废弃磷矿山土壤中污泥堆肥施用的磷释放特征与生态风险评估

《Sustainability》：Towards Sustainable Mine Restoration: Environmental Safety Assessment of Phosphorus Migration Following Sewage Sludge Compost Application to Abandoned Phosphate Mines in Southwestern China

　　

摘要

将废弃物来源的有机改良剂重新利用于退化土地修复，有助于推动循环经济发展，但必须严格评估相关环境风险，以确保长期可持续性。污泥堆肥（SSC）是废弃磷矿山（APMSs）生态恢复的有前途的土壤改良剂。然而，施用SSC可能会改变磷（P）的迁移和释放，从而带来二次污染风险，可能破坏矿山复垦工作的可持续性。本研究通过动态淋溶柱实验模拟三年自然降雨入渗过程，研究了不同施肥情景下（包括施用量、施用方式和堆肥成熟度）的磷释放特征。采用改良磷污染指数（PPI）评估生态风险，并探讨了APMS土壤中有毒物淋溶和释放的可能机制。溶解态活性磷是所有处理中主要的释放形态，占总释放磷的67.9%–85.6%。增加SSC施用量可将累计总磷（TP）释放率（以土壤TP含量为基准）从未施肥对照组的0.0348%降低至0.0264%–0.0299%。与浅层全剖面施用（表层10 cm以内）相比，深层全剖面施用（表层20 cm以内）和地下施用分别减少了36.8%和34.1%的TP释放。原级污泥堆肥（SSC*）仅在累计降雨入渗量≤669 mm时控制磷释放；到第三年，生态风险已从轻微级别上升至重度污染级别。在浅层全剖面施肥模式下，施用量为120 t ha^?1的SSC分别将APMS1和APMS2的PPI降低了30.8%–44.8%和5.6%–12.3%。磷溶解与钙释放呈正相关。腐殖质可能通过Ca²⁺与羧基和酚基桥连，形成更大、迁移性更差、非刚性的胶体络合物，从而固定磷酸盐。这些实验条件下的研究结果为SSC在APMS复垦中作为废物资源化策略的后续环境安全和可持续利用提供了科学依据，同时也有助于城市固体废物流和退化矿山景观的可持续管理。