兰州地区再生水灌溉对冷季型草坪草土壤养分的影响

马 莉，谢晓蓉，刘铁军，刘译锴，杨有俊，刘金荣

（1.草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州730020；2.甘肃中医学院基础课部，甘肃 兰州730020；3.临夏州种子管理站，甘肃 临夏731100）

再生水是指污水经过适当处理后，达到一定的水质指标以满足某种使用要求的水［1］。再生水具有多种优势，其一是富含多种植物必需的营养元素，用再生水灌溉后可以增强土壤肥力，进而使草坪草生长量有所增加［2］；其二是经济成本低。同时再生水的合理回用，既有助于改善生态环境，又可以缓解水资源紧缺的问题，实现水资源的良性循环，因此使用再生水灌溉是实现农牧业可持续发展的有效措施之一［3］。

我国是一个严重缺水的国家，已被联合国列为全球13个人均水资源最贫乏的国家之一［4］。近年来，我国经济增长迅速，与此同时人们的生活水平也逐步提高，对所居住的环境也提出了更高的要求。增加城市绿地面积可以在一定程度上达到改善生态环境的目的，但这会导致环境绿化用水量急剧增加，加剧城市用水紧张的问题。将再生水应用于农业生产、园林绿化及其他用途，对于优化水资源的配置，提高水资源利用率，以及解决生产生活用水与绿化灌溉用水之间的矛盾具有重要的现实意义［5］。我国水资源匮乏，但在灌溉用水方面浪费现象相当严重，且运用再生水灌溉城市绿地的相关研究甚少，较其他国家发展相对滞后［6］。兰州是全国严重缺水城市之一，人均每年可利用的水资源仅742 m3，但兰州每年向黄河排入的污水多达1.68亿t。水资源短缺和水环境污染严重制约着兰州的发展、破坏了黄河的生态环境，威胁到生活用水的安全性。综上所述，兰州地区将再生水资源合理地运用于城市绿地灌溉和黄河两山绿化方面，不仅可以减少污染、改善环境，更能够有效缓解水资源供需的矛盾，具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。

受制于经济和技术等各方面原因，再生水灌溉具有正负两方面效应。再生水中含有大量植物生长所必需的营养元素，合理的灌溉可改善土壤理化性质，提高土壤肥力，间接刺激植物的生长。同时再生水中含有微量的重金属及有毒元素，这些污染物随污水灌入土壤中，会对土壤理化性质甚至会对动、植物生态链造成巨大危害。相关研究发现，大量的悬浮颗粒物随再生水灌入土壤，将导致土壤理化性质发生变化，从而进一步降低土壤肥力［7－10］。本研究基于前人相关研究，通过温室盆栽试验，对经再生水灌溉的绿地植物的土壤状况进行分析，以期为兰州再生水灌溉的合理利用提供一定的理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在兰州大学草地农业科技学院榆中试验站的人工智能温室进行。该试验站位于35°57′N，104°09′E，气候类型是黄土高原半干旱气候，年平均气温4.0～5.8℃，最高气温34.5℃，极端最低气温－27.2 ℃，全年日照时数2 665.9 h，海拔1 480～3 670 m。智能温室试验条件设定为白天25 ℃（07：00－21：00），晚上19 ℃（21：00－07：00），相对湿度65%，光照强度800μmol·m－2·s－1。

1.2 试验材料

1.2.1 植物材料 美国百绿集团提供的冷季型草坪草：多年生黑麦草（Loliu m perenne）——潘多拉（Panterra）和首相（Premier）；草地早熟禾（Poa pr atensis）——百胜（Bar victor）和百斯特（Barrister）；高羊茅（Festuca ar undinacea）——凌志（Barlexas）和易凯（Easy care）；兰州市内常见绿地植物：白三叶（Trif olium repens）——努克（Nanouk）；紫花苜蓿（Medicago sativa）——阿尔冈金（Al gonguin）共8个品种。

