再生水灌溉對(duì)綠地植物及土壤環(huán)境的影響

李 翔，孫珊珊，張利娟，濮陽(yáng)雪華

(1.深圳市日昇園林綠化有限公司，廣東 深圳 518040；2.北京林業(yè)大學(xué) 草坪研究所，北京 100083；3.暨南大學(xué) 深圳旅游學(xué)院，廣東 深圳 518053)

再生水灌溉對(duì)綠地植物及土壤環(huán)境的影響

李 翔1，孫珊珊2，張利娟3，濮陽(yáng)雪華2

(1.深圳市日昇園林綠化有限公司，廣東 深圳 518040；2.北京林業(yè)大學(xué) 草坪研究所，北京 100083；3.暨南大學(xué) 深圳旅游學(xué)院，廣東 深圳 518053)

為探討再生水短期灌溉對(duì)綠地植物生理指標(biāo)、礦質(zhì)元素及土壤理化性狀的影響，用清水、混合水和再生水分別對(duì)溝葉結(jié)縷草、海濱雀稗、葉子花及黃金香柳進(jìn)行了為期3個(gè)月的灌溉試驗(yàn)。結(jié)果表明：混合水灌溉增加了草坪草的葉綠素含量，對(duì)草坪草電解質(zhì)滲透率、丙二醛含量和礦質(zhì)元素及土壤環(huán)境無(wú)顯著影響。再生水灌溉降低了土壤pH，增加了土壤電導(dǎo)率、速效K及Na含量，對(duì)Cu和Zn含量無(wú)顯著影響，而全N和速效P含量在不同土壤中存在一定的差異；其次，再生水灌溉對(duì)4種草坪草均未造成顯著傷害，增加了部分植物電解質(zhì)滲透率、丙二醛含量、葉片全N和Na含量，但對(duì)草坪草葉綠素含量、速效P、速效K、Cu及Zn含量無(wú)顯著影響。因此，混合水可以做為城市綠地灌溉的優(yōu)質(zhì)水源，再生水亦可短期用于城市綠地灌溉。

再生水；植物；土壤；灌溉

由于全球氣候的變化，我國(guó)南方地區(qū)季節(jié)性干旱呈現(xiàn)明顯加重的趨勢(shì)[1]。同時(shí)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，城市用水量急劇增加，水資源短缺日趨嚴(yán)重，城市水資源的供需矛盾日益突出，城市污水的大量排放也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染[2]。城市綠地做為城市生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，具有重要的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3]。然而，城市綠地面積的增加也會(huì)進(jìn)一步加劇城市生活用水、工業(yè)用水和環(huán)境用水之間的矛盾[4]。因此，如何合理高效的解決這一問(wèn)題，不僅直接決定了城市綠地植物景觀的優(yōu)劣，也影響著城市生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。

