城市污泥和污泥堆肥在草坪的利用研究进展

于芳芳，常智慧，韩烈保

（北京林业大学草坪研究所，北京100083）

污泥（sludge）是由污水处理过程中得到的固体有机物质，并且可以特别作为肥料通常与其他物质配合使用［1］。针对绝大多数污水污泥具有重新利用价值的这一特点，世界水环境组织（the Water Environment Federation，WEF）将sludge更名为生物有机固体（biosolids），并进一步将生物有机固体定义为“一种能够有效利用的富含有机质的城市污泥产生物”［2］。随着城市的发展，新的污水处理厂不断建立，将产生大量的污泥。为了保护环境、利用资源，污泥的处置与利用是一个应该引起广泛重视的问题［3］。污泥在作为植物养分、土壤有机质和碱性稳定材料，石灰剂的来源方面十分有价值［4］。

资源化利用是污泥发展的主要方向。对污泥的重利用不仅将污泥直接加入土壤中，还在污泥中加入化肥、动物粪便、秸秆等做成堆肥后使用。国内外许多学者都对污泥的重利用情况进行过大量的研究，包括在粮食作物，蔬菜，经济作物上的农业方面和园林绿地方面的土地利用［5－9］。这对迅速恢复植被、促进土壤熟化和提高作物产量有巨大作用［10，11］。

开展污泥在草坪上的应用，不仅可以促进草坪草的生长，避免施用过多的化肥到土壤，而且不存在食物链污染的危险［5］。污泥和污泥堆肥在草坪上的使用，不仅在家庭草坪、公园、公共场所的绿地、体育场、高尔夫球场及足球场，现在也用于草坪基质生产［12－15］。污泥及污泥堆肥在草坪上施用大有发展空间。对污泥及污泥堆肥土地利用的研究在国外已经有70多年的历史，在京津沪等地也有30年左右的历史［16］，现在国内外关于污泥及污泥堆肥用于草坪的研究报道也很多，笔者对国内外污泥在草坪上施用的优点和不足，污泥施用对草坪草的生长和质量，对土壤、地下水和环境的影响等方面研究进行总结。

1 污泥对草坪草生长和质量的影响研究

草坪的基本功能是优化生态环境，供人们休息娱乐、观赏运动等。使草坪草健康生长并具有优良的质量是草坪管理的最终目标，所以污泥及污泥堆肥的施用，基本要求是对草坪草生长有益而无害，国内外的研究多集中在这方面，从出苗到成坪后的生长各方面都进行了研究和报道。

1.1 出苗

施用污泥主要影响草坪草的出苗，城市污泥中含有很多对种子发芽具有抑制和毒害作用的物质，对植物幼苗的生长有严重抑制作用［17］，一般开始发芽率较小，后来发芽率与对照组相近。不同草种间对污泥的敏感性不同，故使用新鲜污泥时，需要控制用量［18，19］。对于苗高影响不大［19］。

叶静等［18］使用不同比例的污泥和土壤混合基质种植高羊茅（Festucaarundinacea）的2个品种和匍匐翦股颖（Agrostisstolonifera）、草地早熟禾（Poapratensis）、马蹄金（Dichondramicrantha），发现随着基质中污泥用量的增加，出苗数逐渐下降，当基质中污泥用量达到80%以上，出苗较迟，出苗数明显减少，苗细弱易倒伏，根系入土难。由此看出，生产应用中要控制污泥用量。

1.2 生长

1.2.1 地上生长和品质 污泥及污泥堆肥的施用使草坪草获得了良好的生物效应［20］，草坪草的叶绿素增加［17］。随着施用量的增加，草坪的地上生物量增加。从而加速了草坪的成坪速度，提高了草坪的盖度和密度［21］，使草坪的质地得到显著的提高。

赵晓莉等［22］通过室内盆钵试验研究了施用城市污泥对多年生黑麦草（Loliumperenne）生长发育的影响，主要得出以下结论：随着污泥施用量的增加，黑麦草的叶绿素a、叶绿素b含量呈现波动变化，在25～30g／kg达到极大值；黑麦草中硝酸还原酶、可溶性糖、可溶性蛋白和抗坏血酸的含量呈先急剧增加然后逐渐减少的趋势；SOD、MDA、粗纤维和硝酸盐含量呈先随污泥含量增大而降低，然后又升高的趋势。表明施加适量的污泥促进黑麦草的生长，有利于黑麦草品质的提高；而施加过量的污泥抑制黑麦草的生长并不利于品质的提高。

