堆肥污泥施用后氮磷流失对水环境影响的研究

李英儒， 赵可，张小雨

堆肥污泥施用后氮磷流失对水环境影响的研究

李英儒， 赵可，张小雨

（吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林 长春 130118）

为探讨堆肥污泥土地利用后，在持续降雨情况下，从堆肥污泥中流失的氮磷对水环境的影响，选取校园林地土壤及北郊污水处理厂的堆肥污泥进行淋溶实验，旨在研究长春地区雨季丰沛期，堆肥污泥林地利用过程中氮磷流失对水环境的影响。结果表明，初次淋洗时土壤淋溶液中氮、磷素的含量，均随堆肥污泥施用量的增加而增加，总氮由对照组的3.055 mg/L升至3.429 mg/L；总磷由对照组的0.251 mg/L升至0.409 mg/L；氨氮由对照组的0.896 mg/L升至1.208 mg/L。另外，当堆肥污泥在林地土壤中的施用量控制在40％以下，月降雨量达到205.5 mm时，土壤淋溶液中氨氮的含量将升高至1.208 mg/L，仍符合农业用水的水质标准。

堆肥污泥；淋溶实验；氮素；磷素

近年来，随着有机固体废物土地利用方式的普及，如何做到有机固体废物的合理施用，避免给环境带来污染，已逐渐成为目前环境领域的研究热点之一，由于有机固体废物中丰富的氮磷素的迁移流失可能会对水环境造成面源污染的现象，因此做到合理施用，对有机固体废物的资源化利用具有重要意义。一些学者曾研究过，生活垃圾堆肥或畜禽粪便在土地利用过程中氮磷素的流失对水环境的影响[1]，但目前来看，关于探求堆肥污泥林地利用过程中氮磷流失对水环境影响的研究甚少。堆肥污泥是植物及作物良好的肥料，将堆肥污泥施用到园林绿地中，可促进植物生长[2]。但堆肥污泥中含有的大量氮素、磷素，可能会随雨水的冲淋而迁移流失，对水环境造成污染[3]，因此本实验以土柱淋溶的方式，来模拟林地土壤在施用堆肥污泥后受雨水冲淋的状况，以探究堆肥污泥中流失的氮磷素对水环境产生的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

实验土壤为吉林建筑大学西门林地0～20 cm表层土壤，堆肥污泥来自长春市北郊污水处理厂，试供草种为白车轴草种子，土柱材料选用PVC管。

1.2 实验方法

土柱材料为PVC管，由柱1和柱2上下两部分衔接组成（如图1-2所示），柱1上下口径均为110 mm，柱高140 mm；柱2上下口径均为110 mm，柱高350 mm，柱2底部铺一层20 mm厚的卵石和两层筛网，柱2底部用石砖架起，用一烧杯收集淋溶液。

柱1装有700 g混配土，混配土中堆肥污泥的质量比依次为0％、5％、10％、20％、30％、40％，每个处理做三个重复。在混配土层中按照12 g·m-2的密度，均匀播撒白车轴草种子。柱2中装满林地土壤，压实，使容重为1.36 g/cm3，同校园林地土壤容重。

依据《中国统计年鉴》，发现近四年中，长春地区2016年年降雨量最大，因此选用2016年降雨量作为此次模拟降雨实验的数据支撑，其5月降雨量为205.5 mm、6月降雨量为113.8 mm、7月降雨量为115.2 mm、8月降雨量为109.2 mm、9月降雨量为194 mm、10月降雨量为45 mm。实验于7月20日开始至10月5日结束，为贴近自然降雨情形，每隔15天用收集的雨水淋洗1次土柱，共淋洗6次，通过控制每次加入到柱1中淋洗液的量，来调整水层积聚的深度，从而达到模拟各月份降雨量的目的，淋洗液采用雨天收集的未降落到地面的雨水，每次加入淋洗液后，收集淋溶液并对淋溶液中总氮、总磷、氨氮进行分析。

按照《水和废水监测分析方法》（第四版）中的水质检测方法，对淋溶液中总氮、总磷、氨氮进行测定。

图1 实验装置示意图

图2 实验装置照片

2 实验结果与分析

2.1 堆肥污泥施用量对土壤淋溶液中总氮含量的影响

图3 土壤淋溶液中总氮含量的变化

由图3土壤淋溶液中总氮含量的变化趋势可知，随着淋洗次数的增加，土壤淋溶液中总氮的含量呈现逐渐降低的变化趋势。第3次淋洗时，不同处理组的淋溶液中总氮含量依次为：1.772、1.895、1.764、1.866、1.779和1.924 mg/L，均满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的地表水V类标准，符合农业用水及一般景观要求的水质标准，不会污染地表水体。而堆肥污泥施用前期（即8月20日前），收集的淋溶液中总氮的含量均明显高于2 mg/L，不符合地表水V类标准，因此大面积地进行堆肥污泥林地利用时可能会污染邻近的河流、湖泊等地表水体[4]。

