全 文 ：城市污泥对退化森林生态系统土壤的人工熟化研究 3
李贵宝1 3 3 　尹澄清1 　林永标2 　李志安2
(1 中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室 ,北京 100085 ;2 中国科学院华南植物研究所 ,广州 510650)
【摘要】　森林退化问题在热带亚热带地区较为严重. 在广东鹤山丘陵地区进行的野外试验结果表明 ,施用
城市污水厂污泥可有效地促进树木的生长发育如增加株高和地径 ,对林中的灌草层植被也有促进和改善 ;
同时可提高林地土壤肥力如土壤有机质和有效养分等. 对土壤重金属残留的监测表明 ,施用污水厂污泥后
主要问题是增加了 Pb 含量 ,其增加量随污泥用量增加而增加 ;其它重金属增加不显著.
关键词 　污泥 　森林 　土壤 　熟化
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 02 - 0159 - 04 　中图分类号 　X703 　文献标识码 　A
Artif ical improvement of soil fertility in a regraded forest ecosystem by using municipal sewage sludge. L I
Guibao1 , YIN Chengqing1 ,L IN Yongbiao2 , L I Zhian2 (1 S tate Key L ab. of Envi ronmental A quatic Chemist ry ,
Research Center f or Eco2Envi ronmental Sciences , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100085 ;2 South China
Institute of Botany , Chinese Academy of Sciences , Guangz hou 510650) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (2) :
159～162.
The increasing occurrence of forest ecosystem degradation is a serious problem in tropical and subtropical regions.
Field experiments showed that the application of sludge from a sewage treatment plant could not only promote
the growth and reproduction of trees ,including the increase in the height and diameter of trees and thus being ad2
vantageous to the growth of shrub and herb of trees ,but also improve soil fertility such as increasing soil organic
matter and available nitrogen and phosphorus. The test of residual heavy metals of soil indicated that the applica2
tion of sludge increased the content of Pb in the soil and the increment of Pb was varied with the increase of
sludge usage. There was no significant increase in other heavy metals.
Key words 　Sewage sludge , Forest , Soil , Improvement .
3 国家自然科学基金 (59978051) 、中国科学院鹤山丘陵综合开放试
验站开放基金和中国博士后科学基金 (中博基[ 1999 ]10 号) 资助项
目.3 3 通讯联系人. 现在中国水利水电科学院水环境研究所 ,北京
100038.
2001 - 05 - 16 收稿 ,2001 - 09 - 19 接受.
1 　引 　　言
热带亚热带地区是我国人口最为集中的区域之
一.近代以来 ,由于人类的过度活动和工业化、城市
化的加速发展 ,加之缺乏合理开发利用 ,忽视保护和
整治 ,使原有的自然生态系统遭到很大的破坏. 据统
计 ,我国退化土地约 115 ×106km2 ,而热带亚热带是
较严重的区域. 北方的黄土、南方的花岗岩风化壳红
土 ,是中国境内侵蚀最严重的地质2地貌单元. 热带
亚热带区域的土壤中 ,花岗岩风化壳红土占大部分.
该地区由于森林遭反复破坏而形成的退化荒坡面积
约 4167 ×107hm2 ,占土地总面积的 1/ 4[13 ] . 如何进
行综合整治 ,使退化生态系统得以恢复与重建 ,是提
高区域生产力、改善生态环境、持续利用资源和发展
经济的关键 ,是最具有理论和实践意义的课题之一.
中国科学院华南植物研究所鹤山丘陵综合实验站 ,
在这方面做了大量的研究工作 ,取得了许多成果 ,编
写了我国第一本恢复生态学专著[14 ] . 在退化森林生
态系统土壤肥力恢复方面 ,主要进行了人工林对退
化土地的恢复研究[3 ] ,在用外来物质对土壤的熟化
与培肥方面尚未开展研究.
目前 ,世界各地对随着工业化迅速发展和城市
人口急剧增长所产生的污水厂污泥予以高度重
视[1 ,2 ,8 ,12 ] ,土地利用被认为是最有发展潜力的处置
方式 ,即把污泥直接施用 (或干燥后施用) 和经过堆
肥形成的生物固体 (biosolids) ,应用于农田、林地、菜
地、果园、草地、市政绿化、育苗基质以及严重扰动的
土地复垦与重建等. 这对迅速恢复植被、促进土壤熟
化和提高作物产量有巨大作用 ,是一种利用废弃物
资源且符合我国国情的方法. 美国、新西兰等国家较
早开展了污泥用于林地的研究 ,取得令人满意的效
果[10 ] . 我国污泥多用于农田土壤[7 ,11 ,17 ,18 ] ,近几年
来在森林与园林绿地、矿区植被恢复与高速公路绿
化带等方面的应用得到了发展[3 ,4 ,6 ,9 ,15 ,16 ] . 本研究
的目的就是探讨用外来物质 ———污水厂污泥对恢复
应 用 生 态 学 报 　2002 年 2 月 　第 13 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2002 ,13 (2)∶159～162
中森林生态系统土壤的人工加速熟化与培肥.
