生活污水混合量对油茶生长及栽培基质的影响

胡凌峰+宋曰钦+孙虎+张程

摘要 随着我国经济发展和城市化进程加快，生活污水排放比例逐年增加。如何持续有效利用这一资源，缓解农林业用水紧缺和解决水体污染问题是实现社会可持续发展的重要环节。本试验以盆栽油茶实生苗为材料，在遮雨棚中研究了生活污水与清水不同比例的混合灌溉对油茶实生苗的生长、基质的性质和主要重金属含量的影响，以探究污水灌溉育苗的可行性。结果表明，生活污水与清水混合比例为1∶1时，油茶的总生物量达到最大，为清水处理的164.3%，地径生长不会被抑制。经过稀释的污水灌溉能改善土壤pH值、孔隙度等性質，对土壤容重无影响，但EC值会随着污水浓度的增大而升高，重金属Gu、Zn、Mn、Pb含量也出现增加的趋势，但均低于《土壤环境质量标准》GB 15618—1995中二级限值，同时油茶各器官中重金属含量也升高。不同重金属在油茶不同器官中的富集程度不同，Gu、Zn、Mn、Pb在叶中富集较明显，其中Mn在根、茎、叶中都有较大程度的富集。因此，在只考虑重金属影响的情况下，经过稀释的生活污水可应用于油茶苗的培育，且清水与生活污水比例在1∶1的情况下能取得较好的效果。

关键词 油茶；生活污水；生长；富集系数

中图分类号 Q947；S794.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）01-0001-04

Affect of Domestic Sewage Amount on Growth of Camellia oleifera and Cultivation Matrix

HU Ling-feng SONG Yue-qin * SUN Hu ZHANG Cheng

（College of Life and Environmental Science，Huangshan University，Huangshan Anhui 245000）

Abstract Along with our country economy development and city urbanization，the proportion of sewage emissions increased year by year.How to effectively use the resources，alleviate the water shortage in agroforestry and water pollution problem were important in realizing social sustainable development.This experiment taking potted Camellia oleifera seedlings as materials，effect of different proportons of sewage and water on growth of Camellia oleifera，matrix properties，heavy metal content were studied.The results showed that when the mixing ratio was 1∶1，the total biomass of Camellia oleifera reaches maximum，164.3% of the water treatment，diameter growth was not inhibited. After dilution，the sewage irrigation could improve soil pH value and porosity properties，no effect on soil bulk density，but the EC value would increase with the increase of sewage concentration，and Gu，Zn，Mn，Pb content were also increased，but lower than the two level limit of GB 15618-1995. Meanwhile，heavy metal content in each organ was higher. The enrichment degree of different heavy metals in different organs of Camellia oleifera was different，Gu，Zn，Mn，Pb enrichment in the leaves was obvious，the Mn was enriched greatly in the root，stem and leaf. Therefore，only considering the effect of heavy metals，diluted sewage can be used in Camellia oleifera cultivation，and 1∶1 water，sewage ratio can achieve good effect.

Key words Camellia oleifera；sewage；growth；enrichment factor

据调查统计，我国水资源严重匮乏，年径流量仅占全球年径流量的5.0%，而用于农林业的灌溉用水仅为世界平均水平的1/2，且南北分布不均，许多地区地下水资源日益匮乏[1]，因而寻找合适的灌溉用水成为农林业生产中重要的一环。随着我国社会经济的快速发展和城市化进程加快，生活污水排放量占全部废水排放量的比例逐年增加，数据显示，世界上50个国家2 000万hm2的农田均使用了污水灌溉，特别是在严重缺水的干旱与半干旱地区[2]。研究发现，在生活污水-土壤-植物多层次生态结构中，土壤可以对污水中的污染物进行吸附、分解、迁移和转化，植物以及其根际圈微生物体系可以吸收利用污水中的氮、磷等营养成分，同时也可以吸收、降解、转化其中的污染物，起到净化水质的作用[3]。同时林木具有更大的叶面积和深达数米的根系，需水量巨大，其蒸腾作用也能促进土壤对废水过滤作用的修复，推动废水中的养分合成生物量，从而产生社会、环境卫生和生态恢复等多种效益[4]。因而生活污水的资源化利用是缓解我国农林业灌溉水资源短缺、减轻污染扩散以及改善周边环境的重要途径，也是当前我国实现水资源可持续发展的重要措施之一。在生活污水为农林业生产提供有效而廉价的肥力资源的同时，其中所含有的重金属等有害物质也会在土壤中富集和分散，对环境和植物造成危害[5]。有大量学者对我国37个污灌历史较长的区域进行过调查研究，发现其中明显污染点有22个，且其中多半是重金属含量超标[6]。因此，控制排放污水中重金属含量，对生活污水的二次利用有着重大意义。一般情况下，合适浓度的污水灌溉既能促进苗木的生长，也能减轻对土壤的危害，浓度过高会产生相反的作用[7-8]。目前，污水灌溉主要应用于农作物[9]和绿化草坪[10]中，用于林木培育方面的较少，且在以往的研究中大多都侧重于污染物含量过高或长期污水灌溉对作物及土壤的影响[11]，对选择合适的灌溉浓度用于生产方面的研究不多。endprint

