再生水灌溉对绿地植物及土壤环境的影响

李 翔，孙珊珊，张利娟，濮阳雪华

(1.深圳市日昇园林绿化有限公司，广东 深圳 518040；2.北京林业大学 草坪研究所，北京 100083；3.暨南大学 深圳旅游学院，广东 深圳 518053)

再生水灌溉对绿地植物及土壤环境的影响

李 翔1，孙珊珊2，张利娟3，濮阳雪华2

(1.深圳市日昇园林绿化有限公司，广东 深圳 518040；2.北京林业大学 草坪研究所，北京 100083；3.暨南大学 深圳旅游学院，广东 深圳 518053)

为探讨再生水短期灌溉对绿地植物生理指标、矿质元素及土壤理化性状的影响，用清水、混合水和再生水分别对沟叶结缕草、海滨雀稗、叶子花及黄金香柳进行了为期3个月的灌溉试验。结果表明：混合水灌溉增加了草坪草的叶绿素含量，对草坪草电解质渗透率、丙二醛含量和矿质元素及土壤环境无显著影响。再生水灌溉降低了土壤pH，增加了土壤电导率、速效K及Na含量，对Cu和Zn含量无显著影响，而全N和速效P含量在不同土壤中存在一定的差异；其次，再生水灌溉对4种草坪草均未造成显著伤害，增加了部分植物电解质渗透率、丙二醛含量、叶片全N和Na含量，但对草坪草叶绿素含量、速效P、速效K、Cu及Zn含量无显著影响。因此，混合水可以做为城市绿地灌溉的优质水源，再生水亦可短期用于城市绿地灌溉。

再生水；植物；土壤；灌溉

由于全球气候的变化，我国南方地区季节性干旱呈现明显加重的趋势[1]。同时，随着我国社会经济的高速发展，城市化进程的不断加快，城市用水量急剧增加，水资源短缺日趋严重，城市水资源的供需矛盾日益突出，城市污水的大量排放也对环境造成了严重的污染[2]。城市绿地做为城市生态系统的组成部分，具有重要的生态、社会和经济价值[3]。然而，城市绿地面积的增加也会进一步加剧城市生活用水、工业用水和环境用水之间的矛盾[4]。因此，如何合理高效的解决这一问题，不仅直接决定了城市绿地植物景观的优劣，也影响着城市生态环境的质量和可持续发展。

再生水是指污废水经过深度净化处理后达到一定水质标准以满足某种用水要求，可重复用于生产和生活的水资源[5]。城市污水作为城市可利用的潜在的第2水源，来源广泛，供水量稳定，便于收集，易于批量处理，再生利用不受气候等自然条件的影响，而且不需要长距离引水，可以有效节省成本[6]。再生水的有效利用，既可以节约有限的淡水资源，又可以缓解城市绿地用水的窘境，因而，在改善城市生态环境，建设节水型城市中意义重大[7]。研究表明，再生水具有促进植物生长发育、改善形态品质、促进营养元素吸收和增强植物抗性等优点，但因植物种类和水质的差异，再生水中较高的全盐含量及重金属等有害物质也可能对植物生长产生不利的影响[8-11]。通过对南方地区城市绿地常用植物进行再生水灌溉处理，研究再生水灌溉对植物生理及土壤环境的潜在影响，评估再生水的可利用性，从而为再生水用于城市绿地灌溉提供可靠的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2014年10月在深圳职业技术学院西丽湖校区玻璃温室内进行，选取4种南方地区常见的草坪草沟叶结缕草(Zoysiamatrella)、海滨雀稗(Paspalumvaginatum)、叶子花(Bougainvilleaspectabilis)和黄金香柳(Melaleucabracteata)。沟叶结缕草和海滨雀稗采用成坪的草皮块铺植，草皮块厚度约为4 cm，叶子花和黄金香柳选择长势相近的植株移植，其中，叶子花平均株高38 cm，黄金香柳平均株高74 cm，分别将其移栽至塑料花盆中，栽培基质由营养土和蛭石按3∶1混合组成，生长期间每3 d浇水1次，每2周采用半强度Hoagland营养液施肥1次[12]。草坪进行正常的养护管理，生长1个月后开始进行不同水质的灌溉处理。

