中水浇灌对绿地土壤微生物和重金属含量的影响

肖 玉，胡文强，茹正忠

（深圳市真和丽生态环境股份有限公司，广东 深圳 518052）

深圳虽地处东南海滨，却是一座水资源严重短缺的人口高度密集城市。伴随着快速的城市化，深圳的水资源问题越来越严峻，不仅水资源短缺而且水质污染和水生态退化也越来越严重。深圳同时也是一个风景园林城市，拥有较多的公园、内湖等景观水体和众多的绿化带、草坪和公园，绿化用水量逐年递增。中水（reclaimed water）也叫“再生水”，是指城市污水、生产生活用水或雨水经污水厂二级以上处理再深化处理后，水质指标低于生活饮用水的水质标准，但达到一定的水质指标，可以进行有益使用的水，是国际公认的“第二水源”。从经济角度看，再生水的成本较低，从环保角度看，污水再生利用可以提高水资源综合利用率，实现水生态的良性循环。再生水合理回用既能减少水环境污染，又可以缓解水资源紧缺的矛盾，是贯彻可持续发展的重要措施。将中水用于城市绿地浇灌，既能拓宽中水的应用范围，又可以缓解城市供水压力，具有重要的生态意义。

但中水水质低于饮用水，不仅含有氮、磷等营养物质，还含有较多的盐分和重金属。使用中水浇灌绿地是否会产生负面影响？微生物数量和重金属含量会发生怎样的变化？王齐等［1-2］研究表明，中水浇灌可以增加土壤的有机物，使绿地微生物数量相对增加，重金属的累计比较缓慢，未造成土壤污染；郭逍宇等［3］研究也表明，再生水可以用于草坪浇灌，能增加土壤微生物的数量和群落多样性，但是会引起土壤重金属含量发生积累［4-5］。本研究对深圳市盐田水质净化厂园区内中水浇灌区和自来水浇灌区的绿地土壤采样，并测试分析其微生物数量和重金属含量，为中水用于绿地浇灌提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

深圳市（113°46′～114°37′E，22°27′～22°52′N）位于广东省南部、珠江三角洲东岸，属于亚热带季风气候，年均温度22.2℃，每年5～9月为雨季，年降雨量1500～2500 mm。盐田水质净化厂位于深圳市盐田西港区北侧，该厂筹建于1998年，是深圳市水务（集团）有限公司所属的四个污水处理厂之一，是深圳市大型的二级污水处理厂，占地面积11.5 hm2。

本试验浇灌用中水和自来水取自深圳盐田水质净化厂，水质见表1。

表1 中水和清水水质指标及测试值

1.2 试验方法

采用随机区组设计，选取厂区内中水浇灌3年的绿地为研究对象，以自来水浇灌区绿地为对照。分别在中水浇灌区和自来水浇灌区选择3块试验地进行采样。每块试验地依据S型取样法，选取30个点，每个点分3层垂直进行采样：0～20 cm、20～30 cm、30～40 cm。采样完毕后将同一块试验地、同一层次的土壤混合均匀，用四分法取1 kg装入密封袋。用保温箱加冰块保鲜，送到实验室4℃保存，进行各项测定。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤微生物 采用平板法进行分离测定，细菌、真菌、放线菌分别用牛肉膏蛋白琼脂培养基、马丁氏培养基和改良高氏1号培养基培养。取土样测定土壤含水量，计算水分系数，再换算每克干土中含微生物的数量［6-7］。

1.3.2 土壤重金属及氯离子含量 全铜、全锌、全铅、全镉、全铬、全镍含量采用三酸消煮-火焰原子吸收分光光度法测定，全砷含量采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法测定。氯离子用水提取-硝酸银滴定法测定。

试验数据使用Excel 2010和SPSS18.0软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 中水浇灌对土壤微生物数量的影响

对不同浇灌区相同土壤深度和相同浇灌区不同土壤深度的微生物菌落数量进行方差分析，结果见表2和表3。由表2可知，中水浇灌区的细菌、真菌、放线菌等3种微生物数量均显著高于自来水浇灌区，其中，中水处理的细菌数量比自来水处理高82.30%，真菌数量高11.31%，放线菌数量高56.96%。

表2 自来水和中水浇灌对土壤微生物数量（CFU/g，干土）的影响

由表3可知，土壤深度对细菌、真菌和放线菌的数量影响显著。不同浇灌区（中水、自来水）的细菌菌落数均在20～30 cm土层达到最大，均显著高于0～20 cm和30～40 cm土层，其中比30～40 cm土层分别高19.59%和10.52%；0～20 cm土层的真菌菌落数与20～30 cm土层差异不显著，但比30～40 cm土层分别高7.6%和9.86%，差异显著；中水浇灌区的放线菌群落数量在20～30 cm土层达到最大，显著高于0～20 cm和30～40 cm土层，其中比30～40 cm土层高7.02%，而自来水浇灌区不同土壤深度的群落差异不显著。

表3 不同处理不同土壤深度对土壤微生物数量（CFU/g，干土）的影响

2.2 中水浇灌对土壤重金属含量的影响

对中水和自来水浇灌处理不同土壤深度的7种重金属含量进行对比，结果见表4和表5。由表4可知，中水和自来水浇灌处理的重金属含量差异不显著，其中中水处理的土壤全Cu、全Zn、全Pb、全Cd和全Cr含量均高于自来水处理，分别高5.43%、1.64%、2.70%、1.37%和0.19%，而全Ni和全As的含量则是自来水处理高于中水处理，分别高0.78%和0.77%。

