1 研究背景和意義
城市污水處理廠污泥（以下簡稱“城市污泥”）是城市污水處理廠凈化污水后的沉淀物，是由人體排泄物、細菌菌體、微生物以及其它有機無機物質組成的一種復雜的非均質體，是污水處理過程中的必然產物[1].城市污泥多為黑色或黑褐色的流體狀或泥餅狀物質，其含水量高、易腐敗、并伴有惡臭。1857 年，世界上第一個污水處理廠誕生在英國倫敦，而近些年來各個國家和地區的工業以及城鎮化的迅猛發展，導致城市生活、工業廢水以及城市污泥的產出量直線增長。據最新的《中國污泥處理處置市場分析報告》測算，到 2015 年，我國城市污水處理廠產出的濕污泥（含水率為 80%）將達到驚人的 3359 萬噸/年，換算成每天的產量為 9.2萬噸/日。然而，中國的城市污泥處理處置現狀令人堪憂，截至目前城市污泥的主要處置方式仍為飽受詬病的土地填埋。城市的填埋場不肯接受城市污泥已是不爭事實。
我國是一個土地沙漠化嚴重的國家。2011 年 1月 4 日，國務院新聞辦公室發布第四次全國荒漠化和沙化監測結果。結果顯示：中國荒漠化土地與沙化土地面積分別為 2623700km2與 1731100 km2,兩者分別占國土總面積的 27.33%和 18.03%[2].據新疆維吾爾自治區防沙治沙領導小組發布的《新疆荒漠化和沙化狀況公報》顯示，全區具有明顯沙化趨勢的土地面積為4.75 萬平方公里，主要分布在喀什、巴州、阿克蘇這三個地州[3].在世界范圍內，沙化土壤的主要標志就是有機質含量下降。城市污泥含有大量的有機質及 N、P、K、Ca 等植物營養元素，且 N、P 以有機態為主，肥效特征類似有機肥，具有緩釋性[4].城市污泥還具有良好的保水性與保肥性，這與沙化土壤的容重高、孔隙度大、水分與養分極易流失形成互補。
2 城市污泥及土地利用研究現狀
2.1 城市污泥的理化性質特征
近年來，由于國家強制要求的城市污水處理廠的深度改造相繼完成，污水二級處理工藝使得污水中的氮和磷含量持續增大，直接導致城市污泥氮、磷等營養元素含量隨著污水脫氮除磷工藝的強化而增加，這將有利于城市污泥的土地利用乃至改良沙化土壤。表 1[5]與表 2[6]分別為我國 98 個污水處理廠污泥營養物質成分統計與我國 44 個城市污水處理廠污泥重金屬含量調查。
表 1 與表 2 數據說明：我國城市污泥的養分含量較高，包括有機質、氮磷鉀等營養物質；而重金屬樣品的超標率較低，只有 Zn 的超標比較明顯，最高達 55%.需要指出的是：城市污水處理廠污水中的的重金屬來源于工業廢水、生活廢水和雨水徑流，污水中 70%~90%的重金屬元素通過吸附或沉淀轉移到城市污泥中。根據陳同斌[7]等 2006 年的研究，其團隊選取的 107 個城市污泥進行重金屬分析表明，中國城市污泥中大部分重金屬含量較 2001 年呈下降趨勢，城市污泥資源化利用過程中的重金屬污染風險總體不高。
2.2 污泥土地利用研究現狀
據德國統計局統計，目前德國污水處理廠產生污泥量約為 220 萬噸干物質污泥，之中將近60%用于農業利用和土地改造。每千克城市污泥干物質中，含有 24 g 的磷化合物和 44 g 的氮化合物。
城市污泥土地利用就是利用其中大量的有機質以及較為豐富的氮、磷、鉀等營養元素，改善土壤結構、防治土壤板結。城市污泥土地利用主要包括農田、園林綠化、嚴重擾動土地改良、墾荒地、育苗以及沙化土壤的改良與修復等。[8]城市污泥改良沙化土壤是其土地利用的重要方式之一，詳見圖1.【1】
城市污泥施入擬改良土壤后，可以明顯改善土壤物理與化學性質，促進土壤團粒結構的形成，顯著提高土壤的陽離子交換量值（CEC）。研究表明，施用城市污泥能提高土壤有機質（OM）、全 N 以及速效 N、P、K 含量并調節土壤 pH 值，提高土壤電導率（EC）[9,10,11],并增加土壤有效氮（AN）、土壤有機碳（TOC）等[12].據王新等的研究[13]表明，在城市污泥與對照土壤充分混合一年后，混合后土壤有機質含量比對照分別增加 16.39%和 63.05%,全氮、全 磷 含 量 比 對 照 分 別 增 加 61.29% 和 132% 、124.8%和293.6%.
