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城市污泥在园林树木中的应用及其展望
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-09-04 13:58:24

     摘 要:本文阐述了污泥在园林树木中施用的正负效应,综述了污泥堆肥在园林树木中的应用研究进展,对污泥在园林绿地的应用前景进行了展望。 

  关键词:污泥;园林树木;园林绿地;应用 

  污水污泥的处理及资源化利用是改善城市环境、实现资源可持续利用的有效方法之一。污泥的土地利用,被认为是最普遍、最经济的解决及处置难题的方法之一[1,2]。园林绿地利用作为土地利用的一个方面,所用污泥不进入食物链,对人类健康不构成威胁。并且,它还能改善土壤条件,促进园林植物生长,提高绿化质量;通过植物的吸收利用,降解成无害产物,实现资源的可持续利用。但是,污泥中含有各种各样污染物质,施用不当会给园林绿地和城市环境造成二次污染。因此,开展污泥园林绿化资源化利用的研究,对环境保护任务十分艰巨的城市来说意义重大,也十分必要。 

  1 污泥堆肥及其园林绿地应用中的正负效应 

  1.1 污泥堆肥 

  城市污泥是一种肥效优于普通农家肥,并可替代腐叶土的微生物菌肥。但污水处理厂出厂的城市污泥含水率达85%~95% ,粘稠、恶臭,长途运输费用高而且污染城市空气,而就近通过腐熟或干化处理后施于园林绿地,是一种节省能源、方便经济、具有城市化特点的污泥处置办法。污泥可经辐射处理杀灭病源物后施用[3]。 

  污泥堆肥化是将污泥与锯末、秸秆、树叶、粪便、垃圾及膨胀剂如木屑、秸秆玉米芯等,在一定条件下(如pH、C\N、通气、水分、温度)进行好氧堆沤。污泥经堆肥化处理后,病原菌、寄生虫卵、杂草种子几乎全部被杀死,没有臭味。同时,可降低重金属有效态的含量,增加速效养分含量,成为一种比较干净且性质比较稳定的肥料。污泥堆肥除可施用于农田、园林绿化、草坪、废弃地等外,还可用作林木、花卉育苗基质,降低了育苗成本[4]。 

  1.2 污泥在园林中应用的正效应 

  1.2.1 供给园林植物养分。污泥中含有相当于厩肥的氮和磷,也含有钾、钙、铁、硫、镁及锌、铜、锰、硼、钼等微量元素。其中氮、磷均为有机态,可以缓慢释放而具有长效性[5,6]。 

  1.2.2 提高土壤有机质含量,改善林下土壤化学性质。污泥中含20%~40%的有机物质,而且是经过了生物降解的有机腐殖质。可提高土壤的阳离子代换量,改善土壤对酸碱的缓冲能力,提供养分交换和吸附的活性点,从而提高对肥料的利用率[7]。 

  1.2.3 改善林下土壤的物理性质。污泥堆肥因本身密度小及能增加土壤的孔隙度而显著减少土壤的容重。可增加土壤总的孔隙容积,并改善孔隙大小的分布。减少土壤地面冲刷,减少因径流引起的植物养分损失。可增加土壤的持水能力从而提高土壤水分含量,还可增加土壤的透水性及防止土壤表面板结。可改良土壤结构,使土壤疏松,给土壤水分和空气以快速进出的通道。粘重的土壤施入污泥堆肥后,可有利于团粒的形成及提高团粒的水稳性。 

  1.2.4 改善林下土壤的生物学性质。污泥可增加土壤根际微生物的群落,从而增加其生物活性,有利于养分的释放。有不少研究认为,施用污泥堆肥可控制根的腐烂及抑制一些病原菌。在我国这样一个发展中的农业大国,污泥的农田绿地利用是最佳的最终处置办法,对于农林业、草坪业的发展必将起到一定的推动作用。 

  1.3 污泥在园林中应用的负效应 

  1.3.1 大量施用影响林木植株生长。试验发现,一次性大量施用污泥,尤其是干化污泥,往往会因污泥短期内迅速分解,使土壤产生极端的厌气条件,严重影响幼苗的生长;同时在气温较高时,又会因污泥的腐败而产生恶臭[2]。因此,污泥在使用前应作堆肥处理。 

  1.3.2 病原物较多,不能完全灭活。污泥中常浓缩有各种病原物。污泥经稳定化高温处理后,虽然能使病原物数量大大降低,但仍不能使其完全灭活。试验表明,污泥施用3~6个月后,仍能从土壤中检出较多的大肠杆菌 [2,8]。 

