然而，在大麥上還少見報(bào)道。

1.2.2 玉米

玉米也是三大主糧之一。研究表明，施用污泥7.5—30 t·hm?2對(duì)玉米個(gè)體生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，產(chǎn)量增加，品質(zhì)改善，比不施污泥處理增產(chǎn)4.4%—13.6%（張翔等，2006）。施用 18.7—75.0 t·hm?2時(shí)，不同污泥增產(chǎn)效果達(dá)到極顯著水平（李夢(mèng)紅等，2009）。玉米施用消化污泥、污泥堆肥與污泥肥料均比對(duì)照分別顯著增產(chǎn)32.5%、24.6%、41.9%；施消化污泥和污泥堆肥與施用化肥處理相比，產(chǎn)量分別減少4.0%和 9.8%，但施用污泥肥料卻又增加了 2.8%（黃雅曦等，2010）。通過污泥不同的施用方式（溝施、撒施、表土下20 cm施用）和不同施用量（30、90、200 t·hm?2）對(duì)玉米生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響表明，施用適量的30 t·hm?2污泥量，其農(nóng)藝性狀和籽粒蛋白質(zhì)含量均顯著高于對(duì)照；在表土下20 cm整體上較其他兩種施用方式有更高的出苗率和籽粒產(chǎn)量。過量的污泥則導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)降低（占婷婷等，2019）。另外，在不同土壤上，污泥、污泥復(fù)合肥均表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)效應(yīng)，籽粒產(chǎn)量較對(duì)照增加 11.0—26.9 g·pot?1和 10.3—14.1 g·pot?1，達(dá)到顯著水平。籽粒產(chǎn)量按草甸土—白漿土—輕堿土順序遞減（姜城等，1996），而且籽粒中重金屬含量均未超過國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（姜城等，1996；占婷婷等，2019）。施用不同量的生活污泥后，與小麥一樣，玉米籽粒中主要是Pb的單項(xiàng)污染指數(shù)大于l，污染較嚴(yán)重（李夢(mèng)紅，2010）。但重金屬Pb在極個(gè)別試驗(yàn)中有超標(biāo)現(xiàn)象，因?yàn)橥ㄟ^施用污泥試驗(yàn)前后沒有表現(xiàn)出重金屬元素對(duì)作物的污染（張翔等，2006）。

1.2.3 薯類

薯類也稱為第四大主糧作物。大田試驗(yàn)表明，施用污泥有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)馬鈴薯各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)有所改善，如植株生長(zhǎng)健壯，莖稈堅(jiān)實(shí)，葉片增厚，抗病力增強(qiáng)。施肥量為1200 kg·hm?2時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量最高，較空白對(duì)照和施用無(wú)機(jī)肥料分別增產(chǎn)25.4%和17.6%（朱春來(lái)，2009）。研究還表明，所有的處理中施用6000 kg·hm?2污泥有機(jī)肥+化肥處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，比化肥處理增產(chǎn)19.7%，增產(chǎn)顯著。而且一級(jí)薯提高17%，淀粉、維生素C和干物質(zhì)含量分別提高0.9%、2.4 mg·l00 g?1和1.5%，馬鈴薯中硝酸鹽、亞硝酸鹽和還原糖含量分別降低35.8 mg·kg?1、0.7 mg·kg?1和 0.1%。施用污泥有機(jī)肥的馬鈴薯薯塊中 Hg、As、Pb、Cd、Cr、Cu和Zn含量均在國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（丁文等，2005）。然而，有關(guān)甘薯的研究還較少。

