砂质红壤污泥农用后P垂直迁移规律研究

拜得珍

（青海省环境科学研究设计院，西宁810007）

施用污泥对培肥地力及改良和修复土壤有较显著效果［1－3］，尤其是P养分的再利用以及污泥对土壤中P的活化作用，缓解了红壤P素的缺乏状况，有望成为南方多山地区的肥力资源。然而，P也是引起水体富营养化的主要元素之一。广泛认为，由于土壤对P强大的吸附固持能力，加上P肥主要施在耕层，含量很低的下层土壤是一个吸持P素的巨大容量库，使得土壤中的P向下淋溶损失量很少［4－8］，P的主要损失途径是地表径流和土壤侵蚀［9－11］。但最新田间观察表明，土壤P的垂直迁移不容忽视［12－14］，虽然从农地渗漏损失的P一般仅相当于肥料施量的几个百分点，但P的临界浓度低达0.02～0.035mg／L就能引发湖水的富营养化［15］，如果P肥的施用量超过超过60mg／kg时，P的淋失则有呈线性增加的趋势［16］，施用污泥同样会造成土壤中有效P的积累，有淋失的风险［17－19］。但关于污泥农用后淋溶损失的研究相对较少，实验手段单一。在研究方法方面，主要采用室内培养测定其渗漏液的方法，对于田间条件下P素在剖面中的迁移状况研究极为有限，尤其是对于污泥施用于红壤后P的垂直迁移尚属空白。南方红壤区降雨量高，渗漏量大，污泥P素的淋失不容忽视，要实现南方坡地上的污泥利用，首先必须评价污泥污染物对水体的污染风险，明确污泥污染物随地表径流和渗滤水流失的规律，红壤坡地上污泥污染物的垂直淋失规律，并结合本地实际，摸索出污泥坡地利用的安全模式，变得十分迫切。

本文采用干污泥和堆肥污泥对红壤进行撒施和穴施，采用有效P和水溶态P为指标，研究污泥施肥红壤中P垂直迁移规律，旨在为红壤中污泥合理施用方法提供指导依据，为提高污泥P的肥效和降低其环境风险提供理论和数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地状况

1.2 供试材料

污泥来自厦门海沧污水处理厂。新鲜污泥风干后粉碎过2mm筛称为干污泥（DS），另一部份污泥与木屑（3：1）混合堆肥处理后粉碎过2mm筛称为堆肥污泥（CS）。干污泥和堆肥污泥有机质分别为320.1，160.05g／kg，全氮含量分别为40.5，19.45g／kg，全P含量分别为18.59，12.30g／kg，有效POlsen-P分别为1 118，1 230mg／kg。供试土壤为砂壤土，具体性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质

1.3 试验设计

污泥施用方式分为撒施和穴施，污泥撒施指导施肥量按GB4284—1984规定，干污泥标准施入量为20，40t／hm2，堆肥污泥施用量为40，66t／hm2。污泥穴施则按干污泥和堆肥污泥集中施入或分别与50%土壤混匀穴施，因为在试验期间的采样，都是采用施肥点的污泥进行分析，所以在施肥过程中对穴施的施肥量并没有进行严格的限制，达到实际应用目的即可。具体试验方案如下：其中DS（Dry sewage）代表干污泥，CS（Compost sewage）代表堆肥污泥，X代表穴施。

1.3.1 污泥撒施处理

①CK：对照，不施污泥，重复3次；

② DS-10：微区撒施干污泥0.75kg，占表层土壤10%的质量，即20t／hm2，折合全P371.8kg／hm2，有效P22.4kg／hm2，重复3次；

③DS-20：微区撒施干污泥1.50kg，占表层土壤20%的质量，即40t／hm2，折合全P743.6kg／hm2，有效P44.7kg／hm2，重复3次；

工夫不大，“平地一声雷”就端了上来。我定睛一看，哦，原来盘中码着刚刚油炸的锅巴，金黄酥脆，色泽艳丽，而且香气浓郁。难道这就叫“平地一声雷”吗？“雷”在哪里呢？我们正疑惑间，只见服务员端着一碗滚烫的菜汁儿，快速地浇在刚出锅的锅巴上！顿时，金黄的锅巴因突然受到热汁儿的“刺激”，而发出了噼噼啪啪的爆裂声！餐桌上瞬间像点燃了一堆爆竹，又像是盘中突然爆炸了一枚手雷，巨大的响声和恢宏的场面，让满桌的食客闻声色变，惊悸非常，“两股战战，几欲先走”！“平地一声雷”，果不其然，形象贴切！

