摘要：為研究城市污泥施用對喀斯特地區石漠化土壤質量的改良效果，以石漠化土壤和城市污泥為試驗材料，采用模擬土壤熟化試驗，分析了20%～75%比例的污泥添加對土壤持水性能、養分、重金屬含量及微生物生物量的影響。結果表明：隨著污泥用量的增加，土壤飽和含水率增加了22.04%～67.07%，持水時間延長了5.19～16.25d;土壤有機碳、氮、磷含量及微生物生物量也顯著增加。但土壤微生物生物量不是隨污泥施用比例的增加而增加，在污泥施用比例為20%～35%范圍內，土壤微生物生物量顯著高于高比例的污泥添加。50%～75%的污泥施用還導致Cd和Zn超過土壤質量標準。因此，適量的城市污泥施用可改善土壤持水性能、提高土壤肥力，以20%～35%比例為宜。

　　關鍵詞：石漠化;城市污泥;持水性能;土壤養分;土壤微生物生物量

　　石漠化是喀斯特地區普遍存在的一種類似荒漠化景觀的土地退化現象[1]。由于喀斯特特殊的自然環境特征，以及人類不合理的社會經濟活動，喀斯特地區水土流失頻發，表層土壤資源減少，巖石逐漸裸露，土壤有機質及氮、磷等養分含量顯著降低，植物生長及生物量積累受到抑制[2]，土地生產力衰退甚至喪失。貴州省是喀斯特地貌最集中的地區，喀斯特面積占全省面積的73.8%[3]，石漠化導致的區域土壤質量退化，使當地農林業生產受到威脅，地區經濟效益、社會效益和生態效益受到嚴重影響[4]。

　　隨著城市化進程的加快，城市污水處理廠產生的污泥量劇增，其傳統的處理方式如衛生填埋、焚燒等由于土地資源短缺、污染物易滲漏污染地下水，焚燒成本高且易產生大氣污染等逐漸受到限制[5]，尋求安全合理的處置方法成為環保熱點[6]。污泥中富含有機質、氮、磷等營養元素[7]，其中豐富的速效氮和速效磷能夠被植物直接吸收利用，有機態的氮和磷施入土壤后逐漸礦化，有機物在分解的同時形成一部分腐殖質，使養分穩定持續緩釋[8]，在土壤改良方面效果較好[9]。

　　在礦區生態恢復中，污泥施用可改善土壤肥力，豐富的有機質還能改良礦山廢棄地的理化性質、防治水土流失，有利于迅速恢復植被，并提高礦區土壤微生物活性[10]，若能合理利用于喀斯特地區，將對石漠化土壤質量改善具有重要現實意義。國內外對于城市污泥在砂土、鹽堿土以及礦區廢棄地的修復方面均有報道[11-15]，主要集中于城市污泥對土壤的養分改善方面。但是，由于含有重金屬等有害物質，污泥的利用須以不造成土壤環境污染為前提，對污泥的施用量進行合理控制。

　　目前，關于城市污泥對喀斯特石漠化土壤質量的改善尚鮮見報道。因此，該研究以石漠化區土壤為對象，研究不同比例的底泥添加對土壤持水性能、養分、重金屬及微生物生物量的影響，分析污泥施用對石漠化土壤質量的影響，為城市污泥在石漠化區的土地利用提供科學依據。

　　1材料與方法

　　1.1試驗地概況

　　土壤樣品于2017年5月采自貴州省黔西南州興仁縣郊(東經105°18′～106°06，北緯25°44′～26°13′)，平均海拔1359m，年均氣溫為15.2℃，年均降水量1315.3mm。土壤類型為黃壤。植被主要是以刺梨(Rosaroxbunghii)、鐵線蓮(Clem-atisuncinata)為主的藤刺灌叢。采樣區植被和土壤覆蓋率約70%，巖石裸露率約30%，土層厚度20～40cm。采用五點法隨機采樣，采樣深度0～20cm。

　　1.2試驗材料

　　供試污泥為貴陽市小河污水處理廠的脫水污泥，含水率約60%，pH7.87～7.90，有機質含量262.70g·kg-1，全氮含量3.46g·kg-1，全磷含量108.24g·kg-1，全鉀含量2.19g·kg-1，堿解氮含量1.101g·kg-1，速效磷含量0.187g·kg-1，速效鉀含量0.097g·kg-1。

