堆肥产物综合评价及用于南海岛礁珊瑚砂土改良的可行性

2019-01-14

对于我国南海新建岛礁而言,岛礁内固废垃圾通过好氧堆肥处理可以转化为诸岛生态建设的有机腐殖质资源,腐熟较好的堆肥产物因其优异的固定植株、保水保肥、无毒性、质地轻、离子交换量高等性能,可以用作良好的土壤改良剂或绿化用有机基质,同时堆肥产物的施用可以显著提升土壤中微生物种群数量,极大地提高多种土壤酶的活性,促进土壤养分向有效态转化。然而,若不对堆肥产品的质量、用量进行严格的评价及控制,则有可能引起土壤毒害有机物污染、重金属污染以及硝酸盐的泄露等环境问题。

研究采用岛礁内有机固体废弃物的共堆肥产物,原位改良我国南海珊瑚砂土壤的综合性能,对于改善诸岛陆地生态环境和生态自持能力具有重要的现实意义。为保证堆肥产物土地利用的安全性,并且进一步指导堆肥产物改良珊瑚砂土的实际应用,本文首先对南海岛礁内新型珊瑚砂土壤进行了理化性质和营养状况分析,然后对岛礁内厨余垃圾、粪渣和剩余污泥的共堆肥产物进行了无害化效果和养分水平综合评价,提出了用于一种系统的堆肥产物评价方法,同时可为南海岛礁实际工程建设提供技术支持。

1 实验部分

1.1 试验材料

珊瑚砂土取自南海某岛礁。堆肥产物取自于陆军勤务学院军事固体废弃物处治研究室,堆肥原料为厨余垃圾、化粪池粪渣和污水处理剩余污泥的混合物,调理剂采用的是锯末-玉米秸秆复合调理剂,堆肥过程详见我们之前的研究。堆肥产物转移至搅拌桶充分搅拌,混合均匀后粉碎,过1 mm 筛后收集备用。

1.2 试验设计

研究珊瑚砂土壤的成分构成情况,全面评估珊瑚砂理化特性和养分水平。进一步地对共堆肥产物综合评价分为无害化效果评价和养分水平评价。无害化效果评价包含腐熟度评价、卫生防疫安全评价和污染物控制评价(8 种重金属全量和3 种典型有机污染物);堆肥产物养分水平评价包含常规肥力指标和植物必需微量元素。

1.3 分析方法

主要分析方法包括珊瑚砂化学构成采用EDX能谱分析,碳酸盐含量测定采用气量法,CEC 测定采用氯化钡-硫酸强迫交换法,土壤其它理化指标及植物必须微量元素的测定参见《土壤检测》(NY/T 1121-2006)的方法。速效和全量养分的测定参见《土壤农化分析》中的方法。蛔虫卵死亡率的测定采用镜检法,粪大肠菌群和沙门氏菌的测定分别采用发酵法和菌增液-三糖铁琼脂培养生化法, 参见《粪便无害化卫生要求》( GB7959-2012),噬菌体的检测采用生物测定法,以病毒嗜菌斑个数表示,本指标委托第三方权威检测机构测试。总Hg 采用冷原子吸收分光光度法,其它7 种重金属总量的测定采用HClO4-HNO3 消解-ICP 法,矿物油的检测采用红外分光光度法,苯并芘(BaP)的测定采用高效液相色谱法,可吸附有机卤化物(AOX)的测定采用微库伦法。

2 结果与讨论

2.1 堆肥产物无害化效果评价

为保证堆肥产物对土壤和植物不造成二次污染,在堆肥产物资源化利用前通常对其作无害化评价,主要包括腐熟度评价、卫生防疫安全评价、污染物控制检测三个方面,综合评估堆肥产物利用的安全性和可靠性。

2.1.1 腐熟度评价

腐熟度是指有机废弃底物经过微生物矿化和腐殖化后转化为稳定腐殖质的无害化程度。国内外研究者对堆肥产物进行腐熟度评价时并无统一标准,本文选择了10 种常用指标对厨余-粪渣-污泥共堆肥产物进行腐熟度综合评价,相关指标及结果见表1。结果显示,共堆肥产物腐熟度良好,除NH4+-N/NO3--N 指示基本腐熟外,其余指标均完全达到腐熟标准。