油茶（Camellia oleifera）作为我国特有的一种纯天然高级油料，其所带来的经济、生态效益巨大，但我国目前油茶的种植技术较为落后，管理粗放，产生的效益并不高[12]。因此，本试验采用不同浓度梯度的污水灌溉来探究其对一年生油茶苗生长及其栽培基质的影响，以期能为油茶生产中合理的污水灌溉方式提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于黄山学院苗圃地内选取生长健康、大小基本一致的一年生油茶播种苗40株，将其栽入底径8 cm、口径16 cm、高20 cm的花盆中，分为4组，每组10株。

灌溉用生活污水来自屯溪区污水处理厂，每月取1次。

1.2 试验设计

试验共设4个处理，分别为处理F：灌溉清水120 mL/株；处理L：灌溉清水90 mL/株+生活污水30 mL/株；处理M：灌溉清水60 mL/株+生活污水60 mL/株；处理H：灌溉生活污水120 mL/株。

2014年3月末将幼苗移进塑料大棚，并对每组苗木进行不同浓度的污水灌溉处理，每次浇灌120 mL/株，灌溉频率为每2～3 d浇灌1次，灌溉至2014年10月20日结束。

1.3 调查内容与方法

于试验开始和结束分别测量每株苗木的苗高、地径，然后于每组处理中选取3株生长中等油茶，在保证根系尽量完整的情况下将其挖出标号、洗净、晾干，并对其根、茎、叶进行切分装入信封中，先在105 ℃烘箱中烘干15 min，再将烘箱温度调至85 ℃烘干72 h，取出测定其生物量。粉碎后于玻璃瓶中保存待用。

土壤容重、孔隙度、pH值和电导率的测定：以环刀法测定土壤的容重，参照NY/T1121.4—2006进行，根据容重计算孔隙度；将每组3个样品充分混合，随机取出3份于烧杯中用蒸馏水溶解，待土壤稍有沉淀，用pH计和电导仪测出其pH值和电导率。计算公式如下：

土壤容重（g/cm3）=（m环+干土-m环）/V环；

土壤孔隙度（%）=（1-容重/比重）×100。

重金属Gu、Zn、Mn、Pb含量测定：取粉碎后叶、茎枝、根样品和土壤样品各5 g左右，按表1程序進行消煮，消煮酸液为83%（质量分数，下同）硝酸、17%高氯酸（HClO4）等体积混合，消煮后的溶液定容至50 mL，电感耦合等离子体质谱法测定、Gu、Zn、Mn、Pb检出限分别为0.02、0.20、0.20、0.02 mg/kg。

重金属富集系数计算公式如下：

重金属富集系数=植物体内重金属含量/土壤（或沉积物）中重金属含量

1.4 数据整理与分析

用Excel 2013进行数据记录、数据处理和图表绘制，用SPSS 17.0进行单因素方差分析并进行LSD多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同浓度灌溉水质对油茶苗生长的影响

2.1.1 对油茶苗高生长的影响。苗高是最容易测定且最直观的苗木形态指标，不仅能体现苗木的生长情况和竞争能力，同时也能间接地反映其叶量情况和光合能力强弱。从表2可以看出，各污水处理组油茶苗高生长量皆高于处理F（清水），其中处理M苗高生长量最大，达到处理F的278.1%，处理L苗高生长量最小，达到处理F的116.9%，根据方差分析结果显示，不同浓度水质灌溉之间对油茶苗生长的影响没有达到显著性差异。

