以河南省沙质潮土为研究对象,通过2012-2016年田间连续定位试验,在小麦-玉米轮作制度下,研究单施化肥(CK)、添加污泥堆肥(CS) 15 t·hm-2(CS1)、30 t·hm-2(CS2)和45t·hm-2(CS3)对土壤活性氮各组分及其分配比例的影响.结果表明:连续施用污泥堆肥能够显著提高土壤含水率,降低土壤pH,提高土壤有机碳、全氮和速效养分含量,其中全氮(TN)含量显著增加了93.1％ ～ 284.3％;施用污泥堆肥45 t·hm-2显著提高了土壤轻组有机氮(LFON)、颗粒有机氮(PON)和微生物生物量氮(MBN).污泥堆肥促进了颗粒态有机氮(PON/TN)和微生物生物量氮(MBN/TN)分配,在CS2处理下分别显著提高了12.3％和539.9％,而降低了土壤轻组有机氮(LFON/TN)和溶解性有机氮(DON/TN)分配,分别降低了17.3％ ～40.1％和38.5％ ～71.3％.总体上,活性氮组分对TN的贡献为:PON＞LFON＞DON＞MB N.主成分分析表明,CS2和CS3处理下活性氮含量及其分配比例载荷值较高;冗余分析表明,土壤理化指标(pH除外)和生物学指标与活性氮含量及其分配比例呈正相关.污泥堆肥可提供大量稳定性有机物质,影响土壤物理、化学和生物学特性,促进土壤氮素向活性氮的形式转化,当污泥堆肥施用量达30、45 t·hm-2时培肥效果显著,可用作沙质潮土的改良材料.

采用盆栽试验探究污泥堆肥施用量对园林植物合果芋(Syngonium podophyllum)生长及重金属积累的影响,以期为污泥堆肥的园林利用提供参考依据.结果表明:污泥堆肥施用比例≥30％时,显著促进合果芋的株高生长和生物量积累;在纯污泥条件下,合果芋的N、P和K吸收量和重金属Cu、Zn、Pb和Cd的积累量均达到最大值;污泥堆肥施用量对合果芋的重金属富集和转移系数有显著影响,合果芋对Cu、Zn和Pb的富集和转移能力相比Cd较弱;当污泥施用量≤30％时,合果芋地上部、地下部对Cd的富集系数均大于1,有望成为污泥园林利用过程中Cd提取的有效候选植物;总体来看,合果芋对重金属的富集系数大小表现为Cd＞Zn＞Cu＞Pb,与重金属污染程度排名一致;合果芋对污泥堆肥有较好的适应性和耐重金属能力,施用30％污泥堆肥既促进合果芋生长又降低土壤重金属污染的风险.

为评估污泥短期土地利用对土壤环境质量的影响,对比分析了污泥堆肥、生污泥及化肥对照区土壤表层化学性质,土壤重金属含量差异,并利用潜在生态危害指数法对不同处理下土壤环境质量进行评价.研究结果表明:施用污泥堆肥和生污泥可以提高土壤氮磷及有机质含量,降低土壤pH值,对土壤全钾含量和盐分含量影响较小;与对照区CK相比,污泥土地利用各小区仅增加了土壤中汞含量,其余各重金属元素与CK差异不大,各处理重金属含量均在土壤环境质量II级范围内,污泥短期土地利用没有显著增加土壤重金属含量;污泥土地利用各小区潜在生态风险指数RI在64.63-127.11之间,部分处理土壤重金属污染达到中等污染,镉是主要的污染因子,其对潜在生态风险指数贡献比例达到31.73％-53.36％,其余重金属生态风险指数较低.