  1.3.3 重金属污染。城市污泥中含有Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、Cu等重金属元素[9,10,12-17]。陈同斌等对中国1994~2001年一些城市污泥重金属的数据进行了统计分析,结果表明,中国城市污泥重金属含量变化范围和平均含量为Cd 0.05~16.80mg/kg,平均2.97mg/kg;Hg 0~9.3 mg/kg,平均2.84mg/kg;Pb 0.6~669.0mg/kg,平均131mg/kg;Cr 0.4~728.0mg/kg,平均185mg/kg;As 0.29~47.00 mg/kg,平均16.1mg/kg;Ni 14.4~374.0 mg/kg,平均77.5 mg/kg;Zn l6.8~7384.0 mg/kg,平均1450 mg/kg;Cu 28.4~3068.0mg/kg,平均486mg/kg[11]。中国城市污泥重金属的含量除有些城市铜、锌超标外,基本在中国1984年颁布的《农用污泥污染物控制标准》(GB4284-84)的限值之内,大部分城市的污泥重金属含量没有超标。随着人们环保意识的增强、工业废水的达标排放,中国城市污泥的重金属含量呈下降的趋势。城市污泥合理农用不会造成土壤和农产品的重金属污染[14],但长期施用会增加土壤中重金属的含量[18],重则会使林木中毒死亡。因此,长期使用城市污泥肥料需进行必要的定位监测。 

  1.3.4 氮、磷过剩。污泥中含有大量的氮、磷,若大量施入土壤,氮、磷就会随着降水以淋洗与冲刷、渗透、地表径流等方式进入地表水,造成水体污染。 

  盆栽试验表明,污泥施用量越大,硝态氮产生越多,若裸露地施用污泥,则土壤中硝态氮累积量显著高于栽植灌木的土壤[2]。但是薛澄泽等在高速公路绿地的施肥试验表明,污泥堆肥应用到高速公路绿化带后,硝态氮淋溶较浅,未对地下水造成污染[19]。 

  2 污泥堆肥在园林树木中的应用 

  Bledsoe和Zasoski(1981)的研究表明,Lombardy杨与Black杨树经过一个生长季节,地径、地上部分生物量施用污泥堆肥的比对照明显地增大;黄杉、云杉、铁杉、红杉及松树除红杉不明显外,其余都有明显的生长响应。对这五种针叶树第1年和第2年的累计生物量(茎秆与叶子)统计结果表明,除了红杉第1年的生物量比对照低外,其余树种2年的生物量都比对照的高。对这7个树种叶子养分分析表明,对于Lombardy杨与Black杨树,除了Lombardy杨树叶子中的Ca、Mg及Black杨树叶子中的Mg含量比对照略低外,N、P、K的含量污泥堆肥处理比对照的高。上述5种针叶树叶子养分中除Mg外,其余N、P、K和Ca的含量施用污泥堆肥的树木普遍比对照处理的高。   Korcak等(1979)研究了红橡树与黑胡桃树在粗壤土上对污泥堆肥的生长响应,其生长高度及茂盛程度均比对照处理的好。生长于污泥堆肥土壤上的阔叶树种,它们的叶子在11月上旬还保留着,而对照区及施化肥的小区,则在第一次霜冻后就全部凋落了。通过对这两种树木叶子中的养分含量分析可知,红橡树叶子中的K、Ca在所有的处理间无显著性差异,而叶子中的P、Mg含量随堆肥施用量的增加而减小。黑胡桃树叶子中的P、K及Mg含量不受堆肥施用量的影响,而Ca含量在大量的污泥堆肥施用量下显著增加。Meintosh等(1984)对白松和杂交杨树在Chester粉壤土上施用污泥堆肥后的生长响应进行了研究, 结果发现白松对污泥堆肥无明显生长响应,这可能是由于施用污泥堆肥后土壤pH升高不利于白松生长所致。杂交杨树则有明显的生长响应,从第一年到实验结束,其高度比对照每年增大2~3倍。施用污泥堆肥的白松叶子养分含量除1980年的P比对照低,其余养分与对照无显著性差异。而杂交杨树叶子中的养分在不同处理间存在显著性差异。Cole等(1986)的研究发现,施用污泥后华旗松的胸径(1.37m处)由原米每年平均增长1.15cm增加到10.63cm[20]。 

