吳 杰 常會(huì)慶,2,* 王啟震

(1 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2 河南新大牧業(yè)股份有限公司，河南 鄭州 450001)

目前我國(guó)城市污泥的產(chǎn)量巨大，截至2015年，我國(guó)共建成城鎮(zhèn)污水處理廠約6 910座，污水處理廠處理能力達(dá)1.4×109m3·d-1[1]，污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥為3.02×107t，到2020年污泥產(chǎn)量達(dá)6.00×107t[2]。 我國(guó)主要通過(guò)填埋、焚燒來(lái)處置城市污泥[3]，但這些處理的污泥將對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響[4]。

消納污泥的有效手段是對(duì)其進(jìn)行無(wú)害化處理后用于農(nóng)用[5-7]。目前，歐美國(guó)家已將約60%的污泥進(jìn)行無(wú)害化處理后用于改善貧瘠土壤或作為農(nóng)作物肥料[8]，而我國(guó)污泥農(nóng)用率不足10%[9]，其中以生活污水為主要來(lái)源的污泥養(yǎng)分含量豐富，其氮、磷含量高于主要有機(jī)肥[10-11]，因此可將符合農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的污泥作為一種養(yǎng)分含量豐富的有機(jī)肥用于貧瘠土壤的改良。

河南省酸性土壤面積占全省土壤總面積的7.73%，廣泛分布于省境內(nèi)的黃淮河流域，大部分集中在信陽(yáng)、駐馬店、周口等地[12]，其中黃淮海平原區(qū)有約203.1×104hm2的沙地[13]。砂土一般土質(zhì)疏松，透水透氣能力強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解快、積累少，養(yǎng)分易淋失，致使土壤養(yǎng)分較為貧乏，通常需要施用較多肥料維持作物產(chǎn)量，而化肥的大量施用又容易造成砂土退化，如酸化發(fā)生、有機(jī)質(zhì)降低等問(wèn)題，因此利用污泥改良土壤具有較高的可行性和潛力[14]。適量的堆肥污泥施用可以改善土壤物理性狀，增加土壤對(duì)養(yǎng)分的保持能力，促進(jìn)微生物活性并提高作物生產(chǎn)力，并能在一定程度上減少化肥的施用[15-18]，尤其在砂質(zhì)土壤的施用改良效果已得到證實(shí)[19-20]。然而，污泥過(guò)量施用也會(huì)導(dǎo)致土壤氮、磷過(guò)量積累，增加其淋溶風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)環(huán)境的危害[21-22]。因此，除關(guān)注污泥施用對(duì)土壤養(yǎng)分狀況和肥力特征影響外，明確污泥施用對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮和全磷積累的風(fēng)險(xiǎn)影響也至關(guān)重要。本研究選用黃淮河流域典型的酸性砂土為研究對(duì)象，采用盆栽試驗(yàn)進(jìn)行小麥-玉米連作，探究污泥施用對(duì)土壤肥力變化規(guī)律的影響，評(píng)價(jià)污泥施用的養(yǎng)分淋失風(fēng)險(xiǎn)，以期為堆肥污泥在酸性砂土上的合理施用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試污泥取自洛陽(yáng)市污泥處理廠，該污泥經(jīng)過(guò)好氧高溫堆肥制備而成，所選污泥鎘、汞、鉛、鉻、砷含量分別為2.17、0.058、80.80、232.87、27.95 mg·kg-1，符合《GB 4284-2018農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》[23]規(guī)定的A級(jí)污泥中重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)(鎘、汞、鉛、鉻、砷含量分別小于3、3、300、500、30 mg·kg-1)。供試酸性砂土取自河南駐馬店淮河流域，由83.43%砂粒、14.81%粗粉粒和1.76%粘粒組成。供試材料的基本理化性質(zhì)如表1所示。供試作物種子均購(gòu)自洛陽(yáng)市關(guān)林農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，其中冬小麥品種為豫農(nóng)035，夏玉米品種為鄭單958。

表1 土壤和堆肥污泥基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of soil and decomposed sludge