1.2 试验处理

试验采用随机区组设计，共设3个处理：(1)清水(CK)∶自来水；(2)混合水(CK+R)∶清水与再生水按1∶1混合；(3)再生水(R)∶二级再生水。每个处理设置4个重复。每盆每次灌溉量为500 mL，每3 d进行1次不同水质的灌溉，处理时间3个月。处理期间草坪草每周修剪1次，留茬高度10 cm，叶子花和黄金香柳每月修剪1次，株高基本保持不变。处理结束后对草坪和土壤进行取样分析，其中，叶片的叶绿素含量及电解质渗透率采用新鲜样品测定，其余样品在液氮速冻后转移至-80 ℃冰箱进行保存，土壤样品采集后进行风干处理并保存。

1.3 测定方法

水样的常规指标和重金属测定参照文献[13]进行。土壤样品的测定参照文献[14，15]进行。叶绿素含量以95%乙醇浸提后采用分光光度计测定；电解质渗透率采用电导率仪法进行测定，丙二醛含量釆用硫代巴比妥酸法测定，都参照文献[16]方法进行；氮和磷含量的测定参照文献[14]进行；金属离子含量的测定参照Greweling和Jones等[17，18]的方法采用原子吸收分光光度计测定。

1.4 数据分析

试验结果采用Excel 2013软件进行数据处理与制图，并采用SPSS 18.0进行单因素方差分析并进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 灌溉水质分析

灌溉水质的分析表明，所有检测指标均符合《农田灌溉水质标准》(GB 5084-2005)和《城市污水再生利用-绿地灌溉水质》(GB/T 25499-2010)对灌溉用水的相关要求(表1)。但是，再生水中大部分指标的含量远高于清水，其灌溉是否会对绿地植物生长和土壤环境产生影响，还有待于进一步分析研究。

表1 试验灌溉用水水质分析Table1 Analysis of different parameters in irrigation water of experiment

2.2 不同水质灌溉对土壤pH的影响

混合水和再生水灌溉后，4种草坪草的土壤pH均呈现下降的趋势。与清水灌溉相比，再生水灌溉显著降低了4种草坪草的土壤pH(P<0.05)。混合水灌溉也显著降低了黄金香柳土壤的pH，但对其余3种草坪草土壤pH没有造成显著影响(图1)。

图1 不同水质灌溉下土壤pHFig.1 Effects of different irrigation water quality on pH in soil注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

2.3 不同水质灌溉对土壤电导率的影响

再生水灌溉显著增加了沟叶结缕草、海滨雀稗、叶子花和黄金香柳的土壤电导率(P<0.05)，与清水灌溉相比，其土壤电导率分别增加了9.23%、6.03%、16.92%和13.79%(图2)。与清水灌溉相比，除叶子花外，混合水灌溉均没有显著增加其他3种草坪草的土壤电导率。

图2 不同水质灌溉下土壤电导率Fig.2 Effects of different irrigation water quality on electrical conductivity in soil

2.4 不同水质灌溉对土壤矿质元素含量的影响

混合水灌溉没有对4种草坪土壤的矿质元素含量产生显著影响。再生水灌溉显著提高了叶子花和黄金香柳土壤中的全N含量(P<0.05)，与清水灌溉相比，两者含量分别升高了17.01%和16.78%，但没有对沟叶结缕草和海滨雀稗土壤中的全N含量产生显著影响(表2)。再生水灌溉后，黄金香柳土壤中速效P含量较清水灌溉增加了14.79%，而其他3种草坪土壤速效P未发生显著变化。此外，再生水灌溉后，4种草坪土壤中速效K和Na含量均显著升高，与清水灌溉相比，沟叶结缕草、海滨雀稗、叶子花和黄金香柳土壤速效K含量分别上升了17.45%、19.85%、11.18%和10.90%，Na含量分别升高了11.14%、11.47%、14.89和18.99%。另外，再生水灌溉对4种草坪土壤Cu和Zn含量均未产生显著影响。

