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随着我国城镇污水处理量及处理率逐步提高,污泥作为污水处理过程中的副产物,其产量也在逐年递增。污泥的堆肥化处置能够将污泥中的植物营养元素转化为更易于被植物吸收利用的形式,同时又能去除污泥中的部分污染物,使污泥堆肥产品具有一定的资源化利用价值。污泥堆肥土地利用后,堆肥中残留的污染物,如多环芳烃(PAHs),可能会对土壤、植被、水系等各个环境介质造成潜在的影响,而对于PAHs在施用堆肥后的土壤系统中迁移转化的研究尚不完善。为了掌握施肥场地中PAHs的迁移转化规律,给污泥堆肥的土地利用提供参考和指导,开展了本课题的研究。本课题首先进行了三种草坪草(高羊茅、黑麦草、白三叶)的温室盆栽试验,风干堆肥施用比例分别为Okg/m2、1.5kg/m2、3.0kg/m2、4.5kg/m2、和6.0kg/m2,于施肥后不同的时间(三个月及九个月)对盆栽土壤及植物中的PAHs浓度进行分析测定,同时对部分植物进行修剪处理,研究施肥量和植物修剪处理对三种草本植物的生物量、植物富集PAHs浓度和土壤PAHs残留浓度的影响。试验结果表明,当施肥量(干肥)为0～4.5kg/m2时,三种草本植物的生物量随着施肥量的增大而增加,施肥土壤中植物生物量的增幅为8.17%～416.03%。植物对PAHs的吸收富集也与施肥量呈正相关。在最大施肥量(6.0kg/m2)下,高羊茅、黑麦草、白三叶中PAHs富集浓度为未施肥对照的172.8%、237.7%和179.5%。对植物(高羊茅、黑麦草)进行修剪有利于植物的生长和植物对PAHs的吸收富集。土壤中PAHs的残留浓度亦随施肥量的增加而增大。九个月后,种植高羊茅、黑麦草和白三叶的土壤中PAHs的残留率分别为20.4%～49.8%、27.2%～36.1%和22.5%～48.1%。综合植物生物量、植物对PAHs的富集和土壤中PAHs的残留三方面指标认为,本研究中,高羊茅是在施用污泥堆肥土壤中最适宜种植的植物,1.5kg/m2的污泥堆肥(干肥)施用量是有利于植物生长和PAHs降解的最佳施肥比例。利用初步筛选的高羊茅作为供试植物开展为期126天的温室盆栽试验,新鲜污泥施肥(含水率50%左右)施用比例为0%、10%、25%和50%的条件下,定期(每三周)对土壤和植物进行采样,分析PAHs的浓度变化,同时测定土壤中细菌总数、过氧化氢酶活性、脱氢酶活性等指标,研究PAHs在土壤中的降解规律及影响因素,同时分析PAHs在土壤-植物间及植物体内的迁移情况。试验结果表明,PAHs在土壤中的降解可以用一级动力学方程描述,方程的拟合系数大于0.88,其中无植物土壤中PAHs降解的一级动力学拟合系数更高(R2>0.93)。种植植物对降解土壤中的PAHs有促进作用。无植物土壤中PAHs降解率为34.78%～54.40%,而有植物土壤中PAHs降解率为40.84%～60.74%。其中2～3环低分子量PAHs的去除率均高于4～6环高分子量PAHs。施用堆肥的土壤中细菌总数、过氧化氢酶活性和脱氢酶活性均高于未施肥土壤。PAHs从有植物土壤中消失的过程中,有0.45%～1.78%的PAHs经植物吸收作用从土壤转移至植物根系,部分PAHs从植物根系进一步迁移至植物茎叶。植物中部分2～3环低分子量PAHs可经植物挥发作用从植物茎叶中消失,占植物吸收富集PAHs量的19.7%～40.0%。与2～3环低分子量PAHs不同的是,4～6环高分子量PAHs不会从植物中挥发。高分子量PAHs在植物中呈现持续累积的趋势。将盆栽试验扩大为场地试验,种植高羊茅、黑麦草、白三叶三种草本植物,进行施肥量(新鲜堆肥)Okg/m2、1.5kg/m2、3.0kg/m2、4.5kg/m2和6.0kg/m2的处理,考察PAHs在自然条件下的降解情况。同时,收集天然降雨及地下水,利用人工模拟降雨手段使地表产生径流,通过对雨水、地下水和径流中PAHs含量的测定分析,研究施用堆肥的土壤中PAHs的迁移情况。试验结果表明,自然条件下PAHs的降解率在16.04%～47.01%,明显低于温室模拟试验。雨水、地下水及地表径流中仅有低分子量PAHs检出,浓度为72.4～210ng/L,其中雨水PAHs浓度最高,地表径流次之,地下水中PAHs浓度最低。土壤中的PAHs会随地表径流和地下水迁移,从而减少土壤中的PAHs,但天然降雨会将部分PAHs带入土壤。综合以上研究结果,对施用堆肥的土壤系统中PAHs的迁移转化途径进行了归纳分析。在3.0kg/m2的施肥量下,堆肥引入的PAHs仅占土壤PAHs总量的19.34%～24.58%。堆肥中PAHs的解吸量受温度、pH值、腐殖酸添加量和堆肥添加量的影响,其中pH值为最主要的影响因素。土壤中PAHs的去除主要是通过微生物降解实现的,生物降解可去除土壤中31.72%～33.20%的PAHs。植物吸收和促进降解、挥发和光解、随地表径流及地下水迁移等途径对PAHs去除的贡献较小,以上几方面共同作用可去除土壤中8.41%～12.13%的PAHs。而超过50%的PAHs仍残留在土壤中,需要进一步采取措施予以去除。