生活污泥-廚余-存量垃圾多元物料蚯蚓堆肥工藝及應(yīng)用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

韋茜佳，周若昕，李娜英，李 浩，韓智勇①

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；2.國家環(huán)境保護(hù)水土污染協(xié)同控制與聯(lián)合修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；3.成都理工大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610059)

在垃圾分類大背景下，如何有效利用各種新型處理技術(shù)和工藝，加強(qiáng)對(duì)城市有機(jī)固體廢物包括生活污泥、生活垃圾、存量垃圾等的資源化處理，已受到廣大科研人員關(guān)注。污泥作為城鎮(zhèn)污水處理的終端副產(chǎn)物，N、P含量豐富，含水率、有機(jī)質(zhì)含量以及微生物活性均較高，年產(chǎn)量高達(dá)6 000萬t，且年均增速超過10%[1-2]。但由于污泥存在大量病原菌、難降解有機(jī)物及重金屬等有毒有害物質(zhì)而被禁止農(nóng)用，目前主要的處置方式仍是填埋，因此如何實(shí)現(xiàn)污泥高效資源化利用面臨著巨大挑戰(zhàn)[3-4]。截至2019年底，我國45.59%的城市垃圾以衛(wèi)生填埋的方式進(jìn)行處理，其在今后很長一段時(shí)間仍將是我國城市垃圾的主要處置手段[5-6]，對(duì)老舊垃圾填埋場的整治、開采及填埋場中存量垃圾的處理處置也是目前城市固體廢物亟需解決的問題。存量垃圾篩下物(類土物質(zhì))是填埋場開采的主要成分之一，其粒徑較小、持水能力強(qiáng)、孔隙率高、容重低，不含高濃度、高風(fēng)險(xiǎn)的有毒物質(zhì)，是一種極具價(jià)值的生物資源，但利用難度較高[7-8]。同時(shí)，廚余垃圾作為城市生活垃圾的重要組成部分，年產(chǎn)量約為9 000萬t[9]，由于其具有高含水率、豐富的有機(jī)物以及易腐爛等特點(diǎn)，處理處置難度較高。

目前，國內(nèi)外主要采用回收、填埋、堆肥和焚燒4種方式處理有機(jī)垃圾，4種方式均有一定的優(yōu)勢，但存在的問題也不容忽視[10-12]。好氧堆肥工藝成熟且產(chǎn)品肥效穩(wěn)定，但降解環(huán)節(jié)耗能較高，占地面積大，肥料易導(dǎo)致土壤堿化[13]。大量文獻(xiàn)表明，蚯蚓堆肥是一種高效可行且具有良好經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)固廢處理技術(shù)。也有研究指出，有機(jī)垃圾不宜單獨(dú)堆肥，進(jìn)行多元物料混合堆肥可彌補(bǔ)單一物料存在的缺陷[14-16]。GARG等[17]利用污泥、牛糞、和沼氣廠泥漿混合后進(jìn)行蚯蚓堆肥，加速了堆肥腐熟，且堆肥產(chǎn)品礦化程度高、穩(wěn)定性好。DAS等[18]研究了污泥、牛糞和土壤進(jìn)行蚯蚓堆肥的可行性，結(jié)果表明3種物料混合基質(zhì)適宜蚯蚓生長，且富含植物營養(yǎng)元素。BHAT等[19]研究證明，牛糞與污泥進(jìn)行混合堆肥，可消除有毒氣體，有效提高蚯蚓存活率和生長狀況。YADAV等[20]的研究結(jié)果同樣證明，在控制好物料配比的前提下，多元物料混合可以顯著提升蚯蚓堆肥過程中酶和微生物的活性?，F(xiàn)有研究中，污泥常與畜禽糞便、植物廢棄物組合進(jìn)行蚯蚓堆肥，而污泥、廚余垃圾、存量垃圾3種物料混合蚯蚓堆肥鮮有研究報(bào)道，其堆肥產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)也尚不清楚。

