中水澆灌對綠地土壤微生物和重金屬含量的影響

肖 玉，胡文強，茹正忠

（深圳市真和麗生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518052）

深圳雖地處東南海濱，卻是一座水資源嚴重短缺的人口高度密集城市。伴隨著快速的城市化，深圳的水資源問題越來越嚴峻，不僅水資源短缺而且水質(zhì)污染和水生態(tài)退化也越來越嚴重。深圳同時也是一個風(fēng)景園林城市，擁有較多的公園、內(nèi)湖等景觀水體和眾多的綠化帶、草坪和公園，綠化用水量逐年遞增。中水（reclaimed water）也叫“再生水”，是指城市污水、生產(chǎn)生活用水或雨水經(jīng)污水廠二級以上處理再深化處理后，水質(zhì)指標低于生活飲用水的水質(zhì)標準，但達到一定的水質(zhì)指標，可以進行有益使用的水，是國際公認的“第二水源”。從經(jīng)濟角度看，再生水的成本較低，從環(huán)保角度看，污水再生利用可以提高水資源綜合利用率，實現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán)。再生水合理回用既能減少水環(huán)境污染，又可以緩解水資源緊缺的矛盾，是貫徹可持續(xù)發(fā)展的重要措施。將中水用于城市綠地澆灌，既能拓寬中水的應(yīng)用范圍，又可以緩解城市供水壓力，具有重要的生態(tài)意義。

但中水水質(zhì)低于飲用水，不僅含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還含有較多的鹽分和重金屬。使用中水澆灌綠地是否會產(chǎn)生負面影響？微生物數(shù)量和重金屬含量會發(fā)生怎樣的變化？王齊等［1-2］研究表明，中水澆灌可以增加土壤的有機物，使綠地微生物數(shù)量相對增加，重金屬的累計比較緩慢，未造成土壤污染；郭逍宇等［3］研究也表明，再生水可以用于草坪澆灌，能增加土壤微生物的數(shù)量和群落多樣性，但是會引起土壤重金屬含量發(fā)生積累［4-5］。本研究對深圳市鹽田水質(zhì)凈化廠園區(qū)內(nèi)中水澆灌區(qū)和自來水澆灌區(qū)的綠地土壤采樣，并測試分析其微生物數(shù)量和重金屬含量，為中水用于綠地澆灌提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

深圳市（113°46′～114°37′E，22°27′～22°52′N）位于廣東省南部、珠江三角洲東岸，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫度22.2℃，每年5～9月為雨季，年降雨量1500～2500 mm。鹽田水質(zhì)凈化廠位于深圳市鹽田西港區(qū)北側(cè)，該廠籌建于1998年，是深圳市水務(wù)（集團）有限公司所屬的四個污水處理廠之一，是深圳市大型的二級污水處理廠，占地面積11.5 hm2。

本試驗澆灌用中水和自來水取自深圳鹽田水質(zhì)凈化廠，水質(zhì)見表1。

表1 中水和清水水質(zhì)指標及測試值

1.2 試驗方法

采用隨機區(qū)組設(shè)計，選取廠區(qū)內(nèi)中水澆灌3年的綠地為研究對象，以自來水澆灌區(qū)綠地為對照。分別在中水澆灌區(qū)和自來水澆灌區(qū)選擇3塊試驗地進行采樣。每塊試驗地依據(jù)S型取樣法，選取30個點，每個點分3層垂直進行采樣：0～20 cm、20～30 cm、30～40 cm。采樣完畢后將同一塊試驗地、同一層次的土壤混合均勻，用四分法取1 kg裝入密封袋。用保溫箱加冰塊保鮮，送到實驗室4℃保存，進行各項測定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤微生物 采用平板法進行分離測定，細菌、真菌、放線菌分別用牛肉膏蛋白瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和改良高氏1號培養(yǎng)基培養(yǎng)。取土樣測定土壤含水量，計算水分系數(shù)，再換算每克干土中含微生物的數(shù)量［6-7］。

1.3.2 土壤重金屬及氯離子含量 全銅、全鋅、全鉛、全鎘、全鉻、全鎳含量采用三酸消煮-火焰原子吸收分光光度法測定，全砷含量采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法測定。氯離子用水提取-硝酸銀滴定法測定。

