再生水滴灌对黄瓜生长及产量的影响研究

裴 亮，张体彬，2，梁 晶，孙丽英，刘慧明

（1.中国科学院 地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室，北京100101；2.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨凌712100；3.水利部 综合事业局新华公司，北京100053；4.环境保护部 卫星环境应用中心，北京100094）

再生水是指对污水处理厂出水、工业排水、生活污水等非传统水源进行回收，经适当处理后达到一定水质标准，并在一定范围内重复利用的水资源。再生水的利用是缓解水资源紧张的重要举措之一，也是污水资源化并利用，减轻污水排放二次污染的环保发展趋势，已在国内外城市用水、景观环境用水中得到广泛的应用［1－3］。但对于再生水灌溉对果蔬等经济作物生长的影响，前人虽开展了一些研究，但多是在日光温室等控制条件［4－5］或模拟条件［6］下进行，关于再生水灌溉对在大田自然条件下生长的特定蔬菜作物的影响，还缺少系统的研究。

再生水灌溉一方面能避免利用污水直接灌溉所引起的严重的面源污染问题，并为植物生长提供重要的养分，促进植物生长发育和提高产量［7］；另一方面，再生水中过量养分、有毒化学物质和病原体同时输入环境生态系统，也会造成一定程度的环境污染［8］，有可能危害环境和人类健康。滴灌对灌水时间、灌水量和土壤湿润范围高度控制的特点，使其可以根据土壤物理性质、作物根系分布和作物耗水量来调节土壤水分和养分分布［9］，在保证作物达到优质高产的同时减少农业面源污染。利用滴灌技术进行农村生活污水再生利用可以提高再生水中的氮、磷等养分物质的利用效率，节肥、节水、增产的同时又减少了多余污染物输入环境生态系统，对我国水资源危机的缓解、农业面源污染防治和促进循环经济发展有重要意义［10］。本试验在其他条件相同的情况下，研究比较了不同比例的再生水与地下水滴灌对黄瓜生长及产量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究区为中国科学院地理科学与资源研究所和国务院南水北调办公室政策及技术研究中心共同建立的“南水北调中线水源区农业面源污染控制综合示范区”，地处湖北省十堰市茅箭区南部山区，属北亚热带季风气候区，四季分明，冬长夏短，春季升温迅速，秋雨连绵，冬季少雨雪，冬暖少严寒。全年太阳辐射量为446kJ／cm2，生理辐射211kJ／cm2，年均日照时数达1 925.8h；多年平均气温15.3℃，极端最低气温－14.9℃，极端最高气温41℃。全年≥10℃的积温为4 936.5℃；全年无霜期246d；多年平均降水量855mm，降雨量年际变化大，汛期（5月1日至10月20日）降雨量占年降雨量的58%～62%，且强度大，历时短，入渗有限，容易冲刷侵蚀地表。研究区试验土壤为黄棕壤土，容重在1.56～1.71g／cm3。

1.2 试验布置

试验在2011年黄瓜的生长季7月20日至10月10日进行。黄瓜的栽培方式采用垄作，垄肩宽60cm，两垄中心间距140cm，垄高15cm，垄上种植2行，株距40cm。分为5个灌溉水质处理，分别标记为T1（全部再生水灌溉）；T2（再生水和地下水联合灌溉，再生水占总灌水量的70%）；T3（再生水和地下水联合灌溉，再生水占总灌水量的50%）；T4（再生水和地下水联合灌溉，再生水占总灌水量的20%）和C（全部地下水灌溉）（如表1所示）。每个处理重复3个小区，每小区包括3条垄，4m长，即每个小区面积为4m×4m。灌溉采用重力滴灌的方式进行，每垄中心铺设一条滴灌带，滴头间距为20cm，与株距等距，滴头流量2.7L／h，即每株黄瓜根部均有1滴头供水。每个处理（包括3个重复小区）由1个桶（容积240L）供水，桶放置在试验区距地面约1.2m高的位置。每个处理的第2个试验小区内，在滴头下20cm深度处安装1组负压计，当负压计指示的土壤水势低于－25kPa时即进行灌溉，每次灌水量为5mm，生育期内共灌水7次，共35mm。

表1 再生水滴灌试验处理编号

在黄瓜种植前，每平方米土壤施磷酸二铵复合肥30g，在试验处理期间，含再生水灌溉的处理（T1，T2，T3和T4）不再追施肥料，全部地下水灌溉（C）处理每次灌溉前，将100ml 30%尿素溶液，磷酸二氢钾26.5g，硫酸钾9.1g添加于灌溉水桶中，随水施入。

