原文以Greenhouse gas emissions of sewage sludge land application in urban green space: a field experiment in a Bermuda grassland 為標(biāo)題發(fā)表在Science of The Total Environment（IF=8.2）上
作者 | 楊航等
2024年5月,，上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司的楊航博士，聯(lián)合同濟(jì)大學(xué),、上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司的研究者們,，在《Science of The Total Environment》期刊上發(fā)表了題為“Greenhouse gas emissions of sewage sludge land application in urban green space: a field experiment in a Bermuda grassland"的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn),，施肥顯著促進(jìn)了土壤N2O和CO2的排放,，同時(shí)輕微降低了土壤對(duì)CH4的吸收?；市耐寥?/span>N2O排放顯著低于追肥處理,。研究還發(fā)現(xiàn)，氮輸入量與肥料誘導(dǎo)產(chǎn)生的N2O排放存在對(duì)數(shù)響應(yīng)關(guān)系,，表明在氮素含量一樣的情況下,，污泥土地利用，特別是堆肥污泥,，可產(chǎn)生比化肥更低的肥料誘導(dǎo)N2O排放,。
污泥作為廢水處理過程的副產(chǎn)物，如何對(duì)其進(jìn)一步處置已成為日益突出的城市環(huán)境問題。實(shí)現(xiàn)污泥減量化,、無害化及資源化是當(dāng)前污泥管理的核心目標(biāo),。目前，已開發(fā)出多種污泥處理技術(shù),，包括熱干化與焚燒,、厭氧消化與堆肥，以及建材化利用等,。
污泥土地利用作為一種潛在的資源化途徑,，可實(shí)現(xiàn)氮（N）、磷（P）等營養(yǎng)元素的土壤回用,。研究表明,，污泥中的營養(yǎng)成分與有機(jī)肥料具有相似性，可部分替代化肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),，在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)還能改善土壤肥力,。在城市綠地生態(tài)系統(tǒng)中，污泥施用可有效提升表層土壤有機(jī)氮含量,，增強(qiáng)觀賞植物的氮素利用效率,，其中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮可通過淋溶作用向深層土壤遷移。
從土壤改良角度來看,，污泥中的有機(jī)質(zhì)可顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量,，改善土壤理化性狀。同時(shí),，部分有機(jī)碳可通過微生物代謝過程被固定于土壤中,，從而減少CO?向大氣的釋放。這些特性使得污泥土地利用被認(rèn)為是一種可持續(xù)的污泥資源化方法,。
2022年6月15日，大都會(huì)水回收區(qū)的污泥被灑播在威爾縣的農(nóng)田上(圖源/Erin Hooley/Chicago Tribune)
然而,，污泥農(nóng)業(yè)利用存在潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),。污泥中的有害化學(xué)成分可通過食物鏈在作物和動(dòng)物體內(nèi)富集。長期施用污泥與土壤重金屬的增加呈正相關(guān)關(guān)系,。研究證實(shí),，高劑量污泥施用會(huì)導(dǎo)致綠豆種子內(nèi)的重金屬累積，類似現(xiàn)象在水稻的田間實(shí)驗(yàn)中也有報(bào)道,。此外,，污泥中微塑料也增加了作物的吸收風(fēng)險(xiǎn)。一些研究表明,，污泥中植物可利用的養(yǎng)分含量相對(duì)較低,，若不配合施用化肥中的水溶性無機(jī)養(yǎng)分，這可能會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)。因此,，污泥替代化肥的農(nóng)業(yè)應(yīng)用仍需審慎評(píng)估,。
在城市綠地利用方面，污泥在園林綠化,、草地管理和綠化帶建設(shè)等領(lǐng)域中,，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。我國已制定相關(guān)實(shí)施計(jì)劃和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),，規(guī)范污泥在城市綠地中的土地利用方式,。這不僅能有效阻斷有害成分進(jìn)入食物鏈，而且運(yùn)輸成本較農(nóng)田施用更具優(yōu)勢(shì),。通過改良土壤,、促進(jìn)植物生長，污泥施用可增強(qiáng)植物碳匯能力,，并能通過部分替代化肥而減少相關(guān)的碳排放,。
但一些研究表明，污泥土地利用會(huì)增加土壤溫室氣體（GHG）排放,。污泥中的氮組分可通過土壤微生物轉(zhuǎn)化為氧化亞氮（N?O）,，導(dǎo)致其排放量增加。多項(xiàng)研究證實(shí),，在氮素含量一樣的情況下,，污泥施用較化肥施用會(huì)產(chǎn)生更多N?O排放。污泥利用導(dǎo)致的溫室氣體排放增加,，可能部分或全抵消其替代化肥所帶來的碳減排效益,。盡管大量研究證實(shí)了污泥施用與土壤溫室氣體排放的正相關(guān)關(guān)系，但對(duì)排放量的定量評(píng)估尚未達(dá)成共識(shí),。
本研究通過田間實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)土壤溫室氣體通量動(dòng)態(tài),，系統(tǒng)研究了污泥土地利用對(duì)溫室氣體排放的影響。實(shí)驗(yàn)在典型人工草地上開展,，設(shè)置了七種氮輸入處理（CK,、D100、C100,、D200,、C200、D300 和 C300）,，其中分別對(duì)應(yīng)氮輸入量為0,、100、200 和 300 kg N/ha,，D 和 C 代表消化污泥和堆肥污泥,。研究者測(cè)定了生長季內(nèi)土壤N?O、CH?、CO?的排放通量,，并在不同生長階段采集土壤樣品進(jìn)行分析,。
LI-7810和LI-7820在本研究中的作用
1. 土壤溫室氣體通量測(cè)量系統(tǒng)組成
LI-7810 高精度CH?/CO?/H?O和 LI-7820高精度N?O/H?O 氣體分析儀
這兩款高精度溫室氣體分析儀都是采用光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)（OF-CEAS）,，光腔僅6.41cm3，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間≤2s,，工作溫度-25℃到45℃,。LI-7810的CH?測(cè)量精度是0.25ppb；LI-7820的N?O測(cè)量精度是0.2ppb,。
8200-01S 智能測(cè)量室
該測(cè)量室內(nèi)嵌土壤溫室氣體通量計(jì)算模塊,，與LI-7810和LI-7820連接組成閉路測(cè)量系統(tǒng)。
2. 測(cè)量實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理
測(cè)量時(shí)間
施肥后每周測(cè)量1次,，在上午9:00到11:00之間進(jìn)行,。
通量數(shù)據(jù)計(jì)算
CH? 和CO? 通量使用線性擬合函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
N?O 通量使用指數(shù)擬合函數(shù)進(jìn)行計(jì)算,。
SoilFluxPro™軟件
所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行了質(zhì)控,，剔除了低質(zhì)量值或異常值。
使用SoilFluxPro™軟件自動(dòng)計(jì)算和處理溫室氣體通量數(shù)據(jù),。
//////////
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
會(huì)員.png)
3
立即詢價(jià)
您提交后,，專屬客服將第一時(shí)間為您服務(wù)