1.2.4 油菜

在油菜上，適宜的污泥用量甚至比施用化肥更能促進(jìn)油菜對(duì) N、P、K的吸收，有效提高營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率（王強(qiáng)等，2008）。油菜的發(fā)芽率、株高、根重和生物量均被提高，而且提高產(chǎn)量和品質(zhì)的幅度高于施用化學(xué)復(fù)混肥。但是，過量的污泥對(duì)油菜產(chǎn)量的促進(jìn)作用則明顯降低（戎婷婷等，2007；王強(qiáng)等，2008；李焱等，2018）。一些研究者認(rèn)為，在盆栽條件下污泥肥用量為100 g·pot?1最合適，當(dāng)用量超過一定范圍時(shí)增產(chǎn)效果不明顯，或明顯降低油菜根量和產(chǎn)量（康少杰等，2011；劉善江等，2011；邵蕾等，2013）。適宜的污泥用量比常規(guī)施肥處理產(chǎn)量增加10.1%—55.3%（李東潔等，2013）；施用 1500 kg·hm?2污泥有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥春油菜產(chǎn)量最好，比對(duì)照增產(chǎn)24.1%（朱春來(lái)，2009）。施用量在栽培基質(zhì)的80%—100%時(shí)油菜無(wú)法生長(zhǎng)；在10%—40%時(shí)，生長(zhǎng)良好。土壤重金屬含量隨污泥施用量增加而增加，當(dāng)施用量為20%以下時(shí)，油菜的重金屬含量是安全的。由此說明，合理施用污泥不會(huì)造成油菜重金屬的污染（李明等，2008）。

油菜硝酸鹽含量隨污泥肥用量的增加而減少，而且比化肥更能促進(jìn)油菜地上部植株硝酸鹽含量降低，可溶性糖、還原型Vc等品質(zhì)有所提高或沒有影響，硝酸鹽和重金屬含量均在蔬菜食用安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（康少杰等，2011；李東潔等，2013）。但是，重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，當(dāng)污泥含量低于20%時(shí)，土壤處于清潔狀態(tài)，3%為污泥的最佳添加量（李明等，2008；李焱等，2018）。對(duì)于油菜籽含油量和生化品質(zhì)的研究少有報(bào)道。

1.2.5 豆類

豆科是固氮作物。污泥（干污泥、污泥有機(jī)肥、生物污泥肥）能提高土壤速效氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)水平和大豆吸收量，促進(jìn)其固氮，其產(chǎn)量為施用污泥生物肥>污泥有機(jī)肥>干污泥。曬干、粉碎后生活污泥直接作為肥料能使大豆明顯增產(chǎn)；如果與米糠、豬糞等進(jìn)行堆肥處理生產(chǎn)有機(jī)肥，肥效則更好；在有機(jī)肥基礎(chǔ)上再接種混合菌劑，又能進(jìn)一步提高肥效和大豆產(chǎn)量（林代炎等，2007）。污泥堆肥不同施用 量 增 產(chǎn) 率 表 現(xiàn) 為 24 t·hm?2>18 t·hm?2>30 t·hm?2>12 t·hm?2>6 t·hm?2>CK 中，大豆最大產(chǎn)量增產(chǎn)率為12.6%（李淑芹等，2014）。施入不同堆肥對(duì)鹽堿土上大豆生長(zhǎng)有利，施用比例為 5%污泥堆肥時(shí)長(zhǎng)勢(shì)最佳，作物籽粒中重金屬含量在國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（朱琳瑩等，2012）。

污泥有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥施用對(duì)蠶豆同樣有效。施用后蠶豆各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)均有所提高，與對(duì)照相比，增產(chǎn)率達(dá)到了9.1%—17.9%（朱春來(lái)，2011）。

在田間花生上，施用污泥 7.5—30 t·hm?2提高了植株氮、磷含量，提高了單株飽果數(shù)和百果重，產(chǎn)量隨著污泥用量的增加而增加，比對(duì)照處理增加6.3%—15.8%，且品質(zhì)得以改善。同時(shí)，重金屬含量與不施污泥處理沒有明顯差異（張翔等，2006）。但這僅是一季試驗(yàn)的結(jié)果，連續(xù)多年施用污泥產(chǎn)品是否會(huì)導(dǎo)致土壤和作物重金屬含量提高還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