  张天红1990~1991年用西安市污泥在长安县南五台林场对树木生长所作的研究认为:(1)施用不同量污泥1年后,供试树木在树高和胸径的生长上均随用量而增加;(2)3年生油松和杨树施污泥1年后,土壤中N、P、有机质、CEC均随污泥用量而增加;土壤的容重下降,土壤的持水量、孔隙度100 mL土的膨胀体积均增大;(3)施污泥后,土层中硝态氮含量随土层深度增加而减小,而且100~120cm土层中硝态氮<30mg/kg,说明在试验用量下,第1年内未对地下水造成污染;(4)施污泥1年后20~40cm和50~70cm 土层中的Cd、Cu、Zn、Pb与空白比均未增加,说明未向下层迁移[21]。 

  李艳霞1994年报道在污泥堆肥化及将其用作容器育苗基质的研究中认为:(1)明显促进苗木生长。生长4个月后,刺槐、国槐、侧柏的苗高、地上径、干重、以及形态质量指数——苗木总干重/(苗高与地径之比+茎根鲜重之比)与对照相比,差异显著。国槐叶片中的叶绿素含量、全氮、全磷含量均明显高于对照。(2)容器育苗同根外追肥与否差异显著。说明在管理上喷施氮、磷,可促进苗木生长。(3)刺槐苗木对基质中重金属的吸收率为7.2 %~22.9% ,地下部分Cu、Cd、Ni的吸收大于地上部分,Zn、Pb则相反[22]。 

  李贵宝于2000年在城市污泥对退化森林生态系统土壤的人工熟化研究中报道:(1)林地施用污泥能促进树木的生长和发育,增加树高和地径;并对林地灌、草层植被也有促进作用。(2)林地施用污泥后可提高土壤肥力,主要增加土壤有机质、有效养分N、P,对有效P的增加最为显著。这也是促进树木生长发育的根本原因。(3)土壤重金属残留主要是Pb含量有所提高,其他重金属含量影响不显著。土壤中Pb含量随污泥用量的增加而增加,因此,应以污泥Pb含量的多少作为污泥最大施用量的依据[23]。 

  薛澄泽的研究指出,灰化土等土壤上生长的云杉和松树施用城市污泥后,能加速树木的生长和发育。增加树高和地径。在松树、橡树和黄杨树等林地上,每hm2施用4~6t污泥堆肥,与施用化肥相比,树高度增加46%~48.9% ,直径增加50%~45.3% ,生物量增加42%~661%[24]。 

  3 问题与展望 

  尽管污泥园林绿地利用比农田土壤优越得多,但同样存在着寄生虫卵传染、重金属残留富集和硝酸盐淋失等问题。污泥堆肥化后施用,寄生虫卵的问题基本消除,但堆肥化后并未减少重金属,仅使其生物有效性有了某些改变,施入土壤后仍会留在土壤中。因此,应严格按污泥农用的国家标准,并结合土壤中重金属含量的背景值,在施用量与施用方法上加以注意。一般情况下,pH愈小,重金属活动愈强,所以改变土壤条件,可控制重金属的危害。石灰性土壤为微碱性,重金属的活动性和移动性就很小。 

  目前,主要通过化学和生物学两种方法来降低污泥中的重金属含量。生物学法是利用细菌循环还原一氧化硫,使重金属的难溶硫化物转变成可溶性硫酸盐而滤出污泥系统。相对于化学提取法,生物学法具有较为乐观的应用前景。此外,植物修复技术在去除施用污泥土壤中的重金属方面,大有潜力可挖,因为不同植物对不同的重金属、同一植物的不同部位对重金属的吸收各不相同,如印度芥菜(Brassica juncea)适合Cu、Zn、Pb中毒污泥污染的土壤[25]。 

  总之,污泥森林与园林绿地利用价值和环境风险受到气候条件、土壤性质、植物种类、污泥性状和用量以及研究对象等多因子的影响,是一个多元系统中的复杂问题。因此,污泥施用时应考虑污泥的数量和质量、土地条件、法律法规以及环境监测等。我国在这方面的研究还相当有限,缺乏一套较为完善的污泥土地利用技术规范。尤其对污泥及施污泥土壤中有机污染物的研究则更少。这种现状不利于污泥土地利用的规范化管理和土壤生态环境的保护。此外,城市污泥堆肥商品化应用值得探讨[26,27]。欧美等国家早已对污泥堆肥商品化生产,并在市场上出售。在目前,我国应采取一些措施:① 把污泥制成有机-无机复合肥料,适当添加钾肥补充污泥肥料中钾的不足,这样可以提高肥效、降低运输成本、减少有害物的含量;② 在经济政策上给予使用污泥复合肥料的单位或个人优惠,如免费提供试用肥料样品,免费为施用污泥复合肥料的区域或地块作土壤营养状况分析等。 

