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日益增多的城市污泥成为潜在的环境污染源。堆肥处理是解决污泥问题的重要途径之一。通过堆肥处理,城市污泥可转化为适合规范化农业生产的有机肥料或基质,应用于蔬菜、花卉、草坪和林木等领域的苗木培育与栽培。本文综述了城市污泥堆肥技术及产品应用研究进展,阐述了国内外城市污泥堆肥应用于基质生产的研究现状,并主要从堆肥的腐熟度、盐分和孔隙性等方面揭示了污泥堆肥用于育苗基质的限制因素,探讨了相应的解决措施。
研究表明,城市污泥堆肥对种子发芽存在一定程度的抑制,未腐熟污泥堆肥的抑制作用更为明显。但充分腐熟的城市污泥堆肥对种子发芽的抑制作用较低,可通过淋洗的方法消除其植物毒性。对城市污泥来说,灼烧结合淋洗的方式对于降低其植物毒性效果显著,但从环境卫生、经济投入和育苗质量的角度考虑,未经过堆肥化处理的城市污泥不宜用作育苗的基质。
城市污泥堆肥的含盐量偏高,其浸提液的电导率超过5 mS.cm-1,而1.5 mS.cm-1以上时种子发芽就会受到显著抑制。污泥堆肥浸提液中Na+、Cl-、Ca2+和Mg2+的含量分别达到40.6、30.5、92.1、27.4 mmol.L-1。试验表明,5 mmol.L-1的Mg2+、90 mmol.L-1Ca2+和30 mmol.L-1的NaCl对种子发芽有显著抑制,且其混合溶液的植物毒性比单一溶液更强,表现出显著的协同效应。
低浓度Ca2+(10 mmol.L-1)能够显著缓解NaCl引起的盐分胁迫,表明污泥堆肥中的Ca2+对其它盐分有一定拮抗作用,但因其浓度过高而主要表现为协同毒性。
污泥堆肥的营养盐含量不平衡问题也较严重,K、Ca、Mg、Cu、Zn、Mo含量偏高,尤以Ca、Mg含量偏高问题比较突出;Fe和Mn含量偏低,以Fe含量偏低问题比较突出。
盐分阈值实验表明,采用城市污泥堆肥为育苗基质时,其水溶性盐分含量在1.1%以下时育苗效果较好,而污泥堆肥的盐分含量远高于这一结果,因此作为育苗基质使用应进行淋沈脱盐或掺混其它材料进行稀释。
淋洗可有效降低污泥堆肥的可溶性盐含量,用2~3倍水量淋洗时可以消除盐分对黄瓜、番茄和甜椒幼苗的毒害作用。此外,淋洗也可消除污泥堆肥中对种子发芽产生抑制作用的水溶性有机成分,研究表明,水溶性有机质的消除有助于提高种子对盐分胁迫的耐受能力。
掺混土壤、草炭等材料也可缓解污泥堆肥基质的盐害。但砂质土壤对盐分缓冲性较差,不宜与污泥堆肥掺混用于蔬菜育苗。与草炭掺混,堆肥用量在50%以下时蔬菜幼苗可正常发芽和生长,但草炭pH通常偏低,应注意控制酸度至适于蔬菜生长的范围(一般为pH6.5~7.5)。
污泥堆肥基质的孔隙度在很大范围内适合蔬菜幼苗生长,总孔隙度在66~81%,持水孔隙度在48~59%范围内,蔬菜幼苗均能生长良好。在预先淋洗除去多余盐分的情况下,可完全采用城市污泥堆肥为育苗基质,此时,只需经过简单筛分(过10mm筛),其孔隙性就能够满足蔬菜育苗的要求,并不需要额外的研磨或与其它材料掺混。