表2 不同水质灌溉下土壤矿质元素含量Table2 Effects of different irrigation water quality on mineral element content in soil

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下表同

2.5 不同水质灌溉对草坪草叶绿素含量的影响

混合水灌溉显著增加了沟叶结缕草、海滨雀稗、叶子花和黄金香柳的叶绿素含量，与对照均差异显著(P<0.05)(图3)，与清水灌溉相比，其含量分别增加了10.92%、8.15%、7.21%和10.67%，而再生水灌溉对4种草坪草叶绿素含量无显著影响，甚至略微降低了沟叶结缕草和叶子花的叶绿素含量。

2.6 不同水质灌溉对草坪草电解质渗透率的影响

混合水灌溉均未对4种草坪草的电解质渗透率产生显著影响。再生水灌溉显著增加了沟叶结缕草和叶子花的电解质渗透率(P<0.05)，与清水灌溉相比，两者电解质渗透率分别增加了12.72%和16.49%，而再生水灌溉没有对海滨雀稗和黄金香柳的电解质渗透率产生显著影响。

图3 不同水质灌溉下草坪草叶绿素含量Fig.3 Effects of different irrigation water quality on chlorophyll content in plants

图4 不同水质灌溉下草坪草叶片电解质渗透率Fig.4 Effects of different irrigation water quality on electrolyte leakage in plants leaves

2.7 不同水质灌溉对草坪草丙二醛含量的影响

不同水质灌溉下，4种草坪草丙二醛含量的变化与电解质渗透率呈现类似的趋势(图5)。混合水灌溉没有对4种草坪草的丙二醛含量产生显著影响。与清水灌溉相比，再生水灌溉使沟叶结缕草和叶子花的丙二醛含量分别上升了21.47%和19.98%，但再生水灌溉没有对海滨雀稗和黄金香柳的丙二醛含量产生显著影响。

图5 不同水质灌溉下草坪草叶片丙二醛含量Fig.5 Effects of different irrigation water quality on MDA content in plants leaves

2.8 不同水质灌溉对草坪草矿质元素含量的影响

混合水和再生水灌溉没有显著改变草坪草叶片中P、K、Cu和Zn的含量(表3)。混合水灌溉对草坪草叶片N和Na含量也没有产生显著影响。再生水灌溉显著增加了叶子花和黄金香柳的N含量(P<0.05)，与清水灌溉相比，两者N含量分别增加了15.52%和11.59%。但是，再生水灌溉对沟叶结缕草和海滨雀稗叶片N含量无显著影响。再生水灌溉分别使沟叶结缕草和叶子花的Na含量显著增加了19.23%和16.67%，而对海滨雀稗和黄金香柳无显著影响。

表3 不同水质灌溉下草坪草叶片矿质元素含量Table3 Effects of different irrigation water quality on mineral element content in plants leaves

3 讨论与结论

研究结果表明，再生水灌溉降低了土壤pH，提高了土壤电导率。这与焦志华等[5]和杨林林等[19]的研究结果相一致。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含量远高于空气中的CO2，这些CO2进入土壤后也会降低pH。但是，由于土壤自身的调节能力以及CO2与土壤中其他物质间的相互作用而达到化学平衡，因此，土壤pH一般不会发生剧烈变化[19]。土壤电导率的升高表明再生水灌溉导致土壤中的盐分出现了少量积累。研究表明，当土壤电导率大于690 μs/cm时，一些植物的生长会受到抑制或损伤，土壤存在一定的盐渍化危险[20]。因此，长期使用再生水灌溉时，在周期性监测土壤盐分的同时，还应采取有效的措施避免土壤盐害的发生。