1.3 蔬菜作物

1.3.1 施用污泥對(duì)種子發(fā)芽率和根生長(zhǎng)的影響

施用污泥對(duì)水澆地作物的效果因污泥類型不同而有所差異，有的污泥在種子發(fā)芽時(shí)就對(duì)作物產(chǎn)生不利影響，有的則不會(huì)。污泥在小白菜、生菜、萵筍種子發(fā)芽的初期就對(duì)其有一定的抑制作用（陳秋麗等，2013）；不同生活污泥的施用量對(duì)青菜、黃瓜種子的發(fā)芽及幼苗有暫時(shí)性抑制作用，并隨著用量的增加，抑制作用也越明顯。但在適量施用時(shí)，能促進(jìn)青菜的生長(zhǎng)（嚴(yán)中琪等，2012）。污泥施用量較小時(shí)，油麥菜發(fā)芽率隨污泥施用量增加有所提高。當(dāng)施用量為6 g·kg?1時(shí)發(fā)芽率達(dá)到93%，明顯大于對(duì)照處理的75%；超過9 g·kg?1時(shí)，不同處理的發(fā)芽率均低于對(duì)照，并隨污泥施用量增大，發(fā)芽率降低；30 g·kg?1時(shí)，發(fā)芽率僅為 13%（易秀等，2013）。然而，施用污泥會(huì)對(duì)小白菜、蘿卜的種子有促進(jìn)其發(fā)芽率的研究報(bào)道（王全文等，2013）。在污泥堆肥處理下，莧菜種子發(fā)芽幾乎沒有受影響，所有處理的莧菜種子均有較高的發(fā)芽率（陳博儒等，2019）。這也許由于污泥堆肥的鹽分含量偏高，尤以 Na+和Cl?濃度較高，對(duì)番茄、甜椒和黃瓜植物產(chǎn)生明顯的鹽害作用，導(dǎo)致植物的生長(zhǎng)受阻（黃雅曦等，2005；蔡紅等，2009）。所以，不同作物種子在污泥處理下發(fā)芽率是不同的。

1.3.2 施用污泥對(duì)作物生長(zhǎng)、品質(zhì)與重金屬積累的影響

作物生長(zhǎng)和重金屬積累是蔬菜兩大問題，施用一定量的污泥對(duì)絕大數(shù)蔬菜都有良好的效果。袁檬等（2016）報(bào)道，經(jīng)脫水、高溫堆肥處理的污泥，施用在小白菜上隨著其比例增加（2%—12%時(shí)）產(chǎn)量顯著增加；任欣欣等（2014）也認(rèn)為，適量的污泥添加小白菜產(chǎn)量也增加。生物干化污泥有機(jī)肥作為基肥能有效促進(jìn)大白菜的生長(zhǎng)，提高株高、葉球直徑和單株重量（朱敏聰?shù)龋?018）。施1%、5%、10%發(fā)酵污泥時(shí)，隨著污泥量增加產(chǎn)量也增加，增加其單球（株）重（吳文強(qiáng)等，2011）。菠菜和瓢兒菜在不同污泥混合比例配比為12%時(shí)，產(chǎn)量增加（子瑾等，2018）。生菜、菜花和萵苣在施用污泥復(fù)合肥時(shí)也有明顯的增產(chǎn)作用，其增產(chǎn)效果相當(dāng)于或略高于等養(yǎng)分的化肥和等氮量商品復(fù)合肥（金燕等，2002）。另外，污泥對(duì)蘿卜、油麥菜也有增產(chǎn)作用（唐俊等，2007；易秀等，2013）。當(dāng)污泥堆肥施用量>25%時(shí)，干質(zhì)量產(chǎn)量卻呈下降趨勢(shì)，這可能是由于較高的污泥施用量會(huì)使土壤的鹽度升高（黃雅曦等，2005）。生物干化污泥有機(jī)肥能降低大白菜硝酸鹽含量，提高粗纖維和Vc含量，從而提升大白菜品質(zhì)（朱敏聰?shù)龋?018）。當(dāng)污泥比例達(dá) 3%時(shí)，蘿卜中亞硝酸鹽含量超標(biāo)15%（唐俊等，2007）。

蔬菜體內(nèi)特別是葉菜類中是否積累重金屬又是一大難題。雖然小白菜Cu、Zn、As、Hg 4種重金屬含量均呈增加趨勢(shì)，但小白菜重金屬含量均未超過國(guó)家蔬菜質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）（任欣欣等，2014）。并且重金屬含量在《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害蔬菜安全要求》范圍內(nèi)（朱敏聰?shù)龋?018）。吳文強(qiáng)等（2011）試驗(yàn)表明，隨著發(fā)酵污泥施用量的增加，土壤和蔬菜的重金屬含量也隨之增加，但均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《食品中污染物限量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定的重金屬含量。蔬菜可食部分中Cu、Zn和Cd的含量雖未超標(biāo)，但Pb含量超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（金燕等，2002）。

