再生水灌溉對果嶺草坪土壤的影響

賈哲峰 常智慧 李德穎

摘要：使用自來水、二級再生水、三級再生水3種水質灌溉果嶺草坪，每月表施草炭與石膏混合物、濕潤劑、沙子3種基質。兩年的研究結果表明：果嶺的容重未曾呈現(xiàn)出顯著變化（P>0.05）；二級再生水灌溉后果嶺土壤K⁺、Na⁺含量發(fā)生顯著變化（P<0.05）；果嶺土壤EC（電導率）為0.38 dS/m，比自來水、三級再生水灌溉處理分別顯著高出0.20 dS/cm、0.19 dS/cm；表施草炭和石膏混合物后果嶺土壤Ca²+、Mg²+含量分別為15 466.85 mg/kg和1 415.36 mg/kg，顯著高于表施濕潤劑和沙子；二級再生水含有豐富的營養(yǎng)元素，灌溉后土壤全氮、速效鉀、速效磷、有機質含量一定程度上升高，從而為草坪草生長提供一定的營養(yǎng)物質。

關鍵詞：再生水；灌溉；果嶺土壤；金屬離子；營養(yǎng)元素

中圖分類號：G 849.3；S 273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5500（2013）05-0033-07

收稿日期：2013-08-21； 修回日期：2013-09-30

基金項目：公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201310289-2）；奧林高爾夫教育與研究專項基金（AL2013007）資助

作者簡介：賈哲峰（1985-），男，河北邢臺人，碩士研究生。

E-mail：jiazhefeng0929@163.com

常智慧為通訊作者。

再生水（recycled water，RW）是對污廢水（城鎮(zhèn)生活污廢水、工業(yè)污廢水）進行適當?shù)膬艋幚砗?，達到一定的水質標準，滿足某種使用功能要求，可應用于各種生產(chǎn)、生活的水[1]。由于我國綠地面積逐漸擴大[2]，傳統(tǒng)水資源（地表水、自來水）日益緊缺，開發(fā)利用再生水已成為我國支撐社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的水資源保障體系的一項重要戰(zhàn)略對策，是除“節(jié)流”等措施之外，“開源”方面轉移式發(fā)展的具體途徑之一，具有顯著的社會、生態(tài)和經(jīng)濟效益[3]。但是再生水中豐富的N、P等營養(yǎng)元素、較高的全鹽含量、多種毒性痕量物質以及病原體可能會成為新的污染源。目前，眾多研究為再生水灌溉綠地提供科學依據(jù)與指導，尤其在再生水灌溉對綠地植物和綠地土壤兩方面的研究相對比較透徹[4-10]。使用再生水分別灌溉草坪草和喬灌木，研究結果表明與清水灌溉相比，土壤pH有升高趨勢，但二者之間的差異不明顯[11]。相比清水灌溉，再生水灌溉后土壤電導率或全鹽量顯著性增加，隨著灌溉時間的增加，鹽分開始積累[12]。長期使用再生水灌溉綠地后土壤會產(chǎn)生一些變化，如土壤鹽分、重金屬含量的升高，鹽堿化的加重，土壤板結，滲透率下降等問題，進而對植物生長造成一定的影響[13，14]。

隨著我國高爾夫球場數(shù)量逐年增加，再生水也越加廣泛用于高爾夫球場草坪[15]，高爾夫球場草坪需水量較大，尤其是果嶺草坪作為高爾夫球場養(yǎng)護管理最精細的區(qū)域幾乎每天都需要灌溉[16]。果嶺具有獨特的砂質坪床結構[17]，透水透氣性良好，利用再生水灌溉時，對草坪土壤形成的影響與普通綠地不同。國內外有關再生水灌溉高爾夫果嶺對草坪土壤影響的研究并不多，因此，試驗選擇用再生水灌溉果嶺草坪，通過對草坪土壤的分析，研究再生水灌溉對高爾夫果嶺土壤的影響。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗區(qū)概況 試驗地位于北京市昌平區(qū)馬池口鎮(zhèn)白浮村北京林業(yè)大學草坪研究所試驗站。地理位置N 40°20′，E 116°22′E，屬于溫帶季風區(qū)，暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為11.8 ℃，7月平均氣溫25.8 ℃，1月平均氣溫-4.1 ℃，年均降水量550.3 mm，年均日照時數(shù)2 720 h，無霜期163 d，≥10 ℃有效積溫3 485 ℃。2008年9月按照United States Golf Association推薦的果嶺建造方案建造果嶺[17]，果嶺剖面共分為4層，從下到上分別為：排水管層、礫石層、粗沙過濾層、根系層；排水管層厚30 cm，中間埋設有孔的PVC管，其余由直徑為6～12 mm的礫石填充；礫石層厚10 cm，粗沙過濾層厚度為5 cm，全部由沙粒組成，直徑為1～4 mm；根系層厚30 cm，由沙粒和草炭混合組成，直徑為2 mm以下（圖1）。