綜上，目前對(duì)于城市有機(jī)固體廢物的資源化利用技術(shù)還有待探索，研究有效、經(jīng)濟(jì)、可行的有機(jī)固體廢棄物處理方法，對(duì)于有機(jī)肥生產(chǎn)、能源回收利用都具有重要意義。污泥、存量垃圾和廚余垃圾分別是目前主要的城市有機(jī)固體廢物，研究污泥-廚余-存量垃圾多元物料蚯蚓堆肥工藝及其應(yīng)用效果和風(fēng)險(xiǎn)，可為城市有機(jī)固體廢物管理提供更多安全、有效的資源化利用途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

污泥取自成都市某污水處理公司，試驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)堆肥，將含水率降至70%左右。廚余垃圾取自某大學(xué)中央廚房，主要為菜皮、菜葉、菜頭及果皮，堆肥前利用破碎機(jī)粉碎；存量垃圾取自成都市某垃圾填埋場，現(xiàn)場粗篩后過0.35 mm孔徑篩，取篩下物(類土物質(zhì))備用。原料理化性質(zhì)見表1。

表1 堆肥原料理化性質(zhì)

蚯蚓為赤子愛勝蚓(Eiseniafoetida)，取自成都市某污水處理公司。選用兩側(cè)開孔(孔徑5 mm)的長方形黑色透明塑料飼養(yǎng)箱(22.6 cm×15.1 cm×11.0 cm)作為蚯蚓堆肥反應(yīng)器。蚯蚓堆肥產(chǎn)品風(fēng)干后研磨過2 mm孔徑篩備用；供試土壤取自某大學(xué)周邊的農(nóng)田土，風(fēng)干后研磨過2 mm孔徑篩。黑麥草(Loliumperenne)為美利達(dá)多年生品種，購于青縣盛輝農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1蚯蚓堆肥

研究采用正交試驗(yàn)，對(duì)污泥和廚余垃圾混合質(zhì)量比(A)、存量垃圾添加比例(B)、蚯蚓接種數(shù)量(C)分別設(shè)置4個(gè)水平并進(jìn)行堆肥試驗(yàn)(表2)。堆肥期間溫度控制在(23±2) ℃，含水率維持在70%左右，堆肥周期為45 d。試驗(yàn)期間每15 d取1次樣，觀察蚯蚓的生長狀況，統(tǒng)計(jì)蚯蚓數(shù)量并稱重記錄。堆肥物料采用多點(diǎn)混合采樣，樣品用于測定物料的有機(jī)質(zhì)含量及種子發(fā)芽指數(shù)。

表2 各處理對(duì)應(yīng)的因素及水平

1.2.2蚯蚓堆肥的林業(yè)應(yīng)用

盆栽實(shí)驗(yàn)采用直徑16.5 cm、高10.5 cm的花盆，每盆裝1 kg土壤和最佳工藝所得堆肥產(chǎn)品的混合物，堆肥施加比例分別為0、5%、10%、20%、30%、40%和50%，每個(gè)比例設(shè)1個(gè)盆栽試驗(yàn)和1個(gè)平行試驗(yàn)，分別播撒50粒黑麥草種子。將盆栽置于冷光源植物生長箱中培養(yǎng)，定期澆水，使持水量保持在最大田間持水量的70%。50 d后收獲黑麥草，測定其生長狀況，并采集各盆栽土樣測定土壤性質(zhì)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

蚯蚓生長指標(biāo)為蚯蚓日增重倍數(shù)(Ma)，計(jì)算公式為

(1)

(2)

式(1)～(2)中，Wavg，t為堆肥t天的蚯蚓平均體重，g；Wt為堆肥t天的蚯蚓總重，g；n為蚯蚓總條數(shù)，條；Wavg為蚯蚓初始平均體重；t為堆肥天數(shù)，d。

堆肥及土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量參照HJ 761—2015《固體廢物有機(jī)質(zhì)的測定 灼燒減量法》測定，總氮含量參照HJ 717—2014《土壤質(zhì)量 全氮的測定 凱氏法》測定，總磷含量參照HJ 632—2011《土壤 總磷的測定 堿熔-鉬銻抗分光光度法》測定，速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定；種子發(fā)芽指數(shù)參照CJJ 52—2014《生活垃圾堆肥處理技術(shù)規(guī)范》中蘿卜種子培養(yǎng)法測定。

植物收獲后，用直尺測量得到株高和根長，殺青烘干后采用硝酸-高氯酸消解法進(jìn)行消解；堆肥、土壤和植物樣品重金屬含量采用高壓密閉消解-火焰光度法測定[21]。