1.3 测定项目及方法

定植后第2周测量黄瓜植株的株高，以后约10d左右测量1次。在10月10日（黄瓜生长旺盛期）测量植株茎粗、叶面积和叶片数，测量叶面积时取每柱第1～3片，测量叶片的长和宽，叶片为叶片上部肩宽侧值，叶长为叶片基部至叶尖的距离。自根瓜坐住后观察开花、坐果状况，10月各处理陆续进入收获期，采收一个月后统计产量。

此外，农村生活污水经过多层土壤渗滤系统过滤后得到试验用的再生水，地下水、生活污水及再生水水水质如表2所示。由表2可以看出，简单的多层土壤渗滤系统对生活污水处理效果一般，再生水中仍有很多指标的上限略微超过了国家标准限值。再生水灌溉时，土壤—植物系统也会对再生水中污染物进行吸收和吸附，并且在滴灌条件下，单次灌水量少，对污染物的淋失较少。本课题组前期通过对不同深度土壤和地下水中理化指标的分析得知，只要对再生水水质和灌溉水量进行有效协调，就可以在保证作物优质高产的同时有效防止污染物淋失进入水体［11］。

表2 水质指标、测定方法及其与国家相关标准之间的比较

2 结果与分析

2.1 再生水滴灌对黄瓜植株生长的影响

选择茎粗、单叶叶面积、单株叶片数和株高4个指标，研究再生水滴灌灌溉对黄瓜生长发育的影响。由表3可以看出，各处理下的黄瓜茎粗差异并不大，除全部再生水滴灌灌溉的T1处理相对略高外，其他4个处理的植株茎粗差异不显著。单叶叶面积在各处理间表现为T1＞T2＞C＞T3＞T4，其中T1，T2和T3差异不显著，而T4处理单叶叶面积显著低于其他处理。各处理间，单株叶片数表现出和单叶叶面积一样的变化趋势，T1最大，为每株28.13个叶片，但和T2未达到显著水平，而T4最低，仅为T1处理的84%，显著低于除T3外的其他处理。

表3 不同比例再生水滴灌对黄瓜茎粗、单叶叶面积和单株叶片数的影响

由于黄瓜属于爬藤作物，所以在测量株高时，选择代表性的植株将其主茎拉直后进行测量。由图1可以看出，最高时期的株高可达3～4m，整个生育期呈现明显的“S”型的生长曲线。8月中旬至9月中旬为黄瓜营养生长的快速阶段，黄瓜株高增长较快，而后缓慢下来。各处理之间比较发现，处理差异随黄瓜生长发育逐渐加大。在生育后期，全部再生水滴灌灌溉的T1处理株高高于其他处理，而T4处理最低，T2，T3和C处理差异不大。

图1 不同比例再生水滴灌对黄瓜株高的影响

2.2 再生水滴灌对黄瓜产量的影响

选择瓜长、单瓜重和产量3个指标，研究再生水滴灌对黄瓜果实产量的影响（表4）。瓜长方面，总灌水量中含20%再生水的T4处理瓜长最小，显著小于全部再生水滴灌的T1处理，其他处理之间差异不显著。单瓜重亦是以T1处理的值最高，但各处理之间差异均未达0.05的显著水平。产量方面，全部再生水滴灌的T1处理产量最高，其值分别比产量最低的T4处理和全部地下水灌溉的C处理的产量，增加21.5%和10.3%。

表4 不同比例再生水滴灌对黄瓜的瓜长、单瓜重和产量的影响

3 结论

结合以往研究结果，再生水滴灌的优势除提高土壤有机质和植物必需的全氮、全磷等基础营养外，更重要的可能是其丰富的微量营养元素，为作物生长和产量形成提供更为适宜的土壤生物环境［12］。因此在本研究中，和正常施肥的全部地下水灌溉的对照处理相比，在不施肥的情况下，全部采用再生水滴灌处理对黄瓜的生长发育和产量形成，均表现出一定的促进作用，这与前人研究结果类似［6］。而其他较小比例的再生水滴灌处理，由于也不进行施肥，所以黄瓜生长指标和产量表现出和对照相当或者略低的水平。由此可以得出，只要农艺措施、灌溉制度适当，可以采取全部再生水滴灌，或者采用一定比例再生水灌溉和适当施肥相结合的方式，进行黄瓜的种植。

同时，值得注意的是，再生水中的污染物在土壤中还是有一定的富集，尤其是全部采用再生水滴灌灌溉的情况下，其对土壤环境和植物生长发育、产量和品质形成也存在一定的负面影响［12－13］，至于其影响程度和时效还需通过长期的试验做进一步的观察和研究。

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