圖1 果嶺坪床結構

Fig.1 Turf-bed structure of green

果嶺的整體面積370 m²，草種選為匍匐翦股穎（Agrostis stolonifera），品種為PENN A4，2009年5月建成后果嶺整體進行常規(guī)管理，2010年4月1日試驗在此果嶺上進行，試驗小區(qū)除人工澆灌再生水和表施基質外其他管理措施和試驗區(qū)之外相同，試驗2011年11月結束。

1.1.2 試驗灌溉用水 試驗選取自來水、二級再生水、三級再生水3種灌溉水。二級再生水是指使用生物法作為主要處理工藝，去除一級處理水中呈膠體和溶解態(tài)的有機污染物質（BOD），經(jīng)過二級處理后，即可達到排入水體的標準。三級再生水是指使用生物脫氮除磷、反滲透、混凝沉淀、砂濾、離子交換等方法，進一步處理二級再生水中難降解的有機物質和易造成水體富營養(yǎng)化的可溶性無機物。

自來水是該地點的地下水井，二級再生水、三級再生水來自于北京市高碑店污水處理廠和酒仙橋污水處理廠，每月對灌溉水進行指標分析，表1為試驗中9次水質分析的平均值及范圍值。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗區(qū)采用隨機區(qū)組設計，設自來

表1 自來水、二級再生水和三級再生水水質

Table 1 Water quality of tap water，secondary RW and tertiary RW

另外，采取3種不同的表施管理措施，分別為草炭與石膏、濕潤劑、沙子3種基質，不同表施措施下土壤背景值（表2）。試驗采用3次重復，共27個小區(qū)，每個小區(qū)面積為2 m×0.8 m，間隔為30 cm（圖2）。

表2 果嶺土壤原土理化性質

Table 2 Soil physic-chemical characteristics of golf green

圖2 小區(qū)試驗設計

Fig.2 Experimental design

1.2.2 試驗區(qū)管理 （1） 打孔與表施：試驗開始于2010年4月1日，分別于2010年4月10日、9月1日和2011年3月22日、8月29日進行實心打孔，孔徑為13 mm；每個月對試驗小區(qū)表施不同的基質，表施沙子厚度為2 mm，草炭與石膏按體積比為1∶1混合后以0.25 kg/m²表施，濕潤劑為2.75 mL/m²。

（2）修剪：采用滾刀型修剪機對果嶺進行修剪，1～2 d修剪1次，修剪高度遵循1/3原則，修剪高度為8 mm。

（3）灌溉：依據(jù)Penman-Monteith公式，計算出蒸騰量，灌溉量=蒸騰量-降雨量，2周計算1次，確定好后用噴壺人工灌溉試驗小區(qū)，2010、2011年各月的蒸騰量、降雨量與灌溉量（圖3）。

（4）施肥：肥料選用Best緩釋肥16-16-16和19-6-12共2種，但在草坪生長欠佳的狀況下，施過尿素，具體施肥時間與施用量（表3）。

（5）病蟲害防治：在果嶺的整個生長季，根據(jù)病害實際情況噴施殺菌劑，選用先正達公司的草坪專用廣譜殺菌劑“繪綠”（Heritage）；在4、9月份噴施殺蟲劑進行蟲害預防，選用先正達公司的“卉健”（Meridian）。