在盆栽下，生菜和蘿卜中污泥施用量為土壤干質(zhì)量的1%時(shí)，Zn、Cd、Cr、Cu、Pb重金屬含量均符合國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；為3%時(shí)，Cd含量在生菜中超標(biāo)達(dá)20%（唐俊等，2007）。在不同污泥用量上，油麥菜吸收 Zn、Cu、Pb、Cd、As、Hg、Ni的差異不顯著（易秀等，2013）。不同污泥混合比例對(duì)土壤容重隨污泥比例的提高而降低，污泥配比超過 6%，植株和土壤重金屬 Cu、Pb、Cd、Cr的單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。污泥配比不超過 4%可以確保植株和土壤重金屬含量符合國(guó)家污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（子瑾等，2018）。采收期不同重金屬含量不同，適時(shí)采收能降低地上部植株重金屬的含量。污泥中含有其他的化學(xué)物質(zhì)可能對(duì)作物生長(zhǎng)有抑制作用，也可能會(huì)進(jìn)一步增加土壤中重金屬含量（黃雅曦等，2005）。在污泥堆肥的農(nóng)用實(shí)踐中應(yīng)充分了解土壤重金屬背景值，才能降低重金屬在作物體中的積累。施用量不宜超過50%時(shí)，還需根據(jù)基質(zhì)重金屬含量選擇適宜的品種，這樣可以減少植物對(duì)重金屬的吸收富集（陳博儒等，2019）。因此，必須嚴(yán)格限制其重金屬含量和施用量，控制重金屬在土壤及作物體內(nèi)的積累（周立祥等，1994）。

總之，從目前來(lái)看施用污泥導(dǎo)致作物重金屬積累超標(biāo)極少見。在實(shí)踐中，蔬菜上施用污泥越來(lái)越頻繁，但沒有及時(shí)跟上長(zhǎng)時(shí)間污泥施用對(duì)環(huán)境影響的研究。直接食用的蔬菜作物可以考慮暫緩施用，而其他作物（如果樹、瓜果類）則可以應(yīng)用。

1.4 對(duì)其他作物

污泥施用在棉花、茶葉、煙草、麻類、牧草等其他作物方面做過一些研究。在土壤中不施污泥、污泥與土壤混合、污泥覆蓋土壤表面、混合+覆蓋等處理，施用污泥對(duì)棉花出苗率、健苗率、株高、葉面積、葉片數(shù)相對(duì)不施污泥呈極顯著增加。對(duì)棉花根系的苗根有誘導(dǎo)作用，如根長(zhǎng)、根數(shù)量、根粗、根體積在施用污泥的處理顯著高于對(duì)照，明顯促進(jìn)植株生長(zhǎng)（張海芝，2017）。污泥復(fù)合肥肥效長(zhǎng)、后勁足，增產(chǎn)效果顯著。施用后植株未發(fā)現(xiàn)任何生理病斑和生長(zhǎng)畸形，土壤 Pb、Cr、Zn等重金屬濃度稍有提高，這與污泥復(fù)合肥中所含重金屬有密切關(guān)系，但施用一季土壤中重合屬含量均未超出國(guó)家規(guī)定的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（葉靜等，2003）。如需長(zhǎng)期施用，應(yīng)控制用量，注意監(jiān)測(cè)。

黃麻上施用污泥復(fù)肥，其肥效與施用同品種、等用量的化肥相似，麻皮和麻桿的產(chǎn)量均顯著高于不施肥處理，與化肥處理相比麻皮和麻桿產(chǎn)量差異不顯著。土壤中各種重金屬含量沒有明顯影響（馬軍偉等，2003）。連續(xù)多年施用污泥復(fù)肥時(shí)，污泥中重金屬的積累可使作物產(chǎn)生毒害（馬軍偉等，2003）。因此，需進(jìn)一步研究其重金屬在土壤中的累積與變化規(guī)律。