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在河南科技大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)展開(kāi)(112°28′E，34°42′N)，采用盆栽種植，根據(jù)《GB 4284-2018農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》[23]中規(guī)定污泥年施用量不應(yīng)超過(guò)7.5 t·hm-2，設(shè)置5個(gè)污泥添加量分別為：0(CK)、1.67(W1)、3.33(W2)、16.67(W3)、33.33 g·kg-1(W4)，折算成大田的堆肥污泥施用量分別為0、3.75、7.50、37.50、75.00 t·hm-2(按照大田表層土重量為2.25×106kg·hm-2計(jì)算)，每個(gè)處理重復(fù)3次。添加污泥的5個(gè)處理，土壤中重金屬含量均低于《GB 15618-2018土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[24]所規(guī)定的篩選值。污泥用量(累積用量)和養(yǎng)分風(fēng)險(xiǎn)污泥用量也以折算后的大田用量表示。

試驗(yàn)于2015年10月開(kāi)始，連續(xù)2年播種冬小麥-夏玉米，并僅在冬小麥種植前將污泥施入盆栽。2015年10月準(zhǔn)備10 kg風(fēng)干后過(guò)10目篩(除去雜草、砂礫等)的砂質(zhì)土壤置于盆缽中，并根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)把污泥與砂質(zhì)土壤混勻后種植冬小麥。2016年6月小麥?zhǔn)斋@后，將盆栽中土壤全部取出混勻，并采集100 g土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干保存?zhèn)溆?，剩余土壤裝盆種植夏玉米。2016年10月夏玉米收獲后，再次將盆栽中土壤全部取出混勻并采集100 g土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干保存，剩余土壤與施入污泥混勻裝盆用于種植冬小麥，在2017年6月收獲小麥后以2016年6月小麥?zhǔn)斋@后的相同步驟種植夏玉米，并采集土壤樣品。冬小麥和夏玉米在發(fā)芽一周后，小麥留10株，玉米留1株。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定 每季作物成熟后，采集土壤樣品風(fēng)干，分兩批，分別過(guò)20目和100目土篩后進(jìn)行基本理化性質(zhì)測(cè)定[25]：pH值采用水土比5∶1的電位法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用外加溫的重鉻酸鉀容量法測(cè)定；土壤全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤全磷含量采用HClO4-H2SO4消解，分光光度計(jì)比色法測(cè)定；土壤速效磷含量采用NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤有效鉀含量采用CH3COONH4浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.3.2 土壤肥力評(píng)價(jià) 采用內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)(integrated fertility index，IFI)[26]。將土壤pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量指標(biāo)分別帶入式(1)，計(jì)算其分肥力系數(shù)IFIi，再根據(jù)公式計(jì)算IFI：

(1)

(2)

式中，x表示土壤各指標(biāo)測(cè)定值，xa與xp分別為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的下、上限，xc介于分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)上、下限間；xa、xc、xp的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考第二次全國(guó)普查標(biāo)準(zhǔn)(表2)。IFIi平均、IFIi最小分別是土壤各指標(biāo)的分肥力均值與最小值；n表示土壤指標(biāo)個(gè)數(shù)。根據(jù)IFI值將土壤肥力分為4類(表3)[27]。

表2 土壤性質(zhì)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Grading criteria for soil properties

表3 土壤肥力的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification standard of soil fertility

1.4 養(yǎng)分淋失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.4.1 有機(jī)指數(shù)法 外源有機(jī)物料添加導(dǎo)致的土壤有機(jī)碳淋失潛在風(fēng)險(xiǎn)，可以使用有機(jī)指數(shù)(organic index，OI)評(píng)價(jià)方法[28-29]進(jìn)行表征：

OI=OC×TN×0.95

(3)

式中，OC為試驗(yàn)測(cè)得的土壤有機(jī)碳含量，%；TN為土壤全氮含量實(shí)測(cè)值，%。有機(jī)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[29]見(jiàn)表4。

表4 有機(jī)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Evaluation standards of organic index

1.4.2 單因子指數(shù)法 單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法可以對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)積累的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究中全氮(total nitrogen，TN)和全磷(total phosphorus，TP)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值分別為4.85和2.00 mg·g-1[30]。根據(jù)公式計(jì)算單因子指數(shù)(single factor index，Si)：

Si=Ci/Cs

(4)

式中，Si為標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)(單因子指數(shù))；Ci為評(píng)價(jià)因子i的實(shí)際測(cè)得值，Cs為評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[31]見(jiàn)表5。

表5 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Evaluation standards of single factor index

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23.0和Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和作圖，采用Duncan法進(jìn)行多重比較(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量的變化

