随着社会经济的快速发展，城镇化进程不断加速，居民生活污水集中处理量越来越大。

城镇生活污泥中含有大量的N、P、K等植物营养元素及丰富的有机质，可通过一系列工艺制成污泥有机营养土，实现城市污泥的农林业资源化利用。

以往研究常使用堆肥的方法对污泥进行处理，以减少环境危害。

从生物发酵的角度出发，污泥堆肥可以分为厌氧和好氧堆肥2种。

现代化堆肥多采用好氧堆肥的方式。

使用高温好氧堆肥能够彻底分解污泥基质，有效缩短发酵周期，与厌氧堆肥相比该方式产生的臭味大大降低。

但好氧堆肥制成的有机营养土产品存在含水率过高及易产生大量氨气等具有刺激性气味、气体等诸多问题。

而经过高温热水解、厌氧消化、板框脱水、破碎处理后制成的高级厌氧消化污泥有机营养土的脱水性和稳定性大大提高，异味减小，能够更好地实现城市污泥资源化利用，以达到污泥的稳定化、减量化、无害化、资源化处理、处置目标。

土壤微生物是土壤生物区系中最重要的功能组分，参与土壤有机质分解及腐殖质形成等过程，在土壤生态系统中发挥着重要作用。

相关研究表明，施用城市污泥有机营养土可显著提升土壤中的微生物的数量及活性;也有部分研究表明，施用城市污泥有机营养土会增加土壤中重金属含量，限制微生物的种类与活性。

解决城市污泥有机营养土施用对土壤微生物影响的问题，是城市污泥资源化利用的关键。

周立祥等研究表明，随着城市污泥有机营养土施用量的增加，植物根际土壤中的真菌类、放线菌类、细菌、纤维分解菌、亚硝酸氧化自养菌的数量显著增加；花莉研究表明，施用城市污泥有机营养土后，植物根际土壤中的真菌和细菌数量都显著增加；朱琳莹研究表明，施用城市污泥有机营养土改变了土壤细菌的种群类型及真菌分布的百分比；张鑫等进行了盆栽试验，其试验结果表明，施用城市污泥有机营养土后，土壤样品中细菌和真菌的优势菌群发生了改变。

我国的城市污泥处置问题越来越突出，而实现城市污泥的农林业资源化利用是城市污泥处理的最好解决途径之一。

目前，城市污泥制有机营养土在林业上的应用尚未得到普遍推广，与此相关的研究主要在于改善土壤质量及促进林木生长等方面，从土壤微生物角度出发的研究较少。

本研究采用磷脂脂肪酸标记法探究了施用不同梯度的城市污泥制有机营养土对北京平原沙地土壤微生物群落的影响，通过检测及分析不同施用量梯度下苗圃土壤中微生物数量及多样性变化，旨在探究城市污泥制有机营养土施用于北京平原沙地的可能性，为北京市生活污泥制有机营养土在农林领域实现资源化利用提供参考。

研究区概况

试验地点位于北京市黄垡苗圃，该苗圃在北京市大兴区，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，海拔14～52m,四季分明，年平均气温11.6℃,年平均降水量556mm,苗圃地土壤类型为砂土。

研究方法

本试验使用的污泥制有机营养土来自北京市大兴区庞各庄污泥处置厂，由城市生活污水污泥经浓缩、预脱水、热水解、厌氧消化、板框脱水等一系列工艺处理制作而成。

N、P、K等养分的质量分数高达9.30%,有机质质量分数为4.32%,含水率约为60%,革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌质量摩尔浓度分别为30.61、21.64nmol·g-1,真菌、放线菌、丛枝菌根真菌质量摩尔浓度分别为8.48、7.94、1.91nmol·g-1。

试验设计

试验于2018年4月份布设，按照不同的有机营养土施用量设置4个处理梯度，分别为0(CK)、3kg·m-2(T1)、6kg·m-2(T2)、9kg·m-2(T3),每个处理的小区面积为5m2(1m×5m),每个处理设置3次重复。

将有机营养土进行均匀撒施，撒施后立即将其翻耕至土壤10cm处。

2018年11月雨季结束后采集土壤深度(h)为0h≤20cm、20cmh≤40cm土层的土壤进行分析。

采原状土以计算土壤含水率，非原状土样品装入塑封袋并置于冰盒中运回实验室。

新鲜样品剔除动植物残体，过2mm筛后于冰箱-80℃保存，并使用磷脂脂肪酸标记法(PLFA)进行分析。

测定指标方法

将鲜土样带回实验室称质量，记录原质量(N);放入烘箱中150℃烘干12h,取出后放入干燥箱恢复至室温后称质量，计为N1;继续放入烘箱中150℃烘干2h,取出放入干燥箱恢复至室温后称质量，计为N2。

