土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對庭院菜地土壤環(huán)境的影響

王淞民，劉麗媛，魏孝承，彭皓，張春雪，柳博，鄭向群

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，天津 300191）

三格式化糞池具有原理簡單、建造速度快、無害化效果好、產(chǎn)物肥效高、造價低廉等優(yōu)勢，在我國農(nóng)村“廁所革命”推進(jìn)過程中發(fā)揮著重要作用[1]，但三格化糞池出水處理不當(dāng)會對周邊環(huán)境造成危害[2]。目前，常見的三格化糞池出水處理方式主要有兩種：一是直接還田，就地肥料化；二是集中清掏，統(tǒng)一轉(zhuǎn)運(yùn)。三格化糞池出水雖經(jīng)無害化處理，但其中的致病微生物、蛔蟲卵和大腸菌群等并未被完全殺滅，若將三格化糞池出水直接進(jìn)行農(nóng)田灌溉，尾水中的致病菌會造成土壤環(huán)境污染[3]。集中清掏、統(tǒng)一轉(zhuǎn)運(yùn)主要用于城郊附近或經(jīng)濟(jì)條件較好的農(nóng)村地區(qū)，局限性較高。新型三格化糞池出水處理方式——土壤滲濾系統(tǒng)[4]，由于其低耗高效、運(yùn)行簡易、對尾水中污染物無害化處理效果好等優(yōu)點(diǎn)[5-6]在我國農(nóng)村地區(qū)廣泛使用。

土壤滲濾系統(tǒng)具體用法是將三格化糞池出水有控制地投配到土壤滲濾系統(tǒng)中，利用土壤-微生物-植物系統(tǒng)的自凈和自我調(diào)節(jié)能力，通過一系列物理、化學(xué)、生物等過程[7]，去除三格化糞池出水中污染物[8]。但土壤滲濾系統(tǒng)未能對三格化糞池出水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行資源化利用，造成氮、磷等營養(yǎng)元素的浪費(fèi)。而在土壤滲濾系統(tǒng)上方種植作物，不僅可以通過作物吸收三格化糞池中的氮、磷等營養(yǎng)元素[9]，降低土壤滲濾系統(tǒng)的處理負(fù)荷，還能提高經(jīng)濟(jì)效益[10]。

基于此，本研究將三格化糞池與土壤滲濾系統(tǒng)聯(lián)用，并在土壤滲濾系統(tǒng)上方種植3 種不種類型蔬菜，通過化糞池+滲濾溝式土壤滲濾系統(tǒng)這一模式，探究土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對庭院菜園土壤環(huán)境的影響，以及在土壤滲濾系統(tǒng)上方種植蔬菜的合理性及安全性，為土壤滲濾系統(tǒng)工藝模式優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

本研究選擇天津市寧河區(qū)東棘坨鎮(zhèn)張老仁村作為試驗(yàn)區(qū)域，該村位于天津市東北部（北緯39°44′，東經(jīng)117°49′），年平均氣溫11.6 ℃，年平均降水量580.7 mm，相對濕度66%。該村缺少三格化糞池尾水處理設(shè)施，尾水就地還田，易導(dǎo)致周圍水體污染[11]。該村土壤理化指標(biāo)、衛(wèi)生指標(biāo)背景值（BJ）和三格化糞池第三格出水水質(zhì)指標(biāo)分別如表1、表2所示，土壤滲濾系統(tǒng)中各污染物單位面積每日負(fù)荷量如表3所示。

表1 施工前各土層土壤理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)背景值Table 1 Background values of soil physicochemical and sanitary indexes in the different soil layer before construction

表2 三格化糞池第三格出水水質(zhì)指標(biāo)Table 2 The effluent water quality index of the third compartment of three septic tanks

表3 土壤滲濾系統(tǒng)中各污染物單位面積日負(fù)荷（mg·m-2·d-1）Table 3 Daily load per unit area of pollutants in soil infiltration system（mg·m-2·d-1）

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

依據(jù)張老仁村的地勢條件，設(shè)計了“化糞池+土壤滲濾系統(tǒng)”技術(shù)模式，其設(shè)計思路（圖1）如下：

圖1 化糞池+土壤滲濾系統(tǒng)技術(shù)模式設(shè)計Figure 1 Design of septic tank+soil infiltration system technical mode