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2010和SPSS18.0軟件進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 中水澆灌對土壤微生物數(shù)量的影響

對不同澆灌區(qū)相同土壤深度和相同澆灌區(qū)不同土壤深度的微生物菌落數(shù)量進行方差分析，結(jié)果見表2和表3。由表2可知，中水澆灌區(qū)的細菌、真菌、放線菌等3種微生物數(shù)量均顯著高于自來水澆灌區(qū)，其中，中水處理的細菌數(shù)量比自來水處理高82.30%，真菌數(shù)量高11.31%，放線菌數(shù)量高56.96%。

表2 自來水和中水澆灌對土壤微生物數(shù)量（CFU/g，干土）的影響

由表3可知，土壤深度對細菌、真菌和放線菌的數(shù)量影響顯著。不同澆灌區(qū)（中水、自來水）的細菌菌落數(shù)均在20～30 cm土層達到最大，均顯著高于0～20 cm和30～40 cm土層，其中比30～40 cm土層分別高19.59%和10.52%；0～20 cm土層的真菌菌落數(shù)與20～30 cm土層差異不顯著，但比30～40 cm土層分別高7.6%和9.86%，差異顯著；中水澆灌區(qū)的放線菌群落數(shù)量在20～30 cm土層達到最大，顯著高于0～20 cm和30～40 cm土層，其中比30～40 cm土層高7.02%，而自來水澆灌區(qū)不同土壤深度的群落差異不顯著。

表3 不同處理不同土壤深度對土壤微生物數(shù)量（CFU/g，干土）的影響

2.2 中水澆灌對土壤重金屬含量的影響

對中水和自來水澆灌處理不同土壤深度的7種重金屬含量進行對比，結(jié)果見表4和表5。由表4可知，中水和自來水澆灌處理的重金屬含量差異不顯著，其中中水處理的土壤全Cu、全Zn、全Pb、全Cd和全Cr含量均高于自來水處理，分別高5.43%、1.64%、2.70%、1.37%和0.19%，而全Ni和全As的含量則是自來水處理高于中水處理，分別高0.78%和0.77%。

由表5可知，土壤深度對全Cu、全Zn、全Pb、全Cd、全Ni、全As的含量有顯著影響，對全Cr含量的影響不顯著。 其中，自來水處理的全Cu、全Zn、全Cd、全Ni含量均在0～20 cm土層最低，全Pb含量在20～30 cm土層最高、20～30（30～40） cm土層最低，全Cr含量在30～40 cm土層最高、20～30 cm土層最低；中水處理的全Pb、全Cd和全Cr含量均在20～30 cm土層最高、分別比含量最低土層高9.82%、5.55%和2.92%，全Zn和全Ni含量均在0～20 cm土層最高、差異顯著，全Cu和全As含量則均在0～20 cm土層最低、分別比含量最高土層低15.50%和8.77%。與廣東省土壤背景值和土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準對比，中水澆灌區(qū)土壤重金屬含量全部低于土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，僅全Zn、全Pb和全Cd含量超出土壤背景值，分別高15.44%、10.80%和51.55%。

表4 不同澆灌處理對土壤重金屬含量（mg/kg）的影響

2.3 中水澆灌對土壤氯離子含量的影響

對中水澆灌區(qū)和自來水澆灌區(qū)土壤Cl-含量的方差分析（表6）表明，中水澆灌區(qū)20～30和30～40 cm土層的Cl-1含量均顯著高于對照（自來水澆灌區(qū)）；自來水澆灌區(qū)各土壤深度之間的Cl-含量差異不顯著，而中水澆灌區(qū)30～40 cm土層的Cl-含量顯著高于其他土層，比含量最低的0～20 cm土層高128.58%。