1.2.2 试验用水 采自于兰州大学榆中校区污水处理中心，每次取得再生水水样均达到出水标准，再生水水质状况为多次取样的平均值（表1）。

1.2.3 试验用土 试验用当地原土，土壤类型为黄绵土，土壤基本理化指标如下：p H 值7.44，容重1.29 g·c m－3，有机质含量0.737%，全氮0.058 9%，碱解氮32.68 mg·kg－1，全磷0.063%，速效磷含量4.77 mg·kg－1，速效钾含量132.95 mg·kg－1。

表1 试验所用再生水和自来水水质状况Table 1 Quality index of the reclaimed water and r unning water in the test

1.3 试验处理

首相、潘多拉、百斯特、百胜、凌志、易凯，这六种植物材料来源于草坪草品种圃内；白三叶和紫花苜蓿这两种植物材料采用播种的方式获得。2011年5 月，选择生长一年，长势健壮均一的首相、潘多拉、百斯特、百胜、凌志、易凯，分别移入直径11 c m，深20 c m，并装有2.35 kg当地原土的花盆内，草坪修剪高度为7 c m，共移栽60 盆。将白三叶和紫花苜蓿种子分别撒播于装有同样原土的花盆内，每盆撒10～15 粒，共种植20 盆。出苗1周后定苗，保留5株。

在同样的养护管理条件下，待植株生长1个月后，将供试材料分为两组，分别用再生水和对照自来水（CK）进行灌溉，每隔3 d浇一次水，每次浇灌实行定量的原则（约350 mL），试验期间进行日常养护管理、病虫害防治，不进行追肥。试验采用完全随机试验设计，两个处理，8个植物品种，5次重复，共80个。灌溉5个月后，采集土样经自然风干后，分装在不同的袋中待测。

1.4 测定指标及方法

本试验选取测定的土壤养分指标包括全氮、全磷、全钾、全钠、速效钾、碱解氮、有机质含量。

全氮含量使用流动注射法测定，全磷含量使用钼锑抗比色法测定，全钾含量使用氢氧化钠熔融火焰光度计法测定，全钠含量使用火焰光度法测定，碱解氮采用碱解扩散硼酸吸收法，速效钾采用火焰光度法，有机质含量采用重铬酸钾法（外加热）［11］。

1.5 数据分析

用SPSS 18.0软件对数据进行统计分析，用平均值和标准误表示测定结果，对同一草种不同水处理进行配对t测验和显著性分析；采用Excel 2007制图。

2 结果与分析

2.1 再生水灌溉对土壤有机质含量的影响

利用再生水灌溉5个月后，8 种供试植物潘多拉、首相、凌志、易凯、百胜、百斯特、阿尔冈金和努克的土壤有机质含量均在2.7～3.2 g·kg－1，依次为对照 自 来 水 灌 溉 的2.53、2.96、2.77、3.11、2.68、2.85、2.63和2.60倍，与对照之间差异极显著（P＜0.01）（图1）。

2.2 再生水灌溉对土壤速效养分的影响

再生水灌溉条件下，8种绿地植物的土壤碱解氮与速效钾含量均不同程度地高于自来水灌溉。潘多拉、百斯特和努克3种供试植物的土壤碱解氮含量分别为78.54、78.78、76.95 mg·kg－1，显著高于自来水对照（P＜0.05），其他5种供试植物的土壤碱解氮含量与对照相比差异极显著（P＜0.01）。首相和努克的土壤速效钾含量分别为117.1和128.13 mg·kg－1，与对照之间的差异极显著，其他6种供试植物的土壤速效钾含量均与对照之间的差异显著（图2）。

2.3 再生水灌溉对土壤全氮、全磷、全钾的影响

再生水灌溉条件下，8 种供试植物潘多拉、首相、凌志、易凯、百胜、百斯特、阿尔冈金和努克的土壤全氮含量均显著高于对照（P＜0.05），除阿尔冈金外，其他供试植物的土壤全钾含量均显著高于对照。他们的土壤全磷含量也有不同程度的提高，其中凌志、易凯、百胜及努克分别达到0.67、0.55、0.86和0.74 g·kg－1，与对照之间差异显著，而百斯特和阿尔冈金的土壤全磷含量与对照差异极显著（P ＜0.01），分 别 达 到 了0.91 和0.88 g·kg－1（图3）。