（1）污水通過排水管道進(jìn)入三格化糞池。

（2）污水在三格化糞池內(nèi)停留足夠長的時間，使得固體沉降到底部形成污泥[12]。

（3）三格化糞池尾水通過水泵從三格化糞池流出，經(jīng)布水系統(tǒng)，定時定量排放至土壤滲濾系統(tǒng)。

（4）尾水進(jìn)入土壤滲濾系統(tǒng)經(jīng)過一定處理后進(jìn)入自然土壤系統(tǒng)。

（5）當(dāng)污水滲透到自然土壤系統(tǒng)后，經(jīng)過土壤的吸收、沉淀作用以及微生物處理凈化，清除污水中的有害細(xì)菌和病毒。

（6）凈化后的水最終匯入地下水。

1.3 土壤滲濾系統(tǒng)的建設(shè)

2020 年7 月13 日在天津市寧河區(qū)張老仁莊一農(nóng)戶庭院外建設(shè)化糞池+滲濾溝式土壤滲濾系統(tǒng)（施工圖如圖2 所示）。其中布水區(qū)+處理區(qū)為一長6.2 m、寬2.5 m、深0.6 m 的長方體土坑，布水系統(tǒng)由4 根直徑為32 mm穿孔管組成，穿孔管每個孔之間的距離為100 mm，4 根穿孔管將布水區(qū)平均分為3 部分，每部分寬度為700 mm，穿孔管的孔徑為5 mm。在穿孔管上添加粗細(xì)不同的填料，填料深約300 mm，在填料上方覆蓋約300 mm的土壤。布水區(qū)距三格化糞池第三格直線距離約3 m，污水通過三格化糞池第三格中吸污泵定時定量地投放到土壤滲濾系統(tǒng)中。吸污泵設(shè)置每日工作1 h，工作時間段為每日上午8：00—9：00，吸污泵工作流量為25 L·h-1，每日向土壤滲濾系統(tǒng)中投放污水25 L。最后在土壤滲濾系統(tǒng)上方建造菜園并種植蔬菜，設(shè)置4個處理組：空白對照組（CK）、白菜組（BC）、黃瓜組（HG）和水蘿卜組（SLB），蔬菜于2020年7月13日種植。

圖2 化糞池+土壤滲濾系統(tǒng)施工圖Figure 2 The construction drawing of septic tank+soil infiltration system

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 樣品采集

2020 年7 月至2021 年3 月每隔30 d 在土壤滲濾系統(tǒng)上方的4 個處理組菜地采集試驗(yàn)樣品，用土鉆分別采取表層（深度0～20 cm）和深層（深度20～40 cm）土壤樣品共8 個，每個樣品3 次重復(fù)，共計24 個樣品，采樣點(diǎn)如圖3所示。

圖3 采樣點(diǎn)平面示意圖Figure 3 Schematic diagram graph of sampling points

1.4.2 指標(biāo)測定

本試驗(yàn)測定的土壤指標(biāo)（全氮、全磷、糞大腸菌值和蛔蟲卵死亡率）和蔬菜指標(biāo)（亞硝酸鹽、維生素C、鐵、還原糖、pH、糞大腸菌群數(shù)和可溶性糖）檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)分別如表4、表5所示。

表4 土壤指標(biāo)檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Soil sample index detection methods and standards

表5 蔬菜指標(biāo)檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Vegetable sample index detection methods and standards

1.4.3 數(shù)據(jù)分析

理化指標(biāo)數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 22.0 進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），利用最小顯著差法（LSD）檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性（P＜0.05）[13]，并采用Origin 2018進(jìn)行繪圖；土壤微生物高通量測序數(shù)據(jù)利用Majorbio云平臺制圖并分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對庭院菜地土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 TN

4 個處理組不同土層TN 含量如圖4 所示。各處理組表層土與深層土TN含量在試驗(yàn)期間總體上均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，其中空白對照組、黃瓜組和水蘿卜組在2020 年11 月TN 含量達(dá)到頂峰，并與2020 年7 月和2021 年3 月TN 含量相比差異顯著（P＜0.05），這可能是由于該村農(nóng)戶在11 月時糞污排泄量增加而導(dǎo)致污水中污染物負(fù)荷增大[14]，進(jìn)而導(dǎo)致菜地土壤吸附的氮素量升高。

