再生水灌溉对果岭草坪土壤的影响

贾哲峰 常智慧 李德颖

摘要：使用自来水、二级再生水、三级再生水3种水质灌溉果岭草坪，每月表施草炭与石膏混合物、湿润剂、沙子3种基质。两年的研究结果表明：果岭的容重未曾呈现出显著变化（P>0.05）；二级再生水灌溉后果岭土壤K⁺、Na⁺含量发生显著变化（P<0.05）；果岭土壤EC（电导率）为0.38 dS/m，比自来水、三级再生水灌溉处理分别显著高出0.20 dS/cm、0.19 dS/cm；表施草炭和石膏混合物后果岭土壤Ca²+、Mg²+含量分别为15 466.85 mg/kg和1 415.36 mg/kg，显著高于表施湿润剂和沙子；二级再生水含有丰富的营养元素，灌溉后土壤全氮、速效钾、速效磷、有机质含量一定程度上升高，从而为草坪草生长提供一定的营养物质。

关键词：再生水；灌溉；果岭土壤；金属离子；营养元素

中图分类号：G 849.3；S 273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-5500（2013）05-0033-07

收稿日期：2013-08-21； 修回日期：2013-09-30

基金项目：公益性行业科研专项经费项目（201310289-2）；奥林高尔夫教育与研究专项基金（AL2013007）资助

作者简介：贾哲峰（1985-），男，河北邢台人，硕士研究生。

E-mail：jiazhefeng0929@163.com

常智慧为通讯作者。

再生水（recycled water，RW）是对污废水（城镇生活污废水、工业污废水）进行适当的净化处理后，达到一定的水质标准，满足某种使用功能要求，可应用于各种生产、生活的水[1]。由于我国绿地面积逐渐扩大[2]，传统水资源（地表水、自来水）日益紧缺，开发利用再生水已成为我国支撑社会经济可持续发展的水资源保障体系的一项重要战略对策，是除“节流”等措施之外，“开源”方面转移式发展的具体途径之一，具有显著的社会、生态和经济效益[3]。但是再生水中丰富的N、P等营养元素、较高的全盐含量、多种毒性痕量物质以及病原体可能会成为新的污染源。目前，众多研究为再生水灌溉绿地提供科学依据与指导，尤其在再生水灌溉对绿地植物和绿地土壤两方面的研究相对比较透彻[4-10]。使用再生水分别灌溉草坪草和乔灌木，研究结果表明与清水灌溉相比，土壤pH有升高趋势，但二者之间的差异不明显[11]。相比清水灌溉，再生水灌溉后土壤电导率或全盐量显著性增加，随着灌溉时间的增加，盐分开始积累[12]。长期使用再生水灌溉绿地后土壤会产生一些变化，如土壤盐分、重金属含量的升高，盐碱化的加重，土壤板结，渗透率下降等问题，进而对植物生长造成一定的影响[13，14]。

随着我国高尔夫球场数量逐年增加，再生水也越加广泛用于高尔夫球场草坪[15]，高尔夫球场草坪需水量较大，尤其是果岭草坪作为高尔夫球场养护管理最精细的区域几乎每天都需要灌溉[16]。果岭具有独特的砂质坪床结构[17]，透水透气性良好，利用再生水灌溉时，对草坪土壤形成的影响与普通绿地不同。国内外有关再生水灌溉高尔夫果岭对草坪土壤影响的研究并不多，因此，试验选择用再生水灌溉果岭草坪，通过对草坪土壤的分析，研究再生水灌溉对高尔夫果岭土壤的影响。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验区概况 试验地位于北京市昌平区马池口镇白浮村北京林业大学草坪研究所试验站。地理位置N 40°20′，E 116°22′E，属于温带季风区，暖温带大陆性季风气候，年平均气温为11.8 ℃，7月平均气温25.8 ℃，1月平均气温-4.1 ℃，年均降水量550.3 mm，年均日照时数2 720 h，无霜期163 d，≥10 ℃有效积温3 485 ℃。2008年9月按照United States Golf Association推荐的果岭建造方案建造果岭[17]，果岭剖面共分为4层，从下到上分别为：排水管层、砾石层、粗沙过滤层、根系层；排水管层厚30 cm，中间埋设有孔的PVC管，其余由直径为6～12 mm的砾石填充；砾石层厚10 cm，粗沙过滤层厚度为5 cm，全部由沙粒组成，直径为1～4 mm；根系层厚30 cm，由沙粒和草炭混合组成，直径为2 mm以下（图1）。