再生水是指污廢水經(jīng)過(guò)深度凈化處理后達(dá)到一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以滿足某種用水要求，可重復(fù)用于生產(chǎn)和生活的水資源[5]。城市污水作為城市可利用的潛在的第2水源，來(lái)源廣泛，供水量穩(wěn)定，便于收集，易于批量處理，再生利用不受氣候等自然條件的影響，而且不需要長(zhǎng)距離引水，可以有效節(jié)省成本[6]。再生水的有效利用，既可以節(jié)約有限的淡水資源，又可以緩解城市綠地用水的窘境，因而，在改善城市生態(tài)環(huán)境，建設(shè)節(jié)水型城市中意義重大[7]。研究表明，再生水具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、改善形態(tài)品質(zhì)、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素吸收和增強(qiáng)植物抗性等優(yōu)點(diǎn)，但因植物種類和水質(zhì)的差異，再生水中較高的全鹽含量及重金屬等有害物質(zhì)也可能對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響[8-11]。通過(guò)對(duì)南方地區(qū)城市綠地常用植物進(jìn)行再生水灌溉處理，研究再生水灌溉對(duì)植物生理及土壤環(huán)境的潛在影響，評(píng)估再生水的可利用性，從而為再生水用于城市綠地灌溉提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年10月在深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院西麗湖校區(qū)玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行，選取4種南方地區(qū)常見的草坪草溝葉結(jié)縷草(Zoysiamatrella)、海濱雀稗(Paspalumvaginatum)、葉子花(Bougainvilleaspectabilis)和黃金香柳(Melaleucabracteata)。溝葉結(jié)縷草和海濱雀稗采用成坪的草皮塊鋪植，草皮塊厚度約為4 cm，葉子花和黃金香柳選擇長(zhǎng)勢(shì)相近的植株移植，其中，葉子花平均株高38 cm，黃金香柳平均株高74 cm，分別將其移栽至塑料花盆中，栽培基質(zhì)由營(yíng)養(yǎng)土和蛭石按3∶1混合組成，生長(zhǎng)期間每3 d澆水1次，每2周采用半強(qiáng)度Hoagland營(yíng)養(yǎng)液施肥1次[12]。草坪進(jìn)行正常的養(yǎng)護(hù)管理，生長(zhǎng)1個(gè)月后開始進(jìn)行不同水質(zhì)的灌溉處理。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)3個(gè)處理：(1)清水(CK)∶自來(lái)水；(2)混合水(CK+R)∶清水與再生水按1∶1混合；(3)再生水(R)∶二級(jí)再生水。每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)。每盆每次灌溉量為500 mL，每3 d進(jìn)行1次不同水質(zhì)的灌溉，處理時(shí)間3個(gè)月。處理期間草坪草每周修剪1次，留茬高度10 cm，葉子花和黃金香柳每月修剪1次，株高基本保持不變。處理結(jié)束后對(duì)草坪和土壤進(jìn)行取樣分析，其中，葉片的葉綠素含量及電解質(zhì)滲透率采用新鮮樣品測(cè)定，其余樣品在液氮速凍后轉(zhuǎn)移至-80 ℃冰箱進(jìn)行保存，土壤樣品采集后進(jìn)行風(fēng)干處理并保存。

1.3 測(cè)定方法

水樣的常規(guī)指標(biāo)和重金屬測(cè)定參照文獻(xiàn)[13]進(jìn)行。土壤樣品的測(cè)定參照文獻(xiàn)[14，15]進(jìn)行。葉綠素含量以95%乙醇浸提后采用分光光度計(jì)測(cè)定；電解質(zhì)滲透率采用電導(dǎo)率儀法進(jìn)行測(cè)定，丙二醛含量釆用硫代巴比妥酸法測(cè)定，都參照文獻(xiàn)[16]方法進(jìn)行；氮和磷含量的測(cè)定參照文獻(xiàn)[14]進(jìn)行；金屬離子含量的測(cè)定參照Greweling和Jones等[17，18]的方法采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)結(jié)果采用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與制圖，并采用SPSS 18.0進(jìn)行單因素方差分析并進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉水質(zhì)分析

灌溉水質(zhì)的分析表明，所有檢測(cè)指標(biāo)均符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2005)和《城市污水再生利用-綠地灌溉水質(zhì)》(GB/T 25499-2010)對(duì)灌溉用水的相關(guān)要求(表1)。但是，再生水中大部分指標(biāo)的含量遠(yuǎn)高于清水，其灌溉是否會(huì)對(duì)綠地植物生長(zhǎng)和土壤環(huán)境產(chǎn)生影響，還有待于進(jìn)一步分析研究。

表1 試驗(yàn)灌溉用水水質(zhì)分析Table1 Analysis of different parameters in irrigation water of experiment

2.2 不同水質(zhì)灌溉對(duì)土壤pH的影響

混合水和再生水灌溉后，4種草坪草的土壤pH均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。與清水灌溉相比，再生水灌溉顯著降低了4種草坪草的土壤pH(P<0.05)?；旌纤喔纫诧@著降低了黃金香柳土壤的pH，但對(duì)其余3種草坪草土壤pH沒有造成顯著影響(圖1)。

圖1 不同水質(zhì)灌溉下土壤pHFig.1 Effects of different irrigation water quality on pH in soil注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.3 不同水質(zhì)灌溉對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響

再生水灌溉顯著增加了溝葉結(jié)縷草、海濱雀稗、葉子花和黃金香柳的土壤電導(dǎo)率(P<0.05)，與清水灌溉相比，其土壤電導(dǎo)率分別增加了9.23%、6.03%、16.92%和13.79%(圖2)。與清水灌溉相比，除葉子花外，混合水灌溉均沒有顯著增加其他3種草坪草的土壤電導(dǎo)率。