　　1.3試驗方法

　　將采集的土壤和污泥樣品在室溫(約25°C)下風干，研磨后分別過2mm篩。將風干后的污泥分別以質量比0(CK)、20%(T1)、25%(T2)、35%(T3)、50%(T4)、75%(T5)的比例均勻混合于土壤，裝入直徑18cm、高12cm的塑料花盆中，混合樣品總質量2.5kg。室溫下放置平衡45d，每個處理3次重復，平衡期間保證含水量保持在飽和持水量的70%左右。

　　平衡結束后取出0.5g，一部分過2mm篩后保存在4℃冰箱，用于測定微生物生物量碳和氮，另一部分用于養分指標測定。污泥與土壤混合基質的持水性能測定參照霍曉君等[16]的方法。裝置由鐵架臺、滴定管、塑料杯等組成。分別稱取50g污泥與土壤的混合樣品CK、T1、T2、T3、T4、T5，每個處理3個重復，裝于直徑約9.0cm的硬質塑料杯，底部預先均勻扎出透水的小孔。

　　樣品表面平鋪1層尼龍紗網，紗網上平鋪1層濾紙，用6支50mL酸式滴定管同時均勻向裝有樣品的塑料杯中滴水，滴下的水通過濾紙后均勻滲入土壤。樣品達到飽和時，水便從杯底的小孔滲出，此時停止加水，待杯底小孔停止滲水時稱質量，然后將樣品置于室內(室溫約25°C)自然蒸發。計算樣品的飽和含水率，并統計不同時間的樣品質量，分析各處理的持水能力。

　　1.4項目測定

　　樣品中指標測定參照《土壤農業化學分析法》[17]。pH測定采用電位法;有機碳含量測定采用重鉻酸鉀法測定有機質含量后換算;全氮含量測定采用凱氏定氮法;全磷含量測定采用氫氧化鈉堿熔，鉬銻抗比色法;全鉀含量測定采用氫氧化鈉堿熔，火焰光度法;堿解氮含量測定采用堿解擴散法;速效P含量測定采用NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法;速效K含量測定采用乙酸銨浸提，火焰光度法。

　　1.5數據分析

　　數據經MicrosoftExcel2010軟件整理后，利用SPSS19.0forWindows軟件進行數據分析，用一元方差分析(One-wayANOVA)對試驗結果進行分析，同時進行雙尾顯著性檢驗，所有檢驗的顯著性水平如無特殊說明均為P=0.05。

　　2結果與分析

　　2.1污泥添加對石漠化土壤持水性能的影響

　　石漠化土壤飽和含水率為46.68%，持水時間13.21d，施用城市污泥后，飽和含水率及持水時間均顯著增加，且增加程度隨污泥施用量遞增。添加20%～75%的污泥，混合土壤飽和含水率提高了22.04%～67.07%，持水時間延長5.19～16.25d。說明城市污泥的施用，能夠顯著提高土壤飽和含水率，延長其持水時間，顯著改善其持水性能。

　　2.2污泥添加對石漠化土壤pH、養分及重金屬含量的影響

　　添加城市污泥后，土壤pH有所降低。隨著污泥施用比例的增加，土壤有機碳(TOC)含量增加了1.93～31.48倍，全氮(TN)含量增加了1.10～3.06倍，全磷(TP)含量增加了1.63～27.43倍，堿解氮(AN)含量增加了1.64～3.55倍，速效磷(AP)含量增加了22.90～56.04倍。

　　由于污泥中全鉀(TK)含量與土壤中的含量相差不大，速效鉀(AK)含量低于土壤，添加20%～35%的城市污泥，全鉀含量僅增加了4.12%～8.25%，污泥添加比例為25%時最高。速效鉀含量則隨污泥添加量的增加而降低，降低幅度為6.76%～34.18%。

　　可見，城市污泥的添加能夠顯著提高土壤有機質、氮、磷等養分含量。隨著污泥施用比例的增加，土壤總Cu、Zn、Cd和Pb含量均顯著增加。總Cu含量增加了3.14%～31.56%，總Zn含量增加了20.38%～124.83%，總Cd增加了3.00～15.27倍，總Pb增加了1.95%～46.48%。

　　污泥中總Cr和總Ni的含量低于對照土壤，因此污泥的添加未增加土壤中Cr和Ni的含量。污泥添加量為50%，總Cd含量超過《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)(GB15618-2018)》7.83%;污泥添加量為75%時，總Cd含量超標32.83%，總Zn含量超標6.67%，其它添加比例條件下，重金屬含量均未超標。