图1 果岭坪床结构

Fig.1 Turf-bed structure of green

果岭的整体面积370 m²，草种选为匍匐翦股颖（Agrostis stolonifera），品种为PENN A4，2009年5月建成后果岭整体进行常规管理，2010年4月1日试验在此果岭上进行，试验小区除人工浇灌再生水和表施基质外其他管理措施和试验区之外相同，试验2011年11月结束。

1.1.2 试验灌溉用水 试验选取自来水、二级再生水、三级再生水3种灌溉水。二级再生水是指使用生物法作为主要处理工艺，去除一级处理水中呈胶体和溶解态的有机污染物质（BOD），经过二级处理后，即可达到排入水体的标准。三级再生水是指使用生物脱氮除磷、反渗透、混凝沉淀、砂滤、离子交换等方法，进一步处理二级再生水中难降解的有机物质和易造成水体富营养化的可溶性无机物。

自来水是该地点的地下水井，二级再生水、三级再生水来自于北京市高碑店污水处理厂和酒仙桥污水处理厂，每月对灌溉水进行指标分析，表1为试验中9次水质分析的平均值及范围值。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验区采用随机区组设计，设自来

表1 自来水、二级再生水和三级再生水水质

Table 1 Water quality of tap water，secondary RW and tertiary RW

另外，采取3种不同的表施管理措施，分别为草炭与石膏、湿润剂、沙子3种基质，不同表施措施下土壤背景值（表2）。试验采用3次重复，共27个小区，每个小区面积为2 m×0.8 m，间隔为30 cm（图2）。

表2 果岭土壤原土理化性质

Table 2 Soil physic-chemical characteristics of golf green

图2 小区试验设计

Fig.2 Experimental design

1.2.2 试验区管理 （1） 打孔与表施：试验开始于2010年4月1日，分别于2010年4月10日、9月1日和2011年3月22日、8月29日进行实心打孔，孔径为13 mm；每个月对试验小区表施不同的基质，表施沙子厚度为2 mm，草炭与石膏按体积比为1∶1混合后以0.25 kg/m²表施，湿润剂为2.75 mL/m²。

（2）修剪：采用滚刀型修剪机对果岭进行修剪，1～2 d修剪1次，修剪高度遵循1/3原则，修剪高度为8 mm。

（3）灌溉：依据Penman-Monteith公式，计算出蒸腾量，灌溉量=蒸腾量-降雨量，2周计算1次，确定好后用喷壶人工灌溉试验小区，2010、2011年各月的蒸腾量、降雨量与灌溉量（图3）。

（4）施肥：肥料选用Best缓释肥16-16-16和19-6-12共2种，但在草坪生长欠佳的状况下，施过尿素，具体施肥时间与施用量（表3）。

（5）病虫害防治：在果岭的整个生长季，根据病害实际情况喷施杀菌剂，选用先正达公司的草坪专用广谱杀菌剂“绘绿”（Heritage）；在4、9月份喷施杀虫剂进行虫害预防，选用先正达公司的“卉健”（Meridian）。

