蘭州地區(qū)再生水灌溉對(duì)冷季型草坪草土壤養(yǎng)分的影響

馬 莉，謝曉蓉，劉鐵軍，劉譯鍇，楊有俊，劉金榮

（1.草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州730020；2.甘肅中醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)課部，甘肅 蘭州730020；3.臨夏州種子管理站，甘肅 臨夏731100）

再生水是指污水經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，達(dá)到一定的水質(zhì)指標(biāo)以滿足某種使用要求的水［1］。再生水具有多種優(yōu)勢(shì)，其一是富含多種植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，用再生水灌溉后可以增強(qiáng)土壤肥力，進(jìn)而使草坪草生長(zhǎng)量有所增加［2］；其二是經(jīng)濟(jì)成本低。同時(shí)再生水的合理回用，既有助于改善生態(tài)環(huán)境，又可以緩解水資源緊缺的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)水資源的良性循環(huán)，因此使用再生水灌溉是實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一［3］。

我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，已被聯(lián)合國(guó)列為全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一［4］。近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，與此同時(shí)人們的生活水平也逐步提高，對(duì)所居住的環(huán)境也提出了更高的要求。增加城市綠地面積可以在一定程度上達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境的目的，但這會(huì)導(dǎo)致環(huán)境綠化用水量急劇增加，加劇城市用水緊張的問(wèn)題。將再生水應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、園林綠化及其他用途，對(duì)于優(yōu)化水資源的配置，提高水資源利用率，以及解決生產(chǎn)生活用水與綠化灌溉用水之間的矛盾具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［5］。我國(guó)水資源匱乏，但在灌溉用水方面浪費(fèi)現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，且運(yùn)用再生水灌溉城市綠地的相關(guān)研究甚少，較其他國(guó)家發(fā)展相對(duì)滯后［6］。蘭州是全國(guó)嚴(yán)重缺水城市之一，人均每年可利用的水資源僅742 m3，但蘭州每年向黃河排入的污水多達(dá)1.68億t。水資源短缺和水環(huán)境污染嚴(yán)重制約著蘭州的發(fā)展、破壞了黃河的生態(tài)環(huán)境，威脅到生活用水的安全性。綜上所述，蘭州地區(qū)將再生水資源合理地運(yùn)用于城市綠地灌溉和黃河兩山綠化方面，不僅可以減少污染、改善環(huán)境，更能夠有效緩解水資源供需的矛盾，具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

受制于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等各方面原因，再生水灌溉具有正負(fù)兩方面效應(yīng)。再生水中含有大量植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，合理的灌溉可改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，間接刺激植物的生長(zhǎng)。同時(shí)再生水中含有微量的重金屬及有毒元素，這些污染物隨污水灌入土壤中，會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)甚至?xí)?duì)動(dòng)、植物生態(tài)鏈造成巨大危害。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，大量的懸浮顆粒物隨再生水灌入土壤，將導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化，從而進(jìn)一步降低土壤肥力［7－10］。本研究基于前人相關(guān)研究，通過(guò)溫室盆栽試驗(yàn)，對(duì)經(jīng)再生水灌溉的綠地植物的土壤狀況進(jìn)行分析，以期為蘭州再生水灌溉的合理利用提供一定的理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院榆中試驗(yàn)站的人工智能溫室進(jìn)行。該試驗(yàn)站位于35°57′N(xiāo)，104°09′E，氣候類(lèi)型是黃土高原半干旱氣候，年平均氣溫4.0～5.8℃，最高氣溫34.5℃，極端最低氣溫－27.2 ℃，全年日照時(shí)數(shù)2 665.9 h，海拔1 480～3 670 m。智能溫室試驗(yàn)條件設(shè)定為白天25 ℃（07：00－21：00），晚上19 ℃（21：00－07：00），相對(duì)濕度65%，光照強(qiáng)度800μmol·m－2·s－1。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 植物材料 美國(guó)百綠集團(tuán)提供的冷季型草坪草：多年生黑麥草（Loliu m perenne）——潘多拉（Panterra）和首相（Premier）；草地早熟禾（Poa pr atensis）——百勝（Bar victor）和百斯特（Barrister）；高羊茅（Festuca ar undinacea）——凌志（Barlexas）和易凱（Easy care）；蘭州市內(nèi)常見(jiàn)綠地植物：白三葉（Trif olium repens）——努克（Nanouk）；紫花苜蓿（Medicago sativa）——阿爾岡金（Al gonguin）共8個(gè)品種。

1.2.2 試驗(yàn)用水 采自于蘭州大學(xué)榆中校區(qū)污水處理中心，每次取得再生水水樣均達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，再生水水質(zhì)狀況為多次取樣的平均值（表1）。

