再生水滴灌对黄瓜地土壤特性的影响

裴 亮，孙莉英，张体彬

（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）

随着淡水资源供需矛盾的日益突出，增辟灌溉水源也成为各国解决水资源危机普遍关注的问题［1］。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，增加土壤有机质从而提高土壤肥力和生产力水平［2］。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［3－4］，有可能危害环境和人类健康。滴灌是一种可以根据作物的需水需肥规律，将水和液体肥料小流量、长时间、高频率地供应到作物根系分布范围土壤中的现代灌溉技术，具有节水、增产、省肥、省工、节能、对地形和土壤适应性强、提高水分和养分利用效率，减少农业面源污染，使作物达到优质高产等优点。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［5］。利用滴灌技术进行再生水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［6－9］。本试验在其他条件相同的情况下研究比较了再生水与清水对黄瓜根际土壤特性的影响。

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446.01kJ/cm2，生理辐射210.87kJ/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。土壤容重变化在1.56～1.71g/cm3。

1.2 试验布置

试验在2011年黄瓜的生长季进行。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（100%再生水灌溉）、T2（70%再生水灌溉）、T3（50%再生水灌溉）、T4（20%再生水灌溉）和C（对照，100%地下水灌溉），如表1，再生水的水质见表2。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×4 m。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一滴头供水。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。每个处理的第二个试验小区内，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

表2 水质指标、测定方法及其与国家相关标准之间的比较

在黄瓜种植前，每平方米施磷酸二铵复合肥30 g，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26.5 g，硫酸钾9.1g添加于灌溉水桶中，随水施入。

1.3 测定项目与方法

于黄瓜生长季末，在滴头正下方用土钻取土，取样深度为0—20cm和20—40cm，每个处理3个重复。土样经自然风干、磨碎后，过1mm筛。土壤pH值和电导率（EC）由土水比1∶5混合液测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤有效磷由0.5MNaHCO3（pH 8.5）提取、钼锑抗法测定；速效钾由 NH4OAc浸提、火焰光度计法测定；土壤有机质由重铬酸钾法测定；土壤呼吸采用鲜土培养，碱液吸收法测定［6］。

2 结果与分析

2.1 再生水滴灌对土壤pH和EC的影响

土壤pH值是表示土壤酸碱性的指标，也是影响土壤中微量元素临界值的指标之一，农业土壤理想pH值范围是7.5～8.4［11］。一般认为，再生水灌溉一般不会导致土壤pH值上升［7］。本研究中，在0—20cm的土层中，随灌溉水中加入再生水比例的增加，土壤pH值呈现逐渐降低的趋势，但除100%再生水灌溉处理中土壤pH值与对照差异略大外，其他处理和对照差异不显著（图1），而在下层土壤中，各处理土壤pH的变化规律不明显，以上分析表明，与对照处理的全部地下水灌溉相比，再生水滴灌对土壤pH值的影响并不显著。

图1 再生水滴灌对土壤pH的影响

图2 再生水滴灌对土壤电导率（EC）的影响

土壤EC值是表示土壤溶液中可溶性盐含量的指标，高浓度的可溶性盐类易造成生理干旱而使植物受到损伤或根系的死亡。由图2可以看出，农业生活污水再生水灌溉对土壤EC影响较大。与地下水滴灌相比，100%再生水滴灌处理下无论上层还是下层土壤中，EC均显著高于地下水滴灌对照，但20%和50%再生水滴灌下的土壤EC升高幅度较小，特别是在下层土壤中二者和对照的差异不显著。以上分析表明再生水灌溉明显提高土壤EC值［12］。

2.2 再生水滴灌对土壤养分含量的影响

土壤有机质是评价土壤肥力的一项重要指标，与土壤养分状况相关，同时对土壤持水供水能力、孔隙度和团聚体等物理性质有重要的影响。如图3所示，表层0—20cm深度土壤有机质含量高于下层土壤，且随灌溉水中加入再生水比例的增加，土壤有机质含量逐渐增加。100%再生水滴灌处理和70%再生水滴灌处理的黄瓜根际土壤有机质均高于其他处理，且差异显著，表明再生水灌溉提高了土壤有机质含量。

图4为不同比例再生水滴灌对土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的影响。如图所示，与对照处理相比，再生水滴灌处理对黄瓜根际土壤的碱解氮含量影响不显著，原因可能是再生污水中氮含量促进黄瓜吸收土壤有机质，加快植株生长速率而促进土壤氮消耗，使处理间氮含量差异不显著。原污水和再生水滴灌黄瓜根际土壤有效磷含量均略高于地下水滴灌，说明再生水滴灌对土壤有效磷含量提高有一定作用。100%再生水滴灌和70%再生水滴灌的土壤速效钾含量高于地下水滴灌，其他处理与地下水灌溉差异不显著。总体来说，再生水滴灌对黄瓜土壤中速效钾含量的影响不大［12］。

图3 再生水滴灌对土壤有机质的影响

图4 再生水滴灌对0－40cm土壤养分的影响

由以上结果可知，由于受植物根系的生理活动、各种农艺管理措施的实施、气候条件的变化等各种内外因素的共同作用，和全部采用地下水滴灌的对照处理相比，全部使用偏碱性（pH＞7）的再生水滴灌黄瓜后，土壤pH显著降低，由7.4下降到6.9左右，说明土壤的酸性增强。不断增强的土壤酸性加快了土壤中有机质的腐殖化过程和土壤中氮、磷、钾等养分元素的自由化与离子化进程，使之成为容易随水流失或被植物吸收利用的活化状态。因此再生水滴灌条件下，就不会出现氮、磷、钾等大量元素在土壤中富集的现象，也不会出现植物因有害元素富集而生长异常甚至大面积死亡的现象［13］。

2.3 再生水滴灌对土壤呼吸的影响

土壤呼吸作用，是指土壤微生物生命活动中释放出CO2的过程。土壤微生物利用土壤中的有机物作为能源物质，对其逐步分解，最终以CO2和矿质养分的形式释放出来，从而为作物提供了可利用的营养，并对碳氮的生态平衡起协调作用。因此，土壤呼吸作用是反映土壤肥力特征的一个重要指标［14－16］。再生水灌溉将对土壤呼吸作用有一定的影响。图5为不同浓度再生水滴灌对土壤呼吸作用的影响。由图5可知，再生水污染物浓度越大，对土壤呼吸的激活作用越明显。

图5 再生水滴灌对土壤呼吸的影响

3 结 论

本研究通过对再生水滴灌后土壤中pH，EC、有机质、氮、磷、钾等养分含量以及土壤呼吸的测定，结果表明，使用再生水滴灌种植黄瓜之后，土壤pH值有所降低，但对EC的影响差异不显著。再生水滴灌能够在一定程度上促进土壤有机质含量的增加，且再生水比例越高，土壤呼吸作用增加越明显。本研究中并没有发现因采用再生水灌溉而造成土壤中有害元素的富集，从而植物的生长发育出现异常变化现象，但这种污染物富集对植物生长发育的影响肯定是存在的，其影响还需继续通过长期试验作更进一步的观察和验证。

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