在茶葉上也有過研究。茶園中連續(xù)2年施用污泥后，茶樹芽頭密度、百芽質(zhì)量分別比空白對(duì)照顯著增加，但茶葉中Pb、Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)也明顯增加。污泥單獨(dú)施用則有很大的安全隱患，需與其他肥料混合施用，因而不建議在茶園中連續(xù)施用污泥堆肥（徐雪云等，2013）。

污泥在煙草中的應(yīng)用結(jié)果是，與施用無(wú)機(jī)復(fù)合肥相比，合理施用污泥有機(jī)肥顯著或極顯著縮短烤煙團(tuán)棵期、現(xiàn)蕾期和始烤期。增加烤煙株性狀特征，提高烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)、中上等煙比例及上等煙比例。污泥有機(jī)肥如果和無(wú)機(jī)復(fù)合肥配合施用，烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值則達(dá)到最大值。檢測(cè)結(jié)果表明，污泥有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)成分和重金屬含量均符合國(guó)家有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)，可作為一種理想的肥料應(yīng)用于烤煙生產(chǎn)（蔣長(zhǎng)春等，2016）。

2 污泥對(duì)土壤質(zhì)量的影響

污泥施入土壤中對(duì)土壤質(zhì)量的安全性如何值得被關(guān)注。污泥除富含有機(jī)質(zhì)、各種礦物質(zhì)外還含有重金屬、有機(jī)污染物等，對(duì)土壤肥力有明顯提高作用。但不同來(lái)源的污泥、質(zhì)量、施用量的效果都不相同。

2.1 對(duì)土壤肥力的影響

污泥施用后能夠培肥土壤、改善營(yíng)養(yǎng)狀況和促進(jìn)養(yǎng)分平衡，土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀含量與化肥和其他有機(jī)肥一樣是一種常效肥（黃雅曦等，2010；盧振蘭等，2012）。單獨(dú)施用污泥15、30、60 t·hm?2的土壤，速效氮含量分別增加32%、128%和2l3%；施用混合堆肥速效氮含量分別增加 47%、242%和345%，速效磷分別增加了3.0、4.7和7.1倍，而鉀的提高不明顯（周東興等，2009）。施用污泥降低土壤容重，提高電導(dǎo)率，增強(qiáng)植株抗病力（王虹等，1998；傅華等，2003；朱春來(lái)，2009；王樂等，2016）。不同用量的污泥堆肥施入鹽堿土后還可降低鹽堿土pH值和總鹽含量（朱琳瑩等，2012）。污泥每年施用2次，3年后使土壤疏松態(tài)腐殖質(zhì)比例增加，緊實(shí)態(tài)腐殖質(zhì)所占的比例下降，改善土壤微團(tuán)聚體（李云峰等，2015）。另外，還可提高土壤中脲酶、磷酸酯酶和過氧化氫酶等的活性（姜城等，1996；王艮梅等，2010；朱琳瑩等，2012）。

然而，有些作物種子在施用或大量施用污泥時(shí)發(fā)芽率會(huì)受影響，具體原因還有待于進(jìn)一步探討；而隨著污泥施入土壤時(shí)間越長(zhǎng)，種子的發(fā)芽率反而提高（朱英等，2009），這或許與污泥中有機(jī)酸和醛類（莫測(cè)輝等，1997；嚴(yán)中琪等，2012）、鹽分含量偏高（蔡紅等2009），重金屬毒性有關(guān)（李桂玲等，2019）。從安全和產(chǎn)量出發(fā)，污泥最好是在一定范圍內(nèi)施用，過多施用對(duì)土壤和植物都不利。