圖2 不同水質(zhì)灌溉下土壤電導(dǎo)率Fig.2 Effects of different irrigation water quality on electrical conductivity in soil

2.4 不同水質(zhì)灌溉對(duì)土壤礦質(zhì)元素含量的影響

混合水灌溉沒有對(duì)4種草坪土壤的礦質(zhì)元素含量產(chǎn)生顯著影響。再生水灌溉顯著提高了葉子花和黃金香柳土壤中的全N含量(P<0.05)，與清水灌溉相比，兩者含量分別升高了17.01%和16.78%，但沒有對(duì)溝葉結(jié)縷草和海濱雀稗土壤中的全N含量產(chǎn)生顯著影響(表2)。再生水灌溉后，黃金香柳土壤中速效P含量較清水灌溉增加了14.79%，而其他3種草坪土壤速效P未發(fā)生顯著變化。此外，再生水灌溉后，4種草坪土壤中速效K和Na含量均顯著升高，與清水灌溉相比，溝葉結(jié)縷草、海濱雀稗、葉子花和黃金香柳土壤速效K含量分別上升了17.45%、19.85%、11.18%和10.90%，Na含量分別升高了11.14%、11.47%、14.89和18.99%。另外，再生水灌溉對(duì)4種草坪土壤Cu和Zn含量均未產(chǎn)生顯著影響。

表2 不同水質(zhì)灌溉下土壤礦質(zhì)元素含量Table2 Effects of different irrigation water quality on mineral element content in soil

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下表同

2.5 不同水質(zhì)灌溉對(duì)草坪草葉綠素含量的影響

混合水灌溉顯著增加了溝葉結(jié)縷草、海濱雀稗、葉子花和黃金香柳的葉綠素含量，與對(duì)照均差異顯著(P<0.05)(圖3)，與清水灌溉相比，其含量分別增加了10.92%、8.15%、7.21%和10.67%，而再生水灌溉對(duì)4種草坪草葉綠素含量無(wú)顯著影響，甚至略微降低了溝葉結(jié)縷草和葉子花的葉綠素含量。

2.6 不同水質(zhì)灌溉對(duì)草坪草電解質(zhì)滲透率的影響

混合水灌溉均未對(duì)4種草坪草的電解質(zhì)滲透率產(chǎn)生顯著影響。再生水灌溉顯著增加了溝葉結(jié)縷草和葉子花的電解質(zhì)滲透率(P<0.05)，與清水灌溉相比，兩者電解質(zhì)滲透率分別增加了12.72%和16.49%，而再生水灌溉沒有對(duì)海濱雀稗和黃金香柳的電解質(zhì)滲透率產(chǎn)生顯著影響。

圖3 不同水質(zhì)灌溉下草坪草葉綠素含量Fig.3 Effects of different irrigation water quality on chlorophyll content in plants

圖4 不同水質(zhì)灌溉下草坪草葉片電解質(zhì)滲透率Fig.4 Effects of different irrigation water quality on electrolyte leakage in plants leaves

2.7 不同水質(zhì)灌溉對(duì)草坪草丙二醛含量的影響

不同水質(zhì)灌溉下，4種草坪草丙二醛含量的變化與電解質(zhì)滲透率呈現(xiàn)類似的趨勢(shì)(圖5)?；旌纤喔葲]有對(duì)4種草坪草的丙二醛含量產(chǎn)生顯著影響。與清水灌溉相比，再生水灌溉使溝葉結(jié)縷草和葉子花的丙二醛含量分別上升了21.47%和19.98%，但再生水灌溉沒有對(duì)海濱雀稗和黃金香柳的丙二醛含量產(chǎn)生顯著影響。

圖5 不同水質(zhì)灌溉下草坪草葉片丙二醛含量Fig.5 Effects of different irrigation water quality on MDA content in plants leaves