1989和1990年，在复垦矿土（dellslow）和未扰动土（pentress）施用污泥，施用量为27.6t／hm2。污泥处理与对照相比，植物生物量增加1.5～2.8倍，二乙基三胺五乙酸（DTPA）浸提Cu、Pb、Zn在土壤上层15cm未发现显著差别，组织分析显示有更多的原蛋白，处理与对照相比，草体Cu、Pb、Zn浓度无差异。此研究结果使西弗吉尼亚的污泥土地利用指南得到修改，1988－1990年污泥土地利用量倍增，从4 150t增至8 520t［23］。

杨玉荣等［24］利用污泥堆肥作基质，使草坪草获得了良好的生物效应，5%～10%堆肥施用范围内，随着施用量的增加，草坪草的地上生物量和叶片叶绿素含量也增加；草坪的外观颜色明显优于对照处理，从草坪草生长状况来看，10%污泥堆肥比例为最佳，这时草坪草的各个生理指标均达到最佳水平。

2003年在上海浦东东外滩的600m2高羊茅草坪上以1.5kg／m2的用量施900kg城市污泥，2周后发现原已明显枯黄的高羊茅返绿，冬季草坪可以抗黄化，返青期提早［25］。

1.2.2 地下生物量 污泥施用于土壤中，与植物的根密切接触，所以对于根的影响最直接也应该受到重视。

周志宇等［26］研究污泥对无芒雀麦（Bromusinermis）生育的影响时发现，连续3年总根量都增加，1996年总根量比对照高35%～106%。这与李艳霞等［14］在研究黑麦草时所得结果相类似。

1.3 抗逆性

对于城市污泥的再利用，无论在农业上还是园林绿地，大多数学者还是着眼于其中所含有的丰富的有机质，全氮和全磷等这些植物生长所必需的营养物质，但是近几年来，有学者开始研究污泥改善草坪草的抗性方面的影响。迄今为止，已有学者发现适量污泥加入草坪基质中可以增加草坪抵抗环境胁迫的能力，例如干旱，寒冷，酷热、病害等。

利用生物测定方法，Pignalosa等［27］在1994年发现污泥提取物中的腐殖质有类似植物激素的作用。2005年Zhang等［28］运用改良的 Yopp等［29］的“标准燕麦鞘片段反应生长”生物测试法［“Avena（oat）Coleoptile Segment Straight Growth Bioassay”］成功地测出了不同来源生物污泥中腐殖酸中吲哚乙酸（indole－3－acetic acid，IAA）含量从0.5到2.4μg／g不等。随即他们研究了含2.1μg／g IAA污泥的未处理的污泥和含15.4μg／g色氨酸处理的污泥加入到高羊茅土壤中在干旱胁迫复水循环下和正常水分下的生理反应，发现处理过的污泥在水分充足和水分胁迫下都推迟了叶萎蔫，改善了高羊茅草坪质量和根生物量，数据显示生物污泥的使用改变了生物激素——IAA和色氨酸的含量，并提高了植物的抗旱性［30］。污泥中的腐殖酸物质和IAA可能诱导根部产生IAA或抑制根部吸收IAA，最终处理组叶片的低IAA含量推迟了气孔关闭，减轻了干旱胁迫对植物的氧化伤害，2010年王艳等［31］的研究也证实信号分子可以通过调控抗氧化系统来提高抗性。而2008年又有研究发现草地早熟禾施用污泥与化肥经粉碎混合后造粒风干制成的粒状复混肥后，其草坪的细胞膜透性减少，抗寒性增加，分析原因是一方面污泥的施入对氮素营养起到了缓释作用，养分供应稳定而持久，抗性增加，另一方面，污泥中含有一些生理活性物质，随着污泥用量的增加，其作用逐渐加强，因此抗性增加［32］。

Nelson和Craft［33］1992年发现，在匍匐翦股颖与一年生早熟禾混播的高尔夫球场上施用堆肥，对于币斑病的防治可达到与传统杀菌剂一样的效果。

关于污泥可以提高草坪草抗性方面的研究刚刚起步，结合草坪草对于不良环境胁迫下的生理响应方面的研究结果，如干旱及旱后复水的生理响应研究［34，35］，污泥提高草坪抗性的机理还有待深层次的研究。