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1綜合評(píng)分法

采用綜合評(píng)分法對(duì)正交試驗(yàn)堆肥結(jié)束時(shí)的蚯蚓日增重倍數(shù)、種子發(fā)芽指數(shù)(GI，IG)及有機(jī)質(zhì)降解率3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析[22-24]，綜合評(píng)分公式為

(3)

式(3)中，S為綜合得分；Ma為蚯蚓日增重倍數(shù)；Ma，max為蚯蚓日增重最大倍數(shù)；IG為種子發(fā)芽指數(shù)；IG，max為種子發(fā)芽指數(shù)最大值；C為有機(jī)質(zhì)降解率，%；Cmax為有機(jī)質(zhì)最大降解率，%。

1.4.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)土壤重金屬進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[25]，其計(jì)算公式為

(4)

(5)

(6)

表3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和極差分析，采用Origin 2018繪圖，采用SPSS 25.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 蚯蚓日增重倍數(shù)

蚯蚓日增重倍數(shù)如圖1所示。A4處理組的蚯蚓生長狀況較差，除A4B3C2在前15 d的蚯蚓日增重倍數(shù)為正數(shù)外，其余A4處理組在0～45 d均為負(fù)數(shù)。堆肥結(jié)束時(shí)，A4B1C4、A4B2C3和A4B3C2的蚯蚓日增重倍數(shù)分別為-5.35×10-3、-4.02×10-3和-1.13×10-3，表明添加50%廚余垃圾的A4處理組中蚯蚓生長狀況較差，存活率較低。這是因?yàn)閺N余垃圾含量過高，導(dǎo)致堆體的電導(dǎo)率及氨氮含量過高，堆體中氧含量下降，有機(jī)物質(zhì)發(fā)生了厭氧降解，產(chǎn)生了甲烷、氨、乙酸等易導(dǎo)致蚯蚓死亡的氣體[27]。GARG等[28]研究表明，適宜蚯蚓堆肥的pH值為7.5左右，而A4處理組堆肥期間pH值在前30 d均低于7，之后緩慢上升并穩(wěn)定在7.3左右，偏低的pH值也可能是蚯蚓生長狀況不良的原因之一。

A1處理組的蚯蚓日增重倍數(shù)在前30 d達(dá)最大值，范圍為8.80×10-3～9.59×10-3，隨后降低；A2、A3處理組的蚯蚓日增重倍數(shù)在前15 d達(dá)最大值，范圍分別為9.10×10-3～1.37×10-2、1.20×10-2～1.76×10-2，隨后降低，30 d后又逐漸增加。這可能是由于堆肥物料中加入蚯蚓后，前期營養(yǎng)物質(zhì)充足，蚯蚓適應(yīng)環(huán)境后快速生長繁殖，體重明顯增加，隨著蚯蚓堆肥的進(jìn)行，堆肥底物中的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸被消耗，蚯蚓的食物以及可利用的營養(yǎng)元素減少[29]，導(dǎo)致蚯蚓體重下降及部分死亡；A2和A3之后又上升可能是因?yàn)橐恍┎灰妆唤到饫玫臓I養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)微生物降解后被蚯蚓吸收，從而促進(jìn)了蚯蚓的生長。

除A4處理組外，C4各處理日增重倍數(shù)均值(8.26×10-3)大于C3(8.23×10-3)和C2(6.76×10-3)，表明在堆肥前期，蚯蚓接種數(shù)量越多，蚯蚓日增重倍數(shù)越大。蚯蚓堆肥結(jié)束時(shí)，A2B3C4、A2B4C3、A3B1C3和A3B2C4的蚯蚓日增重倍數(shù)分別為9.06×10-3、9.37×10-3、9.72×10-3和9.79×10-3，均大于9×10-3，表明這幾組處理更有利于蚯蚓生長。

2.2 堆肥過程中理化指標(biāo)變化

2.2.1有機(jī)質(zhì)

