实验地点在北京海淀区玉泉山农场(39°59′N, 116°14′E)。该地区地处暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，年平均气温11.8 ℃， 最冷月为1月份，平均气温为−4.6 ℃，最热月为7月，平均气温26.1 ℃，年平均降水量638.8 mm，多集中在 6、7、8月份，全年无霜期约195 d。供试土壤为棕壤土。

供试树种为速生杂交杨欧美杨108号(Populus×euramericana‘Guariento’)。2012年2月，在中国林业科学研究院大型温室(透光率约为70%)，选择大小一致的500只杨树穗条，采用草炭土为培养土，进行插扦育苗；定值成活后，同年5月2日，选择株高、叶片数、长势一致且无病虫害的树苗，移栽于北京玉泉山农场，行距1 m，株距0.5 m。次年，供试苗木已长为一年生苗木，继续作为2013年田间实验的供试材料，并进行间苗，行距为1 m，株距为1 m。

初始城市污泥来自北京昌平区南口生活污水处理厂的污泥。在田间实验之前，采用高速活性堆肥工艺进行处理(High-Rate Recovery of Organic Solid Wastes System，简称HiRos System)。该工艺采用机械热化学稳定及活化法，处理工艺中的所有反应釜、储槽、传送器等均为密闭系统，在高温高压下，完全杀菌及杀寄生虫性、并可分解有毒有机化合物, 从而将有机固体废弃物转化为无味无臭、高品质的有机肥。之后，进行风干、碾碎，把污泥中的大块物体等进行细化，备用。

田间实验设置4个处理，每个处理设置4个重复小区，每个小区面积为5.2 m²(长6.5 m，宽0.8 m)，随机排列。堆肥污泥的施入方式为沟施(在树苗两侧距离40 cm处，人工开沟，施入深度20 cm)。2012年6月堆肥污泥施入量(以干重计量)：对照(CK: 0 t·ha⁻¹)、低量(LS: 7.5 t·ha⁻¹)、中量(MS: 15 t·ha⁻¹)和高量(HS: 30 t·ha⁻¹)。2013年5月再次施肥相同的地块：对照(CK: 0 t·ha⁻¹)、低量(LS: 15 t·ha⁻¹)、中量(MS: 30 t·ha⁻¹)和高量(HS: 45 t·ha⁻¹)。由于2012年杨树长势良好，2013年将堆肥污泥的最佳施用量改为2012年的1.5-2倍。实验期间，田间水分和病虫害按常规管理，管理均为一致，生长良好。供试土壤及堆肥污泥的理化特性及金属质量分数见表1。

田间施入堆肥污泥后，分别于2012年8月10日、2013年8月16日采集土样。采用土钻取土，采集 0~20 cm 土层土样；在每个重复小区内，随机采集4~5个取样点，去除凋落物层，多点混合。测定样品时，过孔径为2 mm 的土筛，备用。

堆肥污泥和供试土壤的理化性质参考文献[20]；汞(Hg)质量分数的测定采用原子荧光光度计测定(AFS3000，北京科创海光仪器有限公司)；全磷、全钾、中量元素、微量元素以及重金属元素的质量分数测定均采用酸溶-等离子发射光谱仪测定(IRIS Intrepid II XSP，美国Thermo公司)。每个测定项目均设置3个重复，最后算平均值，并以干基表示。以上测定在国家林业和草原局森林生态环境重点实验室进行。

数据处理采用SPSS 22版统计分析软件进行分析。采用单因素方差分析(one- way ANOVA)和 Duncan 多范围检验法(α=0.05)比较不同数据组间的差异。

如表2所示，堆肥污泥累计施用后，即至2013年，LS、MS和HS增加土壤有机质分别为44.8%、117.6%和158.3%；增加有效氮分别为40.1%、122.8%和187.9%；增加氮分别为102.0%、266.7%和289.2%；增加磷分别为135.9%、284.6%和434.8%；增加钾分别为4.3%、63.8%和71.2%。而且，通过相关分析可知，2年期间的堆肥污泥累计施用与土壤有机质( R²=0.998, p<0.001)、氮(R²=0.933, p=0.003)、钾(R²=0.793, p=0.025)和磷( R²=0.934, p<0.001)有显著或极显著的正相关关系。由此可知，土壤营养成分随着污泥用量的累计施用而显著提高，明显改善了土壤特性。值得注意的是，污泥施用对土壤大量营养元素而言，土壤磷增加幅度最大。王超等 ^[21]研究表明，2015年全国市政污泥中携带的磷，多达10.5×10⁴ t，仅有18.65%的磷被土地利用，而绝大部分的磷，随污泥进入了填埋场所。通常，在陆地生态系统中，营养限制对初级生产力和其他生物过程而言较为普遍，而磷是最常见的限制元素之一，且在一些区域，磷资源的限制愈加深入和广泛^[22]。由于磷是有限且不可替代的资源，而无机磷和非磷灰石无机磷是污泥中磷的主要成分。由此，污泥的施用，既可发挥较高的植物利用率，也可对退化环境进行磷的修复^[23-24]。

堆肥污泥施用后的土壤酸碱度见表2，不同用量的堆肥污泥均能降低土壤pH，即降低范围为1.52%~6.37%，特别是HS处理的土壤pH在2012年和2013年分别为7.46和7.39，使得土壤酸碱度从偏碱性降为中性。同样，在滩涂盐渍土施用污泥，亦可降低土壤pH^[25]，以及在向日葵上施用污泥，或降低pH^[26]，或使土壤碱性变弱^[27]。由此可知，在环境风险可控下，酸碱度较低的污泥，对盐碱地土壤酸碱度的改良可能是有利的。