2.2 重金屬積累

重金屬是一個(gè)衡量土壤的質(zhì)量指標(biāo)之一。污泥應(yīng)用的潛在危害之一是重金屬超標(biāo)，主要包括Hg、As、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni等，絕大部分是以金屬硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽、鐵錳氧化物以及有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)形式存在（周立祥，2012）。污泥中Cu、Zn、Ni、Cr及Pb交換態(tài)含量都比較少，Cu、Zn、Ni主要以碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧結(jié)合態(tài)和硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，Cr、Cd和Pb主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在。在酸性條件下，交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)溶出量大，并且溶出量都隨浸出時(shí)間的延長(zhǎng)而增加（周邦智等，2011）。一般而言，城市污泥中重金屬超標(biāo)是很少見的，其主要成分是人糞尿、廚房餐余、洗潔精、泥沙等，只有管網(wǎng)滲漏或串用等才會(huì)導(dǎo)致污泥重金屬超標(biāo)，而工業(yè)污泥的重金屬含量需另當(dāng)別論。總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究表明，短期施用城市污泥，作物中重金屬含量都沒有超出各國(guó)的食品質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)于長(zhǎng)期施用污泥，研究結(jié)果顯示有部分農(nóng)產(chǎn)品中出現(xiàn)重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象（鄭國(guó)砥等，2012）。污泥中重金屬含量比原始土壤中的含量高很多，所以污泥施用也不能越多越好，在適宜的范圍內(nèi)才是安全的。早期在許多地方實(shí)行污灌導(dǎo)致了土壤污染，但現(xiàn)在實(shí)行生活污水單一排放就避免了管網(wǎng)之間與工業(yè)污水混合的可能。

污泥重金屬在土壤中可向下垂直遷移或水平遷移，有關(guān)其在中國(guó)土壤中的運(yùn)移規(guī)律尚缺乏研究。傅華等（2003）試驗(yàn)表明，污泥增加了土層中Fe、Cu和Zn含量（0—20 cm），Ni、Pb、Cr、As和Hg與對(duì)照無(wú)顯著差異，各重金屬元素未向土壤下層遷移，也沒有對(duì)土壤造成污染。張?zhí)旒t等（1994）也認(rèn)為，重金屬均累積于土壤表層（0—20 cm），未向下層遷移。從重金屬總量來(lái)看，試驗(yàn)淋洗10次后，土壤表層Cu、Pb、Zn、Cr滯留率較高，分別為78.6%、78.7%、86.3%、76.6%，Ni滯留率較低，為40.37%。但隨著淋溶次數(shù)的增加，重金屬都存在一定淋失或向下層土壤遷移的風(fēng)險(xiǎn)；從重金屬形態(tài)來(lái)看，各重金屬 Ni、Zn、Cr、Cu、Pb活性系數(shù)（MF）分別為1.66、0.53、0.26、0.11、0。由此可以得出，Ni、Zn在土壤環(huán)境中性質(zhì)不穩(wěn)定，Cr、Cu性質(zhì)較為穩(wěn)定，Pb最為穩(wěn)定（黃殿男等，2019）。李香真（1997）通過土柱實(shí)驗(yàn)研究了污泥中Cu、Zn、Ni、Pb運(yùn)移特點(diǎn)和形態(tài)顯示，表層4 cm土壤混入6%的污泥后，顯著增加了Cu、Ni、Zn的淋出量，而Pb沒有顯著增加。淋出液中Cu、Ni幾乎都是配位態(tài)重金屬，Zn則有較高比例的非配位態(tài)離子。土壤對(duì)Cu2+的吸附能力大于Zn2+，Cu2+與有機(jī)物的配位能力強(qiáng)于Zn2+。水溶性有機(jī)物與重金屬的配位反應(yīng)對(duì)Cu、Ni運(yùn)移影響較大。Zn運(yùn)動(dòng)主要受土壤的吸附作用和配位反應(yīng)的影響。

重金屬在縱向和橫向水平上的遷移量變化可通過試驗(yàn)進(jìn)行比較。在草坪基質(zhì)上，短期（兩年）內(nèi)隨污泥發(fā)酵物施用量（45—75 t·hm?2）提高，在地下縱向和地表橫向水平上重金屬（As、Cd、Ni、Pb、Cu、Zn）的遷移量無(wú)顯著性增加。經(jīng)由地下滲流和地表徑流引起的重金屬遷移量很少，施用區(qū)域內(nèi)地下水和周邊土壤的環(huán)境安全性較高。（劉洪濤，2015）。薛棟森等（1992）等對(duì)極粗質(zhì)地的森林土壤一次施用500 t·hm?2干污泥，15年后土壤剖面Ni和Zn稍有移動(dòng)，Pb、Cd、Cu移至17—27 cm，但未再向下層移動(dòng)。崔超等（2020）通過單因子污染指數(shù)法對(duì)研究區(qū)跟蹤期內(nèi)土壤進(jìn)行分析，Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg、As等8項(xiàng)重金屬指數(shù)值均小于 1.0，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示重金屬含量在土壤環(huán)境允許范圍內(nèi)，土壤環(huán)境質(zhì)量良好。在連續(xù)4 a 施用污泥堆肥的農(nóng)田耕層土壤（0—15 cm）中，當(dāng)用量較高時(shí)Cu可遷移至15—30 cm土層，Zn可遷移至60—90 cm土層。0—15 cm土層中Cd、Pb含量顯著增加，60—90 cm土層中Cr、As、Pb含量也顯著高于對(duì)照。確定農(nóng)田土壤重金屬環(huán)境容量時(shí)要考慮重金屬在土壤剖面中的向下遷移量（孫娜等，2017）。污泥中重金屬具有一定的活性和潛在遷移性，不同重金屬的積累和遷移是不同的，長(zhǎng)期施用都有可能導(dǎo)致土壤和生物體重金屬積累，在一定程度上也存在著環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)（吳新民等，2005）。