（6）越冬：喷施杀菌剂之后覆盖上无纺布与遮阳网。

图3 不同水质灌溉下月蒸腾量、月降雨量与月灌溉量

Fig.3 Monthly transpiration，rainfall and irrigation

amount under different irrigations

表3 施肥时间与施用量

Tab.3 Fertilizing time and amount

1.2.3 土样的采集 地下15 cm土样的采集直径为2 cm的土钻，按照对角线采样法每个试验小区取5个点的土样，取出的土样放在实验室的阴凉干燥通风、无灰尘污染的地方，样品弄碎后平铺在干净的牛皮纸上，待样品自然风干后，根据试验中所需要测定的指标过1 mm，0.25 mm和0.149 mm孔径筛，然后分装到广口瓶，贴上标签放到无日光、高温、潮湿影响的地方，备测。地下2～7 cm的土样使用环刀采集，并用于土壤物理性质中容重的测定，样品处理方法与地下15 cm土样的处理相同。分别在每年的春、夏、秋3个季度进行土样的采集，时间为2010年5月30日、9月30日、10月26日和2011年4月19日、7月16日、10月5日。共选取10个指标即土壤容重、EC、速效磷、速效钾、有机质、全氮、K⁺ 、Ca²+ 、Na⁺和Mg²+。测定EC采用电导率仪法；速效磷和全氮分别采用碳酸氢钠浸提法和凯式蒸馏法；有机质采用重烙酸钾油浴法；速效钾和4种金属离子采用火焰原子吸收法。

1.2.4 数据分析 使用SPSS12.0对数据进行分析，运用单因素方差分析，结果以平均数表示。

2 结果与分析

2.1 再生水灌溉对果岭草坪土壤容重的影响

土壤容重与质地、压实状况、土壤颗粒密度、土壤有机质含量及各种土壤管理措施有关。土壤越疏松多孔，容重越小，土壤越紧实，容重越大。粘质土的容重（1.0～1.5 g/cm³）小于砂质土（1.2～1.8 g/cm³）；有机质含量高、结构性好的土壤容重小；耕作可降低土壤容重。

水质处理和表施基质后果岭土壤容重的分析结果表明（表4），二级再生水灌溉处理后土壤容重在1.55 g/cm³，高于自来水和三级再生水灌溉处理，三级再生水和自来水灌溉处理差异不显著，与二级再生水处理程度较低、水质中含有杂质有关；表施草炭与石膏混合物后果岭土壤孔隙度较多，土壤容重较小为1.48 g/cm³，依次低于表施沙子和表施湿润剂，表施湿润剂和沙子间果岭土壤容重相近。自来水、二级再生水、三级再生水3种水质灌溉处理和表施草炭与石膏混合物、湿润剂、沙子3种基质后果岭土壤容重不会发生显著变化（P>0.05）。

2.2 再生水灌溉对果岭草坪土壤EC的影响

土壤溶液具有导电性，导电能力的强弱可用电导率（EC）表示。EC是测定土壤水溶性盐的指标，土壤水溶性盐含量愈高，EC愈大。而土壤水溶性盐是土壤的一个重要属性，是判定土壤中盐类离子是否限制植物生长的因素（表5）。

表4 土壤容重

Table 4 Soil bulk density

表5 土壤电导率

Table 5 Soil EC

对试验中6次取样数据做方差分析，结果表明三级再生水和自来水灌溉处理后土壤EC为0.19 dS/m和0.18 dS/m，二者未呈现显著性差异（P>0.05）；而二级再生水灌溉处理后果岭土壤EC为0.38 dS/m，显著高于自来水0.20 dS/m和三级再生水灌溉处理0.19 dS/m（P<0.05）。连续2年使用二级再生水灌溉高尔夫果岭后果岭土壤EC发生了显著性升高。表施草炭与石膏混合物、湿润剂、沙子3种基质后果岭土壤EC未呈现显著差异（P>0.05）。表施草炭与石膏混合物后果岭土壤EC为0.18 dS/m，而表施湿润剂和表施沙子后果岭土壤EC分别为0.19 dS/m和0.23 dS/m。草炭与石膏可以有效增加土壤孔隙度，增大渗透性有益于植物根部呼吸，降低再生水灌溉后土壤盐分的累积，减弱对植物造成的伤害。