有機(jī)質(zhì)含量變化如圖2所示。整個(gè)堆肥過程中有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢，在堆肥后期下降較為緩慢并逐漸趨于穩(wěn)定。在堆肥初期，初始物料中有機(jī)質(zhì)含量最高的是A4B1C4(52.46%)，最低的是A1B4C4(30.09%)。不同有機(jī)質(zhì)含量物料的比例直接影響了堆肥物料有機(jī)質(zhì)含量，物料有機(jī)質(zhì)含量隨廚余垃圾添加量的增加而增高，隨存量垃圾添加量增加而降低。堆肥結(jié)束時(shí)，各處理有機(jī)質(zhì)含量都有明顯下降。其中A3(19.38%)、A4(22.65%)處理組的有機(jī)質(zhì)平均降解速率明顯高于A1(14.14%)、A2(10.37%)；未添加蚯蚓處理C1(13.38%)的有機(jī)質(zhì)平均降解速率明顯低于投加蚯蚓的C2(15.60%)、C3(18.86%)、C4(18.69%)處理，說明向堆肥中投加蚯蚓能加速有機(jī)質(zhì)的降解，且初始物料比例直接影響蚯蚓對(duì)有機(jī)物的降解速率[30]。

有機(jī)質(zhì)的降解主要發(fā)生在堆肥前期和中期，蚯蚓腸道能調(diào)節(jié)微生物的生物活性以及群落結(jié)構(gòu)，加快微生物的生長及繁殖，強(qiáng)化微生物對(duì)有機(jī)物的降解作用[31-32]。因此，一方面是由于蚯蚓和微生物迅速將污泥中的易降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，另一方面是因?yàn)轵球净顒?dòng)增大了物料的孔隙度以及物料和微生物的接觸面積，提高了微生物對(duì)有機(jī)物的降解速率。

2.2.2種子發(fā)芽指數(shù)

如圖3所示，在初始堆肥物料中，各處理GI平均值表現(xiàn)為A1>A2>A3>A4、B1>B2>B3>B4，表明隨著廚余垃圾和存量垃圾的增加，種子發(fā)芽指數(shù)均有所下降，初始物料的GI值為49%～75%，隨著堆肥的進(jìn)行，各處理GI值均有明顯上升。

在堆肥前15 d，A1、A2處理GI值增長速率較慢，主要是因?yàn)槎逊食跗谟袡C(jī)質(zhì)快速降解產(chǎn)生的有機(jī)酸使堆肥物料具有植物毒性[33]。在15～45 d，各處理GI值均有明顯增長，這歸因于有毒化合物(鹽、重金屬、有機(jī)酸等)的分解和轉(zhuǎn)化[34]。堆肥結(jié)束時(shí)，各處理GI值均達(dá)80%以上，其中A4B1C4的GI值最低，為86%；A3B2C4的GI值最高，為136%，說明堆肥產(chǎn)品不具備植物毒性，且基本達(dá)到腐熟[35]。A4處理組初始及堆肥全過程的平均GI值(96.83%)均明顯低于其他處理，這可能跟物料中廚余垃圾含量過高有關(guān)。在相同的廚余垃圾和污泥配比下，未加蚯蚓的C1處理組明顯低于添加蚯蚓的處理組，說明添加蚯蚓能明顯提高物料的種子發(fā)芽指數(shù)，減少植物毒性，可能是蚯蚓的活動(dòng)協(xié)調(diào)了氨氮和硝酸鹽氮含量，調(diào)節(jié)了堆體pH值[36]。

2.3 堆肥工藝分析

2.3.1最佳工藝篩選

由圖1、3可知，未加蚯蚓的C1處理組有機(jī)質(zhì)降解率均值最低，且污泥和廚余垃圾質(zhì)量比為1∶1的A4處理組蚯蚓日增重倍數(shù)為負(fù)數(shù)，故C1處理組、A4處理組不參與蚯蚓堆肥最佳工藝優(yōu)化。用綜合評(píng)分法對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行極差分析和方差分析(表4～5)，各因素對(duì)蚯蚓堆肥的影響次序依次為污泥和廚余垃圾配比(2.758)>蚯蚓接種比(2.433)>存量垃圾添加比(2.381)，蚯蚓堆肥最優(yōu)工藝組合為A3B2C3，即污泥和廚余垃圾質(zhì)量比為7∶3，存量垃圾添加比例為5%，蚯蚓接種數(shù)量為33條·kg-1。污泥和廚余垃圾配比會(huì)顯著影響蚯蚓堆肥效果，存量垃圾添加比和蚯蚓接種量對(duì)蚯蚓堆肥無顯著影響。