3 污泥修復沙化土壤的可行性與研究實施方案
3.1 可行性研究
3.1.1 對沙化土壤理化性質的影響國內外學者證實施用城市污泥[14,15]或者城市污泥制品[16]能顯著提高沙化土壤飽和含水率和持水性能，其本質是城市污泥能夠改良土壤理化性質，包括增加土壤團粒結構和孔隙率[17,18,19]等。
Marshall and holmes[20]在半干旱地區土壤中添加城市污泥，結果證明施入城市污泥后不僅提高土壤的持水性能，還能提高混合后土壤表面水分的滲透性，這能更好的減少水分蒸發。JoséIgnacioQuerejeta[21]等的研究結果表明施加城市污泥后的第三年，通過對砂質土壤深 70 cm 處的含水量進行監測，發現濕潤季節的儲水量比不添加污泥的對照高 35%,而在干旱季節表現更加明顯。PedroJurado and David B.Wester 等[22]對美國德克薩斯州西部的奇瓦瓦沙漠施用城市污泥改良，按照污泥與沙土的四種不同比例，對荒漠表層在一年內施加兩次污泥，僅施加一年，連續 4 年對一種荒漠植物（Tobosagrass）的生長響應情況和植株中的總克氏氮進行檢測。 研究表明，Tobosagrass 的生物量產出隨污泥比例的增大呈直線型增長；植物體中的氮濃度與污泥的關系則是呈二次方響應。
3.1.2 對植物生長的影響城市污泥可以改善沙化土壤結構，為植物生長發育提供良好的根系生長環境。李宇慶[23]將城市污泥的制品用于木槿的培養基質，10%、30%和50%（重量比） 的三種處理均不同程度地促進了木槿的生長發育，地上生物量與地下生物量均比對照提高顯著，其中地上生物量最顯著的比照對照增長 200.8%,地下生物量增長最高達 253.9%.將城市污泥施用于苜蓿草地顯著增加苜蓿的產量及其生物量，施用量以 1~2 kg/m2為宜。實驗證明當污泥施用量過大（>2 kg/m2）時，苜蓿的長勢情況雖好于對照，但隨著生長的繼續生物量卻呈下降的趨勢[24].
3.1.3 對土壤和植物中重金屬的影響沙土多呈堿性，而污泥中重金屬具有堿性穩定性的特點，這有利于城市污泥用于改良沙化土壤。 城市污泥中的重金屬隨著污泥進入土壤環境，從而改變了原土壤中的重金屬含量[25].研究表明，配施城市污泥到沙化土壤后，各種重金屬幾乎全部停留在土壤表層（0~20 cm），即向下轉移的重金屬部分很少（<10%）1,尤其在干旱地區造成地下水污染的可能性較小。Besrlni[27]將城市污泥作為土壤改良劑，對重金屬元素的遷移進行研究。試驗證明配施城市污泥初期，Pb、Cu、Zn 等重金屬都滯留在土壤上層 5 cm,在施入后的 16 和 52 個月后，Cu、Zn、Pb 等仍然在土層淺處的 5 cm 居多。而在對收集的土壤滲濾液的檢測發現，Cd 則有向土壤下層遷移的風險，這是城市污泥農用標準中 Cd 嚴格控制的原因之一。
3.2 實施方案
3.2.1 主要思路在對城市污泥進行全面理化性質分析的基礎上，將合適的污泥以濕污泥的形式施入到試驗地中，試驗地在空曠的沙地上進行。每個試驗小區面積為 1 m×5 m,小區試驗共設 6 種處理，每個處理3 次重復。 種植的植物為沙生植物如怪柳（紅柳）等，污泥投加量分別為 CK、15、30、60、90、120、150t·hm-2. 配施污泥后用小型旋耕裝置將污泥與沙化土壤充分混勻，混勻后所有處理均“老化”一個月左右。 栽培植物可以采取種植與移栽兩種形式進行。分別采集不同處理的“老化”后與植物收獲后的土壤樣品進行測試分析。
3.2.2 擬采取的實施方案【2】
4 結 論
城市污泥修復沙化土壤有許多的優勢：第一，改良沙化土壤的理化性質。由于施用城市污泥能迅速有效地提高沙化土壤的含水、保水性以及提高其有機質含量，從而防治沙化土壤水土流失。第二，能極大利于植物的生長與生態的恢復，而植被在改良沙化土壤、水土保持中起重要作用[28].第三，城市污泥配施沙化土壤有利于提高混合土壤中微生物的活動性。 配施城市污泥后的土壤環境大為改觀，為土壤中微生物的活動提供了條件，活躍的土壤微生物又反過來進一步促進土壤肥力的提高。因此，配施城市污泥改良沙化土壤甚至修復荒漠化土地是可行的。
參考文獻：
[1] 尹守東，王鳳友。城市污泥堆肥林地應用研究進展[J].東北林業大學報，2004,32（5）：59-60.
[2] 王濤，吳薇，薛嫻，等。近 50 年來中國北方沙漠化土地的時空變化[J].地理學報，2004,59（2）：203-212.
[3] 王濤，朱震達，趙哈林。中國沙漠化研究的若干問題[J].中國沙漠，2004,24（2）：115-123 .
[4] 陳蘇，孫麗娜，等。城市污泥處理處置技術與資源化利用研究城市污泥處理處[J].生態科學，2006,25（4）：375-378.
[5] 郭廣慧，楊軍，陳同斌，鄭國砥，等。我國城市污泥的有機質和養分含量及其變化趨勢[J].中國給水排水，2009,25（13）：120-121.