再生水灌溉下，部分草坪草土壤全N、速效P、速效K和Na含量显著增加，是由于这几种元素在再生水中的含量较高，多次浇灌在土壤中产生了一定的累积。2种草坪草土壤中全N和速效P含量未发生显著增加的原因可能是草坪草生长速度较快，对N和P元素的需求量较大，这与Chang等[21]对草坪草的研究结果基本一致。此外，土壤中Cu和Zn含量未显著增加应该与再生水中这2种元素含量较低密不可分。植物叶片中的矿质元素通常是由植物根系从水或土壤中吸收而获得，因而4种草坪草叶片中矿质元素含量的总体变化基本与土壤中相应元素含量的变化保持一致。尽管再生水灌溉使土壤速效K含量显著升高，但植物叶片K含量并未显著增加，一方面可能是由于土壤速效K含量增加的幅度较小，另一方面，植物对K选择性的主动吸收不易导致吸收过剩，韩烈保等[20]对其他植物的研究也发现了类似的结果。此外，再生水灌溉导致土壤中的Na含量显著增加，但海滨雀稗和黄金香柳叶片中的Na含量并没有显著上升，这是由于这2种草坪草耐盐性较强，自身的调控机制能够使体内Na含量始终保持较为稳定的水平。虽然，适宜的Na含量有利于植物生长，但是过高的含量则会导致植物发生盐害[22]。因此，在使用再生水灌溉绿地时应注意监测土壤Na含量，避免过高的浓度对植物产生伤害。

研究表明，再生水短期灌溉后，4种草坪草叶绿素含量没有显著变化，而混合水处理下植物叶绿素含量显著高于清水处理，这与韩烈保等[20]和杨嫦丽等[23]的研究结果基本一致。叶绿素含量升高可能是由于混合水中含有浓度适宜的有利于叶绿素合成的矿质元素，而不同植物在同种水质灌溉下叶绿素含量变化的差异性可能是由于不同植物对再生水的生理代谢和响应机制存在一定的差异。电解质渗透率和丙二醛含量通常能够有效的反映植物细胞膜系统的伤害程度和膜脂的过氧化程度[24]。试验中，再生水灌溉显著增加了沟叶结缕草和叶子花的电解质渗透率和丙二醛含量，但是其增加幅度较小，并且对另外2种植物未造成显著影响。杨嫦丽等[23]的研究也发现，再生水灌溉下不同植物电解质渗透率的变化存在一定的差异。这表明，再生水会对一些植物的生长产生不利影响，但是短期的浇灌并不会产生较大危害。相关研究同样表明，再生水灌溉可能会改变植物的一些生理特性，但并不会影响植物的正常生长[10,25,26]。然而，长期使用再生水灌溉时可能会对绿地土壤和一些植物的生长产生不利影响[20,27,28]。因此，使用再生水长期灌溉时须提高再生水水质，跟踪监测土壤和植物相关指标参数，以减少对植物产生的伤害，避免对土壤造成二次污染。

综上所述，混合水短期灌溉不仅不会对土壤和植物造成显著影响，反而增加了植物叶绿素含量，因而，混合水可以做为城市绿地灌溉的优质水源予以使用。再生水灌溉一方面降低了4种草坪草土壤的pH，增加了土壤电导率，对土壤全N、速效P、速效K和Na含量产了一定影响，另一方面，再生水灌溉对不同植物生理特性和矿质元素含量的影响存在一定的差异，但是短期浇灌不会对植物产生明显伤害。因此，南方地区发生季节性干旱时可以使用再生水对城市绿地进行短期浇灌。

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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

深圳市科技计划项目-城市绿地节水综合技术研究(CXZZ20140418110342522)资助

李翔(1966-)，男，安徽合肥人，硕士。 E-mail：384719733@qq.com 濮阳雪华为通讯作者。

S 688.4

A

1009-5500(2015)04-0017-07