2 污泥对草坪土壤的影响的研究

污泥对草坪土壤的影响研究是多方面进行的，包括对土壤微生物、土壤养分含量、土壤重金属、土壤物理性质。

2.1 土壤理化性状

污泥可以改良土壤理化性状。长久以来，草坪基质的养分来源，主要依靠化肥和有机肥。污泥的施用增加了土壤养分含量，土壤中的速效养分（如N、P）含量增加［36－42］，特别是土壤的有机质含量［20］，污泥堆肥还具有缓释肥效果［43］。城市污泥作为有机肥施用的有些改土效果是化肥所无法达到的，不同学者的研究基本上支持这一观点［8］。

李艳霞等［14］研究污泥堆肥用于黑麦草草坪基质时发现，污泥堆肥在用量为14和70t／hm2的2种处理下，速效氮含量分别比空白对照土壤提高61.3%和133%，比化肥处理提高23.9%，78.6%，且差异显著；同时这2个处理的速效磷含量同样比空白对照土壤提高59.7%，592.3%。这与周志宇等［26］用污泥施用在无芒雀麦人工草地上连续3年的研究结果相符合。陈涛等［44］在结缕草（Zoysiajaponica）草地上以45t／hm2的用量施用污泥，土壤中的有机质，速效N，总N，总P分别比对照增加了16%，78%，61%和140%。

污泥的施用也改良了土壤的物理性质［47］。污泥或污泥堆肥加入到草坪土壤中，污泥堆肥因本身密度小能增加土壤的孔隙度而显著减少土壤容重［45，46］，这在草皮生产中有着潜在优势，因为地毯式草皮的出现，促使研究者致力于寻找可以代替部分或全部土壤的轻质栽培基质［48－50］，将污泥用于草皮生产，可以减少因为随草皮一并带走的土壤的损失［51］。可增加土壤总的孔隙容积，并改善孔隙大小的分布。减少土壤地面冲刷，减少因径流引起的植物养分损失。可增加土壤的持水能力从而提高土壤水分含量，还可增加土壤的透水性及防止土壤板结［38，52－54］。可改良土壤结构，使土壤疏松，给土壤水分和空气以快速进出的通道。

Epstein等［55］研究了不同污泥堆肥施用量对土壤物理性质的影响，发现不管是干燥时期还是非干燥时期，污泥堆肥处理过的土壤含水量均高于对照处理，并且随污泥堆肥施用量的增加，土壤的水分含量和持水量明显增加。姜应和与周莉菊［20］的研究还表明，粘重的土壤施入污泥堆肥后，有利于团粒结构的形成及提高团粒的水稳性。

在上海浦东东外滩的试验同样验证了污泥可以改良土壤理化性状，降低土壤pH值；而且增加了土壤中有机质、全氮和全磷含量，促进土壤团粒结构的形成，使土壤质量有质的提高［25］。

2.2 土壤微生物

污泥可增加土壤根际微生物的群落，从而增加其生物活性，有利于养分的释放。有不少研究认为，施用污泥堆肥可控制根的腐烂及抑制一些病原菌［8］。

2005年邵海林等［17］以不同用量腐殖化处理后，污泥处理中细菌、真菌和放线菌都比对照有所增加，且随施用量的增加，土壤微生物数量比对照的增加幅度增大，细菌平均增加41.29%，真菌平均增加64.98%，放线菌平均增加41.29%。分析原因可能是腐殖化处理后形成大量腐殖酸，抵抗微生物分解的能力增强。

2.3 土壤重金属

污泥土地利用，其质量和施用量是能否引起土壤重金属污染的重要因素，污泥在养分含量较高，重金属元素符合国家标准的情况下，对土壤环境不会造成重金属污染［56］。

傅华等［46］在施用污泥对黑麦草草坪绿地土壤理化性质和重金属元素含量的影响中，污泥施用量在4.0～8.0 kg／m2时，连续2年观测，发现0～20cm土层Fe、Cu、Zn的含量有所增加，而重金属Ni、Cr和Hg与对照无显著差异，各重金属元素均未向土壤下层迁移，未对土壤造成污染，此结果也与周志宇等［56］、傅华等［57］在无芒雀麦草地和苜蓿（Medicagosativa）草地所得的结果一致。

Skousen和Clinger［23］在西弗吉尼亚的污泥土地利用项目研究中，以2块酸性矿土、1块中性未扰动土为对象，来评价污泥施用量对草地生物量、营养状况以及土壤和植物中的重金属积累的影响。1986年3月，在Westover的一块矿区复垦土地上施用污泥，干污泥施用量为0，15，31，64t／hm2，每年监测一直到1989年。这些施用量是用来作对照的同一地点的中性牧草土地上的3～12倍，随污泥施用量增加，矿土DTPA浸提Cu、Zn和重金属浓度也随污泥施用量的增加而增加。