④CS-20：微区撒施堆肥污泥1.50kg，占表层土壤20%的质量，即40t／hm2，折合全P492.0kg／hm2，有效P81.2kg／hm2，重复3次；

⑤CS-33：微区撒施堆肥污泥1.50kg，占表层土壤33%的质量，即66t／hm2，折合全P811.8kg／hm2，有效P134.0kg／hm2，重复3次；

1.3.2 污泥穴施处理

①CK：对照，不施污泥，重复3次；

② XDS-100：集中穴施干污泥，折合全P18.59 g／kg，有效 P1 118mg／kg，水溶态 P204.57mg／kg，重复3次；

③XCS-100：集中穴施堆肥污泥，折合全P12.30 g／kg，有效P2 030mg／kg，水溶态P123.21mg／kg，重复3次；

④XDS-50：集中穴施干污泥与50%土壤混合物，折合全 P9.30g／kg，有效 P559mg／kg，水溶态P102mg／kg，重复3次；

⑤XCS-50：集中穴施干污泥与50%土壤混合物，折合全 P6.15g／kg，有效 P1 015mg／kg，水溶态P61.61mg／kg，重复3次；

所有试验布设在试验区面积80cm×80cm的30个微区上。微区先清除0—5cm土层以消除地表覆盖物、根系和周际土壤对养分迁移的影响，微区周围开挖截留沟，防止地表径流进入小穴，影响微区水分状况。污泥随机施入微区后，用铁铲与5—10cm土层土壤混匀，再覆盖1—2cm的干土作为污泥撒施处理，在微区内挖50cm×50cm×25cm的小穴，随机施入污泥，然后再将挖出的土壤覆盖在小穴20cm厚左右作为污泥穴施处理。试验布设于2008年3月11日，并建立标签，经过225d进行采样。

1.4 采样及分析

田间实验经过225d，于2008年11月25日结束。在各微区中心线开挖剖面，分别在剖面0—10，10—30，30—50，50—80cm处采样。通过开挖，没发现剖面有明显的洞穴和较大根系的存在，所以说实验数据基本能代表试验地田间红壤剖面养分迁移状况。采集的样品仔细剔除石块和根系后，过2mm筛，鲜样测定，然后将结果折算成每单位烘干土重。

土壤孔隙和容重采用环刀法；pH（H2O）采用电位法；土壤全氮和全P采用常规方法测定；土壤质地采用吸管法测定；土壤有效P用来表征农业生产中土壤供P能力的大小，采用Olsen-P法测定；可溶态无机P用来表征P潜在的流失风险，采用0.02mol／L的KCl溶液浸提钼蓝比色法测定（Kcl-P）。根据土壤剖面不同层次的容重折算成每公顷土壤Olsen-P或Kcl-P含量（kg／hm2）。

2 结果与分析

P源、水分运动和运输途径是土壤P淋失最基本的条件，主要以可溶态和胶体结合态（包括有机胶体与无机胶体）2种方式进行。胶体由于颗粒较大，其迁移一般发生在较大的土壤孔隙中，而可溶态元素的迁移既可发生在土壤结构之间的孔隙中，也可出现在土壤结构内部（即基质流）。在本次试验中通过土壤观察，在剖面上没有明显的裂缝、洞穴和较大的根系，且孔穴和裂隙没有与上层土壤的孔穴和裂隙连接，由地表而下的水流不能直接进入这些孔穴和裂隙，因此这些孔穴和裂隙并非优势流通道，也就是说影响本次试验结果的水分运动途径主要为基质流，以水溶态为主，表明选用Olsen-P和Kcl-P作为P垂直迁移的指标具有代表性。污泥的农用方式一般以撒施和穴施作为基肥的施肥方式较为常见，本文分别以污泥撒施和穴施不同施肥量状况下对剖面P的迁移状况进行研究和分析。

2.1 污泥撒施土壤中P在土壤剖面的迁移

图1和图2分别为污泥撒施225d后土壤有效P（Olsen-P）和可溶态无机 P（Kcl-P）含量的垂直分布图。从图1中可知，土壤剖面各层Olsen-P含量比对照处理明显升高（除DS-10在剖面50cm以下含量），表明污泥的施用可增加土壤有效P的含量，且有向剖面深层迁移的趋势，但随剖面深度的增加，Olsen-P含量明显降低。

从图2中可知，水溶态无机P（Kcl-P）在剖面各层的含量除CS-20处理与对照无明显差异外，其余各施肥处理在0—50cm土层之间Kcl-P含量均明显高于对照，直到在剖面50—80cm处接近对照，表明污泥的表层撒施使Kcl-P含量在剖面各层得到积累并随剖面深度的加大而逐渐降低，具有淋溶和流失的潜在风险，直至剖面80cm以下时，风险降低。