2.1.2 对油茶地径生长的影响。地径也是重要的苗木形态观测指标之一，因为生长前后不同处理地径之间存在差异，不同处理地径生长情况见表2。可以看出，不同处理油茶地径生长量皆低于或等于处理F，处理M地径生长量与处理F相等，处理L和处理H地径生长量仅分别达到处理F的8.3%和37.5%，说明污水灌溉量过高或者过低都会抑制油茶地径生长量，需要选择合适的灌溉浓度才不会对油茶地径生长产生影响。对不同组之间进行方差分析，结果显示，不同浓度污水灌溉处理之间达到显著差异水平，处理F和处理L之间存在极显著差异，处理L和处理M之间存在显著差异，处理F、L、M之间不存在显著差异。

2.1.3 对油茶总生物量的影响。从表2可以看出，不同处理之间总生物量存在显著差异，且不同浓度污灌处理生物总量皆大于清水处理，其中处理M总生物量最大，达到处理F的164.3%，2个处理之间差异极显著。处理L、H总生物量分别达到处理F的130.7%和143.7%。与处理F之间存在极显著差异。多重比较结果显示，处理L、H之间不存在显著性差异，但它们与处理M之间存在显著差异。

2.2 不同浓度灌溉水质对栽培基质性质的影响

2.2.1 对基质容重的影响。土壤容重是评定土壤熟化程度的基本指标之一。从表3可以看出，不同浓度污灌处理会对土壤容重产生影响，随着污灌浓度增大，土壤容重逐渐增大，其中处理L土壤容重最小，为处理F的97.9%。对不同浓度污灌处理的土壤容重进行方差分析，结果表明，不同处理组之间土壤容重没有达到显著差异。

2.2.2 对基质孔隙度的影响。土壤孔隙度作为土壤评测指标之一，既能反映土壤通气状况，又能反映土壤松紧度和结构状况的好坏。从表3可以看出，处理L、M的土壤孔隙度分别为处理F的101.8%、101.6%，处理H与处理F间孔隙度无差别，说明经过稀释的污水灌溉能扩大土壤孔隙度。对不同处理之间进行方差分析，结果显示，不同浓度污灌处理的土壤孔隙度达到极显著差异。多重比较结果表明，处理F与处理H之间无显著差异，但处理L、M与处理F、H之间存在极显著差异。

2.2.3 对基质pH值的影响。土壤酸碱度对土壤肥料以及植物的生长有很大的影响。从表3可以看出，土壤pH值随着污水灌溉浓度的变化而变化。处理M土壤pH值最大，达到4.89，是处理F土壤pH值的107.2%，其次是处理L，其土壤pH值是处理F的104.6%。处理H土壤pH值出现下降，是处理F土壤pH值的99.1%。对不同处理之间进行方差分析，结果显示，不同浓度污灌处理的土壤pH值达到极显著差异。多重比较结果表明，处理F与处理H之间无显著差异，但处理F、H和处理L、M之间存在极显著差异，且处理L和处理M之间也存在极显著差异。endprint

2.2.4 对基质EC的影响。土壤电导率包含了土壤质量和物理性质的丰富信息，是对研究精细农业必不可少的重要参数。从表3可以看出，污灌浓度与土壤电导率成正相关。处理H的土壤电导率最大，达到处理F的126.1%，其次是处理M，土壤电导率达到处理F的102.5%，处理F与处理L的土壤电导率相同。对不同处理之间进行方差分析，结果显示，不同浓度污灌处理的土壤电导率达到极显著差异。多重比较结果表明，处理F和处理L之间无显著差异，处理M与处理F和处理L组之间存在显著差异，处理H与处理F、L、M之间存在极显著差异。