由表5可知，土壤深度对全Cu、全Zn、全Pb、全Cd、全Ni、全As的含量有显著影响，对全Cr含量的影响不显著。 其中，自来水处理的全Cu、全Zn、全Cd、全Ni含量均在0～20 cm土层最低，全Pb含量在20～30 cm土层最高、20～30（30～40） cm土层最低，全Cr含量在30～40 cm土层最高、20～30 cm土层最低；中水处理的全Pb、全Cd和全Cr含量均在20～30 cm土层最高、分别比含量最低土层高9.82%、5.55%和2.92%，全Zn和全Ni含量均在0～20 cm土层最高、差异显著，全Cu和全As含量则均在0～20 cm土层最低、分别比含量最高土层低15.50%和8.77%。与广东省土壤背景值和土壤环境质量二级标准对比，中水浇灌区土壤重金属含量全部低于土壤环境质量二级标准，仅全Zn、全Pb和全Cd含量超出土壤背景值，分别高15.44%、10.80%和51.55%。

表4 不同浇灌处理对土壤重金属含量（mg/kg）的影响

2.3 中水浇灌对土壤氯离子含量的影响

对中水浇灌区和自来水浇灌区土壤Cl-含量的方差分析（表6）表明，中水浇灌区20～30和30～40 cm土层的Cl-1含量均显著高于对照（自来水浇灌区）；自来水浇灌区各土壤深度之间的Cl-含量差异不显著，而中水浇灌区30～40 cm土层的Cl-含量显著高于其他土层，比含量最低的0～20 cm土层高128.58%。

表5 不同土壤深度的土壤重金属含量

表6 不同浇灌处理不同土壤深度的Cl-含量（mg/kg）

3 结论与讨论

本试验结果表明，与自来水对照相比，中水浇灌后土壤各土层的细菌、真菌、放线菌数量均显著增加，与王齐等［1］、郭逍宇等［3］研究结果相同。土壤微生物数量既是表征土壤质量的生物学指标之一，也是土壤有机质循环的重要参与者［8］。土壤微生物是活的有机体，其组成和变化对土传性病虫害和植物养分的吸收都有密切的关系［9］，土壤的微生物数量多，则土壤的活性强，因此中水浇灌可增加绿地土壤的活性。土壤深度对中水浇灌区土壤细菌、放线菌、真菌的群落数量影响显著，其中细菌的菌落数是中间层（20～30 cm）＞表层（0～20 cm）＞底层（30～40 cm），放线菌是表层＞中间层＞底层，真菌和细菌变化趋势相同，而自来水浇灌区各土壤深度之间变化不显著。但郭逍宇等［3］研究表明，中水浇灌仅对根际土壤微生物有促进作用，对根系层（0～20 cm）和非根系层（20～40 cm）影响不显著。因此土壤深度对土壤细菌、真菌、放线菌的繁衍有一定影响，可能与土壤的湿度、温度和透气性有关，也可能与植物根系活动相关，需进一步研究。

土壤深度对土壤重金属含量有显著的影响，但规律性不强。周益奇等［10］研究表明，中水浇灌土壤的重金属主要在表层富集。而本试验结果显示，全Cu、全Zn和全As主要在土壤底层（30～40 cm）富集，全Pb和全Cd在中间层（20～30 cm）含量最高，仅全Cr和全Ni在表层（0～20 cm）含量最高，这可能与土壤的区域性有关。土壤的成土母质、环境差异和环境容量值均对土壤的重金属含量有影响［11］。

土壤背景值是指未受人类活动影响的自然环境中化学元素和化合物的含量，常用于评价土壤环境质量和确定土壤的环境容量，是环境土壤学研究的一项重要的基础工作［11］。土壤的环境质量标准分为三级，其中二级标准是为保障农业生产、维护人体健康的土壤限制值。本试验中，中水浇灌区土壤的全Zn、全Pb和全Cd超出广东省土壤背景值，但均未超过土壤质量二级标准。与深圳市城市绿地［12］和公园［13］的土壤相比，中水浇灌区土壤的全Zn、全Cu、全Pb、全Cd含量较低，且均未达到影响人体健康的范围。

氯是植物的必需营养元素，在土壤中主要以离子形态存在。Cl-参与植物的光合作用，参与植物体内某种酶的活化，是植物体内默写激素的组成部分，能提高植物的抗旱能力等［14-15］。同时，氯离子的淋溶较剧烈，不同土层间氯的积累存在差异［16］。土壤Cl-含量的变化是研究中水浇灌的一个重要内容，很多研究结果差异较大，大多数研究表明长期的中水浇灌会使土壤中的Cl-含量增加［17-19］，但是否造成污染或毒害仍需要进一步研究。本试验结果表明，中水浇灌后土壤的Cl-含量显著高于自来水浇灌区，且随着土壤深度的增加而显著增加，这可能与试验所用中水的Cl-含量较高有关，这与王齐等［2］、王玉岱等［19］、周陆波等［4］的研究结果相似。我国土壤平均含氯量为24.5 mg/kg，比本试验中水处理最大值高167.55%［15］，说明中水处理土壤的含氯水平在适宜范围内。

综上所述，中水水质含有大量的营养元素，使用中水浇灌绿地土壤后，土壤微生物数量、Cl-含量均显著增加，土壤Cl-含量显著高于自来水浇灌区，可能会在深层积累，需要进一步监测。土壤深度对土壤微生物数量影响显著，以30～40 cm土壤深度的微生物数量最低。不同重金属含量在不同土壤深度的分布也不相同，仅全Zn、全Pb和全Cd含量超出广东省土壤背景值，但均未达到危害人体健康程度。

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