　　2.3污泥添加對石漠化土壤微生物生物量的影響

　　城市污泥的添加，顯著增加了土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的含量，但不是隨污泥的增加而增加。污泥添加比例為20%～35%時，MBC含量和MBN含量隨污泥添加比例的增加而增加，而污泥添加比例超過35%時，MBC含量和MBN含量開始下降：MBC含量從對照土壤的4.39倍下降到3.25倍，MBN含量從對照土壤的2.50倍下降到1.53倍。

　　對照土壤中，MBC/TOC為0.95，污泥添加比例為20%～35%時，增加到1.06～1.24，污泥添加比例為50%和75%時，下降到0.23和0.10。MBC含量和MBN含量均在污泥添加比例為35%時最高，而MBC/TOC在污泥添加比例為25%時最高。可見高比例的污泥添加，雖然大大增加了有機質含量，但可供直接利用的碳并未顯著增加。

　　從相關性分析可知，MBC含量與pH、有機碳含量、總磷含量、堿解氮含量、速效磷含量和速效鉀含量呈正相關，MBN含量與總氮含量、總磷含量、堿解氮含量、速效磷含量和速效鉀含量呈正相關，MBC含量與MBN含量也存在正相關關系。MBC/TOC與污泥用量呈顯著負相關(P<0.05)，與有機質含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量呈顯著正相關，與MBC含量呈極顯著正相關(P<0.01)。

　　3討論與結論

　　3.1污泥添加對石漠化土壤持水性能的影響

　　持水性能是土壤的重要物理性質，而石漠化區土壤持水能力較差[18]，該研究主要研究污泥添加對土壤飽和含水率及持水時間的變化，分析污泥施用對土壤持水性能的影響。飽和含水率能夠反映土壤容納水分的能力[16]，該研究中，土壤飽和含水率隨污泥的施用比例的增加而增加，這可能與污泥中有機質含量有關。飽和含水率與有機質含量相關性分析結果表明，二者之間呈顯著正相關，說明混合基質中有機質含量越高，其飽和含水率就越高，與張鴻齡[19]的研究結果相同。

　　因此，污泥添加由于提高了土壤有機質含量，對改善土壤持水性能有積極作用。土面蒸發直接影響著土壤的持水時間，該研究發現，污泥施用在一定程度上減緩了土壤蒸發速率，增加了其在自然條件下的持水時間，且隨底泥添加比例增加，持水時間呈增加趨勢，與其他學者施用城市污泥和污泥堆肥能顯著提高土壤含水率和持水性能的試驗結果類似[20]。ZEBARTH等[21]和HANEY等[22]的研究結果也表明污泥土地利用能使土壤的保水時間更長。

　　該研究中，飽和含水率和土壤持水時間隨著城市污泥添加比例的增加而顯著增加，可能與污泥本身的物理性質及組成有關。劉純甫等[23]認為，城市污泥中有機質含量較高，相當一部分呈膠體狀態，由于膠體的比表面積較大，在表面張力作用下吸附的水分較多，加之膠體本身具有親水性，因此富含有機質的土壤蒸發失水需做較多的功而有助于抑制和減緩土壤水分蒸發。

　　另外，富含膠體的土壤由于膠體團聚而容易結塊，表層土壤水分蒸發后，表層的結塊能夠阻止下層土壤水分蒸發[22]，從而使得持水時間相對較長。城市污水污泥富含的有機膠體還能降低土壤容重，增加土壤團粒結構和孔隙率[24]，進而提高土壤表面水分的滲透性，使其快速滲透到深層，進一步減少水分蒸發。

　　3.2污泥添加對石漠化土壤pH、養分及重金屬含量的影響

　　添加城市污泥后，pH有所降低，可能是由于試驗過程中，污泥中有機質的降解形成了一定數量的有機酸[25]，ASIK等[11]在沙土中施用污泥的研究得出相同結果，USMAN等[26]也發現在石灰性土壤中添加污泥后，降低了土壤pH。城市污泥添加于土壤能夠顯著增加有機質、氮、磷等養分含量[27]。

　　有機質含量直接影響著土壤的團粒結構、物理性質及保水保肥能力[28];氮、磷含量的增加能夠改善土壤養分狀況。該研究發現，隨著污泥用量的增加，各養分含量增加顯著：土壤有機碳增加了1.93～31.49倍，全氮增加了1.10～3.06倍，堿解氮增加了1.64～3.55倍，全磷增加了1.63～27.43倍，速效磷增加了22.90～56.04倍。相關性分析結果表明，有機質及氮、磷含量與污泥的添加量呈顯著正相關。