2.3 再生水灌溉对果岭草坪土壤金属离子的影响

土壤金属离子在评价土壤理化性质及生物营养水平方面具有重要作用，不同水质灌溉处理和不同基质表施后土壤金属离子含量差异不同（表6）。钾是土壤中含量最高的营养元素之一，但大部分以植物难以利用的形态存在，且有效性也受土壤中钾元素的存在形态和转化速率的影响，二级再生水灌溉处理下果岭土壤K⁺为15 170.35 mg/kg，显著高于三级再生水和自来水灌溉处理（P<0.05），而后二者之间无差异（P>0.05）；表施湿润剂和沙子后果岭土壤K⁺含量无差异（P>0.05），表施草炭与石膏混合后果岭土壤中K⁺为15 381.90 mg/kg，显著高于前二者（P<0.05），与草炭本身含有较高的K⁺有原因。土壤Na⁺含量的高低直接会影响草坪草的生长状况，含量过高会导致草坪生长发生盐害状况，3种水处理对果岭土壤Na⁺含量形成了显著影响（P<0.05）；二级再生水因处理程度Na⁺含量较高，长时间灌溉后显著高于三级再生水和自来水灌溉处理；表施3种不同的基质没有显著影响到土壤中Na⁺含量（P>0.05）。土壤中钙元素的含量1%～10%，含量变化影响土壤的理化性质，也影响植物对钙和其他元素的吸收，且钙元素还可以消除土壤中铝、锰等的毒害作用，研究中使用自来水、二级再生水、三级再生水3种水质灌溉处理后，土壤中Ca²+含量没有显著性变化（P>0.05），表施3种不同基质则显著改变了果岭土壤Ca²+含量（P<0.05），表施草炭与石膏混合物中Ca²+含量比较高，表施后土壤Ca²+含量为15 466.85 mg/kg，显著高于表施湿润剂和表施沙子。土壤中镁元素的含量会受到母质、气候、风化程度、淋溶作用、耕作施肥等因素的影响，研究中发现3种不同水质灌溉处理之后的果岭土壤镁离子含量没有显著差异（P>0.05），而表施3种不同基质后果岭土壤Mg²+有显著差异（P<0.05），表施草炭与石膏混合物下果岭土壤Mg²+含量最高，高于表施湿润剂和表施沙子。

表6 土壤金属离子

Table 6 Soil metal ionmg/kg

2.4 再生水灌溉对果岭草坪土壤营养元素的影响

不同水质灌溉处理和不同基质表施后土壤营养元素含量的方差显著性分析（表7）。土壤速效磷是植物体磷素的直接来源，其含量是评价土壤磷素供应水平的重要指标，而氮元素是土壤肥力中最活跃的因素之一，也是世界农业生产中的主要限制因子，研究使用自来水、二级再生水、三级再生水3种灌溉处理和表施草炭与石膏、湿润剂、沙子3种基质均未对果岭土壤的速效磷和全氮含量形成显著性变化（P>0.05）。土壤速效钾只占土壤全钾的1%～2%，其含量的高低是判断土壤钾素营养丰缺的重要指标，3种水质灌溉处理之间，果岭土壤速效钾的含量没有显著差异（P>0.05），表施草炭与石膏混合物之后果岭土壤速效钾的含量为40.11 mg/kg，高于表施湿润剂和表施沙子下果岭土壤速效钾含量，但表施3种基质间土壤速效钾含量均没有显著差异（P>0.05）。土壤有机质既是植物矿质营养和有机营养的源泉，又是土壤中异养型微生物的能源物质，直接影响着土壤的理化性状。分析土壤有

表7 土壤营养元素

Tab.7 Soil nutrients

机质含量的多少，在一定程度上可表明土壤的肥沃程度，不同水质处理后土壤有机质含量变化不明显（P>0.05），二级再生水灌溉后略高于三级再生水和自来水处理；表施3种基质间果岭土壤有机质含量没有发生显著变化（P>0.05）。

