含陰離子表面活性劑的污水農(nóng)灌對蕹菜生產(chǎn)的影響

王云龍，李欣，沈琴琴，喻曼，沈阿林*，徐天予，羅安程

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.誠邦設計集團有限公司，浙江 杭州 310000； 3.湖州市生態(tài)環(huán)境局安吉分局，浙江 安吉 313300； 4.浙江大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州 310058)

隨著農(nóng)村生活的改善，其污水水質(zhì)成分也日趨復雜，其中洗滌廢水排放量約占農(nóng)村生活污水總排放量的50%以上[1]。在各類洗滌劑中，陰離子表面活性劑的使用最為廣泛，其中直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)用量約占陰離子表面活性劑總使用量的69.7%[2-3]。含有表面活性劑的生活污水進入自然環(huán)境后，不僅會打破水體生態(tài)平衡，造成水環(huán)境污染，也會對土壤—作物系統(tǒng)產(chǎn)生影響。研究表明，陰離子表面活性劑進入土壤后，會增加呈負電土壤膠體表面的電勢，從而增加膠體之間的排斥力，增加土壤膠體的穩(wěn)定性[4]，同時增加土壤中細菌的生物量和土壤酶活性[5]。陰離子表面活性劑進入土壤后對作物的影響，除與作物種類有關(guān)外，還與表面活性劑的種類、濃度相關(guān)。一般認為，低濃度的表面活性劑對作物的生長起積極作用[6-8]。為探究隨生活污水進入土壤的陰離子表面活性劑對土壤及作物生長的影響，特開展陰離子表面活性劑對污水農(nóng)業(yè)灌溉利用的影響研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自浙江省安吉縣杭垓鎮(zhèn)桐杭村，土壤類型為潴育型水稻土，含有機質(zhì)3.83%、全氮2.00 g·kg-1、堿解氮151.00 mg·kg-1、速效鉀69.00 mg·kg-1、速效磷21.12 mg·kg-1。

供試作物為可應用于污水凈化處理的蕹菜[9]，品種為青稈柳葉蕹菜。

供試表面活性劑采用十二烷基苯橫酸鈉，系陰離子表面活性劑，分子式為C18H29NaSO3，相對分子質(zhì)量為348.48，購自上?；瘜W試劑公司。

1.2 處理設計與樣品采集

采用室內(nèi)反應器模擬試驗，依照試驗用水不同，共設計4個處理，每處理設置4個重復：處理1(CK)，自來水；處理2(T1)，經(jīng)厭氧處理后的實際生活污水；處理3(T2)，含5 mg·L-1LAS的模擬生活污水；處理4(T3)，含10 mg·L-1LAS的模擬生活污水。除LAS外，污水中其余污染物含量參照供試實際生活污水配制。

試驗反應器設計為高490 mm、內(nèi)徑215 mm的PVC圓柱體。試驗前將供試土壤自然風干、壓碎，過3 mm篩，模擬自然土壤含水率(20%)調(diào)配，按照自然土壤的緊實度，填充至反應器，填充土壤厚度為40 cm。反應器底部設高3 cm的礫石通水層，底部開孔，以便于收集土壤滲瀝液。蕹菜采用直播方式，每反應器定植3株。

依據(jù)蕹菜的生長灌溉需水量及浙江省年均降水量，設置試驗灌溉負荷為0.01 m3·m-2·d-1。試驗用的經(jīng)厭氧處理的實際生活污水水質(zhì)和模擬廢水水質(zhì)如表1所示。

表1 供試灌溉水源的水質(zhì)基本指標

試驗共進行119 d。試驗期間，每10 d收集1次土壤瀝出液。土壤瀝出液由反應器底端的出水管接出，在避光條件下收集，收集后裝入采樣瓶，保存在4 ℃條件下備用。

當蕹菜長至株高30 cm左右時進行采收，采收在早上9：00—10：00進行，取回樣品后立即稱量鮮重，部分鮮樣研磨后，用于分析可溶性糖、VC和硝酸鹽含量，其余樣品在105 ℃條件下殺青，在50 ℃條件下烘干，測定含水率和干重。