1.2.3 試驗(yàn)用土 試驗(yàn)用當(dāng)?shù)卦?，土壤?lèi)型為黃綿土，土壤基本理化指標(biāo)如下：p H 值7.44，容重1.29 g·c m－3，有機(jī)質(zhì)含量0.737%，全氮0.058 9%，堿解氮32.68 mg·kg－1，全磷0.063%，速效磷含量4.77 mg·kg－1，速效鉀含量132.95 mg·kg－1。

表1 試驗(yàn)所用再生水和自來(lái)水水質(zhì)狀況Table 1 Quality index of the reclaimed water and r unning water in the test

1.3 試驗(yàn)處理

首相、潘多拉、百斯特、百勝、凌志、易凱，這六種植物材料來(lái)源于草坪草品種圃內(nèi)；白三葉和紫花苜蓿這兩種植物材料采用播種的方式獲得。2011年5 月，選擇生長(zhǎng)一年，長(zhǎng)勢(shì)健壯均一的首相、潘多拉、百斯特、百勝、凌志、易凱，分別移入直徑11 c m，深20 c m，并裝有2.35 kg當(dāng)?shù)卦恋幕ㄅ鑳?nèi)，草坪修剪高度為7 c m，共移栽60 盆。將白三葉和紫花苜蓿種子分別撒播于裝有同樣原土的花盆內(nèi)，每盆撒10～15 粒，共種植20 盆。出苗1周后定苗，保留5株。

在同樣的養(yǎng)護(hù)管理?xiàng)l件下，待植株生長(zhǎng)1個(gè)月后，將供試材料分為兩組，分別用再生水和對(duì)照自來(lái)水（CK）進(jìn)行灌溉，每隔3 d澆一次水，每次澆灌實(shí)行定量的原則（約350 mL），試驗(yàn)期間進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)管理、病蟲(chóng)害防治，不進(jìn)行追肥。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，兩個(gè)處理，8個(gè)植物品種，5次重復(fù)，共80個(gè)。灌溉5個(gè)月后，采集土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，分裝在不同的袋中待測(cè)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

本試驗(yàn)選取測(cè)定的土壤養(yǎng)分指標(biāo)包括全氮、全磷、全鉀、全鈉、速效鉀、堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量。

全氮含量使用流動(dòng)注射法測(cè)定，全磷含量使用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀含量使用氫氧化鈉熔融火焰光度計(jì)法測(cè)定，全鈉含量使用火焰光度法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散硼酸吸收法，速效鉀采用火焰光度法，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法（外加熱）［11］。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示測(cè)定結(jié)果，對(duì)同一草種不同水處理進(jìn)行配對(duì)t測(cè)驗(yàn)和顯著性分析；采用Excel 2007制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 再生水灌溉對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

利用再生水灌溉5個(gè)月后，8 種供試植物潘多拉、首相、凌志、易凱、百勝、百斯特、阿爾岡金和努克的土壤有機(jī)質(zhì)含量均在2.7～3.2 g·kg－1，依次為對(duì)照 自 來(lái) 水 灌 溉 的2.53、2.96、2.77、3.11、2.68、2.85、2.63和2.60倍，與對(duì)照之間差異極顯著（P＜0.01）（圖1）。

2.2 再生水灌溉對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

再生水灌溉條件下，8種綠地植物的土壤堿解氮與速效鉀含量均不同程度地高于自來(lái)水灌溉。潘多拉、百斯特和努克3種供試植物的土壤堿解氮含量分別為78.54、78.78、76.95 mg·kg－1，顯著高于自來(lái)水對(duì)照（P＜0.05），其他5種供試植物的土壤堿解氮含量與對(duì)照相比差異極顯著（P＜0.01）。首相和努克的土壤速效鉀含量分別為117.1和128.13 mg·kg－1，與對(duì)照之間的差異極顯著，其他6種供試植物的土壤速效鉀含量均與對(duì)照之間的差異顯著（圖2）。

2.3 再生水灌溉對(duì)土壤全氮、全磷、全鉀的影響

再生水灌溉條件下，8 種供試植物潘多拉、首相、凌志、易凱、百勝、百斯特、阿爾岡金和努克的土壤全氮含量均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），除阿爾岡金外，其他供試植物的土壤全鉀含量均顯著高于對(duì)照。他們的土壤全磷含量也有不同程度的提高，其中凌志、易凱、百勝及努克分別達(dá)到0.67、0.55、0.86和0.74 g·kg－1，與對(duì)照之間差異顯著，而百斯特和阿爾岡金的土壤全磷含量與對(duì)照差異極顯著（P ＜0.01），分 別 達(dá) 到 了0.91 和0.88 g·kg－1（圖3）。

圖1 再生水灌溉對(duì)不同綠地植物的土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Fig.1 Soil organic matter content of different cool－season turfgrass under reclai med water and tap water irrigation