（6）越冬：噴施殺菌劑之后覆蓋上無紡布與遮陽網(wǎng)。

圖3 不同水質灌溉下月蒸騰量、月降雨量與月灌溉量

Fig.3 Monthly transpiration，rainfall and irrigation

amount under different irrigations

表3 施肥時間與施用量

Tab.3 Fertilizing time and amount

1.2.3 土樣的采集 地下15 cm土樣的采集直徑為2 cm的土鉆，按照對角線采樣法每個試驗小區(qū)取5個點的土樣，取出的土樣放在實驗室的陰涼干燥通風、無灰塵污染的地方，樣品弄碎后平鋪在干凈的牛皮紙上，待樣品自然風干后，根據(jù)試驗中所需要測定的指標過1 mm，0.25 mm和0.149 mm孔徑篩，然后分裝到廣口瓶，貼上標簽放到無日光、高溫、潮濕影響的地方，備測。地下2～7 cm的土樣使用環(huán)刀采集，并用于土壤物理性質中容重的測定，樣品處理方法與地下15 cm土樣的處理相同。分別在每年的春、夏、秋3個季度進行土樣的采集，時間為2010年5月30日、9月30日、10月26日和2011年4月19日、7月16日、10月5日。共選取10個指標即土壤容重、EC、速效磷、速效鉀、有機質、全氮、K⁺ 、Ca²+ 、Na⁺和Mg²+。測定EC采用電導率儀法；速效磷和全氮分別采用碳酸氫鈉浸提法和凱式蒸餾法；有機質采用重烙酸鉀油浴法；速效鉀和4種金屬離子采用火焰原子吸收法。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 使用SPSS12.0對數(shù)據(jù)進行分析，運用單因素方差分析，結果以平均數(shù)表示。

2 結果與分析

2.1 再生水灌溉對果嶺草坪土壤容重的影響

土壤容重與質地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質含量及各種土壤管理措施有關。土壤越疏松多孔，容重越小，土壤越緊實，容重越大。粘質土的容重（1.0～1.5 g/cm³）小于砂質土（1.2～1.8 g/cm³）；有機質含量高、結構性好的土壤容重?。桓骺山档屯寥廊葜?。

水質處理和表施基質后果嶺土壤容重的分析結果表明（表4），二級再生水灌溉處理后土壤容重在1.55 g/cm³，高于自來水和三級再生水灌溉處理，三級再生水和自來水灌溉處理差異不顯著，與二級再生水處理程度較低、水質中含有雜質有關；表施草炭與石膏混合物后果嶺土壤孔隙度較多，土壤容重較小為1.48 g/cm³，依次低于表施沙子和表施濕潤劑，表施濕潤劑和沙子間果嶺土壤容重相近。自來水、二級再生水、三級再生水3種水質灌溉處理和表施草炭與石膏混合物、濕潤劑、沙子3種基質后果嶺土壤容重不會發(fā)生顯著變化（P>0.05）。

2.2 再生水灌溉對果嶺草坪土壤EC的影響

土壤溶液具有導電性，導電能力的強弱可用電導率（EC）表示。EC是測定土壤水溶性鹽的指標，土壤水溶性鹽含量愈高，EC愈大。而土壤水溶性鹽是土壤的一個重要屬性，是判定土壤中鹽類離子是否限制植物生長的因素（表5）。

表4 土壤容重

Table 4 Soil bulk density

表5 土壤電導率

Table 5 Soil EC

對試驗中6次取樣數(shù)據(jù)做方差分析，結果表明三級再生水和自來水灌溉處理后土壤EC為0.19 dS/m和0.18 dS/m，二者未呈現(xiàn)顯著性差異（P>0.05）；而二級再生水灌溉處理后果嶺土壤EC為0.38 dS/m，顯著高于自來水0.20 dS/m和三級再生水灌溉處理0.19 dS/m（P<0.05）。連續(xù)2年使用二級再生水灌溉高爾夫果嶺后果嶺土壤EC發(fā)生了顯著性升高。表施草炭與石膏混合物、濕潤劑、沙子3種基質后果嶺土壤EC未呈現(xiàn)顯著差異（P>0.05）。表施草炭與石膏混合物后果嶺土壤EC為0.18 dS/m，而表施濕潤劑和表施沙子后果嶺土壤EC分別為0.19 dS/m和0.23 dS/m。草炭與石膏可以有效增加土壤孔隙度，增大滲透性有益于植物根部呼吸，降低再生水灌溉后土壤鹽分的累積，減弱對植物造成的傷害。