圖4 不同月份不同處理組各土層全氮（TN）含量Figure 4 Total nitrogen content in different soil layers in different treatment groups in different months

對于白菜組、黃瓜組和水蘿卜組，從2020 年7 月開始種植蔬菜到2020年11月收割蔬菜，表層土TN含量分別提高了589.77%、356.93%和70.00%，深層土分別提高了266.46%、718.22%和148.70%。表明土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水使庭院菜地表層與深層土壤TN含量提高。有研究表明土壤滲濾系統(tǒng)從建設(shè)到運(yùn)行穩(wěn)定需要一個穩(wěn)定周期[15]，孔剛等[16]研究發(fā)現(xiàn)滲濾溝式土壤滲濾系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定可通過系統(tǒng)對TN 的去除效率來判斷，其研究結(jié)果表明土壤滲慮系統(tǒng)對TN的去除存在兩個階段。前期TN去除率低，僅為40%～50%，系統(tǒng)不穩(wěn)定；后期TN 去除率提高，達(dá)70%～95%，表明系統(tǒng)已穩(wěn)定，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定共經(jīng)歷約60 d。而本研究從2020 年7 月至9 月系統(tǒng)處于不穩(wěn)定期，系統(tǒng)對TN 去除率低，土壤對TN 的吸附也較少，此外7月至9月蔬菜處于幼苗期，其對土壤氮素的吸收能力較弱。而2020 年10 月至11 月，土壤滲濾系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)對TN的去除率逐漸提升，菜地土壤對氮素的吸附也逐漸增強(qiáng)，運(yùn)行后期，土壤優(yōu)勢微生物數(shù)量迅速增長且比例協(xié)調(diào)，生物脫氮能力也得到大幅提升[17]，蔬菜對氮素的吸收也隨之增強(qiáng)。

進(jìn)入2020年11月后，溫度逐漸降低，但是系統(tǒng)仍然保持穩(wěn)定運(yùn)行。從2020 年11 月（收割蔬菜）至12月，除白菜組外，對照組、黃瓜組和水蘿卜組兩土層TN 含量均出現(xiàn)下降，3 個處理組表層土分別下降了68.70%、64.07% 和2.50%，深層土分別下降了84.07%、74.54%和7.43%，白菜組兩土層TN含量則分別提高10.05%、133.61%。這可能是由于收割蔬菜之后蔬菜根系被移出菜地土壤，土壤滲濾系統(tǒng)反硝化反應(yīng)中被植物根系所吸收的較少，導(dǎo)致大部分在微生物的反硝化反應(yīng)作用下排至系統(tǒng)外部[18]。此外，李娜[19]的研究表明無論是在凍結(jié)溫度變化還是凍融循環(huán)模式改變的條件下，土壤TN 含量均隨土壤深度的增加而降低，這與本研究結(jié)論一致。而白菜組兩土層TN含量上升可能是由于土壤凍融作用使白菜根系土壤礦化氮含量增加[19]。

如圖5 所示，與未經(jīng)農(nóng)村黑灰水處理過的土壤TN 含量相比，除了3 月白菜組深層TN 含量無顯著差異外（P＞0.05），其余處理組各土層TN 含量與之均有顯著差異（P＜0.05），這表明土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對菜地土壤兩土層TN含量均有顯著影響。

圖5 處理前后各處理組各土層全氮（TN）含量Figure 5 The total nitrogen content of each soil layer in each treatment group before and after infiltration treatment

2.1.2 TP

4 個處理組不同土層TP 含量如圖6 所示，整體上各處理不同時期土壤TP含量波動幅度較小。對于表層土而言，試驗(yàn)期間4 個處理組整體上呈先上升后下降再上升的趨勢。其中從2020 年7 月（種植蔬菜）開始至2020 年11 月（收割蔬菜）結(jié)束，4 個處理組TP 含量均呈上升趨勢，且在11 月時除CK 外其余3 個處理組表層土TP 含量均高于深層土，這可能是由于生活污水中磷經(jīng)過土壤滲濾系統(tǒng)的吸附、沉淀和微生物同化作用后被植物根系吸收利用，最終以有機(jī)物殘留體的形式積累于表層土壤[20]，使得表層土壤TP 含量高于深層土壤，這與唐文忠[11]等的研究結(jié)果一致。而從2020年11月至2021年2月4個處理組表層土TP含量均呈下降趨勢，到了3 月均開始出現(xiàn)上升趨勢。整體上從2020 年7 月至2021 年3 月，對于表層土而言，除了CK 下降9.66%外，其余3 個處理組TP 含量分別提高了0.14%、4.53%和3.09%。對于深層土，4 個處理組TP 含量均有所下降，分別下降16.63%、8.65%、18.89%和4.35%。

