1 研究背景和意义
城市污水处理厂污泥（以下简称“城市污泥”）是城市污水处理厂净化污水后的沉淀物，是由人体排泄物、细菌菌体、微生物以及其它有机无机物质组成的一种复杂的非均质体，是污水处理过程中的必然产物[1].城市污泥多为黑色或黑褐色的流体状或泥饼状物质，其含水量高、易腐败、并伴有恶臭。1857 年，世界上第一个污水处理厂诞生在英国伦敦，而近些年来各个国家和地区的工业以及城镇化的迅猛发展，导致城市生活、工业废水以及城市污泥的产出量直线增长。据最新的《中国污泥处理处置市场分析报告》测算，到 2015 年，我国城市污水处理厂产出的湿污泥（含水率为 80%）将达到惊人的 3359 万吨/年，换算成每天的产量为 9.2万吨/日。然而，中国的城市污泥处理处置现状令人堪忧，截至目前城市污泥的主要处置方式仍为饱受诟病的土地填埋。城市的填埋场不肯接受城市污泥已是不争事实。
我国是一个土地沙漠化严重的国家。2011 年 1月 4 日，国务院新闻办公室发布第四次全国荒漠化和沙化监测结果。结果显示：中国荒漠化土地与沙化土地面积分别为 2623700km2与 1731100 km2,两者分别占国土总面积的 27.33%和 18.03%[2].据新疆维吾尔自治区防沙治沙领导小组发布的《新疆荒漠化和沙化状况公报》显示，全区具有明显沙化趋势的土地面积为4.75 万平方公里，主要分布在喀什、巴州、阿克苏这三个地州[3].在世界范围内，沙化土壤的主要标志就是有机质含量下降。城市污泥含有大量的有机质及 N、P、K、Ca 等植物营养元素，且 N、P 以有机态为主，肥效特征类似有机肥，具有缓释性[4].城市污泥还具有良好的保水性与保肥性，这与沙化土壤的容重高、孔隙度大、水分与养分极易流失形成互补。
2 城市污泥及土地利用研究现状
2.1 城市污泥的理化性质特征
近年来，由于国家强制要求的城市污水处理厂的深度改造相继完成，污水二级处理工艺使得污水中的氮和磷含量持续增大，直接导致城市污泥氮、磷等营养元素含量随着污水脱氮除磷工艺的强化而增加，这将有利于城市污泥的土地利用乃至改良沙化土壤。表 1[5]与表 2[6]分别为我国 98 个污水处理厂污泥营养物质成分统计与我国 44 个城市污水处理厂污泥重金属含量调查。
表 1 与表 2 数据说明：我国城市污泥的养分含量较高，包括有机质、氮磷钾等营养物质；而重金属样品的超标率较低，只有 Zn 的超标比较明显，最高达 55%.需要指出的是：城市污水处理厂污水中的的重金属来源于工业废水、生活废水和雨水径流，污水中 70%~90%的重金属元素通过吸附或沉淀转移到城市污泥中。根据陈同斌[7]等 2006 年的研究，其团队选取的 107 个城市污泥进行重金属分析表明，中国城市污泥中大部分重金属含量较 2001 年呈下降趋势，城市污泥资源化利用过程中的重金属污染风险总体不高。
2.2 污泥土地利用研究现状
据德国统计局统计，目前德国污水处理厂产生污泥量约为 220 万吨干物质污泥，之中将近60%用于农业利用和土地改造。每千克城市污泥干物质中，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机质以及较为丰富的氮、磷、钾等营养元素，改善土壤结构、防治土壤板结。城市污泥土地利用主要包括农田、园林绿化、严重扰动土地改良、垦荒地、育苗以及沙化土壤的改良与修复等。[8]城市污泥改良沙化土壤是其土地利用的重要方式之一，详见图1.【1】
城市污泥施入拟改良土壤后，可以明显改善土壤物理与化学性质，促进土壤团粒结构的形成，显着提高土壤的阳离子交换量值（CEC）。研究表明，施用城市污泥能提高土壤有机质（OM）、全 N 以及速效 N、P、K 含量并调节土壤 pH 值，提高土壤电导率（EC）[9,10,11],并增加土壤有效氮（AN）、土壤有机碳（TOC）等[12].据王新等的研究[13]表明，在城市污泥与对照土壤充分混合一年后，混合后土壤有机质含量比对照分别增加 16.39%和 63.05%,全氮、全 磷 含 量 比 对 照 分 别 增 加 61.29% 和 132% 、124.8%和293.6%.