2.2 堆肥污泥施用量对土壤淋溶液中总磷含量的影响

图4 土壤淋溶液中总磷含量的变化

如图4土壤淋溶液中总磷含量的变化趋势所示，随着淋洗次数的增加，土壤淋溶液中总磷的含量呈现出逐渐降低的变化趋势。第一次淋洗时所收集到的淋溶液中总磷的含量最高，除40％处理组土壤淋溶液中总磷的含量为0.409 mg/L，略微高于地表水V类标准外，其他处理组淋溶液中总磷的含量均满足地表水V类标准。且在第3次淋洗时，土壤淋溶液中总磷含量，均低于0.2 mg/L，满足地表水III类标准。第六次淋洗时，各处理组土壤淋溶液中总磷的含量达到最低，依次为：0.107、0.094、0.095、0.098、0.125、0.145 mg/L。因此，当堆肥污泥林地施用时，将施用量控制在40％以下，土壤淋溶液中总磷含量的变化不会对水环境造成污染。

2.3 堆肥污泥施用量对土壤淋溶液中氨氮含量的影响

由图5土壤淋溶液中氨氮含量的变化趋势可知，随着淋洗次数的增加，土壤淋溶液中氨氮含量同样呈现逐渐降低的变化趋势，且不同处理组在同一时期淋洗时，收集得到的淋溶液中氨氮的含量差别较为显著。第一次淋洗时所收集到的淋溶液中氨氮的含量最高，各处理组中氨氮的含量依次是：0.896、0.932、0.945、0.965、1.123和1.208 mg/L，依据《地下水质量标准》（GBT14848-2017），均低于地下水IV类标准中所规定的1.5 mg/L，适用于农业用水。

图5 土壤淋溶液中氨氮含量的变化

第6次淋洗时所收集到的淋溶液中氨氮的含量最低，各实验组中氨氮的含量依次是：0.167、0.447、0.465、0.559、0.577和0.766 mg/L。因此，当堆肥污泥施用比例控制在40％以下再进行林地施用，淋溶液中氨氮含量的变化不会污染地下水水质。

3 结 论

（1）堆肥污泥施用到林地后，会增加土壤淋溶液中总氮、总磷、氨氮的含量。随着堆肥污泥施用比例的增加，初次淋洗时土壤淋溶液中总氮的含量增加了0.374 mg/L；总磷的含量增加了0.158 mg/L；氨氮的含量增加了0.312 mg/L，总氮含量增加最为显著。

（2）第一次收集到的土壤淋溶液中氨氮的含量依次为0.896、0.932、0.945、0.965、1.123和1.208 mg/L，均满足农用水质标准，且淋溶液中氨氮含量整体呈现逐渐下降的变化趋势。因此，堆肥污泥在林地土壤施用时，将施用比例控制在40％以下，月降雨量达到205.5 mm，土壤淋溶液中氨氮含量的变化也不会污染水环境。

［1］贾丽娟. 洱海北部流域有机固体废物氮磷污染及其控制对策研究[D]. 昆明理工大学, 2013.

［2］韩朝, 常智慧. 城镇生活污泥对绿地植物生长和生理的影响[J].草业科学, 2014, 31（04）: 641-649.

［3］申荣艳, 许溢, 许霞. 城市污泥施入土壤后对氮素淋溶影响的初步研究[J]. 常州大学学报（自然科学版）, 2017, 29（01）: 27-34.

［4］刘坤, 任天志, 吴文良, 孟凡乔, Jessica Bellarby, Laurence Smith.英国农业面源污染防控对我国的启示[J]. 农业环境科学学报, 2016, 35（05）: 817-823.

Effect of Nitrogen and Phosphorus Loss on Water Environment After Application of Composting Sludge

,，

（Jilin Jianzhu University, Jilin Changchun 113118, China）

In order to explore the influence of nitrogen and phosphorus lost from composting sludge on water environment after land use under continuous rainfall, the soil of campus forestland and composting sludge from northern suburb sewage treatment plant were selected for leaching experiment, aiming to study the influence of nitrogen and phosphorus loss on water environment during the use of composting sludge forestland in rainy season in Changchun. The results showed that the content of nitrogen and phosphorus in soil leaching solution for the first time increased with the increase of applying composting sludge amount, total nitrogen content increased from 3.055 mg/L in the control group to 3.429 mg/L; Total phosphorus content increased from 0.251 mg/L in the control group to 0.409 mg/L. Ammonia nitrogen content increased from 0.896 mg/L in the control group to 1.208 mg/L. In addition, when the application amount of composting sludge in woodland soil was controlled below 40% and the monthly rainfall reached 205.5 mm, the content of ammonia nitrogen in soil leaching solution rose to 1.208 mg/L, still meeting the water quality standards for agricultural water.

composting sludge; leaching experiment; nitrogen; phosphorus

吉林省省级产业创新专项基金项目, 高性能复合水处理材料的研制与产业化，项目号：2018C044-4。

2020-01-02

李英儒（1993-），男，硕士，吉林省吉林市人，研究方向：污泥资源化利用。

TQ 440

A

1004-0935（2020）01-0025-03