由表6可知，隨著酸性砂土中污泥添加量的增加，土壤pH值呈增加趨勢(shì)。2016和2017年小麥和玉米季W(wǎng)1、W2、W3和W4的pH值與CK相比均有增加，兩年小麥季的pH值增加范圍分別為0.06～0.70和0.14～1.11個(gè)單位，并從W2開(kāi)始，后續(xù)處理均較CK顯著增加，兩年玉米季的pH值增加范圍分別為0.19～0.85和0.35～1.31個(gè)單位，差異均達(dá)顯著水平?？梢?jiàn)，無(wú)論小麥季還是玉米季，污泥施用都會(huì)導(dǎo)致酸性砂土pH值升高，相同處理?xiàng)l件下，2017年土壤pH值高于2016年。酸性砂土的有機(jī)質(zhì)含量隨污泥添加量的增加而增加。與CK相比，2016年小麥和玉米季污泥添加處理的有機(jī)質(zhì)含量增加了13.59%～68.20%和3.17%～48.28%，并分別從W4和W2開(kāi)始，后續(xù)處理均為顯著增加；2017年兩季土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅分別為12.16%～82.82%和11.45%～69.68%，小麥和玉米季分別從W2和W4開(kāi)始，后續(xù)處理顯著增加。相同處理在污泥用量相同條件下，2017年土壤的有機(jī)質(zhì)含量高于2016年，可見(jiàn)隨著污泥施用年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)不斷積累。另外，在同一污泥使用量條件下，小麥季土壤有機(jī)質(zhì)含量高于玉米季。

表6 不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量及pH值Table 6 Soil organic matter content and pH value of different treatments

2.2 土壤全氮、堿解氮含量的變化

由表7可知，酸性砂土的全氮和堿解氮含量均隨著污泥添加量的增加而增加。與CK相比，2016年小麥和玉米季添加污泥處理(W1～W4)的全氮含量增幅分別為10.87%～41.30%和8.89%～33.33%，且兩季均從W1開(kāi)始，后續(xù)處理的土壤全氮含量顯著增加；2017年小麥和玉米季添加污泥處理(W1～W4)的全氮含量增幅分別為19.57%～78.26%和20.45%～72.72%，但僅2017年小麥季的W4顯著增加。與CK相比，2016年小麥和玉米季添加污泥處理(W1～W4)的土壤堿解氮含量增幅分別為8.71%～160.16%和28.41%～273.64%，且分別從W3和W2開(kāi)始，土壤堿解氮含量顯著增加；2017年小麥與玉米季的土壤堿解氮含量增幅分別為15.64%～203.07%和90.61%～446.44%，且分別從W2和W1開(kāi)始較CK顯著增加。另外，在同一輪作季污泥添加量相同時(shí)，小麥季的全氮和堿解氮含量均高于玉米季，且2017年整體高于2016年。

表7 不同處理土壤全氮和堿解氮含量Table 7 Soil total nitrogen and alkali-hydrolyzed nitrogen content of different treatments

2.3 土壤全磷、速效磷含量的變化

由表8可知，土壤全磷和速效磷含量均隨污泥添加量的增加而上升，且污泥添加處理組均高于CK。與CK相比，2016年小麥季W(wǎng)2、W3、W4全磷含量分別顯著增加10.47%、11.63%、23.26%，玉米季W(wǎng)4全磷含量顯著增加12.05%；2017年小麥和玉米兩季添加污泥處理(W1～W4)全磷含量的增幅分別為3.53%～40.00%和2.38%～27.38%，但僅小麥季W(wǎng)4的土壤全磷含量顯著增加。另外，土壤全磷含量表現(xiàn)出在同年份污泥添加量相同時(shí)，玉米季全磷含量低于小麥季；并且各污泥添加處理除小麥季W(wǎng)1外，2017年的土壤全磷含量高于2016年。與CK相比，2016年小麥和玉米季添加污泥處理(W1～W4)的土壤速效磷含量增幅分別為4.25%～48.85%和3.15%～38.56%，并均從W2開(kāi)始，后續(xù)處理顯著增加；2017年小麥季W(wǎng)3、W4的速效磷含量分別顯著增加41.53%和71.51%，玉米季W(wǎng)2、W3和W4的速效磷含量分別顯著增加18.24%、27.14%、62.49%，其余處理與CK相比無(wú)顯著差異。同季節(jié)當(dāng)污泥添加量相同時(shí)，2017年土壤速效磷含量高于2016年，可見(jiàn)隨著污泥的連續(xù)施用，土壤中的速效磷有明顯的累積效應(yīng)。