从图1和图2看出，干污泥处理在剖面不同层次间差异很大、变化剧烈，而堆肥污泥处理则表现出相对平缓的趋势，在剖面上表现出更强深层迁移和积累特征，这可能与堆肥污泥含有更多的腐殖质，降低了土壤对P的固定吸附能力，且更易于改良土壤结构、加强团聚体的稳定性、持水能力提高和保水能力的增加，从而有利于无机P的扩散，发生深层迁移、积累有关。另外，不同施用量的条件下，剖面同一层Olsen-P含量的差异不大（P＞0.05），并且没有规律性；而 Kcl-P含量随施肥量的增大而增大，但差异不显著（P＞0.05）。

图1 污泥撒施有效P在土壤剖面上分布

2.2 污泥穴施P在土壤剖面迁移特性

图2 污泥撒施Kcl-P在土壤剖面上分布

从图3和图4土壤有效P（Olsen-P）和水溶态无机P（Kcl-P）垂直分布图可知，表层0—10cm的有效P（Olsen-P）和水溶态无机P（Kcl-P）含量在各处理间比较接近，这表明污泥穴施对于表层土壤Kcl-P和Olsen-P的含量没有影响。10—30cm土层因为存在穴施施肥点，所以各处理间因施肥量和污泥类型的不同Olsen-P和Kcl-P含量相差比较大，随施肥量的增加含量增大，同一配比干污泥处理的含量大于堆肥污泥处理样，这是因为干污泥却含有相对丰富的有机P，225d后有机P矿化形成相对丰富的无机P，因而Olsen-P含量相对高于堆肥污泥的值。30cm以下Olsen-P和Kcl-P含量随深度明显降低，其中Olsen－P含量在剖面80cm左右处接近对照，而Kcl-P含量于

图3 污泥穴施有效P在土壤剖面分布

2.3 两种施肥方式的比较及剖面各层养分累积量分配

上述结果表明，50cm以下土层，污泥穴施Olsen－P含量远高于污泥撒施，而Kcl-P含量在土壤剖面上的迁移和累积与不同施肥方式没有显著影响。相对于堆肥污泥处理而言，干污泥有效P和KCL-P含量随剖面深度变化更剧烈。分析污泥撒施后各土层占整个剖面0—80cm Olsen-P累积含量百分比（表2），发现0—30cm土层有效P含量占整个剖面累计含量的60%剖面50cm时接近对照并且含量极低，表明50—80 cm土层Kcl-P迁移和积累量极小，表明在剖面50cm以下土层P流失潜力很小。从整个剖面来看，干污泥穴施的土样Olsen-P和Kcl-P含量随深度变化的曲线比较剧烈，而堆肥污泥处理随深度变化的曲线相对平缓。采用方差分析表明污泥类型、施用量与土壤剖面同一层次上Olsen-P和Kcl-P的含量之间无显著差异（P＞0.05）。以上，其丰缺状况基本能表征污泥撒施处理整个剖面有效P的累计水平，而污泥穴施后Olsen-P含量集中在穴施点以下土层。

图4 污泥穴施Kcl-P在土壤剖面分布

同样，分析污泥撒施后各土层占整个剖面0—80 cm的Kcl-P累积含量百分比（表3），发现无论是污泥撒施还是污泥穴施，Kcl-P含量集中富集在30cm以下土层，30—50cm的Kcl-P累积量基本能表征整个剖面0—80cm的Kcl-P累积量水平。

表3 污泥处理剖面各层Kcl-P累积量及所0－80cm总Kcl-P累积量占百分比

3 结论

（1）不同污泥类型、施用方式和施用量对于土壤剖面Olsen-P和Kcl-P的淋溶迁移和积累具有不同影响。但总体而言，污泥施用后土壤养分主要集中在0—50cm土层。

（2）不同污泥施肥方式，均能使Olsen-P和Kcl－P含量在剖面产生一定的迁移和积累，对Olsen-P在剖面深层迁移和积累具有显著差异，而对Kcl-P的迁移和累积没有明显差异，且在剖面50cm以下，Kcl-P的含量达到极小，基本不存在P流失风险。

（3）土壤剖面Olsen-P和Kcl-P含量随污泥施肥量的增加而增加，并随土壤剖面深度的增加含量降低，但与施肥量间差异不显著（P＞0.05）。

（4）污泥类型对Olsen-P和Kcl-P含量在土壤剖面迁移和积累均无显著差异。相比而言，干污泥处理Olsen-P和Kcl-P含量随剖面深度变化剧烈，易使Kcl-P含量发生深层迁移，而堆肥污泥撒施更易使Olsen-P在深层土壤（50—80cm）发生积累，并具有明显向深层迁移趋势。

（5）结合土壤剖面Olsen-P和Kcl-P积累量分析发现，试验期污泥撒施0—30cm土层Olsen-P含量基本能表征整个剖面养分积累水平和迁移潜力，污泥撒施Kcl-P含量富集在30cm以下土层，而穴施污泥Kcl-P含量富集在施肥点以下土层。

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