試驗結(jié)束后分別采集反應裝置0～20和20～40 cm的土壤樣品，裝入無菌封口塑料袋內(nèi)。將土壤樣品帶回實驗室，剔除可見的植物殘體，室內(nèi)自然風干、研磨、過1 mm篩，備用。同時，將采集的部分用于微生物測定的土壤樣品保存于-40 ℃?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤樣品

測定指標。含水率、有機質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、土壤微生物群落磷脂脂肪酸(PLFA)含量。

土壤含水率用烘箱干燥法測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；全氮含量采用半微量凱氏法測定；堿解氮含量采用擴散法測定；速效磷含量采用鉬藍比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度計法測定；PLFA含量參考Fang等[10-11]方法測定。

1.3.2 土壤瀝出液

測定指標?；瘜W需氧量(CODCr)、總氮含量(TN)、總磷含量(TP)、LAS含量、電導率(EC)、pH。

CODCr、TN、TP采用哈?？焖贉y定儀試劑盒測定；LAS含量采用亞甲藍分光光度法測定；EC選擇上海雷磁DDS-307電導率儀測定；pH選擇梅特勒-托利多儀器有限公司生產(chǎn)的S2 pH計測定。

1.3.3 作物樣品

測定指標。產(chǎn)量、可溶性糖含量、VC含量、硝酸鹽含量。

產(chǎn)量采用稱重法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；VC含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定；硝酸鹽含量采用水楊酸法測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010整理數(shù)據(jù)、繪制圖表，用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤理化性質(zhì)和土壤微生物的影響

由圖1可知，在0～20 cm土層，不同處理對土壤含水率無顯著影響；在20～40 cm土層，T3處理的土壤含水率顯著高于CK。饒品華等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，陰離子表面活性劑會在土壤粒子上形成親水性表面膠束，降低土壤粒子的界面張力，持水量隨其濃度增加而增加。於進等[14]的研究指出，長期用生活污水灌溉使土壤中的有機質(zhì)含量提高6.4%。但本研究中，可能是由于試驗時間較短，各處理對土壤有機質(zhì)含量并無顯著影響。在0～20 cm土層，T2處理的土壤全氮含量顯著高于CK，但在20～40 cm土層，不同處理的土壤全氮含量并無顯著差異。這可能是因為一定量的含有陰離子表面活性劑的生活污水(或模擬生活污水)在一定程度上會提高土壤粒子對氮的吸附能力。各處理對土壤堿解氮含量并無顯著影響。在0～20 cm土層，T1、T3處理的土壤速效鉀含量較CK顯著降低，而T2、T3處理的土壤速效磷含量較CK顯著上升。這可能是由于污水中含有一定的磷，增加了土壤中磷的輸入，同時LAS的添加會在一定程度上增加土壤中水溶性磷的含量，從而抑制土壤粒子對磷的吸附。這與相關(guān)研究一致，表面活性劑濃度增加會導致土壤磷的解析能力增強，吸附量逐漸減小[15-16]。

由圖2可知，試驗期間，T2處理的土壤細菌PLFA含量與T3產(chǎn)生了顯著性差異，但不同處理的土壤真菌、放線菌PLFA含量并無顯著差異，LAS濃度最高的T3相對于T2，總PLFA含量顯著增加。同時，T1～T3處理分別與CK相比時，其細菌、真菌、放線菌PLFA含量和總PLFA含量均無顯著差異。這說明不同生活污水用量可能會在一定程度上影響土壤中微生物的含量。陳宏偉等[17]的相關(guān)研究表明，LAS對土壤中的細菌生長有刺激作用，抑制真菌生長，而對放線菌無明顯影響。因此，含有LAS的生活污水灌溉利用可以在一定程度上影響土壤微生物類群數(shù)量和活躍程度，改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)。