3 污泥修复沙化土壤的可行性与研究实施方案
3.1 可行性研究
3.1.1 对沙化土壤理化性质的影响国内外学者证实施用城市污泥[14,15]或者城市污泥制品[16]能显着提高沙化土壤饱和含水率和持水性能，其本质是城市污泥能够改良土壤理化性质，包括增加土壤团粒结构和孔隙率[17,18,19]等。
Marshall and holmes[20]在半干旱地区土壤中添加城市污泥，结果证明施入城市污泥后不仅提高土壤的持水性能，还能提高混合后土壤表面水分的渗透性，这能更好的减少水分蒸发。JoséIgnacioQuerejeta[21]等的研究结果表明施加城市污泥后的第三年，通过对砂质土壤深 70 cm 处的含水量进行监测，发现湿润季节的储水量比不添加污泥的对照高 35%,而在干旱季节表现更加明显。PedroJurado and David B.Wester 等[22]对美国德克萨斯州西部的奇瓦瓦沙漠施用城市污泥改良，按照污泥与沙土的四种不同比例，对荒漠表层在一年内施加两次污泥，仅施加一年，连续 4 年对一种荒漠植物（Tobosagrass）的生长响应情况和植株中的总克氏氮进行检测。 研究表明，Tobosagrass 的生物量产出随污泥比例的增大呈直线型增长；植物体中的氮浓度与污泥的关系则是呈二次方响应。
3.1.2 对植物生长的影响城市污泥可以改善沙化土壤结构，为植物生长发育提供良好的根系生长环境。李宇庆[23]将城市污泥的制品用于木槿的培养基质，10%、30%和50%（重量比） 的三种处理均不同程度地促进了木槿的生长发育，地上生物量与地下生物量均比对照提高显着，其中地上生物量最显着的比照对照增长 200.8%,地下生物量增长最高达 253.9%.将城市污泥施用于苜蓿草地显着增加苜蓿的产量及其生物量，施用量以 1~2 kg/m2为宜。实验证明当污泥施用量过大（>2 kg/m2）时，苜蓿的长势情况虽好于对照，但随着生长的继续生物量却呈下降的趋势[24].
3.1.3 对土壤和植物中重金属的影响沙土多呈碱性，而污泥中重金属具有碱性稳定性的特点，这有利于城市污泥用于改良沙化土壤。 城市污泥中的重金属随着污泥进入土壤环境，从而改变了原土壤中的重金属含量[25].研究表明，配施城市污泥到沙化土壤后，各种重金属几乎全部停留在土壤表层（0~20 cm），即向下转移的重金属部分很少（<10%）1,尤其在干旱地区造成地下水污染的可能性较小。Besrlni[27]将城市污泥作为土壤改良剂，对重金属元素的迁移进行研究。试验证明配施城市污泥初期，Pb、Cu、Zn 等重金属都滞留在土壤上层 5 cm,在施入后的 16 和 52 个月后，Cu、Zn、Pb 等仍然在土层浅处的 5 cm 居多。而在对收集的土壤渗滤液的检测发现，Cd 则有向土壤下层迁移的风险，这是城市污泥农用标准中 Cd 严格控制的原因之一。
3.2 实施方案
3.2.1 主要思路在对城市污泥进行全面理化性质分析的基础上，将合适的污泥以湿污泥的形式施入到试验地中，试验地在空旷的沙地上进行。每个试验小区面积为 1 m×5 m,小区试验共设 6 种处理，每个处理3 次重复。 种植的植物为沙生植物如怪柳（红柳）等，污泥投加量分别为 CK、15、30、60、90、120、150t·hm-2. 配施污泥后用小型旋耕装置将污泥与沙化土壤充分混匀，混匀后所有处理均“老化”一个月左右。 栽培植物可以采取种植与移栽两种形式进行。分别采集不同处理的“老化”后与植物收获后的土壤样品进行测试分析。
3.2.2 拟采取的实施方案【2】
4 结 论
城市污泥修复沙化土壤有许多的优势：第一，改良沙化土壤的理化性质。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机质含量，从而防治沙化土壤水土流失。第二，能极大利于植物的生长与生态的恢复，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动性。 配施城市污泥后的土壤环境大为改观，为土壤中微生物的活动提供了条件，活跃的土壤微生物又反过来进一步促进土壤肥力的提高。因此，配施城市污泥改良沙化土壤甚至修复荒漠化土地是可行的。
参考文献：
[1] 尹守东，王凤友。城市污泥堆肥林地应用研究进展[J].东北林业大学报，2004,32（5）：59-60.
[2] 王涛，吴薇，薛娴，等。近 50 年来中国北方沙漠化土地的时空变化[J].地理学报，2004,59（2）：203-212.
[3] 王涛，朱震达，赵哈林。中国沙漠化研究的若干问题[J].中国沙漠，2004,24（2）：115-123 .
[4] 陈苏，孙丽娜，等。城市污泥处理处置技术与资源化利用研究城市污泥处理处[J].生态科学，2006,25（4）：375-378.
[5] 郭广慧，杨军，陈同斌，郑国砥，等。我国城市污泥的有机质和养分含量及其变化趋势[J].中国给水排水，2009,25（13）：120-121.