圖6 不同月份不同處理組各土層全磷（TP）含量Figure 6 Total phosphorus content in different soil layers in different treatment groups in different months

有研究[21-22]表明土壤中磷的遷移與溫度有關(guān)，溫度升高，土壤吸附磷的作用增強(qiáng)[23]。本研究中從2020年7 月至11 月，蔬菜根系對TP 的吸附使得表層土壤TP 含量高于深層土壤。而從2020 年11 月收割蔬菜結(jié)束至2021 年2 月，隨著溫度的降低，4 個處理組兩土層TP 含量均顯著下降（P＜0.05），而從2021 年2 月至3 月隨著溫度的提升，4 個處理組兩土層TP 含量均顯著上升，這與此前研究[21-22]結(jié)論一致。

從2020 年7 月（種植蔬菜）至2020 年11 月（收割蔬菜），各處理組表層土TP 含量分別提高了49.24%、11.78%、248.91%和9.71%，深層土TP 含量除了水蘿卜組降低了2.61%以外，其余處理組分別提高了43.13%、8.23%和6.54%。對于表層土而言，在7 月種植蔬菜后，相較于CK，白菜組TP 含量提高0.69%，黃瓜組與水蘿卜組分別下降11.72%和6.21%；對于深層土而言，黃瓜組TP 含量較CK 提高了1.25%，白菜組和水蘿卜組分別下降11.88%和13.75%。

而在2020年11月（收割蔬菜）時，對表層土而言，相較于CK，黃瓜組TP含量下降106.38%，白菜組和水蘿卜組分別提高24.58%、31.05%。而對深層土而言，3 個菜地處理組TP 含量均較CK 有所提高，分別提高33.36%、24.63%和41.31%，這表明土壤滲濾系統(tǒng)對庭院菜地表層土與深層土TP含量均有影響。有研究表明，土壤滲濾系統(tǒng)去除TP的途徑為土壤吸附、化學(xué)沉淀及植物吸收作用[24]，其中最重要的是土壤吸附及磷的化學(xué)沉淀作用，而該作用主要受土壤的物理化學(xué)特性影響，如pH 值、氧化還原狀態(tài)和土壤中金屬離子（Ca2+、Al3+、Fe3+等）含量等[25-26]。李海波等[27]、秦偉等[28]研究發(fā)現(xiàn)，土壤滲濾系統(tǒng)對污水中TP 的去除效果很好，去除率始終保持在95%左右，表明土壤滲濾系統(tǒng)對磷具有良好的持留作用，這與本研究結(jié)果一致。

此外，如圖7 所示，與未經(jīng)農(nóng)村黑灰水處理過的土壤TP含量相比，2021年3月各處理組各土層TP含量均有顯著差異（P＜0.05），這表明土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對菜地土壤兩土層TP含量均有顯著影響。

圖7 處理前后各處理組各土層全磷（TP）含量Figure 7 The total phosphorus content of each soil layer in each treatment group before and after infiltration treatment

2.2 土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對庭院菜地土壤細(xì)菌群落的影響

2.2.1 生態(tài)學(xué)指數(shù)

對于菜地土壤細(xì)菌群落，不同處理抽平后的有效序列數(shù)為：30 個土壤樣本共獲得7 089 個OTUs，物種分類統(tǒng)計包括：48 個門、155 個綱、372 個目、602 個科和1 159 個屬。由圖8a 可以看出，對于表層土而言，7月菜地背景土壤與3 月菜地各處理組樣本共有的OTUs 總數(shù)為1 758，7 月菜地背景土壤與3 月菜地各處理組OTUs 總數(shù)分別為3 524、3 685、3 371、4 024 和3 719。由圖8b 可以看出，對于深層土而言，7 月菜地背景土壤與3 月菜地各處理組樣本共有的OTUs 總數(shù)為1 693，7 月菜地背景土壤與3 月菜地各處理組OTUs總數(shù)分別為2 913、3 772、3 865、3 905和4 009。