2.1.2 卫生防疫安全评价

卫生防疫安全评价主要是对传染性病原菌进行检测和评估,考察堆肥产物中传染性病原菌含量是否在可控范围,确保堆肥的施用不会通过生活接触或者食物链危及人体健康。共堆肥产物卫生防疫安全评价相关指标及结果见表2

混合体系中含有粪渣,使用粪便制作肥料时,检测和控制蛔虫卵是切断其传播途径的重要措施,共堆肥样品蛔虫卵培养14 d 后镜检活卵数为0,蛔虫卵死亡率达100%。粪大肠菌群数的高低可以表明粪便污染的程度,推测肠道致病菌污染的可能性,结果显示1 g 样品中大肠菌群的MPN 0.000 4,远高于≥10-2 的菌值要求;Haug认为沙门氏菌和病毒嗜菌斑是监测堆肥安全性的重要指标,本研究在25 1 g 样品中分别未检出沙门氏菌和病毒嗜菌斑,表明堆肥已达稳定,其施用对人体和周围环境无害。

2.1.3 污染物控制检测

污染物控制检测是为了评估堆肥安全施用量,防止土壤毒害有机物或重金属等积累而超标,消除其对植物生长的影响和进入人类食物链的风险。应用于开放绿地、庭院绿化、园艺栽培等与人群接触较多的绿化种植的有机基质应满足《绿化用有机基质》(LY/T 1970-2011)中重金属限值I 级要求,其它有机污染物指标须满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T 23486-2009),堆肥产物污染物控制检测相关指标及结果见表3

栽培基质中含量较高的重金属已被证明会严重抑制植物生长,并对人体健康造成不可逆转的伤害,超标的矿物油、BaP(苯并芘)和AOX(可吸附有机卤化物)之类有机物可对人的消化系统、免疫系统、血液和肺等造成严重损害,导致急性中毒、神经紊乱等疾病。污染物控制检测结果显示,堆肥产物中总镉、总汞、总锌含量超标。这说明本研究中以厨余-粪渣-污泥为原料的共堆肥产物不可单独作为植物栽培基质,用作有机肥料施用时需控制用量,而从超出限值的范围来看,三种超标重金属超出范围均在1 倍以内。因此,当堆肥施用量小于50%时,可认为复混基质中重金属和其它有毒有机物含量在安全阀值内,不会对人体和环境造成危害。

2.2 共堆肥产物养分水平评价

通过对堆肥产物有机质、总养分、速效养分、植物必需微量元素等养分含量的评价,可以更好的了解堆肥产物的综合养分水平,从而科学指导施肥和珊瑚砂改良。依据《有机肥料》( NY525-2011)和全国第二次土壤普查及有关标准,堆肥产物各项养分评价指标及结果见表4

《有机肥料》(NY525-2011)在养分含量方面仅对有机质和总养分含量作出要求,共堆肥产物满足该规范的养分标准。另参考全国第二次土壤普查分级标准中优I 级标准可知,共堆肥产物具有较高的营养价值,全氮、速效态氮磷钾和有效态微量元素含量处于较高水平,这对施用于珊瑚砂土后基质养分含量的提升具有较大的潜力。

3

1)通过对珊瑚砂土理化性质和营养状况的测定分析,可知:珊瑚砂土理化性质欠佳,基础养分稀缺,主要表现在土壤ECCEC 值偏低,碳酸盐含量和pH 极高,有机养分和植物生长必需的常微量元素匮乏,不能满足南海岛礁植被生态系统构建的需要。

2)通过对堆肥产物无害化和养分水平相关指标的检测分析,可知:供试堆肥产物已达腐熟,卫生防疫安全性达标,有害污染物中总镉、总汞、总锌超出纯堆肥作为培养基质的最高一级标准,其它污染物含量达标。当堆肥掺量≤50%时,复合基质中污染物含量满足相关标准;共堆肥产物养分水平较高,各项指标均满足相关肥料标准。

3)利用堆肥产物原位改良南海岛礁珊瑚砂土具有较大的潜力和可行性,有望实现岛礁内有机固废资源化和砂土低成本改良,但还需施用于珊瑚砂后对复混基质进行进一步肥效评价和试验研究。

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