表8 不同處理土壤全磷和速效磷含量Table 8 Soil total phosphorus and available phosphorus content of different treatments

2.4 污泥添加對(duì)酸性砂土有效鉀含量和電導(dǎo)率的影響

由表9可知，污泥添加到酸性砂土中會(huì)增加土壤有效鉀含量。與CK相比，兩年小麥季添加污泥處理(W1～W4)土壤有效鉀含量的增幅分別為3.52%～71.97%和3.79%～93.15%，并均從W3開(kāi)始，后續(xù)處理的土壤有效鉀含量顯著增加；兩年玉米季增幅分別為6.57%～75.97%和9.21%～115.58%，均從W2開(kāi)始，后續(xù)處理顯著增加。同季節(jié)的污泥添加量相同時(shí)，2017年土壤有效鉀含量高于2016年。可見(jiàn)，土壤有效鉀也存在隨污泥連續(xù)施用的積累效應(yīng)。同樣，在砂土中添加污泥也會(huì)使土壤電導(dǎo)率表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。與CK相比，2016年小麥季各污泥處理(W1～W4)的電導(dǎo)率均顯著增加，增幅為5.41%～24.32%；玉米季W(wǎng)2、W3和W4的電導(dǎo)率較CK分別顯著增加32.43%、43.24%、64.86%。2017年小麥和玉米季均從W2開(kāi)始，土壤電導(dǎo)率顯著增加，并且W2、W3、W4 3處理間存在顯著性差異。

表9 不同處理土壤有效鉀含量和電導(dǎo)率Table 9 Soil available potassium content and electrical conductivity of different treatments

2.5 施用污泥對(duì)土壤綜合肥力指數(shù)影響

由表10可知，酸性砂土的土壤綜合肥力指數(shù)(IFI)隨污泥添加量的增加呈上升趨勢(shì)。與CK相比，2016年小麥和玉米季各污泥添加處理(W1～W4)的IFI分別顯著增加4.21%～20.00%和6.58%～44.74%，且玉米季各處理之間的肥力指數(shù)也均存在顯著性差異；2017年小麥季W(wǎng)2、W3和W4的IFI分別顯著增加12.37%、20.62%和26.80%，2017年玉米季W(wǎng)1、W2、W3、W4的IFI均顯著增加，其增加范圍為8.97%～55.13%，且各處理間差異顯著。污泥添加處理和季節(jié)雙因素方差分析表明，污泥添加處理和收獲季節(jié)2個(gè)因素均對(duì)IFI具有極顯著影響，雙因素間的交互作用對(duì)IFI也產(chǎn)生極顯著作用。污泥添加雖然可使IFI上升，但在本研究污泥施用范圍內(nèi)(3.75～75.00 t·hm-2)其肥力指數(shù)的變化范圍為0.81～1.23，其中土壤肥力狀況為貧瘠的占25%，肥力狀況為一般的占75%。

表10 污泥對(duì)土壤綜合肥力指數(shù)影響Table 10 Effect of sludge on soil IFI

2.6 污泥添加對(duì)酸性砂土養(yǎng)分累積風(fēng)險(xiǎn)

污泥添加可明顯改良砂土的養(yǎng)分狀況，但污泥連續(xù)過(guò)量施用會(huì)增加土壤有機(jī)碳、氮、磷隨徑流的淋失風(fēng)險(xiǎn)，并會(huì)對(duì)環(huán)境造成生態(tài)污染[28]。利用OI開(kāi)展土壤有機(jī)碳的淋失風(fēng)險(xiǎn)表明，污泥添加兩年后小麥和玉米季的OI均屬于Ⅰ級(jí)(圖1)，此時(shí)土壤有機(jī)碳為清潔類型，說(shuō)明連續(xù)兩年污泥添加，土壤有機(jī)碳的積累并未對(duì)環(huán)境造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其隨徑流的淋失風(fēng)險(xiǎn)低。