  污泥是有用的潜在资源,不应该把其作为“废弃物”,应本着“珍惜资源,有用勿弃”的原则,使之回归于自然环境之中。政府应具有远见,有计划地组织环境保护部门同农业、林业等部门开展污泥土地利用方面的科学研究,以经济、安全、合理、有效、有益的原则利用污泥,以发挥其巨大的经济效益、社会效益和生态效益。 

  参考文献  

     1 薛澄泽,张增强.我国污泥土地利用展望[J].农业环境与发展,1997(4) 

  2 周立祥,胡蔼堂.城市污泥土地利用研究[J].生态学报,1999(2) 

  3 丁文,卢敏州,林芗华,等.漳州市城市污泥的农用价值及农业利用途径[J].福建农业科技,2005(1) 

  4 JIN Y,LI Y X,CHEN T B,et a1.Strategy of soil environmental protection for new century(in Chinese)[J].Chinese Agriculture Technology,2001(1) 

  5 马娜,陈玲,我国城市污泥的处置与利用[J].生态环境,2003(1) 

  6 乔显亮,骆永明.我国部分城市污泥化学组成及其农用标准初探[J].土壤,2001(4) 

  7 张学洪,陈志强.污泥农用的重金属安全性试验研究[J].中国给水排水,2000(12) 

  8 方海兰.城市污泥在上海园林绿化中的应用前景[J].上海建设科技,2000(6) 

  9 周立祥,胡霭堂 胡忠明.厌氧消化污泥化学组成及其环境化学性质[J]植物营养与肥料学报,1997(2) 

  10 谭启玲,胡承孝,赵斌,等.城市污泥的特性及其农业利用现状[J].华中农业大学学报,2002(6) 

  11 莫测辉,周友平,蔡全英,等.城市污泥中甾类在堆肥、消化过程中的稳定性[J].环境卫生工程,2001(3) 

  12 周立祥,胡霭堂,戈乃玢.苏州市生活污泥成分性质及对蔬菜和菜地土壤的影响[J].南京农业大学学报,1994(2) 

  13 孟昭福,张增强,张一平,等.几种污泥中重金属生物有效性及其影响因素的研究[J].农业环境科学学报,2004(1) 

  14 刘善江,徐建铭,李国学.高碑店污泥农用肥效及重金属污染防治[J].华北农学报,1999(14) 

  15 王新,陈涛,粱仁禄,等.污泥土地利用对农作物及土壤的影响研究[J].应用生态学报,2002(2) 

  16 安丽,陈祖奇,潘智生,等.污泥处置方法的研究[J].环境工程,200O(1) 

  17 Hall JE.Sewage sludge production,treatment and disposal in the European Union[J].J Chartered Institution of Water and Environmental Management,1995(8) 

  18 王新,周启星,陈涛等.污泥土地利用对草坪草及土壤的影响[J].环境科学,2003(11) 

  19 曹仁林,贾晓葵.园林绿地施用污泥堆肥中的重金属污染与控制[M]/土壤学会.迈向2l世纪的土壤科学:天津卷.天津:天津科技出版社,1999 

  20 张增强 污泥堆肥在园林绿地的应用[J].农业环境保护,1996(1) 

  21 张天红,薛澄泽.西安市污水污泥林地利用效果的研究[J].西北农业大学学报,1994(2) 

  22 李艳霞.污泥与垃圾堆肥用作容器育苗基质的研究[C].西北农业大学,l995 

  23 李贵宝,尹澄清,林永标等.城市污泥对退化森林生态系统土壤的人工熟化研究[J].应用生态学报,2002(2) 

  24 薛澄泽.我国污泥土地翻用的展望[J].农业环境与发展,1997(4) 

  25 李贵宝,尹澄清,单保庆.我国森林与园林绿地污泥的利用及其展望[J]. 北京林业大学学报,2001(4) 

  26 薛澄泽,马芸.污泥制作堆肥及复合有机肥料的研究[J].农业环境保护,1997(1) 

  27 杨旒峰,薛澄泽.城市污泥堆肥商品化应用问题的探讨[J].农业环境与发展,2000(1) 

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