2.3 不同浓度灌溉水质对重金属含量的影响

2.3.1 对基质重金属含量的影响。对土壤重金属含量进行调查是进行土壤修复和生态安全研究的基础。从表4可以看出，不同水质灌溉后基质重金属均低于《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995），说明研究期内生活污水灌溉没有造成基质的重金属污染问题。但土壤中各种重金属含量随着污灌浓度的改變都有着不同程度的变化。其中土壤中Mn的含量的变化程度较小，最大才达到19.70 mg/kg（处理H），是处理F的169.17%，其次是18.70 mg/kg（处理M）、14.59 mg/kg（处理L），分别是处理F的160.58%、125.29%。随着灌溉浓度的升高，Gu、Zn、Pb含量的变化程度较大。土壤中Gu含量最高达到22.50 mg/kg（处理H），是处理F的1 584.51%，其次是20.90 mg/kg（处理M）、4.18 mg/kg（处理L），分别是处理F的1 471.83%、294.37%；Zn含量最高达到73.10 mg/kg（处理H），是处理F的1 933.86%，其次是其次是67.9 mg/kg（处理M）、16.12 mg/kg（处理L），分别是处理F的1 796.30%、426.26%；Pb含量最高达到35.70 mg/kg（处理H），是处理F的15 521.74%，其次是33.10 mg/kg（处理M）、0.92 mg/kg（处理L），分别是处理F的14 391.30%、400.00%。土壤中Gu、Zn、Pb含量在污灌量30～90 mL/株这一梯度上急剧上升，且随着污灌量的增大，土壤中重金属累积量也随之加大。

2.3.2 对油茶不同器官重金属含量的影响。从表5可以看出，油茶根对重金属的吸收具有选择性，其中对Zn、Mn的吸收量较大，对Gu、Pb的吸收量却很小。处理F油茶根部Zn的含量达到9.084 mg/kg，污水灌溉处理的情况下，最大可达到12.460 mg/kg（处理M），是处理F的137.21%，其次是12.070 mg/kg（处理L）、9.080 mg/kg（处理H）。Mn在清水处理（处理F）下于油茶根部累积量为20.520 mg/kg，在污灌处理下最大达到40.520 mg/kg（处理H），达到处理F的197.47%，其次是19.920 mg/kg（处理M）、19.780 mg/kg（处理L）。Gu在清水处理下于油茶根部的累积量为1.28 mg/kg，污灌处理下最大达到4.03 mg/kg，为处理F的314.57%。无论在清水灌溉还是污水灌溉，油茶根部对Pb的吸收量极小，皆在0.30 mg/kg以下。由此表明，Mn在油茶根部的累积趋势为低、中浓度（污灌量为0%～50%）的污水灌溉和清水灌溉几乎无差别，污灌浓度越高，根部累积量越大。Gu、Zn在油茶根部的累积趋势为低、中浓度污灌能促进油茶根部对其吸收积累，但随着浓度逐渐增高，油茶根部对Zn的吸收能力将逐渐接近于清水处理。无论是生活污水灌溉还是清水灌溉，Pb在油茶根部的累积量都很小。

油茶茎中重金属含量呈现分化情况，Gu、Pb在油茶茎中的含量极其微小，而Zn、Mn在茎中的含量比较高。处理F油茶茎中Zn的含量达到4.350 mg/kg，污水灌溉处理的情况下，最大含量可达到14.020 mg/kg（处理M），是处理F的322.44%，其次是11.860 mg/kg（处理L）、4.350 mg/kg（处理H），分别达到处理F的272.66%、100.00%。处理F油茶茎中Mn的含量达到30.740 mg/kg，污水灌溉处理的情况下，最大可达到56.44 mg/kg（处理L），是处理F的183.63%，其次是42.950 mg/kg（处理M）、30.740 mg/kg（处理H），分别达到处理F的138.75%、100.00%。处理F油茶茎中Gu、Pb含量仅分别为0.07、0.08 mg/kg，经污灌后Gu、Pb含量最大也仅分别达到0.52、0.38 mg/kg。结果表明，油茶茎对重金属的吸收也有选择性，其中Zn、Mn在低、中浓度的污水灌溉下累积量较大，但随着浓度升高逐渐接近于100%时，油茶茎中的Zn、Mn累积量也将逐渐降低至与清水灌溉无差异的情况。无论是清水还是生活污水灌溉，油茶茎中Gu、Pb含量都极低。