2.8 不同水質(zhì)灌溉對(duì)草坪草礦質(zhì)元素含量的影響

混合水和再生水灌溉沒有顯著改變草坪草葉片中P、K、Cu和Zn的含量(表3)?；旌纤喔葘?duì)草坪草葉片N和Na含量也沒有產(chǎn)生顯著影響。再生水灌溉顯著增加了葉子花和黃金香柳的N含量(P<0.05)，與清水灌溉相比，兩者N含量分別增加了15.52%和11.59%。但是，再生水灌溉對(duì)溝葉結(jié)縷草和海濱雀稗葉片N含量無(wú)顯著影響。再生水灌溉分別使溝葉結(jié)縷草和葉子花的Na含量顯著增加了19.23%和16.67%，而對(duì)海濱雀稗和黃金香柳無(wú)顯著影響。

表3 不同水質(zhì)灌溉下草坪草葉片礦質(zhì)元素含量Table3 Effects of different irrigation water quality on mineral element content in plants leaves

3 討論與結(jié)論

研究結(jié)果表明，再生水灌溉降低了土壤pH，提高了土壤電導(dǎo)率。這與焦志華等[5]和楊林林等[19]的研究結(jié)果相一致。土壤pH的降低一方面是由于再生水pH低于清水，另一方面是由于再生水中CO2含量遠(yuǎn)高于空氣中的CO2，這些CO2進(jìn)入土壤后也會(huì)降低pH。但是，由于土壤自身的調(diào)節(jié)能力以及CO2與土壤中其他物質(zhì)間的相互作用而達(dá)到化學(xué)平衡，因此，土壤pH一般不會(huì)發(fā)生劇烈變化[19]。土壤電導(dǎo)率的升高表明再生水灌溉導(dǎo)致土壤中的鹽分出現(xiàn)了少量積累。研究表明，當(dāng)土壤電導(dǎo)率大于690 μs/cm時(shí)，一些植物的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制或損傷，土壤存在一定的鹽漬化危險(xiǎn)[20]。因此，長(zhǎng)期使用再生水灌溉時(shí)，在周期性監(jiān)測(cè)土壤鹽分的同時(shí)，還應(yīng)采取有效的措施避免土壤鹽害的發(fā)生。

再生水灌溉下，部分草坪草土壤全N、速效P、速效K和Na含量顯著增加，是由于這幾種元素在再生水中的含量較高，多次澆灌在土壤中產(chǎn)生了一定的累積。2種草坪草土壤中全N和速效P含量未發(fā)生顯著增加的原因可能是草坪草生長(zhǎng)速度較快，對(duì)N和P元素的需求量較大，這與Chang等[21]對(duì)草坪草的研究結(jié)果基本一致。此外，土壤中Cu和Zn含量未顯著增加應(yīng)該與再生水中這2種元素含量較低密不可分。植物葉片中的礦質(zhì)元素通常是由植物根系從水或土壤中吸收而獲得，因而4種草坪草葉片中礦質(zhì)元素含量的總體變化基本與土壤中相應(yīng)元素含量的變化保持一致。盡管再生水灌溉使土壤速效K含量顯著升高，但植物葉片K含量并未顯著增加，一方面可能是由于土壤速效K含量增加的幅度較小，另一方面，植物對(duì)K選擇性的主動(dòng)吸收不易導(dǎo)致吸收過(guò)剩，韓烈保等[20]對(duì)其他植物的研究也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。此外，再生水灌溉導(dǎo)致土壤中的Na含量顯著增加，但海濱雀稗和黃金香柳葉片中的Na含量并沒有顯著上升，這是由于這2種草坪草耐鹽性較強(qiáng)，自身的調(diào)控機(jī)制能夠使體內(nèi)Na含量始終保持較為穩(wěn)定的水平。雖然，適宜的Na含量有利于植物生長(zhǎng)，但是過(guò)高的含量則會(huì)導(dǎo)致植物發(fā)生鹽害[22]。因此，在使用再生水灌溉綠地時(shí)應(yīng)注意監(jiān)測(cè)土壤Na含量，避免過(guò)高的濃度對(duì)植物產(chǎn)生傷害。