圖8 各土層不同處理組土壤細(xì)菌群落OTUs數(shù)Figure 8 OTUs number of soil bacterial communities in different treatment groups in each soil layers

菜地土壤表層土與深層土不同處理土壤微生物細(xì)菌群落α多樣性指數(shù)分別如表6和表7所示。對于表層土而言，相較于7 月菜地背景土壤，3 月4 個處理組中只有白菜組Shannon、Ace 和Shannoneven 指數(shù)均低于7 月菜地背景土壤。3 月其余3 個處理組Shannon 和Shannoneven 指數(shù)均高于7 月菜地背景土壤，且差異顯著（P＜0.05），Ace指數(shù)則無顯著差異（P＞0.05）。對于深層土而言，相較于7 月菜地背景土壤，3 月4 個處理組Shannon、Ace 和Shannoneven 指數(shù)均高于7 月菜地背景土壤，且差異顯著（P＜0.05），其中3 月菜地各處理組Shannon和Ace指數(shù)均無顯著差異。這表明土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對菜地深層土壤細(xì)菌群落多樣性與豐富度均有促進(jìn)作用，但對表層土壤細(xì)菌群落豐富度無顯著影響。

表6 處理前后不同處理組表層土細(xì)菌群落多樣性指數(shù)Table 6 Bacterial community diversity index of topsoil in different treatment groups before and after infiltration treatment

表7 處理前后不同處理組深層土細(xì)菌群落多樣性指數(shù)Table 7 Bacterial community diversity index of deep soil in different treatment groups before and after infiltration treatment

2.2.2 土壤細(xì)菌群落組成

2020 年7 月菜地背景土壤表層和2021 年3 月菜地各處理表層土壤細(xì)菌屬水平的群落組成如圖9a 所示。各處理在屬水平上的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)高度相似，主要優(yōu)勢菌群為節(jié)桿菌屬（Arthrobacter，1.93%～9.16%）、硫桿菌屬（Thiobacillus，3.02%～7.68%）、溶桿菌屬（Lysobacter，1.40%～3.58%）、Gaiella（1.30%～1.99%）、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas，0.53%～1.94%）、類諾卡氏屬（Nocardioides，0.70%～2.21%）、MND1（0.75%～1.22%）、Galbitalea（0.07%～5.11%）、RB41（0.10%～1.90%）、鏈霉菌屬（Streptomyces，0.65%～1.10%）。相較于7 月背景土壤，3 月4 個處理組節(jié)桿菌屬相對豐度均有上升，分別上升2.54%、7.23%、3.68% 和4.48%。節(jié)桿菌屬是一種革蘭氏陽性菌，廣泛存在于空氣、水、受污染的土壤及人的皮膚中。大量研究[29-31]表明節(jié)桿菌屬菌株對污染水體處理和土壤重金屬吸附具有重要作用。

2020 年7 月菜地背景土壤深層和2021 年3 月菜地各處理深層土壤細(xì)菌屬水平的群落組成如圖9b 所示。各處理在屬水平上的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似，主要優(yōu)勢菌群為節(jié)桿菌屬（Arthrobacter，0.46%～3.43%）、Gaiella（1.30%～2.74%）、MND1（1.06%～2.56%）、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas，0.57%～1.66%）、RB41（0.69%～1.72%）、硫桿菌屬（Thiobacilus，0.07%～2.90%）、溶桿菌屬（Lysobacter，0.62%～1.20%）、鏈霉菌屬（Streptomyces，0.6%～1.16%）、類諾卡氏屬（Nocardioides，0.61%～1.18%）、紅桿菌屬（Solirubrobacter，0.5%～1.3%）。相較于7 月背景土壤，3 月4 個處理組硫桿菌屬相對豐度均有上升，分別上升0.24%、0.75%、1.17% 和2.83%。這表明土壤滲濾系統(tǒng)使深層土硫桿菌屬豐富度提高。硫桿菌屬是土壤和水體中最常見的一種無色硫細(xì)菌，其氧化作用可以為植物提供可利用的硫酸態(tài)硫素營養(yǎng)。有研究表明硫桿菌屬中的一些菌種在去除環(huán)境中重金屬方面發(fā)揮重要作用，如氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus ferrooxidans）和氧化硫硫桿菌（Thiobacillus thiooxidans），不僅對重金屬具有良好的瀝濾效果，還可以用于冶煉金屬[32]；另外脫氮硫桿菌（Thiobacillus denitrificans）也可以在處理工業(yè)廢水的反硝化過程中起到重要作用[33]。