表4 正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果

表5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析結(jié)果

2.3.2最佳工藝驗(yàn)證

根據(jù)上述得到的最佳工藝進(jìn)行蚯蚓堆肥，45 d后測定蚯蚓日增重倍數(shù)、種子發(fā)芽指數(shù)及堆肥前后的有機(jī)質(zhì)降解率，結(jié)果如表6所示，最佳工藝A3B2C3的蚯蚓日增重倍數(shù)、有機(jī)質(zhì)降解率及種子發(fā)芽指數(shù)均高于正交試驗(yàn)中效果最好的A3B2C4。

表6 蚯蚓堆肥最佳工藝效果驗(yàn)證

2.4 蚯蚓堆肥對(duì)黑麥草生長的影響

2.4.1黑麥草株高和根長

黑麥草收獲后其生長形態(tài)、株高及根長如圖4所示。

與對(duì)照組相比，施加比例為5%～40%堆肥產(chǎn)品處理黑麥草株高顯著增加，增幅為11%～39%，施加比例為50%處理株高降低12%，說明適當(dāng)施用蚯蚓堆肥能促進(jìn)黑麥草的生長，但施用過多則會(huì)抑制生長，這與JOSHI等[37]的研究一致。根長變化情況和株高類似，與對(duì)照組相比，施加比例為10%和20%處理根長最長，分別增加49%和39%，施加比例為50%處理根長則降低40%，這是因?yàn)橥寥乐刑砑舆^多的蚯蚓堆肥導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬含量過高，從而影響了黑麥草的正常生長。有研究表明，施用蚯蚓堆肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量，促進(jìn)植物根系的發(fā)育和活性，并促進(jìn)植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收[38-39]。此外，蚯蚓堆肥還具有類似激素的作用，可促進(jìn)根的生長，增加根長及根生物量，促進(jìn)植物生長發(fā)育[40]。

2.4.2黑麥草重金屬含量

如表7所示，隨著蚯蚓堆肥施加比例的增加，黑麥草莖葉Cr、Cu、Zn、Ni、As含量均呈上升趨勢，Cr、Cu、Zn、Ni、As含量分別由0.27、1.84、9.23、0.50、0.020 mg·kg-1上升至0.50、3.51、14.39、0.81、0.038 mg·kg-1。其中，Zn含量最高，As含量最低，可能是由于栽培用土中Zn的土壤背景值(86.5 mg·kg-1)較高，作為堆肥原料的污泥中Zn含量也最高，不穩(wěn)定態(tài)占比較大(30%～65%)[41]，導(dǎo)致其更易被植物吸收利用。

表7 黑麥草莖葉重金屬含量

2.5 蚯蚓堆肥對(duì)土壤的影響

2.5.1蚯蚓堆肥及土壤特性

由表8可知，污泥-廚余-存量垃圾多元物料蚯蚓堆肥的pH值、種子發(fā)芽指數(shù)、有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分及重金屬含量符合GB/T 23486—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》相關(guān)要求，施加10%堆肥的土壤各項(xiàng)指標(biāo)符合CJ/T 340—2016《綠化種植土壤》中Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明蚯蚓堆肥可用于園林綠化，提高土壤肥效。同時(shí)，盡管污泥被禁止作為農(nóng)用有機(jī)肥的原料，但其部分指標(biāo)仍滿足NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》要求。

表8 蚯蚓堆肥指標(biāo)與肥料施用標(biāo)準(zhǔn)的比較

2.5.2土壤有機(jī)質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)含量

施加蚯蚓堆肥能明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，隨著施加比例的增加，有機(jī)質(zhì)含量也相應(yīng)提高。添加5%、10%、20%、30%、40%、50%蚯蚓堆肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加1.07%、2.34%、4.34%、7.11%、8.56%、10.70%，相比對(duì)照組提高0.17～1.72倍。黑麥草收獲后，土壤的有機(jī)質(zhì)含量相比種植前均有所下降，各處理的有機(jī)質(zhì)含量分別下降3.16%、4.68%、4.83%、4.39%、4.48%、4.73%、2.85%，其中對(duì)照組有機(jī)質(zhì)含量降幅最低(圖5)。

