污泥中含有丰富的氮、磷、钾等植物必需营养元素及有机质成分。污泥及污泥堆肥的施用均会对土壤结构、土壤水力学性质、土壤化学性质以及土壤生物学性质有良好的影响。

（1）改善土壤结构

因为污泥堆肥本身密度小，施入土壤后不仅能增加土壤的孔隙度，显著减少土壤的密度，还可增加土壤的孔隙容积，给土壤水分和空气提供快速进出的通道。黏重的土壤施入污泥堆肥后，可有利于团粒的形成，并提高团粒的稳定性。施入污泥堆肥后，增加了土壤的含水量，土壤的持水能力显著提高，有效减少了土壤地面冲刷，进而减少田间径流引起的土壤中植物养分的损失，并改善了土壤的三相容积分布，即固相减小、气相和液相相对增加。

（2）增加土壤养分

污泥或污泥堆肥含有相当于厩肥的氮、磷，也含有钾、钙、铁、硫、镁等大量元素营养成分，还含有锌、铜、硼、钼等微量元素营养成分，而且，氮、磷均为有机态，可以缓慢释放而具有长效性。污泥或污泥堆肥施入土壤后，可显著提高土壤的阳离子交换量（CEC），改善土壤对酸碱的缓冲能力，提供养分交换和吸附的活性点，从而提高肥料利用率。

（3）优化土壤微生物种群结构

施用污泥或污泥堆肥可显著提高土壤微生物的活性，使土壤中微生物总量及放线菌所占比例增加，土壤的代谢强度提高。施用污泥或污泥堆肥在改善了土壤的理化性质的同时，也为微生物的活动提供了更好的条件，土壤微生物的活动的加剧又能促进土壤肥力的提高。相关研究表明，随着污泥堆肥施用量的增加，植物根际土壤中的真菌类、放线菌类、细菌、纤维分解菌及亚硝酸氧化自养菌的数量显著增加，而放线菌对土壤腐殖质的形成和分解以及对土壤中其他微生物的调节，尤其对病原微生物的抑制都有重要的作用。施用污泥还可改变土壤微生物的种群结构，提高土壤硝化细菌的比例，提高酶活性，使土壤的基础肥力和土壤腐殖质的含量提高。

污泥还可以施用于各种严重受损的土地，如废弃采煤矿、尾矿坑、取土坑以及已退化的土地、垦荒地、滑坡及其他因自然灾害而需要恢复植被的土地。如美国芝加哥富尔顿的煤矿废弃地上施用污泥后，土壤可耕性和透水性明显提高，同时提高了土壤阳离子交换量（CEC），并提供了作物生长所需的有效养分。