柱上無相同字母的表示同一類別下各處理間有顯著差異(P<0.05)。圖1 不同處理對土壤不同取樣深度養(yǎng)分含量的影響

柱上無相同字母的表示同一類別下各處理間有顯著差異(P<0.05)。圖2 不同處理對土壤微生物PLFA含量的影響

2.2 對土壤瀝出液的影響

由圖3可知，各處理土壤瀝出液pH值在6.8～7.2波動，除2017年6月26日T1處理的土壤瀝出液pH值顯著高于CK外，其他日期不同處理土壤瀝出液pH值并無顯著差異。這可能與土壤具有一定的緩沖能力有關(guān)。從土壤電導率來看，不同處理間無顯著差異，說明試驗期內(nèi)生活污水灌溉未導致土壤中含鹽離子的增加。

2017年6月26日，T2和T3處理的土壤瀝出液COD濃度顯著低于CK，除此以外，其他日期不同處理的土壤瀝出液COD濃度無顯著差異。不同處理的土壤瀝出液總氮含量呈現(xiàn)顯著差異，T3處理的土壤瀝出液總氮濃度在各取樣日期均顯著高于CK，說明LAS在一定程度上促進了氮的淋出。袁平夫[18]研究表明，低濃度的表面活性劑對土壤脲酶有激活作用，對土壤中總氮的淋出起到促進作用。但與此不同，T1～T3處理分別與CK相比時，其土壤瀝出液總磷濃度并無顯著差異，各處理土壤瀝出液總磷濃度在0.20～0.35 mg·L-1，遠低于供試污水，說明土壤-作物系統(tǒng)對磷有較好的吸收消納作用。

有研究表明，LAS在土壤離子中存在物理、化學吸附及生物降解行為[12,19]。由表2可知，土壤瀝出液中LAS濃度較低，僅在試驗初期檢出，隨著試驗進行，各試驗組均未檢出。這說明LAS隨土壤瀝出液遷移至水環(huán)境中的數(shù)量較少。

2.3 對蕹菜生長的影響

由圖4可知，試驗期間不同處理對蕹菜產(chǎn)量無顯著影響，說明在合理范圍內(nèi)施用含有LAS的生活污水，對蕹菜產(chǎn)量無明顯負面影響。

由圖5～6可知，不同處理對第2、3次采收的蕹菜可溶性糖、VC含量并無顯著影響。與CK相比，第3次采收T2處理的蕹菜硝酸鹽含量顯著降低，第2、3次采收T3處理的蕹菜含水率顯著升高。說明在本試驗條件下施用生活污水灌溉，對蕹菜品質(zhì)并無負面影響。但要特別指出的是，在試驗過程中，T1、T2、T3試驗組中出現(xiàn)部分植株死亡的現(xiàn)象；因此，在實際應用過程中，務必控制好污水中的LAS濃度，以防產(chǎn)生負面影響。

處理不同日期土壤瀝出液中LAS的平均濃度/(mg·L-1)2017-05-162017-05-262017-06-132017-06-262017-07-052017-07-17CK——————T10.058—————T20.0770.053————T30.1880.053————

注：—表示未檢出，即濃度<0.05 mg·L-1。

柱上無相同字母的表示同一類別下各處理間有顯著差異(P<0.05)。圖4 不同處理對蕹菜產(chǎn)量的影響

柱上無相同字母的表示同一類別下各處理間有顯著差異(P<0.05)。圖5 不同處理對蕹菜硝酸鹽和可溶性糖含量的影響

柱上無相同字母的表示同一類別下各處理間有顯著差異(P<0.05)。圖6 不同處理對蕹菜含水量和Vc含量的影響

3 小結(jié)與討論

本研究表明，室內(nèi)短期施用含有低濃度LAS的實際生活污水或模擬生活污水，對土壤及蕹菜生長暫未造成明顯負面影響。但有研究表明，直接采用未處理的生活污水灌溉，會導致耕層土壤中出現(xiàn)明顯的鹽分累積[20]。同時，由于生活污水中含有LAS，有造成土壤氮磷垂直淋失的風險，其含量如超出作物的耐受閾值，存在作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降的風險。因此在實際應用中，應定期檢測生活污水中的LAS含量，合理調(diào)控污水農(nóng)用總量，以防可能發(fā)生的環(huán)境及經(jīng)濟風險。