随着城镇人口增加和城市化的快速发展,每天产生大量的污泥和园林废弃物,而厌氧消化的污泥与园林废弃物的混合堆肥产品应用于林地土壤改良,是城市废弃物循环利用的一种经济有效的方式.本研究在北京平原造林区开展试验,探讨混合堆肥对波斯菊的生长及对重金属元素吸收的影响.结果表明:施用堆肥对土壤全氮和有机质含量无显著影响;Cu、Zn、Cd三种重金属元素在土壤中主要以残渣态的形态存在;施用堆肥提高了土壤Cu、Zn含量,但Zn总量未超过土壤环境质量标准(GB 15618-2018)中的土壤污染风险筛选值300 mg·kg-1,Cu在施肥量较高时超过土壤污染风险筛选值100 mg·kg-1;土壤背景值中Cd含量已经高于土壤污染风险管制值4.0 mg·kg-1,施用堆肥对Cd含量的影响无明显规律;波斯菊株高、生物量和花数均随着堆肥施用量的增加而增加;波斯菊对重金属元素的富集性表现为Cu＞Cd＞Zn.本研究表明,北京平原造林区的人工林生态系统可以忍受一定浓度的污泥和园林废弃物混合堆肥,并利用其中的营养物质,提高土壤肥力,促进植物生长.

城市污泥农用是解决污泥处理处置问题的主要措施,但也存在重金属污染等潜在风险.为探索污泥合理利用,本研究以河西绿洲灌漠土为对象,采用田间定位试验,设置了常规施肥(NP)、常规施肥+城市污泥堆肥9000 kg·hm-2(NPS9000)、常规施肥+城市污泥堆肥18000 kg·hm-2(NPS18000)、常规施肥+城市污泥堆肥18000 kg-hm-2+复种绿肥还田(NPGrS18000)和常规施肥+城市污泥堆肥18000 kg·hm-2+复种绿肥移除(NPGtS18000)5个处理,探讨不同处理对小麦-玉米轮作作物产量、土壤理化性状、有机碳和全氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响.结果表明:4个污泥处理的玉米产量较常规施肥差异不显著,但小麦产量较常规施肥显著增产,其中2015-2019年4个污泥处理间的小麦产量随污泥施肥年限的增加由差异显著逐渐到差异不显著.污泥施用增加了土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量,活化土壤氮磷钾,提高有机碳和全氮固存率,降低土壤pH值和容重,并随施用量的增加培肥效果更佳.污泥施用、污泥+绿肥还田土壤重金属虽略有增加,但均低于国家安全标准.NPS18000处理的玉米籽粒锌和铅含量及NPGtS18000处理的玉米籽粒锌含量显著高于常规施肥.施肥土壤重金属携入量远大于作物地上部分携出量.综上所述,施用污泥可显著提升土壤肥力和小麦产量,高量施用污泥与绿肥移除相结合,可抑制玉米籽粒对重金属锌和铅的吸收,增加重金属携出.为保证玉米籽粒锌和铅含量在安全范围内,污泥年携入锌和铅的量应在348 g·hm-2和9.5 g.hm-2以内.

[背景]市政污泥堆肥过程中大量释放的含硫臭气不仅会污染周围环境,也会降低堆肥质量.生物脱硫除臭技术具有效率高、无二次污染等优点,但目前研究较多的中常温硫氧化菌在堆肥高温环境中易失活,而耐高温菌的研究较少,其在高温条件下的脱硫性能有待进一步探究.[目的]筛选并鉴定耐高温硫氧化菌株,研究并优化硫氧化的环境条件,为该菌在堆肥脱硫除臭方面的应用提供理论基础.[方法]利用含硫化物的选择性培养基从污泥堆肥物料中筛选纯化耐高温菌株,从表观形态观察、生理生化分析和16S rRNA基因序列分析的角度确定其种属地位,结合单因素分析和正交试验优化影响菌株硫氧化作用和生长能力的环境条件,并用Logistic模型拟合该菌的生长动力学曲线.[结果]筛选出一株耐高温硫氧化菌LYH-1,初步鉴定为爱媛类芽孢杆菌(Paenibacillus ehimensis),该菌的16S rRNA基因序列GenBank登录号为MW659161.优化后的最佳硫氧化条件为温度50℃、pH 7.5、接种量5％,此时硫酸盐的生成量可达到86.89 mg/L、生成率为36.20％.优化后的最佳生长条件为温度50℃、pH 8.0、接种量5％,此时的OD420可达到0.520;同时在该生长条件下拟合菌株的生长动力学,得到最大比生长速率μm为0.3042 h-1.[结论]爱媛类芽孢杆菌LYH-1具有较强的硫氧化能力和环境抗逆性,这为生物脱硫研究领域提供了新的菌种资源,也为污泥堆肥高温期的含硫臭气控制提供了一定的理论支持.