2 　研究区域与试验方法
211 　研究区域
研究始于 1998 年 4 月 ,主要在中国科学院华南植物研
究所鹤山丘陵综合试验站的研究基地进行. 该站位于广东省
中部的鹤山市 ,112°54′E ,22°41′N ,属南亚热带季风常绿阔
叶林气候 ,年平均温度 2117 ℃,年降雨量 1700 mm. 地形为
典型的的矮丘陵 ,山坡平缓 ,坡度 18°～30°,土壤多为砂页岩
发育的赤红壤. 该区历史上为森林地带 ,顶极群落是亚热带
季风常绿阔叶林 ,但由于不断增长的人类活动影响 ,造成植
被退化、水土流失、土壤瘠薄和水源枯竭. 现状植被除部分地
方为人工马尾松 ( Pinus m assoniana) 疏林外 ,绝大部分的丘
陵为亚热带草坡 ,长期未开发利用.
212 　试验设计与方法
试验分 2 部分 : (1) 城市污水厂污泥大面积施用对恢复
中森林生态系统土壤及其植被的影响研究. 试验布置在距试
验站 1 km 左右的桉树林林地中 ,该地曾为火灾梵烧 ,后引种
桉树 ,已生长 8 年 ,树高约 8～12 m ,胸径 418～1211cm. 林地
主要的灌木为桃金娘 ( Rhodomyrtus tomentosa) 、芒萁 ( Dicra2 nopteris linearis . var. dichotom a) 、梅叶冬青 ( Ilex asprella) 、黄扼子 ( Gardenia jasminoides) 、豺皮樟 ( L itsea rotundif olia) ;藤本有酸藤子 ( Embelia laeta ) 、玉 叶 金 花 ( M ussaendapubescens) 、岗松 ( B aeckea f rutescens) ;草本有山管兰 ( Dianel2la ensif olia) 、蜈松草 ( P. vittata)等. 试验处理 4 个 :1)污泥低用量撒施 :每区施用湿污泥 1 t ;2) 污泥高用量撒施 :每区施用湿污泥 2 t ;3)污泥低用量沟施 :每区施用湿污泥 1 t ;4) 对照. 每个处理为 5 列 12 行共约 60 棵树 ,面积约为 100m2 ,处理之间留 2 列树分割.(2) 污泥施用对阴香树生长响应及其土壤肥力环境变化的研究. 试验布置在距试验站 115km 左右的亭中亭林地中 ,该林地为人工改造林 ,引种树木主要有阴香 ( Cinnamo2m um burm anni) 、翻百叶、三龙眼、橄榄与海南红豆 ( O1 pin2nata)等. 阴香树已生长 2 年 ,树高约 111～119m ,地径 114～214cm.试验处理 3 个 :1) 污泥低用量穴施 :每棵树施用湿污泥 25kg ;2)污泥高用量穴施 :每棵树施用湿污泥 50 kg ;3) 对照 :不施用污泥. 每个处理随机选择 5 棵生长大约相近的树.供试污泥从广州市大坦沙污水处理厂用卡车拉至试验地 ,后用人工运至树林中 ,按试验要求实施. 污泥含水量83 % ,其成分见表 1. 试验土壤类型为赤红壤 ,其土壤养分和重金属含量见表 2.
表 1 　试验污泥养分和重金属含量 3
Table 1 Nutrients and heavy metals in the sewage sludge
项目 Item O. M. Total2N Total2P2O5 Total2K2O Avail2N Avail2P Avail2K p H
污泥 Sludge 3119 2190 2176 1145 2931 1099 116 -
项目 Item Cu Zn Ni Cd Cr Pb As Hg
污泥 Sludge 433 1523 53110 11872 271 126195 1412 21083 单位除有机质 (O1M1) 和全 N、P、K为 %外 ,其余均为 mg·kg - 11Units of O. M. , Total2N , Total2P2O5 and Total2K2O are % , others are mg·
kg - 1DW.