圖2 再生水灌溉對(duì)不同綠地植物的土壤速效養(yǎng)分的影響Fig.2 Soil availabk nutrients of different cool－season turfgrass under reclaimed water and tap water irrigation

2.4 再生水灌溉對(duì)土壤全鈉的影響

在再生水灌溉處理下，除阿爾岡金外，其他各供試植物的土壤全鈉含量均顯著高于自來(lái)水灌溉處理（P＜0.05）。用再生水灌溉后，8 種供試植物潘多拉、首相、凌志、易凱、百勝、百斯特和努克的土壤全鈉含量分別是1.74、1.62、1.61、1.58、1.59、1.60、1.47和1.71 g·kg－1（圖4）。

3 討論

再生水灌溉可以顯著增加草坪草的生物量、葉綠素含量［12－14］，促進(jìn)草坪草生長(zhǎng)［2］。再生水中富含作物所需的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，其合理施用能提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，從而減少肥料的施用量［15］。本試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)5 個(gè)月的再生水灌溉，各供試植物的土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤速效養(yǎng)分均有明顯的增加，這與前人的一些研究結(jié)論相一致［2，16］，也很好地說(shuō)明了再生水促進(jìn)草坪草生長(zhǎng)的原因。由于再生水未經(jīng)深度處理，還保留有較多的有機(jī)懸浮物，導(dǎo)致各綠地植物的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于自來(lái)水灌溉下綠地植物的土壤有機(jī)質(zhì)含量，而土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅提升，經(jīng)由以土壤含氮有機(jī)物為能源的土壤異養(yǎng)微生物的分解，將土壤有機(jī)氮變?yōu)闊o(wú)機(jī)的，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為，所以在土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高時(shí)，土壤堿解氮含量也較高。本研究發(fā)現(xiàn)，再生水處理下的8 種供試植物的土壤堿解氮含量在70～90 mg·kg－1，按全國(guó)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，均屬于較良好水平［16］。

圖3 再生水灌溉對(duì)不同綠地植物的土壤全氮、全磷、全鉀的影響Fig.3 Soil total nitragen，phosphrous and potassium of different cool－season turfgrass under reclai med water and tap water irrigation

圖4 再生水灌溉對(duì)不同綠地植物的土壤全鈉的影響Fig.4 Soil total sodiu m of different cool－season turfgrass under reclai med water and tap water irrigation

有關(guān)研究表明，再生水灌溉后土壤肥力水平有上升的趨勢(shì)［17－19］，但土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的變化情況根據(jù)不同植物種類(lèi)、土壤類(lèi)型、再生水等級(jí)、灌溉時(shí)間等而各有不同。經(jīng)過(guò)再生水灌溉處理，供試植物的土壤全氮、全磷、全鉀含量均有不同程度的提高。本研究所用的再生水含有較高的氮、磷，Kvein等［15］認(rèn)為再生水能為草坪草持續(xù)不斷地提供小劑量營(yíng)養(yǎng)元素，特別是氮肥和磷肥，而且草坪草能夠有效吸收這些肥料，從而減少人工施肥，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

目前也有研究發(fā)現(xiàn)，再生水短期灌溉后，草坪草總?cè)~綠素含量、葉綠素a和葉綠素b含量顯著高于自來(lái)水灌溉［15］?？赡苁且?yàn)樵偕泻胸S富的合成葉綠素所需的必要元素，如氮、鎂等［20－22］。

本研究表明，再生水灌溉顯著增加了土壤中全鈉的含量，其含量變動(dòng)范圍分別為1.47～1.74 g·kg－1，屬于土壤鈉含量的正常范圍［23］。也沒(méi)有達(dá)到植物忍受鈉離子脅迫的上限，這與韓烈保等［23］的研究結(jié)論一致。同時(shí)，在土壤本身物理、化學(xué)作用，綠地植物根系生長(zhǎng)及微生物數(shù)量變化等的一系列共同作用下，使得土壤中鈉元素一部分被植物吸收利用，一部分被根系微生物吸收轉(zhuǎn)化，最終未對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響［11］。

4 結(jié)論

綜合以上分析，短期內(nèi)用再生水進(jìn)行城市綠地灌溉，對(duì)綠地土壤環(huán)境無(wú)明顯的不良影響，可以考慮使用再生水替代自來(lái)水進(jìn)行園林綠化灌溉，從而達(dá)到開(kāi)源節(jié)流、改善生態(tài)的目的。但要加強(qiáng)長(zhǎng)期灌溉的土壤養(yǎng)分狀況監(jiān)測(cè)，把營(yíng)養(yǎng)元素的增加幅度控制在正常范圍內(nèi)，也需要進(jìn)一步研究再生水對(duì)植物及其土壤的未知影響，確保再生水使用的安全性。

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