表5 不同土壤深度的土壤重金屬含量

表6 不同澆灌處理不同土壤深度的Cl-含量（mg/kg）

3 結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果表明，與自來水對照相比，中水澆灌后土壤各土層的細菌、真菌、放線菌數(shù)量均顯著增加，與王齊等［1］、郭逍宇等［3］研究結(jié)果相同。土壤微生物數(shù)量既是表征土壤質(zhì)量的生物學(xué)指標之一，也是土壤有機質(zhì)循環(huán)的重要參與者［8］。土壤微生物是活的有機體，其組成和變化對土傳性病蟲害和植物養(yǎng)分的吸收都有密切的關(guān)系［9］，土壤的微生物數(shù)量多，則土壤的活性強，因此中水澆灌可增加綠地土壤的活性。土壤深度對中水澆灌區(qū)土壤細菌、放線菌、真菌的群落數(shù)量影響顯著，其中細菌的菌落數(shù)是中間層（20～30 cm）＞表層（0～20 cm）＞底層（30～40 cm），放線菌是表層＞中間層＞底層，真菌和細菌變化趨勢相同，而自來水澆灌區(qū)各土壤深度之間變化不顯著。但郭逍宇等［3］研究表明，中水澆灌僅對根際土壤微生物有促進作用，對根系層（0～20 cm）和非根系層（20～40 cm）影響不顯著。因此土壤深度對土壤細菌、真菌、放線菌的繁衍有一定影響，可能與土壤的濕度、溫度和透氣性有關(guān)，也可能與植物根系活動相關(guān)，需進一步研究。

土壤深度對土壤重金屬含量有顯著的影響，但規(guī)律性不強。周益奇等［10］研究表明，中水澆灌土壤的重金屬主要在表層富集。而本試驗結(jié)果顯示，全Cu、全Zn和全As主要在土壤底層（30～40 cm）富集，全Pb和全Cd在中間層（20～30 cm）含量最高，僅全Cr和全Ni在表層（0～20 cm）含量最高，這可能與土壤的區(qū)域性有關(guān)。土壤的成土母質(zhì)、環(huán)境差異和環(huán)境容量值均對土壤的重金屬含量有影響［11］。

土壤背景值是指未受人類活動影響的自然環(huán)境中化學(xué)元素和化合物的含量，常用于評價土壤環(huán)境質(zhì)量和確定土壤的環(huán)境容量，是環(huán)境土壤學(xué)研究的一項重要的基礎(chǔ)工作［11］。土壤的環(huán)境質(zhì)量標準分為三級，其中二級標準是為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護人體健康的土壤限制值。本試驗中，中水澆灌區(qū)土壤的全Zn、全Pb和全Cd超出廣東省土壤背景值，但均未超過土壤質(zhì)量二級標準。與深圳市城市綠地［12］和公園［13］的土壤相比，中水澆灌區(qū)土壤的全Zn、全Cu、全Pb、全Cd含量較低，且均未達到影響人體健康的范圍。

氯是植物的必需營養(yǎng)元素，在土壤中主要以離子形態(tài)存在。Cl-參與植物的光合作用，參與植物體內(nèi)某種酶的活化，是植物體內(nèi)默寫激素的組成部分，能提高植物的抗旱能力等［14-15］。同時，氯離子的淋溶較劇烈，不同土層間氯的積累存在差異［16］。土壤Cl-含量的變化是研究中水澆灌的一個重要內(nèi)容，很多研究結(jié)果差異較大，大多數(shù)研究表明長期的中水澆灌會使土壤中的Cl-含量增加［17-19］，但是否造成污染或毒害仍需要進一步研究。本試驗結(jié)果表明，中水澆灌后土壤的Cl-含量顯著高于自來水澆灌區(qū)，且隨著土壤深度的增加而顯著增加，這可能與試驗所用中水的Cl-含量較高有關(guān)，這與王齊等［2］、王玉岱等［19］、周陸波等［4］的研究結(jié)果相似。我國土壤平均含氯量為24.5 mg/kg，比本試驗中水處理最大值高167.55%［15］，說明中水處理土壤的含氯水平在適宜范圍內(nèi)。

綜上所述，中水水質(zhì)含有大量的營養(yǎng)元素，使用中水澆灌綠地土壤后，土壤微生物數(shù)量、Cl-含量均顯著增加，土壤Cl-含量顯著高于自來水澆灌區(qū)，可能會在深層積累，需要進一步監(jiān)測。土壤深度對土壤微生物數(shù)量影響顯著，以30～40 cm土壤深度的微生物數(shù)量最低。不同重金屬含量在不同土壤深度的分布也不相同，僅全Zn、全Pb和全Cd含量超出廣東省土壤背景值，但均未達到危害人體健康程度。

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