從土壤質(zhì)地來(lái)講，重金屬元素隨土壤質(zhì)地不同而有所不同。城市附近的土壤中Cd、Hg、Cu、Pb、Zn等污染較重，污染主要集中在0—50 cm土層內(nèi)。污水灌溉、污泥施用和城市降塵是造成土壤多種重金屬元素污染的主要原因（曹淑萍，2004）。因此，重金屬變化規(guī)律不僅與重金屬各形態(tài)的遷移轉(zhuǎn)化性質(zhì)有關(guān)，還受污泥種類和土壤性質(zhì)等多種因素的影響（李夢(mèng)紅等，2008）。通過總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果顯示，城市污泥施入土壤后重金屬在土壤中有一定的遷移，但大部分都滯留在土壤表層。重金屬進(jìn)入土壤后會(huì)重新分布，使土壤中有效態(tài)重金屬的含量有所增加，而且結(jié)果一致表明，城市污泥合理施用短期內(nèi)不會(huì)對(duì)土壤造成污染（高定等，2012）。但到底會(huì)不會(huì)污染，目前中國(guó)仍缺乏對(duì)城市污泥土地利用過程中重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)期定位研究和評(píng)估，所以今后需要加強(qiáng)此方面的研究工作。同時(shí)，對(duì)污泥重金屬的監(jiān)管還缺乏長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)。

2.3 有機(jī)污染物的影響

在污泥有機(jī)污染物中存在大量病原微生物（如寄生蟲卵和腸道傳染病毒）、多環(huán)芳烴類化合物（PAHs）等。病原菌可以通過物理措施進(jìn)行克服，即通過堆漚一段時(shí)間加以去除，但PAHs在污泥中不易消除。PAHs是一類極其復(fù)雜的持久性有機(jī)污染物，衍生物種類較多，1976年美國(guó)環(huán)保局將其中的16種列為優(yōu)先控制污染物（孫少靜等，2017）。如果不經(jīng)過處理直接農(nóng)業(yè)利用或堆放會(huì)導(dǎo)致土壤和作物的污染。研究表明，土壤中的PAHs總含量在 6.3—33.3 mg·kg?1之間，在城市污泥中 PAHs總量在 2.271—143.804 mg·kg?1之間。當(dāng)施用污泥后，土壤中 PAHs總含量沒有明顯提高，但當(dāng)污泥+化肥處理后，土壤中PAHs總含量則明顯提高。土壤中PAHs以少數(shù)化合物為主，主要是3—5個(gè)苯環(huán)的化合物（莫測(cè)輝等，2001；蔡全英等，2002）。污泥農(nóng)業(yè)應(yīng)用對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境具有潛在危害，施肥對(duì)土壤的有機(jī)污染也是一個(gè)值得注意的環(huán)境問題，不過現(xiàn)在中國(guó)對(duì)這一類物質(zhì)研究較少。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