研究表明，再生水短期灌溉后，4種草坪草葉綠素含量沒有顯著變化，而混合水處理下植物葉綠素含量顯著高于清水處理，這與韓烈保等[20]和楊嫦麗等[23]的研究結(jié)果基本一致。葉綠素含量升高可能是由于混合水中含有濃度適宜的有利于葉綠素合成的礦質(zhì)元素，而不同植物在同種水質(zhì)灌溉下葉綠素含量變化的差異性可能是由于不同植物對(duì)再生水的生理代謝和響應(yīng)機(jī)制存在一定的差異。電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量通常能夠有效的反映植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害程度和膜脂的過(guò)氧化程度[24]。試驗(yàn)中，再生水灌溉顯著增加了溝葉結(jié)縷草和葉子花的電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量，但是其增加幅度較小，并且對(duì)另外2種植物未造成顯著影響。楊嫦麗等[23]的研究也發(fā)現(xiàn)，再生水灌溉下不同植物電解質(zhì)滲透率的變化存在一定的差異。這表明，再生水會(huì)對(duì)一些植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，但是短期的澆灌并不會(huì)產(chǎn)生較大危害。相關(guān)研究同樣表明，再生水灌溉可能會(huì)改變植物的一些生理特性，但并不會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng)[10,25,26]。然而，長(zhǎng)期使用再生水灌溉時(shí)可能會(huì)對(duì)綠地土壤和一些植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[20,27,28]。因此，使用再生水長(zhǎng)期灌溉時(shí)須提高再生水水質(zhì)，跟蹤監(jiān)測(cè)土壤和植物相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，以減少對(duì)植物產(chǎn)生的傷害，避免對(duì)土壤造成二次污染。

綜上所述，混合水短期灌溉不僅不會(huì)對(duì)土壤和植物造成顯著影響，反而增加了植物葉綠素含量，因而，混合水可以做為城市綠地灌溉的優(yōu)質(zhì)水源予以使用。再生水灌溉一方面降低了4種草坪草土壤的pH，增加了土壤電導(dǎo)率，對(duì)土壤全N、速效P、速效K和Na含量產(chǎn)了一定影響，另一方面，再生水灌溉對(duì)不同植物生理特性和礦質(zhì)元素含量的影響存在一定的差異，但是短期澆灌不會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生明顯傷害。因此，南方地區(qū)發(fā)生季節(jié)性干旱時(shí)可以使用再生水對(duì)城市綠地進(jìn)行短期澆灌。

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Effects of reclaimed water irrigation on plant and soil environment

LI Xiang1,SUN Shan-shan2,ZHANG Li-juan3,PUYANG Xue-hua2

(1.ShenzhenRishengGardeningCo.,Ltd,Shenzhen518040,China；2.InstituteofTurfgrassScience,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China；3.ShenzhenTourismCollege,JinanUniversity,Shenzhen518053,China)

To investigate the effects of reclaimed water irrigation on plant physiological indexes,mineral elements and soil physical and chemical properties,the tap water,mixed water and reclaimed water were used for irrigation toZoysiamatrella,Paspalumvaginatum,BougainvilleaspectabilisandMelaleucabracteatafor 3months,respectively.The results showed that the mixed water irrigation increased chlorophyll content,but had no significant effects on electrolyte leakage,malondialdehyde content,mineral elements and soil environment.In addition,on the one hand,reclaimed water irrigation reduced soil pH,increased soil conductivity,available K and Na content,but had no significant effects on Cu and Zn content.Besides,the differences of total N and available P content were found among different plant soil.On the other hand,reclaimed water irrigation had no significant damage to four kinds of plants.Moreover,the electrolyte leakage,malondialdehyde content,leaf total N and Na content of some plants were increased after irrigation of reclaimed water,but no significant effects were found in chlorophyll content,available P,available K,Cu and Zn content.Therefore,mixed water can be used for irrigation in urban greenbelt as a suiTablewater source,and reclaimed water can also be used for short-term irrigation in urban greenbelt.

reclaimed water;plant;soil;irrigation

2015-04-27；

2015-05-20

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目-城市綠地節(jié)水綜合技術(shù)研究(CXZZ20140418110342522)資助

李翔(1966-)，男，安徽合肥人，碩士。 E-mail：384719733@qq.com 濮陽(yáng)雪華為通訊作者。

S 688.4

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1009-5500(2015)04-0017-07