不同林龄、代次杨树人工林土壤有机碳的矿化动态研究开题报告

1. 研究目的与意义

我国有污水处理厂637座，年产污泥1.410⁷吨（中国环境年鉴，2005），如此大量污泥的处理处置成为亟待解决的环境难题，为了消除城市污泥对环境和人类健康的不利影响，世界各国都在努力探索城市污泥的无害化和资源化的处理处置方式。

城市污泥是一种极具资源化利用的固体废弃物，污泥中含有丰富的氮、磷、钾、有机质和植物生长所需要的其他营养物质，经过无害化处理的污泥能够改良土壤结构，增加土壤肥力，促进作物的生长（richard,steenhuis，2000）。除了营养物质，污泥中还含有大量的有毒有害的物质如一些难降解的有机物、病原菌、寄生虫卵及重金属等，若处理不当会造成二次环境污染。

在污泥无害化、减量化和资源化的众多处理处置方法中，污泥的土地资源化利用被认为是最为有效的处理处置途径。欧洲各国的污水污泥土地投放率在10%～80%，平均为45%（姚刚，2000）。美国国家环保局公布的数据表明,1998年美国城市污泥堆肥及土地利用占其污泥产量的53%,美国政府鼓励各州政府与科研及污水处理厂合作,推动污泥的土地利用,预计到2010年美国城市污泥的利用率要达到70%（usepa，1999）。

2. 国内外研究现状分析

发达国家对污泥的利用起步较早，其中美国、加拿大、澳大利亚、新西兰、瑞士等国对污泥在退化生态系统中的应用、改善和提高林地生产力方面进行了比较系统的研究。美国Rob Harrison 等研究了生态污泥对林地土壤和养分的长期影响，1975年皆伐的林地经整地后施入生态污泥500ｔ／hm²，1990年测定不同土壤深度的C、N、P、S、pH、阳离子交换量， 结果表明，林木根际周围的有益营养物质增加,其作用可延续15a以上。美国华盛顿大学森林资源学院对污泥的利用已进行了30a的研究，主要包括污泥处理、立地选择、污泥对植被生长的短期与长期的影响及对退化林地的修复作用，污泥中重金属等对动物、食物链、地下水的影响以及污泥的施用标准和立法研究。加拿大的Cogliastro和瑞士的Bramryd采用森林抚育与采伐剩余物以及鲜、干污泥等处理在人工阔叶林和苏格兰松林地试验， 分析了不同处理C／N指标、不同营养成分的有效性、树木叶片的重金属含量、对林地生产力的长期修复作用等。在新西兰，科研人员对污泥应用于辐射松人工林的成本与经济效益做了连续10余年调查分析，结果表明，应用污泥带来的收益与应用成本（包括运费等）持平或高于成本(Mark,2004)。以上这些研究均表明，污泥对于改善退化森林生态系统和提高人工林生产力有显著作用，同时也为污泥的处置找到了一条理想的途径。

重金属的去向包括迁移、吸收、和潜在的物理毒性以及向野生动物、食物链的转移等已成为公众对污泥再利用的关注焦点。澳大利亚的Barry等采用林地土壤P和重金属的吸收特点估测污泥的安全施用量。加拿大M .Roy 等在糖槭和黄桦林地施用干污泥0、23.1、46.3、92.6t／hm²（约合每公顷N：0、200、400、800Kg），1993年、1994年利用测渗计测定结果显示：pH＜4.5的土壤上， 每公顷超过200Kg速效氮时，就有潜在的重金属渗漏(Al、Zn)。

3. 研究的基本内容与计划

(1) 室内实验：

污泥及土壤营养元素的测定。主要有有机质、n、p、k速效元素的测定；ph值的测定。

污泥有机质在土壤中的动态变化研究。 试验采用污泥按不同比率和一定林地样土混合进行不同温度下的恒温培养。称过20目土样20克，污泥加入量按6% 、12% 、24%，即处理一：20克土＋3克污泥；处理二：20克土＋6克污泥；处理三：20克土＋12克污泥。混合土样时加入适量的蒸馏水，以保持土壤中的水分。将土样装入小烧杯中置于培养玻璃罐中，同时在玻璃罐中置另以小烧杯，其中加入0.4n的naoh 25ml.每个处理做三个重复。总共作三组分别置于15℃，30℃，50℃的培养箱中培养（其中15℃和50℃的加0.4n naoh 25~50ml视具体情况而定，原则是确保naoh过量，其他处理一样）。培养前两周每天通气3次，二周后每天通气1次，每次通气时间30min。3天后、1周后、1.5周后、2周后、3周后、4周后、5周后、6周后、7周后分别用0.4n hcl进行滴定。滴定时抽出naoh加入10ml 3mol/lbacl2，摇匀，加入酚酞作指示剂，进行滴定。通过计算测定co2的量，再根据c量计算出在100g土壤中的转化量。（计算公式：co2=nhcl(vo--v) 22。nhcl为hcl的当量浓度，vo为滴定空白值，v样品滴定值，22为co2的当量值。）

4. 研究创新点

以杨树为实验树种，扦插的杨树枝在栽培一个月后不同的处理间有明显的区别。首先是表现在萌生的枝条长度上，CK（未加污泥）组的比低量（2%）污泥拌施的枝条要长37.5%，比高施入长2~5倍。当污泥施入量达到24%时，扦插枝几乎停止了生长。其次是发芽的时间上，对照组（CK组）要比其他的处理组要高3天，叶的生长也明显要比其他的处理生长要快。在做栽培实验的时候所有的处理除拌入的污泥不一样外其他条件一致，包括外部环境和平时加入的水分。