2.3 再生水灌溉對果嶺草坪土壤金屬離子的影響

土壤金屬離子在評價土壤理化性質及生物營養(yǎng)水平方面具有重要作用，不同水質灌溉處理和不同基質表施后土壤金屬離子含量差異不同（表6）。鉀是土壤中含量最高的營養(yǎng)元素之一，但大部分以植物難以利用的形態(tài)存在，且有效性也受土壤中鉀元素的存在形態(tài)和轉化速率的影響，二級再生水灌溉處理下果嶺土壤K⁺為15 170.35 mg/kg，顯著高于三級再生水和自來水灌溉處理（P<0.05），而后二者之間無差異（P>0.05）；表施濕潤劑和沙子后果嶺土壤K⁺含量無差異（P>0.05），表施草炭與石膏混合后果嶺土壤中K⁺為15 381.90 mg/kg，顯著高于前二者（P<0.05），與草炭本身含有較高的K⁺有原因。土壤Na⁺含量的高低直接會影響草坪草的生長狀況，含量過高會導致草坪生長發(fā)生鹽害狀況，3種水處理對果嶺土壤Na⁺含量形成了顯著影響（P<0.05）；二級再生水因處理程度Na⁺含量較高，長時間灌溉后顯著高于三級再生水和自來水灌溉處理；表施3種不同的基質沒有顯著影響到土壤中Na⁺含量（P>0.05）。土壤中鈣元素的含量1%～10%，含量變化影響土壤的理化性質，也影響植物對鈣和其他元素的吸收，且鈣元素還可以消除土壤中鋁、錳等的毒害作用，研究中使用自來水、二級再生水、三級再生水3種水質灌溉處理后，土壤中Ca²+含量沒有顯著性變化（P>0.05），表施3種不同基質則顯著改變了果嶺土壤Ca²+含量（P<0.05），表施草炭與石膏混合物中Ca²+含量比較高，表施后土壤Ca²+含量為15 466.85 mg/kg，顯著高于表施濕潤劑和表施沙子。土壤中鎂元素的含量會受到母質、氣候、風化程度、淋溶作用、耕作施肥等因素的影響，研究中發(fā)現(xiàn)3種不同水質灌溉處理之后的果嶺土壤鎂離子含量沒有顯著差異（P>0.05），而表施3種不同基質后果嶺土壤Mg²+有顯著差異（P<0.05），表施草炭與石膏混合物下果嶺土壤Mg²+含量最高，高于表施濕潤劑和表施沙子。

表6 土壤金屬離子

Table 6 Soil metal ionmg/kg

2.4 再生水灌溉對果嶺草坪土壤營養(yǎng)元素的影響

不同水質灌溉處理和不同基質表施后土壤營養(yǎng)元素含量的方差顯著性分析（表7）。土壤速效磷是植物體磷素的直接來源，其含量是評價土壤磷素供應水平的重要指標，而氮元素是土壤肥力中最活躍的因素之一，也是世界農業(yè)生產(chǎn)中的主要限制因子，研究使用自來水、二級再生水、三級再生水3種灌溉處理和表施草炭與石膏、濕潤劑、沙子3種基質均未對果嶺土壤的速效磷和全氮含量形成顯著性變化（P>0.05）。土壤速效鉀只占土壤全鉀的1%～2%，其含量的高低是判斷土壤鉀素營養(yǎng)豐缺的重要指標，3種水質灌溉處理之間，果嶺土壤速效鉀的含量沒有顯著差異（P>0.05），表施草炭與石膏混合物之后果嶺土壤速效鉀的含量為40.11 mg/kg，高于表施濕潤劑和表施沙子下果嶺土壤速效鉀含量，但表施3種基質間土壤速效鉀含量均沒有顯著差異（P>0.05）。土壤有機質既是植物礦質營養(yǎng)和有機營養(yǎng)的源泉，又是土壤中異養(yǎng)型微生物的能源物質，直接影響著土壤的理化性狀。分析土壤有