圖1 土壤有機(jī)碳的有機(jī)指數(shù)Fig.1 Organic index of soil organic carbon

由圖2和圖3可知，連續(xù)施用兩年污泥后小麥和玉米季全氮的單因子指數(shù)均小于0.5，其污染指數(shù)級(jí)別屬于Ⅰ級(jí)清潔類型，對(duì)于該砂土而言，氮素隨徑流的淋失風(fēng)險(xiǎn)低。對(duì)于土壤磷素而言，2016年小麥季污泥添加量為75.00 t·hm-2時(shí)，土壤中全磷的單因子指數(shù)超過(guò)0.5，此時(shí)土壤全磷屬于Ⅱ級(jí)較清潔類型，說(shuō)明此時(shí)土壤磷素的淋失風(fēng)險(xiǎn)較CK升高。2017年小麥和玉米季的污泥添加量達(dá)到37.50 t·hm-2時(shí)，土壤的全磷的單因子指數(shù)均已超過(guò)0.5，屬于Ⅱ級(jí)較清潔類型，增加了全磷徑流淋失對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)?？梢?jiàn)在連續(xù)施用污泥時(shí)，砂土中磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)比氮素更高。

圖2 土壤全氮的單因子指數(shù)Fig.2 Single factor index of soil total nitrogen

圖3 土壤全磷的單因子指數(shù)Fig.3 Single factor index of soil total phosphorus

3 討論

3.1 污泥施用對(duì)土壤主要理化參數(shù)的影響

污泥施用會(huì)對(duì)土壤的酸堿性產(chǎn)生影響。酸性砂土連續(xù)兩年施用污泥，其pH值隨污泥施用量增加而上升，原因在于施用的堆肥污泥為堿性，與酸性砂土發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，導(dǎo)致砂土的pH值升高。但有研究表明堿性砂土施用污泥后，土壤pH值卻呈顯著下降趨勢(shì)，且隨污泥施用量增加其土壤pH值降幅增加[19]，主要是由于土壤在分解污泥中有機(jī)質(zhì)的過(guò)程中會(huì)分泌出大量的有機(jī)酸，導(dǎo)致堿性土壤pH值降低；另外，大量污泥施用也會(huì)使土壤的硝化作用增強(qiáng)，導(dǎo)致土壤pH值降低[32]?？梢?jiàn)污泥添加到酸堿性不同的土壤中會(huì)導(dǎo)致不同的pH值變化趨勢(shì)。因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以考慮利用污泥添加來(lái)改善土壤的酸堿性質(zhì)。

污泥中所含氮、磷等養(yǎng)分不但高于一般農(nóng)家肥[10]，而且養(yǎng)分當(dāng)季有效率在無(wú)機(jī)化肥和有機(jī)肥之間[33]，因此污泥施用尤其在砂土中使用可以改善土壤養(yǎng)分狀況[26,34]。本研究通過(guò)連續(xù)兩年在酸性砂土中添加堆肥污泥可有效提高砂土氮、磷、鉀以及有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)改善土壤肥力狀況，但由于每年僅在小麥季進(jìn)行污泥和肥料添加，導(dǎo)致同年玉米季的土壤養(yǎng)分含量低于小麥季。上海市建議進(jìn)行種植的土壤電導(dǎo)率范圍為0.35～1.20 ms·cm-1[35]。本研究連續(xù)兩年使用堆肥污泥，酸性砂土電導(dǎo)率在2017年小麥季施用污泥量為75.00 t·hm-2時(shí)達(dá)到最大值，為0.84 ms·cm-1，未超出上述標(biāo)準(zhǔn)限值范圍。

3.2 污泥施用的養(yǎng)分積累風(fēng)險(xiǎn)

污泥施用雖然可以增加土壤養(yǎng)分含量并提高肥力狀況，但過(guò)量施用污泥會(huì)使土壤中過(guò)多積累的有機(jī)碳、氮和磷等養(yǎng)分由于雨水淋洗與沖刷而進(jìn)入地表水和地下水，造成水體的面源污染和富營(yíng)養(yǎng)化[21]。因此本研究采用有機(jī)指數(shù)法從土壤的有機(jī)碳含量角度來(lái)判斷土壤有機(jī)碳的積累對(duì)環(huán)境造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法分別從TN和TP含量的角度來(lái)對(duì)土壤的氮、磷淋失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

