污泥重金属在林地土壤中的迁移转化机制及其环境风险：凋落物的影响

In China, sewage sludge output is enormous and the disposal is a big problem. Utilization of sludge as a fertilizer resource is a promising solution. Due to the heavy metals and other harmful substances in sludge, application of sludge in farmland is increasingly restricted. Forest land is far away from human food chain and can be a desirable place for sludge application and disposal. However, great attention should be paid to the leaching and transformation of sludge heavy metals, the environmental risk and influencing factors. Based on the previous research, forest litter is expected to be the most prominent factor influencing the movement and transformation of sludge heavy metals in the forest. Therefore, this project will monitor the transfer characteristics and environmental risk of copper, zinc, lead and cadmium in sewage sludge in forest soil. Field, outdoor simulation and indoor leaching experiments will be conducted to study the effects of different litters on the transfer of sludge heavy metals in planted forest soil, and a mutual confirming relationship will be established upon the field, outdoor and indoor experiment results. Then, we will try to understand the effects of forest litters on the existing forms of heavy metals in soil and the influences of dominant organic components of litter leachates on the leaching and sorption- desorption behaviour of heavy metals, and through HPLC-ICP-MS, to determine the organic complex morphology in which heavy metals leach in the soil. Ultimately, the effects of forest litter on transfer mechanism and environment risk of sludge heavy metals in forest land soil will be revealed. The research results will provide important scientific basis for the reasonable utilization of sewage sludge as fertilizer on plantation forest land.

我国城市污泥产量巨大，处置困难，资源化利用是重要发展方向。由于含有重金属等有害物质，污泥农用受到极大限制。林地远离人类食物链，是污泥资源化利用的理想场所，但是必须高度关注污泥重金属在林地的迁移转化、环境风险及其影响因子。基于以往相关研究，凋落物可能是森林中影响污泥重金属迁移转化的最突出因子。因此，本项目将研究污泥重金属铜、锌、铅、镉在林地土壤中的迁移转化特征及其环境风险，并在林地现场、室外模拟和室内淋洗条件下探讨不同树种凋落物对污泥重金属在土壤中迁移转化的影响，建立现场、室外和室内结果的印证关系。接着，通过研究凋落物对污泥重金属存在形态的影响、凋落物淋滤液优势有机组分对污泥重金属迁移转化和吸附-解吸行为的影响，并通过HPLC-ICP-MS确定污泥重金属淋溶迁移的有机络合物形态，最终揭示林木凋落物对污泥重金属在林地土壤中迁移转化机制及环境风险的作用，为城市污泥林地资源化利用提供科学依据。

我国的城市污泥产量大，处置难，土地利用是未来污泥处理的重要方向。林地面积大，土壤相对贫瘠，远离人类食物链，且污泥含有丰富的有机质和养分元素，当作肥料施于林地，有望提高土壤肥力，促进林木生长，因此林地是污泥土地利用的潜在最佳场所。但是，污泥重金属元素在林地土壤环境中极有可能发生迁移转化，进而对下层土壤和地下水等产生污染。所以，要想实现污泥合理林用，必须探讨污泥重金属在土壤中的迁移转化环境风险及其影响因子。作为森林生态系统重要介质的林木凋落物可能是影响污泥养分和重金属迁移转化的重要因素。围绕这一问题，本项目开展了污泥重金属在林地土壤中的迁移转化特征和环境风险评价、污泥重金属在凋落物作用下的迁移转化规律研究。研究发现，污泥按30t/ha的施用量林用1年后，表层土壤（0-10cm）重金属铜、锌、镉含量显著高于对照，2年后仅铜、镉含量显著高于对照，试验期内污泥重金属没有向下层土壤发生显著迁移，表明污泥重金属不会对下层土壤和地下水环境造成危害。室外土柱模拟试验表明，尾叶桉凋落物分解显著促进了重金属镉由土壤表层往40-50cm迁移，对其它元素影响不显著；湿地松和木荷凋落物对污泥重金属的迁移未产生显著影响。研究发现，3种凋落物对污泥重金属存在形态有显著影响。在项目执行过程中增加了凋落物覆盖条件下模拟酸雨对污泥重金属在赤红壤中迁移的影响、污泥施用对木本、草本植物生长和重金属累积影响以及不同配方污泥复合堆肥对人工林生长及林地环境的影响等三部分内容，发现酸雨促进了污泥重金属向滤出液转移，且酸度越高促进作用越明显，但短期内从污泥中淋出的重金属没有对水质造成污染风险。施用30%的污泥（污泥和土壤质量比为3:7）能显著促进扁桃、海芋等植物生长，促进植物对氮、磷、钾和重金属的吸收。在项目执行期间，已发表论文14篇，其中SCI收录论文4篇，待发表论文5篇，参加国内外学术会议12人次。共指导研究生9人，其中毕业4人，在读5人。