城市污泥与鸡粪对土壤和作物重金属Cu、Zn累积的影响及生态风险评价

郑海霞，山西忻州人，理学硕士，现为忻州师范学院地理系讲师，主要研究方向为土壤环境与土壤肥力、自然地理学等。发表中英文学术论文8篇，参与省部级课题一项。

冯玉，山西平定人，农学博士，现为忻州师范学院讲师，主要研究方向为全球气候变化与作物生理生态。在Agriculture Water Management、Land UsePolicy、PeerJ和《经济地理》《干旱地区农业研究》等刊物上发表中英文学术论文十余篇，参与国家级课题一项、省级课题两项，主持省级课题一项。

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2城市污泥与畜禽粪便及其处置处理方式

1.3城市污泥和畜禽粪便土地利用问题

1.4土壤重金属生物有效性及其影响因素

1.5研究目的和内容

1.6拟解决的关键问题及创新点

1.7技术路线

第2章施用重金属去除前后的城市污泥对土壤-小白菜的影响..0392.1材料与方法

2.2结果与分析

2.3讨论与结论

第3章城市污泥配施不同量鸡粪对不同pH土壤和小白菜的影响..063

3.1材料与方法

3.2结果与分析

3.3讨论与结论

第4章城市污泥配施不同量鸡粪对石灰性褐土及苗期玉米的影响-..1054.1材料与方法

4.2结果与分析

4.3讨论与结论

第5章城市污泥对土壤-玉米籽粒Cu、Zn 累积玉米生长的影响...-1355.1材料与方法

5.2结果与分析

5.3讨论与结论

第6章各试验土壤Cu、Zn生态风险评价

6.1评价标准及方法

6.2结果与分析

6.3讨论与结论

第7章结论、不足与展望

7.1结论

7.2不足

7.3展望

参考文献

1.1研究背景及意义

目前，随着人口的增长和城市化进程的加快，各国政府与公众越来越重视水处理事业，我国以及全球城市生活污泥产生量急剧增加。据报道，截至2020年，我国设市城市累计建成污水处理厂5 500多座，污水处理能力已达2.04亿m/d，年产生含水量80%的生活污泥6 000多万吨。城市生活污泥富含有机质以及氦(N)、磷(P)、钾(K)等植物生长必需的营养元素，从废物资源化利用以及养分再循环和能量再利用等方面来看，城市生活污泥的土地利用是一种兼具环境、生态和社会效益的处置方法。

畜禽粪便是我国主要的传统有机肥资源之一，但在我国现代农业生产中，由于化学肥料显著的增产效应，从20世纪七八十年代开始，我国化学肥料得到大力推广施用，而有机肥的施用却逐渐被忽视。据中国国家统计局的数据显示，1978-2018年化肥的施用量增长率为539.52%，但是长期和过量施用化肥并未带来作物产量的持续增加，1978-2018年粮食的增长率仅为115.87%，且化肥对粮食增产的贡献率呈下降趋势。而且，长期过量和不合理地施用化肥可能会造成土壤持续酸化、土壤团粒结构破坏、土壤板结、肥力下降、地下水污染、粮食蔬菜产量与品质严重下降等问题，从而增加人类健康风险。另外，随着人民生活水平的提高，我国对肉、蛋、奶等动物产品的需求量大幅增加，这推动了我国规模化和集约化养殖模式的发展，导致畜禽粪便大量产生。据统计，我国畜禽粪便排放量1980年仅为6.9x10*t,2011-2015年我国畜禽粪便年均排放量约为23.35 x 108l。根据相关统计资料显示，目前我国畜禽粪污年平均排放量已达到38 x1081，但在我国现代农业生产中，目前畜禽粪便肥料资源化利用率还不足60%。

城市生活污泥土地利用虽然是全球广为使用的经济实用的处置方式，但是城市生活污泥和畜禽粪便中含有种类繁多、数量不同的重金属，重金属的累积性和不易去除等特点成为畜禽粪便特别是城市生活污泥土地利用的主要限制因素，也成为人们普遍担忧其土地利用的生态环境问题。在城市生活污泥和畜禽粪便所含重金属中，Cu和 Zn又是植物必需的微量营养元素，二者具有重要的生理功能。但是，如果Cu和Zn含量过高，也会对植物产生毒害作用，引起代谢过程紊乱，生长发育受阻，甚至导致植物死亡。我国城市生活污泥中重金属含量顺序多为Zn>Cu> Cr> Pb>As>Cd> Hg，且Cu和Zn也多为超标重金属，且城市生活污泥中重金属Zn含量的70%以上以不稳定形态存在，更容易对土壤和作物产生较大影响。我国畜禽养殖中的饲料添加剂中普遍含有Cu、Zn等重金属，畜禽体内未利用的重金属大部分积累在畜禽粪便中。有研究表明，土壤中重金属Cu和Zn累积量的37%~40%和8%~17%源于畜禽粪便，而且华北地区畜禽粪便中重金属超标以Cu和Zn为主，其中鸡粪的超标情况最为严重，肉鸡的鸡粪中Cu和Zn污染超标率分别为66.67%和50%。60针对城市生活污泥重金属以及其他污染物的生态环境问题，我国对其土地利用的限制越来越严格。国家市场监督管理总局和中国国家标准化管理委员会2018年5月14日发布，2019年6月1日实施的中华人民共和国国家标准《农用污泥污染物控制标准》(GB 4282-2018)对其农用制定了分类利用标准，限制严格的A级污泥产物可用于耕地、园地和牧草地，而限制较宽的B级污泥产物可用于园地、牧……

本书主要通过盆栽试验研究了等量城市生活污泥配施不同量鸡粪对不同pH的三种土壤Cu和Zn有效性以及供试植物小白菜吸收和生长的影响，以期揭示生活废物城市生活污泥和农业废物鸡粪中重金属Cu和Zn在三种供试土壤中存在活性差异的原因，以及土壤pH和有机质对其产生的影响，进而针对山西及广大西北地区广泛存在的石灰性土壤普遍缺Zn和Cu的情况，研究等量城市污泥配施不同量鸡粪对三茬供试植物玉米(锌敏感植物)苗期石灰性褐土Cu和Zn有效性以及对三茬玉米苗期吸收和生长的影响，同时在田间条件下，研究不同用量城市生活污泥对石灰性褐土Cu和Zn有效性以及对供试植物玉米(锌敏感植物)生长和籽粒Cu和Zn含量的影响，进而通过环境影响评价为城市生活污泥作为肥源在石灰性褐土上安全高效利用提供依据。