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污泥农业利用是一种循环利用污泥所载的养分和有机质的一种有效方法,然而污泥中痕量元素较高的浓度含量往往限制了污泥农业利用。在试验室和温室条件下研究污泥中痕量元素在土壤-植物中的迁移,这可能导致一些试验误差。但在田间进行作物的轮作来研究污泥农用后痕量元素在土壤-植物体系中的积累及转运还鲜见报道。国内许多学者对中国城市污泥的土地利用情况进行过大量的研究,并充分肯定了污泥的土地利用效果,由于国内外的污泥性质差异显著,国外污泥农用规范很难适用于中国,至今仍没有相应统一的污泥农用规范进行实施。因此,在大田展开污泥农业合理施用的研究十分必要。目前,污泥的土地利用成为经济、高效的污泥处置方式之一。但是污泥中的痕量元素成为污泥土地利用的主要限制因素。因此,我们动态监测了北京市污泥养分和痕量元素含量,并研究了小麦玉米轮作系统中污泥施用对土壤环境和作物中痕量元素含量的影响,初步探讨了北京市污泥农用的环境效应。主要研究结果如下:1.通过动态监测、分析北京市大兴污泥处置厂发酵污泥,结果表明:痕量元素Zn、Cu、Ni、Cr、Pb、Cd、As、Hg的平均含量依次为1479、216、38、85、59、1.0、19、13mg﹒kg-1,将北京市污泥痕量元素含量与城镇污泥农用标准(GB18918-2002)的痕量元素限量值比较发现,Hg含量均超过pH<6.5标准值,除一个月份的含量超过pH≥6.5标准值,其他月份含量都未超过pH≥6.5标准,其他痕量元素元素含量均没有超过污泥农用标准值(GB18918-2002)(pH<6.5)。2.昌平、德州、顺义试验站施用北京市污泥与对照相比,显著增加了小麦、玉米的产量,并且4.5 t﹒hm-2至36 t﹒hm-2的污泥施用量,所有三个试验站的小麦、玉米籽粒中痕量元素含量都没有超过粮食卫生标准(GB2715-2005)。3. 2007年大田试验结论:施用污泥后,尤其是高施用量时,土壤中Zn、Cu、Cd、Pb、As和Hg的含量均显著增加。每公顷增施1吨污泥,土壤中Zn、Cu、Cd、Pb、As和Hg含量分别增加0.962、0.091、0.00071、0.044、0.021和0.015 mg﹒kg-1,但是在污泥施用量小于36 t﹒hm-2时土壤中痕量元素均未超出土壤环境质量二级标准,同时小麦和玉米籽粒中痕量元素含量也都符合粮食卫生标准。在连续每年施用9t﹒hm-2污泥的情况下,土壤中Hg含量达到土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)所需要的年限为最短,其次是Zn,其它痕量元素所需年限较长(>30年)。作物籽粒中Zn含量(mg﹒kg-1)与土壤中污泥施加量(t﹒hm-2)之间存在着显著的线性回归关系,土壤中每公顷增施1吨污泥,小麦和玉米籽粒中Zn含量分别增加0.570和0.118 mg﹒kg-1。除Ni和Pb小麦和玉米籽粒的富集系数相近外,对其它痕量元素而言,小麦籽粒的富集系数显著高于玉米籽粒。对小麦籽粒而言,Zn、Cu和Cd的富集系数(0.204-0.546)高于其它痕量元素的富集系数(0.0040-0.0582)。施用污泥后,Cu、Pb、As在玉米和小麦的籽粒和秸秆中的富集系数均无显著变化,其它痕量元素的富集系数变化复杂,有待于长期试验研究。4. 2008年大田试验结论:高污泥施用量(36 t﹒hm-2)时,德州土壤的Zn、Cu、Cd、Hg含量都显著高50%N处理(p<0.05),但是在污泥施用量小于36t﹒hm-2时土壤中痕量元素均未超出土壤环境质量二级标准,同时小麦和玉米籽粒中痕量元素含量也都符合粮食卫生标准。土壤中Zn、Cu、Cd、Hg的含量(mg﹒kg-1)与土壤中污泥施加量(t﹒hm-2)之间存在着显著的线性回归关系。土壤中每公顷增施1吨污泥,土壤中Zn、Cu、Cd、Hg含量分别增加2.415、0.1853、0.0019、0.0171mg﹒kg-1。在连续每年施用9t﹒hm-2污泥的情况下,土壤中Hg含量达到土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)所需要的年限为最短,其次是Zn,其它痕量元素所需年限较长。小麦籽粒中Zn、As的含量(mg﹒kg-1)与土壤中污泥施加量(t﹒hm-2)之间存在着显著的线性回归关系,土壤中每公顷增施1吨污泥,小麦籽粒中Zn、As的增加量分别为0.22和0.00010 mg﹒kg-1;小麦籽粒对痕量元素的富集系数大部分小于1,说明其对痕量元素的富集能力较弱。小麦籽粒中Zn、Cu和Cd的富集系数(0.2435-0.7707),高于其它痕量元素的富集系数(0.0032-0.0383)。5.通过两年的试验证明:从痕量元素的累积速率和现行土壤环境质量标准考虑,北京污泥中Hg仍然是优先考虑控制的元素。但是从2007年和2008年的结果比较可以看出,当污泥施用到土壤后,污泥中的汞可能在土壤微生物的作用下产生易挥发性汞,从而通过挥发而降低土壤中汞的含量,这个推测还需要通过试验进一步验证。本论文研究了采用大田模式下小麦-玉米轮作的方式,以北京市污水处理厂污泥为研究对象,探讨污泥农用对小麦、玉米大田作物、土壤环境的影响以及污泥痕量元素在土壤与植物体系中的积累及转运规律,在此基础上提出污泥合理利用的一些建议,为制定和完善城市污泥农用标准提供理论基础和科学依据。