表 2 　试验土壤的养分和重金属含量
Table 2 Nutrients and heavy metals in the tested soils
林地类型
Forest type
土　层
Soil layer
(cm)
全量养分 Total nutrient ( %)
O. M. Total2N Total2P2O5 Total2K2O 速效养分 Available nutrient (mg·kg - 1)Avail2N Avail2P Avail2K p H( H2O)
桉树林 0～20 1138 0106 01048 1124 7512 011 3310 4144
Eucalypt us forest 20～40 0160 0104 01037 1152 3913 011 2810 4146
阴香树 0～20 2136 0109 01041 1152 12113 011 4310 4125
Cinnamom um burm ani 20～40 1137 0105 01036 1175 6115 011 3110 4135
林地类型
Forest type
土　层
Soil layer
(cm)
重金属 Heavy metal (mg·kg - 1)
Cu Zn Ni Cd Cr Pb As Hg
桉树林 0～20 9135 18100 7100 01040 36170 41185 33177 01048
Eucalypt us forest 20～40 11140 35100 10180 01035 53110 53180 32108 01051
阴香树 0～20 24185 50100 14120 01060 66110 35185 15183 01051
Cinnamom um burm ani 20～40 30152 17150 18170 01095 61198 34185 15193 01047
212 　测定项目与方法
土壤有机质采用 GB 9834288 重铬酸钾法 ,全 N GB
7848287 凯氏法 ,全 P GB 7852287 高氯酸2硫酸酸溶2钼锑抗
比色法 ,全 K GB 7854287 碳酸钠碱熔2火焰光度计法 ;有效 N
(水解 N) GB 7849287 扩散吸收法 ,有效 P GB 7853287 碳酸
钠浸提2钼锑抗比色法 ,有效钾 GB 7856287 醋酸铵浸提2火焰
光度计法.
Cu 和 Zn GB/ T 1713821997 , Ni GB/ T 1713921997 , Cr
GB/ T 1713721997 , Pb 和 Cd GB/ T 1714121997 , Cu、Zn、Ni、
Cr、Pb 为酸熔2原子吸收法测定 ,Cd 为酸熔2石墨炉原子吸收 法 ;As 和 Hg 采用酸消化2原子荧光法.3 　结果与讨论311 　施用污泥后阴香树的生长响应阴香树施用污泥 15 个月后 ,有明显的反应. 首先表现在树高的增加 ,其次地径也有大幅度的提高(表 3) . 从表 3 可见 ,处理 1 污泥低用量穴施 ,平均增加树高 01366 m ,增加了 2417 % ,比不施污泥的处理 (对照)增加 1118 % ;处理 3 树高比对照仅增加了
061 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
01208 m ,增加了 1219 %. 对地径的影响也相似 ,污
泥低用量穴施平均增加地径 1154 cm , 增加了
8915 % ,比对照增加 3011 %. 可见 ,污泥低用量穴施
对树木的生长发育有较好的促进作用. 而处理 2 污
泥高用量穴施 ,与对照相比树高仅增加 315 % ,地径 增加了 1016 % ;同处理 1 污泥低用量穴施相比 ,增加的较少. 这表明污泥用量太高已抑制了树龄仅 2年的阴香树的生长进度. 因此 ,林地施用城市污泥尽管不存在食物链的危害问题 ,但要试验选择对树木生长发育的最优污泥使用量.
表 3 　污泥施用对阴香树生长的影响
Table 3 Effects of sludge application on the growth of Cinnamomum burmani
处理
Treatment
污泥施用
Sludge level
树高 Height (m)
基础值
Original
施污泥后
After sludge
application
增加值
Increase
增加
Increase ( %)
地径 Diameter (cm)
基础值
Original
施污泥后
After sludge
application
增加值
Increase
增加
Increase ( %)
1 低用量 Low 11484 11850 01366 2417 1172 3126 1154 8915
2 高用量 High 11406 11636 01230 1614 1180 3106 1126 7010
3 对照 CK 11608 11816 01208 1219 1192 3106 1114 5914
312 　污泥施用后桉树林植被恢复状况
分别对施用污泥和不施用污泥的小区林地进行
了抽样调查 ,发现施用污泥后郁闭度 (crown densi2
ty)明显增大 ,林内湿度变大 ;林下的灌、草层茂密.
施用污泥的桉树林地中 ,芒萁株高达 108cm ,桃金娘
株高为 165cm ,子皮樟株高平均达 110cm ,梅叶冬青
株高为 180cm ;而未施污泥的桉树林地中 ,相应的株
高分别为 90、120、85 和 156 cm ,且数量少. 可见 ,污
泥对退化的森林生态系统确有恢复植被的功能.
313 　污泥对林地土壤肥力的影响
污泥对树木植被的改善作用 ,必然首先反映在
对土壤肥力的改善上. 对桉树林大面积施用污泥的
试验进行了土壤取样分析 ,结果表明施用污泥后主
要增加了土壤有机质和有效 N、P (表 4) ,增加的幅
度以污泥高用量施用最为明显. 从表 4 可见 ,污泥施
用对阴香树林地土壤养分的增加更为明显 ,尤其是
对土壤有效 P 的增加 ,增幅达 512～1819mg·kg - 1 .