　　不同污泥添加量之間，有機質、全氮、全磷、堿解氮和速效磷含量差異顯著，但低用量(20%～30%)不如高用量(50%～75%)處理間的差異顯著。然而，城市污泥中除含有有機質和養分元素外，還含有重金屬等有毒有害物質[29]，污泥施用在提高土壤肥力的同時也將重金屬帶入土壤。該研究發現，隨著污泥施用比例的增加，土壤總Cu、Zn、Cd和Pb含量均顯著增加。

　　污泥添加量為50%，總Cd含量超過《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)(GB15618-2018)》7.83%;污泥添加量為75%時，總Cd含量超標32.83%，總Zn含量超標6.67%，其它處理中土壤重金屬含量未超標。嚴格控制好污泥的施用量，才不會導致土壤重金屬污染。

　　3.3污泥添加對石漠化土壤微生物生物量的影響

　　土壤微生物能夠通過其代謝活動參與和促進土壤中的物質循環，影響土壤肥力[8]，是反映土壤質量狀況的重要指標。城市污泥中豐富的有機質和礦質元素能夠為土壤微生物提供養分，加之污泥中本身含有豐富的微生物，其施用能夠顯著提高微生物的數量[30]。已有研究表明，污泥施用能夠增加土壤微生物生物量[31]，低劑量的施用使土壤微生物生物量及活性增加量顯著高于高劑量的處理[32]。

　　該研究得到相同結果，城市污泥的添加顯著增加了土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的含量，但不是隨污泥施用比例的增加而增加。污泥添加比例為20%～35%時，MBC含量和MBN含量隨污泥添加比例的增加而增加，添加比例超過35%時，MBC含量和MBN含量均開始下降。相關性分析結果表明，MBC含量和MBN含量與有機碳含量、總磷含量、堿解氮含量、速效磷含量等養分呈正相關，高比例添加時其含量降低可能跟土壤中重金屬含量的增加有關[33]。

　　作為土壤有機質的活性部分，土壤微生物生物量是土壤中易于利用的養分庫及有機物分解和礦化的動力，其中MBC約占土壤有機碳的1%～4%，其含量表征著土壤活性有機碳的儲量[34]。對照土壤中，微生物生物量與有機碳的比值(MBC/TOC)為0.95，污泥添加比例為20%～35%時，增加到1.06～1.24，但污泥添加比例為50%和75%時反而低于對照土壤。MBC含量和MBN含量均在污泥添加比例為35%時最高，而MBC/TOC在污泥添加比例為25%時最高。

　　相關性分析結果表明，MBC/TOC與污泥用量呈顯著負相關(P<0.05)，與有機質含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量呈顯著正相關，與MBC含量呈極顯著正相關(P<0.01)。

　　說明高比例的污泥添加雖然大大增加了有機質含量，但可供直接利用的碳并未顯著增加，與ASENSIO等[35]的研究結果一致。因此，城市污泥施用，能夠提高土壤持水能力、土壤養分及微生物生物量，但土壤微生物生物量不是隨污泥施用比例的增加而增加，在污泥施用比例為20%～35%范圍內，MBC含量和MBN含量顯著高于50%和75%的添加;高比例的污泥添加，雖然能夠大大增加土壤有機質含量，但并未顯著增加可供直接利用的碳。同時，高比例的污泥施用可能導致土壤重金屬污染。適量的城市污泥施用可提高土壤肥力，但并不是污泥施用量越大土壤質量越好。

　　參考文獻

　　[1]YANX，CAIY.Multi-scaleanthropogenicdrivingforcesofkarstrockydesertificationinSouthwestChina[J].LandDegrada-tionandDevelopment，2015，26：193-200.

　　[2]宋海燕，張靜，趙雅潔，等.不同程度石漠化對金山莢蒾末端小枝的生長和生物量積累及分配的影響[J].植物科學學報，2018，36(1)：103-111.

　　[3]熊康寧，陳永畢，陳滸.點石成金：貴州石漠化治理技術與模式[M].貴陽：貴州科技出版社，2011：125-139.

　　[4]李開平，劉子琦，李淵，等.貴州畢節地區不同石漠化程度土壤理化性質特征[J].水土保持學報，2017，31(4)：205-210.

　　[5]白莉萍，伏亞萍.城市污泥用于陸地生態系統研究進展[J].生態學報，2009，29(1)：416-426.

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