城市污水灌溉对油茶叶对重金属Gu、Zn、Mn、Pb的吸收有很大的促进作用。不同浓度污灌处理中，油茶叶中Gu含量最高可达到24.29 mg/kg（处理M），是处理F的1 031.11%，其次是21.81 mg/kg（处理L）、21.79 mg/kg（处理H），分别是处理F的92.60%、92.49%。Zn含量最高可达到74.370 mg/kg（处理M），是处理F的988.71%，其次是处理L、M，Zn累积量都达到69.650 mg/kg，是处理F的925.98%。Mn含量最高可达到20.150 mg/kg（处理M），是处理F的982.35%，其次是处理L、H，Mn累积量都达到19.360 mg/kg，是处理F的943.69%。Pb含量最高可达到35.72 mg/kg（处理M），是处理F的965.20%，其次是24.22 mg/kg（处理H）、3.42 mg/kg（处理L），分别是处理F的654.53%、92.46%。由此表明，城市生活污水灌溉能促进油茶叶中重金属Gu、Zn、Mn、Pb吸收积累，不同污灌浓度处理能促进Gu、Zn、Mn在油茶叶中积累且积累量都是清水组的10倍左右，各组之间差异不大；中高浓度（污灌量50%～100%）污灌条件下，油茶叶中Pb的积累量达到一个比较高的水平，低浓度污水灌溉对Pb的累积量影响不大。不同浓度生活污水灌溉下重金属的富集系数见表6。endprint

3 结论与讨论

在农林业生产实践中，灌溉是其中必不可少的一环，改变灌溉方式能极大程度地缓解我国农林业用水紧缺问题，同时也能改变土壤的理化性质，达到促进苗木生长的作用。本试验中不同浓度的城市生活污水灌溉后，油茶的生物量显著高于清水灌溉，在污灌量达到50%左右时，油茶总生物量达到最大，达到清水处理的164.3%，与其余各处理之间存在极显著性差异。但油茶地径生长会被抑制，在污灌量为50%的情况下，油茶地径生长量与清水灌溉下油茶地径生长量之间无显著差异，说明在此浓度范围内，油茶地径生长能接近于正常水平。不同浓度污灌对油茶苗高生长量无显著差异。说明在油茶栽培中合理地利用生活污水灌溉可以促进苗木的生长，提高苗木的质量。同时，污灌也会使土壤性质发生改变，不同浓度污灌与清水灌溉对土壤容重影响的差异并不显著。经过稀释的污水灌溉能使土壤孔隙度和pH值增大，且在污灌量为50%的情况下，土壤pH值增高趋势最大，全污水灌溉对土壤孔隙度和pH值的影响与清水灌溉无显著差异。随着污灌浓度增大，土壤电导率逐渐增大，土壤中盐量积累逐渐增大。其原因可能是因为污水中含有较多的有机质，利用不同比例的污水进行长期灌溉发现，土壤有机质可以增加1.24%～1.78%，并改善土壤肥力[13]，但同時也存在潜在土壤盐化的危险，所以需要选择合适的灌溉方式来利用生活污水，最大程度地发挥其多重效益[4]。

在关注生活污水灌溉带来的效益的同时，其背后所存在的环境问题也不容忽视。本试验中发现，污水中的重金属元素会随着灌溉而在土壤中进行积累，并被植物进行吸收利用，其中Pb在土壤中增加最明显，其次分别是Zn、Gu，Mn的增加量最小，但测定的重金属含量均低于《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995），因而在只考虑重金属污染的情况下，生活污水在短期内灌溉不会造成土壤的重金属污染。植物-土壤系统的富集系数在通常条件下可作为重金属从土壤转移到植物中能力大小的评定指标[14]，不同重金属在植物不同营养器官中的富集程度不同，Gu、Zn、Pb在油茶叶中富集比较明显，Mn则在油茶的根、茎、叶中都有较多富集（富集系数>1），低浓度灌溉（灌溉量为25%左右）下，油茶叶对Gu、Zn、Pb的吸收量都比较微小，随着浓度增大，油茶叶中重金属积累量也随之增加，当灌溉浓度超过50%时，油茶叶中重金属积累程度会逐渐减小。Mn于油茶的根、茎、叶中都有大量的分布累积，且随着灌溉浓度的不同，其被油茶不同器官所吸收的最大量也会随之变化，在中、高灌溉浓度下，油茶各器官中重金属积累达到一个较高的水平。这可能与不同营养器官中不同重金属本身迁移能力的影响[15]。

除重金属外，生活污水中还含有许多多环芳烃、致病微生物、洗涤合成剂等物质。这些有害物质大多不易分解，易造成在土壤中的积累，从而影响植物生长和土壤微生物的活动[16-17]。本试验中，当污水灌溉水平达到一个较高的浓度水平时（污水灌溉量超过50%），对油茶生长、土壤的盐分、有机质和营养物质的增加以及油茶对土壤中重金属的富集都有较大的促进作用。因此，在污水灌溉时需要定期监测土壤和植物的质量参数以确保污水灌溉长期、安全进行。

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