表7 土壤營養(yǎng)元素

Tab.7 Soil nutrients

機質含量的多少，在一定程度上可表明土壤的肥沃程度，不同水質處理后土壤有機質含量變化不明顯（P>0.05），二級再生水灌溉后略高于三級再生水和自來水處理；表施3種基質間果嶺土壤有機質含量沒有發(fā)生顯著變化（P>0.05）。

3 討論與結論

（1）二級再生水灌溉下土壤容重為1.55 g/cm³，經(jīng)過連續(xù)2年的二級再生水灌溉草坪土壤結構沒有出現(xiàn)問題，土壤緊實度僅小幅增加，沒有影響到草坪草的生長；三級再生水灌溉處理和自來水灌溉處理后土壤容重相近。

（2）二級再生水灌溉處理后土壤鹽分發(fā)生累積，果嶺土壤的電導率為0.38 dS/m，顯著高于三級再生水和自來水處理，長期灌溉要對土壤鹽分含量實施監(jiān)控。三級再生水灌溉土壤電導率為0.19 dS/m，相比自來水處理僅小幅度升高，土壤中積累的鹽離子遠遠低于對草坪草生長產(chǎn)生影響的最高限，表施草炭與石膏混合物在一定程度上有助于降低果嶺土壤中鹽分的累積。

（3）二級再生水灌溉處理后果嶺土壤中鈉離子含量分別為623.46 mg/kg和15 170.35 mg/kg，顯著升高，三級再生水灌溉處理下果嶺土壤中這兩種離子含量和自來水灌溉處理間相近，表施3種不同基質未對果嶺土壤鈉離子和鉀離子形成顯著變化；草炭與石膏混合物中鈣離子、鎂離子含量較高，表施之后果嶺土壤中鈣離子含量、鎂離子含量顯著高于表施濕潤劑、沙子兩種基質，而表施二者后土壤中鈣離子、鎂離子含量沒有明顯變化。

（4） 二級再生水灌溉處理下果嶺土壤全氮、速效磷、速效鉀、有機質含量高于三級再生水和自來水灌溉處理，但未呈現(xiàn)顯著差異；表施草炭與石膏混合物果嶺土壤中速效鉀、有機質的含量高于表施另外兩種基質，但變化不明顯。

三級再生水可以代替自來水作為灌溉高爾夫果嶺的優(yōu)良水質，若長時間使用二級再生水灌溉高爾夫果嶺，需要加強對二級再生水中鹽分離子、鈣離子、鈉離子、總磷等指標的處理程度，達到適宜高爾夫果嶺灌溉的最佳水質；二級再生水灌溉后，土壤的電導率、鈉離子、鉀離子發(fā)生了顯著變化，在實際應用中，可以通過相應的表施措施降低二級再生水灌溉后土壤鹽分的累積，同時需要適時對土壤進行特定指標的監(jiān)測，避免引起土壤構成的變化，影響果嶺草坪草的生長；針對再生水用于灌溉高爾夫果嶺可能會引起的種種問題，以及高爾夫球場數(shù)量逐年增加的趨勢，球場可以提供引起問題的特定指標的適宜參數(shù)，以便污水處理廠為高爾夫球場提供更適合的水質，進行長期安全灌溉，從而減輕水資源緊缺的局面。參考文獻：

[1] 李遠華.節(jié)水灌溉理論與技術[M].武漢：武漢水利水電大學出版社，1998.

[2] 劉洪祿，吳文勇，師彥武，等.北京市再生水利用潛力與配置方案研究[J].農業(yè)工程，2006，22（2）：289-291.

[3] 吳迪，趙勇，裴源生，等.我國再生水利用管理的建議[J].水利水電技術，2010，10（41）：10-14.

[4] LYUBENOVA L，SCHRODER P.Plants for waste water treatment Effects of heavy metalson the detoxification system of Typhalatifolia[J].Bioresource Technology，2011，102（2）：996-1004.