土壤有機(jī)碳是土壤的重要組成部分，其可以作為植物重要的養(yǎng)分來(lái)源，對(duì)維持土壤氮素等養(yǎng)分的供應(yīng)和平衡起著重要作用[36]。農(nóng)田中有機(jī)物料的添加可以增加土壤有機(jī)碳含量，但我國(guó)農(nóng)田有機(jī)物料的碳利用效率平均只有16.3%[37]，因此當(dāng)過(guò)量的有機(jī)物料添加到土壤中，不但不會(huì)增加土壤有機(jī)碳含量，反而會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物料碳的淋失風(fēng)險(xiǎn)或土壤碳氮比失調(diào)。本研究污泥添加后作物各生長(zhǎng)季OI均屬于Ⅰ級(jí)，土壤有機(jī)碳為清潔類型，說(shuō)明此范圍的污泥添加量對(duì)土壤有機(jī)碳的積累影響處于低環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

污泥添加增加砂土有機(jī)碳的同時(shí)，也增加了土壤中氮、磷養(yǎng)分含量，因此關(guān)注砂土中過(guò)量積累氮、磷的潛在風(fēng)險(xiǎn)尤其重要。沙化土壤淋溶模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤淋出液中氮、磷養(yǎng)分含量與污泥的施用量存在顯著的相關(guān)性，而且氮素的淋溶風(fēng)險(xiǎn)高于磷素，在污泥添加量為60、90 t·hm-2時(shí)，淋出液中全氮以及全磷含量均顯著增加(P<0.01)[13]。本研究中兩年的污泥連續(xù)施用增加了土壤中氮、磷的Si，但砂土中全氮的單因子指數(shù)未超過(guò)0.5，屬于Ⅰ級(jí)清潔類型，因此污泥施用后砂土氮的淋溶風(fēng)險(xiǎn)小；對(duì)于磷素而言，2016年小麥季污泥添加量為75.00 t·hm-2，以及2017年小麥和玉米季的污泥添加量達(dá)到37.50 t·hm-2時(shí)，土壤全磷的單因子指數(shù)的范圍在0.5～1.0之間，屬于Ⅱ級(jí)較清潔類型，上述單因子指數(shù)法研究結(jié)果表明砂土添加污泥后磷素的淋溶風(fēng)險(xiǎn)較氮素更值得關(guān)注。目前，通過(guò)分析土壤中速效磷與土壤CaCl2浸提磷之間的關(guān)系而得出的土壤磷素淋失臨界值被廣泛使用[38-39]，其土壤的磷素淋失臨界值為29.96～156.78 mg·kg-1，但不同土壤類型、磷酸鹽數(shù)量和形態(tài)等存在差異，使得土壤的磷臨界值有差異[40]。本研究中，無(wú)論在小麥季還是玉米季，當(dāng)污泥添加量大于等于7.50 t·hm-2時(shí)，土壤中速效磷含量多數(shù)超過(guò)了30 mg·kg-1，因此污泥施用造成砂土中磷的淋失風(fēng)險(xiǎn)值預(yù)測(cè)仍需進(jìn)一步研究。另外，上述評(píng)價(jià)方法未考慮污泥中重金屬造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而本研究表明短期的污泥施用不會(huì)對(duì)砂土和作物籽粒重金屬造成超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)(數(shù)據(jù)未列出)。因此污泥可以作為短期改良砂土的有效方法，而污泥的長(zhǎng)期農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)需要進(jìn)一步檢測(cè)。

4 結(jié)論

堆肥污泥短期施用可以改善小麥-玉米連作體系上酸性砂土的養(yǎng)分和肥力狀況，并且可以改善酸性砂土的酸化現(xiàn)象，尤其大量施用時(shí)提升效果顯著，同時(shí)堆肥污泥施用對(duì)砂土有機(jī)碳和氮素的淋失風(fēng)險(xiǎn)較小，但當(dāng)堆肥污泥添加量分別為75.00 t·hm-2和37.50 t·hm-2時(shí)，砂土的磷淋失風(fēng)險(xiǎn)升高。但堆肥污泥對(duì)酸性砂土長(zhǎng)期施用的環(huán)境效應(yīng)，如堆肥污泥中重金屬在土壤-作物系統(tǒng)的積累風(fēng)險(xiǎn)、生物多樣性影響風(fēng)險(xiǎn)以及污泥長(zhǎng)期過(guò)量施用的養(yǎng)分淋失風(fēng)險(xiǎn)等仍需密切關(guān)注和進(jìn)一步研究。