土壤中施加蚯蚓堆肥后，總氮、總磷以及速效鉀含量均隨施加比例的增加有不同程度升高(圖5)。施加比例為50%處理總氮、總磷和速效鉀含量增幅最大，分別達(dá)6.69、5.96和0.42 mg·g-1。收獲黑麥草后，各處理的土壤總氮、總磷及速效鉀含量均有所降低，總氮含量降幅為5.48%～25.92%，總磷含量降幅為2.29%～13.00%，速效鉀含量降幅為1.93%～9.65%。其中，施加比例為20%處理總氮、總磷和速效鉀含量降幅最為明顯。

2.5.3土壤重金屬含量

隨著蚯蚓堆肥施加比例的增加，Cr、Cu、Zn、Ni、As含量均明顯增加。5種重金屬中，含量最高的是Zn，其次是Cr和Cu(表9)。黑麥草收獲后，與種植前相比，各處理土壤重金屬含量均有所下降，且各處理土壤重金屬含量隨蚯蚓堆肥施加比例的增加而上升的趨勢不變。

表9 種植黑麥草前后土壤重金屬含量

2.6 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

如表10所示，各處理各重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Er均小于40，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI均小于150，風(fēng)險(xiǎn)程度均為輕微生態(tài)危害。5種重金屬中，Cu對(duì)土壤環(huán)境的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大(Er=17.69)，其次是As(Er=6.45)，Cr、Zn、Ni的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較低，Er為1.06～4.18。隨蚯蚓堆肥施加比例的增加，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均有所升高，單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高的均是施加50%蚯蚓堆肥的處理，與未施加蚯蚓堆肥的土壤相比，Cr、Cu、Zn、Ni、As的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別上升16.58%、119.58%、213.23%、265.50%、21.97%，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)上升94.10%。

表10 施加不同比例蚯蚓堆肥的土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Er)評(píng)價(jià)結(jié)果

蚯蚓堆肥施用次數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)上升，但由于堆肥本身重金屬含量相對(duì)較低，其Cu潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大值為35.09，蚯蚓堆肥施加比例為20%時(shí)，Cu對(duì)土壤環(huán)境的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)前期隨著施加次數(shù)增加迅速升高，累計(jì)施加30次后趨于穩(wěn)定(Er=35.04)，此后生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)將不再隨施用次數(shù)增加產(chǎn)生明顯變化，并最終維持在輕微水平(Er=35.09)；當(dāng)施加比例為10%時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)程度也均為輕微生態(tài)危害。鑒于黑麥草的生長狀況在施加比例為10%和20%時(shí)無顯著差異(圖4)，實(shí)際應(yīng)用以蚯蚓堆肥施加比例10%為宜。

3 結(jié)論

(1)污泥中添加廚余垃圾和存量垃圾能夠有效改善物料的理化性質(zhì)，提高其肥料價(jià)值，并促進(jìn)蚯蚓生長。蚯蚓堆肥能夠加速有機(jī)質(zhì)的降解速率，提高種子發(fā)芽指數(shù)，加速堆肥的腐熟。

(2)污泥和廚余垃圾配比會(huì)顯著影響多元物料蚯蚓堆肥效果，堆肥最佳工藝組合如下：污泥和廚余垃圾質(zhì)量比為7∶3，存量垃圾添加比例為5%，蚯蚓接種數(shù)量為33 條·kg-1。

(3)污泥-廚余-存量垃圾多元物料蚯蚓堆肥各指標(biāo)滿足GB/T 23486—2009和NY/T 525—2021標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，施加10%堆肥的混合土壤各項(xiàng)指標(biāo)符合CJ/T 340—2016中Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)施用蚯蚓堆肥能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)、總磷、總氮和速效鉀含量，施加比例為20%時(shí)黑麥草生長狀況最佳，但施加比例大于40%時(shí)會(huì)對(duì)植物生長起抑制作用。

(5)土壤和黑麥草中重金屬含量均隨蚯蚓堆肥施加比例的上升而明顯增加，其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均為輕微水平，堆肥按20%比例多季施用，不會(huì)使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)超過輕微水平；綜合肥效和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，堆肥施加比例宜設(shè)定為10%。