3 讨论与结论

（1）二级再生水灌溉下土壤容重为1.55 g/cm³，经过连续2年的二级再生水灌溉草坪土壤结构没有出现问题，土壤紧实度仅小幅增加，没有影响到草坪草的生长；三级再生水灌溉处理和自来水灌溉处理后土壤容重相近。

（2）二级再生水灌溉处理后土壤盐分发生累积，果岭土壤的电导率为0.38 dS/m，显著高于三级再生水和自来水处理，长期灌溉要对土壤盐分含量实施监控。三级再生水灌溉土壤电导率为0.19 dS/m，相比自来水处理仅小幅度升高，土壤中积累的盐离子远远低于对草坪草生长产生影响的最高限，表施草炭与石膏混合物在一定程度上有助于降低果岭土壤中盐分的累积。

（3）二级再生水灌溉处理后果岭土壤中钠离子含量分别为623.46 mg/kg和15 170.35 mg/kg，显著升高，三级再生水灌溉处理下果岭土壤中这两种离子含量和自来水灌溉处理间相近，表施3种不同基质未对果岭土壤钠离子和钾离子形成显著变化；草炭与石膏混合物中钙离子、镁离子含量较高，表施之后果岭土壤中钙离子含量、镁离子含量显著高于表施湿润剂、沙子两种基质，而表施二者后土壤中钙离子、镁离子含量没有明显变化。

（4） 二级再生水灌溉处理下果岭土壤全氮、速效磷、速效钾、有机质含量高于三级再生水和自来水灌溉处理，但未呈现显著差异；表施草炭与石膏混合物果岭土壤中速效钾、有机质的含量高于表施另外两种基质，但变化不明显。

三级再生水可以代替自来水作为灌溉高尔夫果岭的优良水质，若长时间使用二级再生水灌溉高尔夫果岭，需要加强对二级再生水中盐分离子、钙离子、钠离子、总磷等指标的处理程度，达到适宜高尔夫果岭灌溉的最佳水质；二级再生水灌溉后，土壤的电导率、钠离子、钾离子发生了显著变化，在实际应用中，可以通过相应的表施措施降低二级再生水灌溉后土壤盐分的累积，同时需要适时对土壤进行特定指标的监测，避免引起土壤构成的变化，影响果岭草坪草的生长；针对再生水用于灌溉高尔夫果岭可能会引起的种种问题，以及高尔夫球场数量逐年增加的趋势，球场可以提供引起问题的特定指标的适宜参数，以便污水处理厂为高尔夫球场提供更适合的水质，进行长期安全灌溉，从而减轻水资源紧缺的局面。参考文献：

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Impact of recycled water irrigation

on soil in green

JIA Zhe-feng，CHANG Zhi-hui，LI De-ying

（1.Tongzhou Landscape and Forestry Bureau of Beijing，Beijing 101100，China；2.Turfgrass

Institute of Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；3.Dept.of Plant Sciences，

North Dakota State University，Fargo，ND58105，USA）

Abstract：Tap water，secondary recycled water and tertiary recycled water were used to irrigate green.Meanwhile，the mixture of gypsum and peat，wetting agent and sand were topdressed monthly.Results of two years study showed that soil bulk density of green did not significantly change （P>0.05）.However，the content of K⁺ and Na⁺ changed significantly after irrigation with secondary recycled water （P<0.05）.In addition，the EC of soil irrigated with secondary recycled water was 0.38 dS/m ，which was 0.20 dS/m and 0.19 dS/m higher than that of soil irrigated with tap water and tertiary recycled water respectively （P<0.05）.The content of Ca²+，Mg²+ was 15 466.85 mg/kg and 1 415.36 mg/kg after applying mixture of gypsum and peat，which was significantly higher than that in soil applied with wetting agents and sand.The content of total N，available K，available P and organic matter were increased in soil irrigated with secondary recycled water.Secondary recycled water was rich in certain chemical elements which may provide certain nutrients for turfgrass growth.

Key words： recycled water；irrigation；soil in green；metal ion；nutrition elements