圖9 處理前后兩土層不同處理組土壤細(xì)菌群落屬水平上物種相對豐度Figure 9 The relative species richness of soil bacterial communities in different treatment groups in two soil layers before and after infiltration treatment

整體上2020 年7 月和2021 年3 月表層土與深層土Top25 菌屬高度相似，相較于表層土，深層土只增加了紅桿菌屬。鏈霉菌屬是一種潛在的致病微生物，雖然其大部分為非致病性污染菌，但是索馬里鏈霉菌除外，該菌可能引起足菌腫病，偶爾還會引發(fā)侵襲性感染。雖然在菜地土壤表層土與深層土中發(fā)現(xiàn)具有潛在致病風(fēng)險的鏈霉菌屬，但是長期利用土壤滲濾系統(tǒng)處理菜地會使鏈霉菌屬豐富度降低。本試驗(yàn)中，與2020 年7 月背景土壤相比，2021 年3 月經(jīng)過土壤滲濾系統(tǒng)處理后的菜地各處理組鏈霉菌屬豐度均有下降，分別下降0.24%、0.23%、0.41%和0.56%。

因此，利用土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水不僅會提高硫桿菌屬和節(jié)桿菌屬相對豐度，還可以降低土壤致病微生物鏈霉菌屬相對豐度，緩解土壤致病微生物的環(huán)境風(fēng)險。

2.2.3 土壤養(yǎng)分與土壤微生物相關(guān)性分析

如圖10a 所示，通過相關(guān)性熱圖（Heatmap）分析庭院菜地土壤環(huán)境因子對菜地表層土壤細(xì)菌屬水平群落組成影響。硫桿菌屬（Thiobacilus）與TN、TP 均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），溶桿菌屬（Lysobacter）與TN呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），與TP 呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。馬賽菌屬（Massilia）與TN、TP 均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。紅桿菌屬（Solirubrobacter）與TN、TP均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。RB41 與TN 呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。如圖10b 所示，通過相關(guān)性熱圖分析庭院菜地土壤環(huán)境因子對菜地深層土壤細(xì)菌屬水平群落組成影響。節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）與TN 呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），Gaiella與TP 呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），MND1與TN呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

馬賽菌屬（Massilia）因其菌株分布廣泛、適應(yīng)能力強(qiáng)且具有一定的應(yīng)用價值而被人們廣泛關(guān)注，在農(nóng)業(yè)、環(huán)境和工業(yè)等領(lǐng)域具有較大應(yīng)用潛力[34]。溶磷功能是馬賽菌屬所具有功能中的一種[35]。由于磷是植物生長的必需元素，但是過多的磷素被土壤中Ca2+、Fe3+和Al3+固定成植物不可利用的磷形態(tài)，而馬賽菌屬具有溶磷功能，不僅能提高土壤中有效磷含量，還可以改善土壤環(huán)境。如圖10a所示，馬賽菌屬在表層土壤中與TN、TP 均呈極顯著負(fù)相關(guān)。這可能是由于從2020 年7 月到2021 年3 月菜地土壤各處理組TP 含量和馬賽菌屬相對豐度增加，導(dǎo)致TP 中其他形態(tài)的磷減少，進(jìn)而使馬賽菌屬與TP呈負(fù)相關(guān)。如圖10a所示，溶桿菌屬（Lysobacter）與TN 呈極顯著正相關(guān)，這表明TN 是影響其活性的主要環(huán)境因子。溶桿菌屬是一種對真菌、革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌和線蟲有突出拮抗作用的菌屬[36]，具有獨(dú)特的滑動性和溶菌活性，這使其在生物防治方面具有很大優(yōu)勢[37]，但是土壤中溶桿菌屬對人體的安全性還需要進(jìn)行嚴(yán)格的風(fēng)險評估[38]。