[5] PARSONS L R，BAHMAN S，HOLDEN R，et al.Reclaimed water as an alternative water source for crop irrigation[J].HortScience，2010，45（11）：1626-1629.

[6] EVANYLO G，ERVIN E，ZHANG X Z.Reclaimed water for turfgrass irrigation[J].Department of crop and soil Environmental Sciences，2010，13（2）：685-701.

[7] NIU G H，RODRIGUEZ D S，Aguiniga L.Effect of saline water irrigation on growth and physiological responses of three rose rootstocks[J].HortScience，2010，11（9）：1479-1482.

[8] 韓烈保，王昌俊，蘇德榮.再生水灌溉對綠地土壤及植物影響的研究[J].北京林業(yè)大學學報，2006，28（1）：1-7.

[9] 張洪生，張克強，韓烈保，等.再生水灌溉對綠地土壤環(huán)境的影響[J].北京林業(yè)大學學報，2006，28（1）：78-84.

[10] MAAS P，CASTRO M，HERAS J.Irrigation with treated wastewater：Effects on soil，lettuce （Lactuca sativa L.） crop and dynamics of microorganisms [J].Journal of Environmental Science and Health（Part A），2009，44（12）：1261-1273.

[11] GORI R，F(xiàn)ERRINI F，NICESE F P.Effect of reclaimed wastewater on the growth and nutrient content of three landscape shrubs[J].Journal of Environmental Horticulture，2000，18（2）：108-114.

[12] THORMAS J C，VORHEIS R H，HARRIS J T，et al.Environmental Impact of irrigating Turf with Type I recycled water[J].Proquest Agriculture Journals，2006，98（4）：951-961.

[13] CHOI C Y，REY E M .Sub surface drip irrigation for bermudagrass with reclaimed water[J] .Transact ions of the ASAE，2004，47（ 6） ：1943-1951.

[14] TARCHIT Z J，GOLOBAT I Y，KEREN R，et al.Wast ew at er Effects on Montm oril lonit e Suspens ion s and Hydraulic Propert ies of S andy Soils[J].Soil SciSoc Am J，1999，63：554-560.

[15] 馬志超，金克林，馬宗仁，等.我國高爾夫球場再生水灌溉現(xiàn)狀分析[J].節(jié)水灌溉，2010，10（2）：30-34.

[16] 韓烈保.高爾夫球場草坪總監(jiān)手冊[M].北京：中國農業(yè)出版社，2004.

[17] USGA Green Section Staff.Revising the USGA′s recommendations for a method of putting green construction[J].United States Golf Association，1993，31（2）：1-3.

[18] MONTEITH J L.The state and movement of water in livingorganisms[J].Evaporation and environment，1965：205-234.

Impact of recycled water irrigation

on soil in green

JIA Zhe-feng，CHANG Zhi-hui，LI De-ying

（1.Tongzhou Landscape and Forestry Bureau of Beijing，Beijing 101100，China；2.Turfgrass

Institute of Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；3.Dept.of Plant Sciences，

North Dakota State University，F(xiàn)argo，ND58105，USA）

Abstract：Tap water，secondary recycled water and tertiary recycled water were used to irrigate green.Meanwhile，the mixture of gypsum and peat，wetting agent and sand were topdressed monthly.Results of two years study showed that soil bulk density of green did not significantly change （P>0.05）.However，the content of K⁺ and Na⁺ changed significantly after irrigation with secondary recycled water （P<0.05）.In addition，the EC of soil irrigated with secondary recycled water was 0.38 dS/m ，which was 0.20 dS/m and 0.19 dS/m higher than that of soil irrigated with tap water and tertiary recycled water respectively （P<0.05）.The content of Ca²+，Mg²+ was 15 466.85 mg/kg and 1 415.36 mg/kg after applying mixture of gypsum and peat，which was significantly higher than that in soil applied with wetting agents and sand.The content of total N，available K，available P and organic matter were increased in soil irrigated with secondary recycled water.Secondary recycled water was rich in certain chemical elements which may provide certain nutrients for turfgrass growth.

Key words： recycled water；irrigation；soil in green；metal ion；nutrition elements