若N1和N2误差在0.005g间，则认为土样已烘干，之后计算土壤含水率(P),公式如下：

P=(N-N2)/N2。

土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFA)采用Bossioetal的方法进行提取。

称取8g冷冻干燥土样于试管中，加入V(柠檬酸缓冲溶液(pH=4.0))∶V(氯仿)∶V(甲醇)=0.8∶1.0∶2.0的提取剂溶液，振荡提取总脂类。

经过固相萃取硅胶柱分离去除中性脂、糖脂，得到磷脂。

碱性甲酯化后，用Agilent7890A气相色谱仪分析磷脂脂肪酸成分，内标为正十九烷酸甲酯(19∶0),通过MIDISherlock软件对各成分脂肪酸进行微生物的鉴定。

土壤微生物磷脂脂肪酸命名采用以下方法：X∶YωZ(c/t),其中X为脂肪酸分子的碳原子总数；Y为不饱和烯键的数目；ω为甲基末端；Z为烯键或环丙烷链的位置；前缀a(anteiso)和i(iso)分别为支链的反异构和异构；cy为环丙基支链；后缀c和t分别为顺式和反式同分异构体；10-me为在距分子末端第10个碳原子上有1个甲基基团。

此外，OH代表羟基；N为碳链上的N原子；alcohol代表醇类，化学式为-C2H5OH;DMA为二甲基乙酰胺。

土壤中直接提取磷脂类化合物，以准确表达微生物的生物量。

数据处理

计算各种土壤微生物的磷脂脂肪酸质量摩尔浓度，公式如下：

样品干质量=试验样品鲜质量-试验样品鲜质量×土壤含水率；

式中，目标的反应值、内标19:0的反应值、内标19:0的质量浓度、溶剂体积都是已测得的数据，脂肪酸甲酯摩尔质量需要根据各个脂肪酸分子式计算得出。

计算土壤中各个微生物的Shannon-Winner多样性指数(H)、Simpson优势度(D)、Pielou均匀度指数(J),公式如下：

Shannon-Winner多样性指数(H):H=-∑PilnPi;

Simpson优势度指数(D):D=1-∑P2i;

Pielou均匀度指数(J):J=-(∑PilnPi)/lnS。

式中，Pi为特征脂肪酸占该试验中总特征脂肪酸个数的比例；Pi=Ni/N,Ni为处理i的特征脂肪酸个数，N为该试验中总特征脂肪酸个数；S为特征脂肪酸i在土样中出现的次数。

本试验所得数据采用进行单因素方差分析，并通过Duncon分析对数据进行多重比较。

表1不同微生物类群的磷脂脂肪酸标记

微生物类群

磷脂脂肪酸标记

革兰氏阴性菌

12:02OH、15:1ω6c、16:1ω9c、16:1ω7c、17:1ω8c、17:0cyω7c、18:1ω9c、18:1ω7c、18:1ω5c、19:0cyω7c、20:1ω9c、22:1ω5c

革兰氏阳性菌

13:0i、14:0i、15:0i、15:0a、16:0i、16:0a、17:0i、17:0a、17:1iω9c、22:0i

真菌

18:3ω6c、18:2ω6c、18:1ω9c

放线菌

16:010-me、17:1ω7c10-me、17:010-me、18:010-me

丛枝菌根真菌

16:1ω5c

饱和脂肪酸

10:03OH、12:0、13:0a、14:0a、14:1ω8c、14:0、14:0i3OH、15:1iω6c、15:4ω3c、15:1aω9c、15:0、15:0DMA、16:0Nalcohol、16:016:2DMA、17:0、18:0、18:1ω7c10-me、18:2DMA、18:0DMA、19:4ω6c、19:3ω6c、19:0i、19:0a、19:1ω8c、19:0、19:1ω7c10-me、20:4ω6c、20:5ω3c、20:3ω6c、20:1ω8c、20:0、21:1ω8c、21:1ω3c、22:1ω3c、22:023:1ω4c、23:0、24:0

结果与分析

污泥制有机营养土施用量对土壤微生物磷脂脂肪酸数量的影响

不同施用量对土壤微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度的影响

随施用量的增加，0h≤20cm土壤深度的土壤微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度呈现先减小后增大的趋势，当施用量为T1时，微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度达到最小值(21.17nmol·g-1),与CK相比减少了16.75%(CK为25.43nmol·g-1);施用量为T3时，微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度达到最大值(27.68nmol·g-1),与CK相比增加了8.84%(CK为25.43nmol·g-1)。