圖10 各土層不同處理組土壤環(huán)境因子與土壤細(xì)菌群落組成熱圖Figure 10 Heatmap of soil environmental factors and soil bacterial communitiy composition in different treatment groups in each soil layer

土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中最重要、最活躍和敏感的組成部分，參與其中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)等過程，在改善土壤環(huán)境、培肥土壤以及促進(jìn)植物吸收利用營養(yǎng)物質(zhì)和生長發(fā)育等方面發(fā)揮著非常重要的作用。所有土壤微生物中，細(xì)菌的豐富度最高，是衡量土壤質(zhì)量和健康程度、反映土壤環(huán)境條件的重要標(biāo)志之一[39-40]，其數(shù)量、多樣性以及群落結(jié)構(gòu)組成特征的變化均會影響土壤肥力和農(nóng)田的可持續(xù)生產(chǎn)力。建設(shè)土壤滲濾系統(tǒng)會改變庭院菜地土壤性質(zhì)，影響庭院菜地土壤環(huán)境，進(jìn)而改變庭院菜地土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)，對庭院菜地土壤質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響[41]。

2.3 土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對庭院菜地土壤衛(wèi)生指標(biāo)的影響

2021 年3 月時各處理組表層土與深層土衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)如表8 所示。各處理組兩土層糞大腸菌值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10-4且蛔蟲卵死亡率均達(dá)到100%，達(dá)到《糞便無害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）中兼性厭氧發(fā)酵糞大腸菌值和《農(nóng)村戶廁衛(wèi)生規(guī)范》（GB 19379—2012）戶廁衛(wèi)生狀況與糞便處理的衛(wèi)生要求中濕式設(shè)施糞大腸菌值最低要求，并且未處理農(nóng)村黑灰水的土壤糞大腸菌值（表9）也遠(yuǎn)高于10-4，蛔蟲卵死亡率達(dá)到100%，這表明經(jīng)過土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水前后的庭院菜地土壤衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)無明顯變化且均符合衛(wèi)生安全要求。

表8 處理后各處理組各土層衛(wèi)生指標(biāo)Table 8 Hygienic index of soil in each treatment group after infiltration treatment

表9 處理前菜地土壤各土層衛(wèi)生指標(biāo)Table 9 Hygienic index of each soil layer of vegetable soil before infiltration treatment

2.4 土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對蔬菜衛(wèi)生指標(biāo)的影響

如表10 所示，通過分析示范戶菜園白菜、黃瓜、水蘿卜的衛(wèi)生指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，白菜、黃瓜和水蘿卜糞大腸菌群數(shù)均小于3 MPN·g-1，達(dá)到《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 大腸菌群計數(shù)》（GB 4789.3—2016）中大腸菌群數(shù)最大可能數(shù)（MPN）檢索表中最低值，蛔蟲卵死亡率也均達(dá)到100%。此外，通過選擇一未利用土壤滲濾系統(tǒng)處理的菜地種植的蔬菜與此示范戶種植的蔬菜進(jìn)行對比，結(jié)果表明兩種菜地土壤衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)無顯著差異（P＞0.05），糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲卵死亡率同樣均達(dá)到《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計數(shù)》要求，這表明土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對蔬菜衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)無顯著影響，蔬菜具有食用安全性。

表10 不同庭院類型不同蔬菜衛(wèi)生指標(biāo)對比Table 10 Comparison of hygienic index of different types of vegetables in differernt gardens

3 結(jié)論

（1）在蔬菜種植期間，土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水會顯著提高菜地土壤TN、TP 含量。整體上，菜地各處理組兩土層（0～20 cm 表層和20～40 cm 深層）TN 含量呈先上升后下降的趨勢，TP 含量呈先上升后下降再上升的趨勢。

（2）土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對菜地深層土壤細(xì)菌群落多樣性和豐富度有促進(jìn)作用，對菜地表層土壤細(xì)菌群落豐富度無顯著影響；土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水會降低菜地土壤致病微生物相對豐度；土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水會提高硫桿菌屬和節(jié)桿菌屬相對豐度。

（3）土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水對蔬菜糞大腸菌值無顯著影響，蔬菜衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)符合《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計數(shù)》要求，具有食用安全性。

（4）經(jīng)土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村黑灰水前后的菜地土壤糞大腸菌值均大于10-4，蛔蟲卵死亡率均為100%，處理前后無明顯變化。