高定等［58］向土壤中分别施用10%和20%的污泥堆肥，结果表明，施加污泥堆肥的草坪基质中有效态Cu、Zn、Pb、Cd含量分别为常规方法（膨化鸡粪＋二铵）处理的0.70～1.81、2.80～6.45、0.94～1.51和0.98～1.15倍。与常规处理相比，除Zn含量显著增加外，其他元素的含量差别不显著，证明向草坪基质中施加适量的污泥堆肥对草坪基质的重金属含量无显著影响。

目前我国污泥堆肥农用标准已有《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284－84），但是标准的许多方面只有简单的定性描述而缺乏详细的规定［59，60］，近几年国家补充发布了污泥土地利用标准，从农用、园林绿化、土地改良3个方面分别规定了污泥泥质标准，明确指出了不同用途的污泥使用的不同污染物限值，但其对污泥的粒度、孔隙率等性状未作规定，重金属指标和有机污染物指标明显不足，仍需加大研究。

2.4 土壤病原体

污泥中病原菌、大肠杆菌和虫卵等病原体直接关系到污泥利用是否无害化，虽然《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002对污泥好氧堆肥的粪大肠菌值和蛔虫卵死亡率有所限制，但对其他可能导致人体危害的病原体却没有限制，起不到控制污染的作用。

3 污泥对地下水的影响的研究

污泥中盐分、重金属、N、P的流失对地下水存在潜在的威胁，盐分随施用量增加而增大，但施用量小于45 t／hm2时硝酸盐淋失量不会对地下水造成污染，目前，国内外对这方面的研究相对缺乏。

张增强和薛澄泽［61］在天津市温室中研究了污泥堆肥对几种草坪草生长响应时发现，当污泥堆肥施用量小于9kg／m2时，不会造成地下水中NO3－N浓度超标和因地面径流而污染下游水域。陈涛等［62］在污泥草地利用的初步研究中得出：在污泥符合农用标准条件下，以Cd为施污泥肥量的限制因子，在污泥有机肥45t／hm2（干重）以下时，地下水 N、P含量低于地面水Ⅰ、Ⅱ类标准（NO3－N 10mg／kg，P 0.1mg／kg）。

4 草坪草对污泥的净化研究

草坪对污泥中的有毒有害物质有一定的吸收净化功能，能减少污染物对土壤、地下水的负面效应。在城市污泥上种植植物，通过植物的生长及蒸腾作用，对城市污泥的干燥和稳定具有一定的效果。污泥中的大肠菌群数与其含水率一般呈正相关，种草污泥的大肠杆菌数也明显降低。

丘锦荣等［63］测定了海雀稗（Paspalumvaginatum）、普通狗牙根（Cynodondactylon）、杂交狗牙根（Cynodon dactylon×Cynodontransadlensis）、地毯草（Axonopusaffonis）、沟叶结缕草（Zoysiamatrellia）和钝叶草（Stenotaphrumsecundatum）这6种暖季型草坪草对污泥的处理效果。与空白污泥对比，种草后，污泥的含水量和体积都有所下降，这与Liu等［64］的研究结果一致，种植杂交狗牙根的污泥的含水率和体积降低得最多，分别降低了12.2%和35.0%，其次是地毯草，研究发现种植地毯草的污泥的大肠菌群数降低得最明显。

王新等［12］在研究污泥土地利用对草坪草及土壤的影响时发现，污泥在低施入量时，结缕草对Cd、Zn及早熟禾（Poaannua）对Pb、Cu具有良好的植物吸收富集能力，随着污泥施用量的增加结缕草对Pb吸收富集能力逐渐增加。污泥中含有一定的金属元素，可以根据草对重金属的吸收特性选用不用的草种，对污泥进行净化。

5 小结

经过无害化处理后的污泥在草坪利用具有能耗低、可回收污泥中养分、避开人类食物链、有利于草坪生长等优点，而且，将污泥用于草坪上，不仅扩大了污泥的处置范围，而且对于污泥的净化也有好处，这方面的研究近几年也取得了很多新的进展，比如污泥对提高草坪草抗性方面，进一步肯定了污泥在草坪上的利用。但对于一些病原菌、重金属污染及其他可能的污染问题仍存在争议，研究尚未得出确切结论，还有一些已知结论的机理，比如污泥提高草坪草抗旱性机理也尚未彻底明了，污泥的草地利用研究应该继续深入，以便为污泥草地利用提供确实的理论指导和技术支持。

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