亚热带退化草坡 ,土壤有效 P 含量被认为是植被生
长最可能的限制因子[5 ] . 因此 ,通过施用污泥来增
加土壤有效 P 含量 ,不失为一种较好的措施 ,有一
举两得的功效.
314 　污泥施用后对土壤重金属残留的影响
　　污泥已被公认为具有改土和肥田的效应 ,但因
其重金属残留问题 ,一直未能得到大面积推广. 对污
泥施用 15 个月后的林地土壤分两层进行了取样 ,结
果见表 5. 从表 5 可以看出 ,桉树林施用污泥后土壤
0～20cm Zn 含量显著增加 ;Cr 含量也增加 ,但幅度
不大 ; Pb 含量增加了 318～1118mg·kg - 1 ;其它重金
属差异不明显. 土壤 20～40cm 除 Pb 外 ,其它重金
属增加不显著.
表 4 　施用污泥对林地土壤养分的影响
Table 4 Effects of sludge application on soil nutrients
林地类型
Forest type
处理
Treatment
O. M. Total2N Total2P2O5 Total2K2O
( %)
Avail2N Avail2P Avail2K
(mg·kg - 1)
桉树林 1 1148 0106 01044 1136 7117 211 3910
Eucalypt us forest 2 1163 0107 01046 1139 8314 315 4310
3 1168 0107 01046 1128 7619 219 3810
CK 1139 0106 01044 1125 7012 012 3010
阴香树 1 2140 0110 01038 1128 12913 515 4710
Cinnamom um burmani 2 2179 0112 01078 1148 14010 1912 5410
CK 2135 0109 01044 1130 12410 013 4010
表 5 　施用污泥对土壤重金属残留的影响
Table 5 Effects of sludge application on the residue of heavy metals in the soils( mg·kg - 1)
林地类型
Forest type
土层 Soil
layer (cm)
处理
Treatment
Cu Zn Ni Cd Cr Pb As Hg
桉树林 0～20 1 6175 44100 4185 01035 34100 50100 18100 01060
Eucalypt us forest 2 7130 18175 8170 01025 29190 53180 15134 01054
3 6145 18140 6155 01030 21100 45180 21142 01048
CK 8150 16150 6140 01030 25100 42100 20140 01048
20～40 2 5185 15175 9110 01020 23110 61175 15192 01040
CK 10120 18100 9180 01024 20140 55180 18140 01044
阴香树 0～20 1 19160 24100 10140 01080 37140 27190 13141 01046
Cinnamom um burmani 2 27115 41150 14165 01065 39145 29190 14158 01057
CK 23100 40140 14110 01060 40140 25150 13150 01050
20～40 2 27175 26150 16175 01045 74125 33185 15123 01046
CK 28100 18140 16190 01040 63100 30150 15100 01040
1612 期 　　　　　　　　　　　李贵宝等 :城市污泥对退化森林生态系统土壤的人工熟化研究 　　　　　　　　
　　阴香树林地土壤 0～20cmPb 含量 ,施用污泥的
比对照增加 4140mg·kg - 1 ;其余几种重金属增加不
显著. 土壤 20～40cm Zn、Cr 和 Pb 含量施用污泥的
比对照分别增加 611、11125 和 3185mg·kg - 1 ;其它
重金属差异不显著.
综合分析认为 ,污泥施用后对林地土壤重金属
残留影响不大 ,增加量 Pb 仅占土壤背景值的 910 %
～2811 % ,因污泥施用量而有所不同 ;污泥高量施用
Pb 残留较高 ,反之较少. 因此 ,林地今后施用污泥 ,
应以污泥中 Pb 含量作为施用量多少的依据. 再者 ,
林地施用污泥不应该像农田那么严格 ,因为它避开
了食物链.
4 　结 　　论
411 　林地施用污泥能促进树木的生长和发育 ,增加
树高和地径 ;并对林地灌、草层植被也有促进作用.
412 　林地施用污泥后可提高土壤肥力 ,主要增加土
壤有机质、有效养分 (N 和 P) ,对有效 P 的增加最为
显著. 这也是促进树木生长发育的根本原因.
413 　林地施用污泥后土壤重金属的残留主要是 Pb
含量有所提高 ,其它重金属含量影响不显著. 土壤中
Pb 含量增加随污泥用量的增加而增加 ,因此 ,应以
污泥 Pb 含量的多少作为污泥最大使用量的依据.
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作者简介 　李贵宝 ,男 ,1963 年生 ,博士 (后) ,副研究员 ,主
要从事生态风险评价、水环境污染与废弃物治理等工作 ,在
国内外刊物发表论文 20 余篇 1E2mail :ligb @iwhr1com
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