图1 再生水灌溉对不同绿地植物的土壤有机质含量的影响Fig.1 Soil organic matter content of different cool－season turfgrass under reclai med water and tap water irrigation

图2 再生水灌溉对不同绿地植物的土壤速效养分的影响Fig.2 Soil availabk nutrients of different cool－season turfgrass under reclaimed water and tap water irrigation

2.4 再生水灌溉对土壤全钠的影响

在再生水灌溉处理下，除阿尔冈金外，其他各供试植物的土壤全钠含量均显著高于自来水灌溉处理（P＜0.05）。用再生水灌溉后，8 种供试植物潘多拉、首相、凌志、易凯、百胜、百斯特和努克的土壤全钠含量分别是1.74、1.62、1.61、1.58、1.59、1.60、1.47和1.71 g·kg－1（图4）。

3 讨论

再生水灌溉可以显著增加草坪草的生物量、叶绿素含量［12－14］，促进草坪草生长［2］。再生水中富含作物所需的氮、磷、钾等营养元素，其合理施用能提高土壤肥力，促进作物生长，从而减少肥料的施用量［15］。本试验中，经过5 个月的再生水灌溉，各供试植物的土壤有机质含量及土壤速效养分均有明显的增加，这与前人的一些研究结论相一致［2，16］，也很好地说明了再生水促进草坪草生长的原因。由于再生水未经深度处理，还保留有较多的有机悬浮物，导致各绿地植物的土壤有机质含量均高于自来水灌溉下绿地植物的土壤有机质含量，而土壤有机质含量大幅提升，经由以土壤含氮有机物为能源的土壤异养微生物的分解，将土壤有机氮变为无机的，并进一步转化为，所以在土壤有机质含量相对较高时，土壤碱解氮含量也较高。本研究发现，再生水处理下的8 种供试植物的土壤碱解氮含量在70～90 mg·kg－1，按全国土壤养分含量分级标准，均属于较良好水平［16］。

图3 再生水灌溉对不同绿地植物的土壤全氮、全磷、全钾的影响Fig.3 Soil total nitragen，phosphrous and potassium of different cool－season turfgrass under reclai med water and tap water irrigation

图4 再生水灌溉对不同绿地植物的土壤全钠的影响Fig.4 Soil total sodiu m of different cool－season turfgrass under reclai med water and tap water irrigation

有关研究表明，再生水灌溉后土壤肥力水平有上升的趋势［17－19］，但土壤各养分指标的变化情况根据不同植物种类、土壤类型、再生水等级、灌溉时间等而各有不同。经过再生水灌溉处理，供试植物的土壤全氮、全磷、全钾含量均有不同程度的提高。本研究所用的再生水含有较高的氮、磷，Kvein等［15］认为再生水能为草坪草持续不断地提供小剂量营养元素，特别是氮肥和磷肥，而且草坪草能够有效吸收这些肥料，从而减少人工施肥，促进植物生长。

目前也有研究发现，再生水短期灌溉后，草坪草总叶绿素含量、叶绿素a和叶绿素b含量显著高于自来水灌溉［15］。可能是因为再生水中含有丰富的合成叶绿素所需的必要元素，如氮、镁等［20－22］。

本研究表明，再生水灌溉显著增加了土壤中全钠的含量，其含量变动范围分别为1.47～1.74 g·kg－1，属于土壤钠含量的正常范围［23］。也没有达到植物忍受钠离子胁迫的上限，这与韩烈保等［23］的研究结论一致。同时，在土壤本身物理、化学作用，绿地植物根系生长及微生物数量变化等的一系列共同作用下，使得土壤中钠元素一部分被植物吸收利用，一部分被根系微生物吸收转化，最终未对植物生长产生不利影响［11］。

4 结论

综合以上分析，短期内用再生水进行城市绿地灌溉，对绿地土壤环境无明显的不良影响，可以考虑使用再生水替代自来水进行园林绿化灌溉，从而达到开源节流、改善生态的目的。但要加强长期灌溉的土壤养分状况监测，把营养元素的增加幅度控制在正常范围内，也需要进一步研究再生水对植物及其土壤的未知影响，确保再生水使用的安全性。

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