綜合來(lái)看，中國(guó)污泥利用方式包括單獨(dú)使用、堆肥、有機(jī)-無(wú)機(jī)肥、生物有機(jī)肥等，將其制成肥料產(chǎn)品，但各種污泥品種效果各有差異。污泥施用能促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)種苗萌發(fā)、長(zhǎng)勢(shì)及其他生理生化指標(biāo)都有一定提高作用，能明顯促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分的吸收作用，提高籽粒產(chǎn)量和生物量，改善品質(zhì)。改良土壤的理化性質(zhì)，有機(jī)質(zhì)、pH、大中微量元素、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、容重、電導(dǎo)率以及土壤酶和微生物活性等土壤指標(biāo)有所改善。污泥含有重金屬、有機(jī)污染物等，城市污泥重金屬超標(biāo)一般是不常見的，但污泥中重金屬含量比原始土壤中高很多，不同用量、不同質(zhì)量和不同地方污泥對(duì)提高土壤質(zhì)量的程度也不一樣，污泥施用不是越多越好，在適宜的范圍內(nèi)才是安全的。作物和土壤中重金屬含量吸收和積累量除個(gè)別例外都能達(dá)到國(guó)家食品安全和污泥污染物限量標(biāo)準(zhǔn)。目前大多數(shù)試驗(yàn)是短期的，以后有必要形成多個(gè)長(zhǎng)期的定量監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。因此，在重金屬和有機(jī)污染物上嚴(yán)格把關(guān)，在控制一定量的條件下污泥是可以用于植物生產(chǎn)的。

3.2 展望

目前污泥在多種植物上都有施用，而且取得一定的效果。但在以后的工作中下面這幾點(diǎn)還有待于進(jìn)一步開展：

（1）在當(dāng)前污泥含水量（含80%或60%）前提下，擬采用國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)、有效的措施進(jìn)一步脫去水分，污泥水分減少會(huì)在很大程度上可以節(jié)省成本和成效。

（2）當(dāng)前在污泥重金屬一般不超標(biāo)的條件下，通過對(duì)污泥長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)背景（在線檢測(cè)）下才能大批量生產(chǎn)，也就是邊檢測(cè)邊生產(chǎn)和應(yīng)用。在一定范圍內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在施入田間前進(jìn)行檢測(cè)（Ababu et al.，2014）。只有合格污泥進(jìn)入生產(chǎn)，不合格的進(jìn)入其他渠道進(jìn)行處理。這樣才能將重金屬等物質(zhì)的危害降至最低，使有效資源得以利用。

（3）研究污泥腐熟的標(biāo)準(zhǔn)，既要考慮污泥與有機(jī)肥相似之處又要考慮其差異，第一要除臭；第二要發(fā)酵；第三要考慮有機(jī)酸、醛類和鹽分對(duì)種子發(fā)芽的影響；第四要添加其他物料等因素，工廠化生產(chǎn)污泥需要經(jīng)過哪些措施才能符合相對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)（Chen et al.，2012）。

（4）明確污泥在哪些植物和土壤上施用相對(duì)安全，例如優(yōu)先在林木、果樹、棉麻類、瓜果類蔬菜、水稻、旱地作物、蔬菜中安全施用。在農(nóng)作物方面，哪些（在一定范圍以內(nèi)）作物可以應(yīng)用，充分利用資源，趨利避害。

（5）在專家指導(dǎo)下，研究中國(guó)不同地區(qū)污泥施用的規(guī)范，在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的荒漠和干旱地區(qū)可以使用一定的污泥（Nafez et al.，2015）；在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)因土地資源緊缺的條件下，對(duì)污泥嚴(yán)格監(jiān)測(cè)才可以施用于農(nóng)田，否則就采用其他方式進(jìn)行處理。

（6）根據(jù)植物和土壤的適用性確定污泥施用量，各種植物和土壤的施用量有很大差別?？紤]污泥施用量的問題顯得很有必要。

（7）目前，中國(guó)仍缺乏對(duì)城市污泥土地利用過程中重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)期定位研究和評(píng)價(jià)，在主要土壤上跟蹤重金屬運(yùn)移發(fā)生規(guī)律和作物吸收積累的規(guī)律，今后需要加強(qiáng)此方面的研究工作。對(duì)污泥重金屬的監(jiān)管還缺乏長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，需要長(zhǎng)期跟蹤試驗(yàn)。在重要植物和土壤上對(duì)重金屬等污染物進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，對(duì)生態(tài)環(huán)境問題做出合理的評(píng)價(jià)。