0h≤20cm土壤深度不同施用量之间的土壤微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度差异不显著()。

随着施用量的增加，20cmh≤40cm土壤深度的土壤微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度呈现先增加后减小的趋势，当施用量为T2时，微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度达到最大值(22.17nmol·g-1),与CK相比增加了13.68%(CK为19.52nmol·g-1);施用量为T3时，微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度骤降，为17.26nmol·g-1,与CK相比减少了11.58%(CK为19.52nmol·g-1)。

20cmh≤40cm土壤深度不同施用量间的土壤微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度差异不显著()。

不同施用量对土壤细菌质量摩尔浓度的影响

随着施用量的增加，当土壤深度为0h≤20cm时，土壤革兰氏阳性菌质量摩尔浓度呈现出先减少后增加的趋势，施用量为T1时达到最小值，为11.55nmol·g-1,之后随施用量的增加，其质量摩尔浓度稳步上升，但各施用量间差异不显著。

当土壤深度为20cmh≤40cm时，随着施用量的增加，土壤革兰氏阳性菌质量摩尔浓度呈现出先增加后减少的趋势，当施用量为T2时，革兰氏阳性菌质量摩尔浓度达到最大值，为12.42nmol·g-1;施用量为T3时，革兰氏阳性菌质量摩尔浓度突然降低为10.20nmol·g-1,但各施用量间差异仍然不显著。

随着施用量的增加，与CK相比，当土壤深度为0h≤20cm时，革兰氏阴性菌质量摩尔浓度呈现出先减小后增大后的趋势，当施用量为T1时，革兰氏阴性菌质量摩尔浓度达到最低值，为4.33nmol·g-1,之后随施用量的增加而缓慢增加；施用量为T3时达到最大值，为7.70nmol·g-1,但各施用量间差异不显著。

当土壤深度为20cmh≤40cm时，随着施用量的增加，革兰氏阴性菌质量摩尔浓度呈波动的趋势，各施用量间差异不显著。

随着施用量的增加，当土壤深度为0h≤20cm时，革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的质量摩尔浓度比值(m(革兰氏阳性菌)∶m(革兰氏阴性菌))呈现先增大后减小的趋势，当施用量为T1时达到最大值，比值为2.66,之后随施用量的增加而稳步下降；施用量为T3时，比值达到最低值，为1.74。

与施用量为T1、T2相比，施用量为T3时m(革兰氏阳性菌)∶m(革兰氏阴性菌)显著减小()。

当土壤深度为20cmh≤40cm时，随着施用量的增加，m(革兰氏阳性菌)∶m(革兰氏阴性菌)呈现先减小后增大的趋势，但各个梯度间变化范围较小，差异不显著。

不同施用量对土壤真菌质量摩尔浓度的影响

随着施用量的增加，当土壤深度为0h≤20cm时，土壤真菌质量摩尔浓度呈现先减小后增大的趋势，当施用量为TI时，土壤真菌质量摩尔浓度出现最小值，为1.67nmol·g-1,与CK相比下降了34.51%(CK为2.55nmol·g-1),之后随施用量的增加而增加；当施用量为T3时，土壤真菌质量摩尔浓度出现最大值，为2.91nmol·g-1,与CK相比上升了14.12%,但各个梯度间差异不显著。

当土壤深度为20cmh≤40cm时，随施用量的增加，土壤真菌质量摩尔浓度呈现先增大后减小的趋势，当施用量为T2时，真菌质量摩尔浓度出现最大值，为1.71nmol·g-1,与CK相比增大了36.8%(CK为1.25nmol·g-1),其余各梯度真菌质量摩尔浓度都高于CK,但变化差异不显著。

不同施用量对土壤真菌与细菌的质量摩尔浓度比值的影响

随着施用量的增加，当土壤深度为0h≤20cm时，土壤真菌与细菌的质量摩尔浓度比值(m(真菌)∶m(细菌))呈现先减小后增大的趋势，当施用量为T1时达到最低，m(真菌)∶m(细菌)为0.11,与CK相比减小了21.34%(CK为0.13),之后随施用量的增加而增加；当施用量达到T3时达到最大值，m(真菌)∶m(细菌)为0.15,与CK相比增大了11.45%,与施用量为T1时相比，差异显著()。

随着施用量的增加，当土壤深度为20cmh≤40cm时，m(真菌)∶m(细菌)呈现先增大后减小的趋势，但各个梯度间差异不显著。

《城市污水厂污泥的处理处置与综合利用》

《城市污泥资源化利用现状及发展探讨》