如表3所示，至2013年，LS处理增加Ca、Mg、S、Fe、Mn和 Na质量分数分别为37.8%、7.7%、74.8%、2.6%、17.5%和7.2%，MS处理分别增加了69.9%、18.0%、122.4%、3.3%、29.7%和40.3%，HS处理分别增加了89.3%、28.9%、172.3%、4.8%、51.6%和74.6%。而且通过相关性分析可知，堆肥污泥累计施用分别与土壤中Ca(R²=0.512, p=0.028)、S(R²=0.814, p=0.001)、Mn(R²=0.986, p<0.001)、 Na(R²=0.712, p=0.005)和Mg( R²=0.961, p=0.001)质量分数呈现显著或极显著的正相关。由此可知，随着污泥用量的累计施用，土壤中的中量和微量营养元素质量分数呈现增加趋势，而且土壤中的S质量分数幅度增加最大，次之为Ca质量分数。值得注意的是，一般在碱性土壤中，杂交杨可能容易发生Fe缺乏胁迫，但随着污泥的施用会致使Fe质量分数增加，杨树叶片叶绿素亦随之增加，从而有利于生长^[28]。而在本实验中，供试土壤酸碱度偏碱性，随着堆肥污泥用量的增加，叶片Fe质量分数也随之增加，而且堆肥污泥的施用普遍提高了杨树胸径，增幅2.4%~18.6%^[19]。

堆肥污泥施用后，土壤中也呈现出诸多重金属元素(见表4)。2012年堆肥污泥处理的土壤Cu、Zn、Ni、Hg、Cd、Cr 和Pb增幅范围分别为10.2%~65.4%、21.1%~111.1%、8.0%~27.8%、26.1%~128.6%、5.6%~12.0%、0.7%~14.6%和5.9%~16.4%；而2013年各污泥处理的土壤Cu、Zn、Ni、Hg、Cd、Cr和Pb增幅范围分别为27.7%~122.1%、115.9%~283.6%、38.2%~172.2%、170.5%~289.9%、9.9%~37.3%、31.2%~103.4%和16.8%~63.1%。而且，通过相关性分析得知，2年期间堆肥污泥累计施用分别与土壤中Zn(R²=0.718, p=0.005)、Hg(R²=0.635, p=0.011)、Pb(R²=0.851, p=0.001)、Cu(R²=0.77, p=0.031)和Ni( R²=0.875, p=0.009)质量分数呈现显著或极显著的正相关。由此可见，随着污泥用量的连续施用，土壤中重金属质量分数呈现增加趋势；而且2012年、2013年堆肥污泥的施用均使得土壤Hg增幅最大，Zn次之。

对比不同国家污泥施用的土壤重金属污染限值可知(见表5)，经过2年期间堆肥污泥的连续施用，土壤中Cu、Zn、Ni、Cr和Pb质量分数均没有超出欧盟、英国、美国和中国的土壤重金属污染限值；堆肥污泥次年施用，虽然使Hg超过了欧盟和英国污染限值，但是均在我国农用地土壤污染风险筛选值(<3.4)和管制值范围内(<6.0)。值得注意的是，Cd质量分数超过了我国土壤污染风险筛选值(>0.6)，但是仍然远低于土壤污染风险管制值(<4.0)。Cd之所以超过了土壤污染风险筛选值，是因为供试土壤中Cd基础背景值高于土壤污染风险筛选值所致。实际上，在2年期间堆肥污泥连续施用的实验中，杨树叶片、枝条和茎部均对Cd有一定的富集作用，而且堆肥污泥对其它重金属诸如Cu、Ni和Pb在地上部的富集也有显著作用 ^[19]。而且，本实验所施用的堆肥污泥中Cd质量分数较低，因此使得土壤中Cd的增加并不凸显。总体而言，土壤重金属的污染是可控的。短期施用污泥，一般不会对土壤环境质量造成明显的不良影响。但值得注意的是，长期施用污泥可能会引起土壤重金属的污染^[29]。尤其长期施用污泥，会导致Cu、Mn、Zn的形态产生变化，且存在潜在的Cu污染风险^[30]。另外，除了重金属污染外，还有一些因素诸如粪大肠菌群菌、多环芳烃(PAHs)等影响着污泥的资源化应用，本研究未涉及这些方面。加之，不同来源的污泥，其营养元素或重金属质量分数存在着较大的差异^[31]。因此，须进一步研究和分析污泥中其他污染物的影响，并加强不同类型污泥长期施用的环境生态监测及其风险评价。

1) 堆肥污泥的施用可显著降低土壤pH，尤其高量污泥(HS)的施用可使土壤碱性降为中性；中量(MS)、高量(HS)污泥的施用可使土壤有机质、土壤有效氮、N、P和K质量分数增幅为0.6-4.3倍，特别是土壤磷的增加尤为突出，即增加2.8-4.3倍。

2) 随着堆肥污泥用量的增加，土壤重金属质量分数均有所提高；土壤中Cu、Zn、Ni、Cr、Hg和Pb质量分数均没有超出我国农用地土壤污染风险筛选值和管制值范围，Cd超过了土壤污染风险筛选值，但是也远低于土壤污染风险管制值。

致谢：中国林业科学研究院林业研究所苏晓华课题组为本实验提供了杨树品种材料；本实验所采用的高速活性堆肥污泥由北京绿创生态科技有限公司处理并提供，特此感谢！