含阴离子表面活性剂的污水农灌对蕹菜生产的影响

王云龙，李欣，沈琴琴，喻曼，沈阿林*，徐天予，罗安程

(1.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.诚邦设计集团有限公司，浙江 杭州 310000； 3.湖州市生态环境局安吉分局，浙江 安吉 313300； 4.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

随着农村生活的改善，其污水水质成分也日趋复杂，其中洗涤废水排放量约占农村生活污水总排放量的50%以上[1]。在各类洗涤剂中，阴离子表面活性剂的使用最为广泛，其中直链烷基苯磺酸钠(LAS)用量约占阴离子表面活性剂总使用量的69.7%[2-3]。含有表面活性剂的生活污水进入自然环境后，不仅会打破水体生态平衡，造成水环境污染，也会对土壤—作物系统产生影响。研究表明，阴离子表面活性剂进入土壤后，会增加呈负电土壤胶体表面的电势，从而增加胶体之间的排斥力，增加土壤胶体的稳定性[4]，同时增加土壤中细菌的生物量和土壤酶活性[5]。阴离子表面活性剂进入土壤后对作物的影响，除与作物种类有关外，还与表面活性剂的种类、浓度相关。一般认为，低浓度的表面活性剂对作物的生长起积极作用[6-8]。为探究随生活污水进入土壤的阴离子表面活性剂对土壤及作物生长的影响，特开展阴离子表面活性剂对污水农业灌溉利用的影响研究。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤采自浙江省安吉县杭垓镇桐杭村，土壤类型为潴育型水稻土，含有机质3.83%、全氮2.00 g·kg-1、碱解氮151.00 mg·kg-1、速效钾69.00 mg·kg-1、速效磷21.12 mg·kg-1。

供试作物为可应用于污水净化处理的蕹菜[9]，品种为青秆柳叶蕹菜。

供试表面活性剂采用十二烷基苯横酸钠，系阴离子表面活性剂，分子式为C18H29NaSO3，相对分子质量为348.48，购自上海化学试剂公司。

1.2 处理设计与样品采集

采用室内反应器模拟试验，依照试验用水不同，共设计4个处理，每处理设置4个重复：处理1(CK)，自来水；处理2(T1)，经厌氧处理后的实际生活污水；处理3(T2)，含5 mg·L-1LAS的模拟生活污水；处理4(T3)，含10 mg·L-1LAS的模拟生活污水。除LAS外，污水中其余污染物含量参照供试实际生活污水配制。

试验反应器设计为高490 mm、内径215 mm的PVC圆柱体。试验前将供试土壤自然风干、压碎，过3 mm筛，模拟自然土壤含水率(20%)调配，按照自然土壤的紧实度，填充至反应器，填充土壤厚度为40 cm。反应器底部设高3 cm的砾石通水层，底部开孔，以便于收集土壤渗沥液。蕹菜采用直播方式，每反应器定植3株。

依据蕹菜的生长灌溉需水量及浙江省年均降水量，设置试验灌溉负荷为0.01 m3·m-2·d-1。试验用的经厌氧处理的实际生活污水水质和模拟废水水质如表1所示。

表1 供试灌溉水源的水质基本指标

试验共进行119 d。试验期间，每10 d收集1次土壤沥出液。土壤沥出液由反应器底端的出水管接出，在避光条件下收集，收集后装入采样瓶，保存在4 ℃条件下备用。

当蕹菜长至株高30 cm左右时进行采收，采收在早上9：00—10：00进行，取回样品后立即称量鲜重，部分鲜样研磨后，用于分析可溶性糖、VC和硝酸盐含量，其余样品在105 ℃条件下杀青，在50 ℃条件下烘干，测定含水率和干重。

试验结束后分别采集反应装置0～20和20～40 cm的土壤样品，装入无菌封口塑料袋内。将土壤样品带回实验室，剔除可见的植物残体，室内自然风干、研磨、过1 mm筛，备用。同时，将采集的部分用于微生物测定的土壤样品保存于-40 ℃备用。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤样品

测定指标。含水率、有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、速效磷含量、速效钾含量、土壤微生物群落磷脂脂肪酸(PLFA)含量。

土壤含水率用烘箱干燥法测定；有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；全氮含量采用半微量凯氏法测定；碱解氮含量采用扩散法测定；速效磷含量采用钼蓝比色法测定；速效钾含量采用火焰光度计法测定；PLFA含量参考Fang等[10-11]方法测定。

1.3.2 土壤沥出液

测定指标。化学需氧量(CODCr)、总氮含量(TN)、总磷含量(TP)、LAS含量、电导率(EC)、pH。

CODCr、TN、TP采用哈希快速测定仪试剂盒测定；LAS含量采用亚甲蓝分光光度法测定；EC选择上海雷磁DDS-307电导率仪测定；pH选择梅特勒-托利多仪器有限公司生产的S2 pH计测定。

1.3.3 作物样品

测定指标。产量、可溶性糖含量、VC含量、硝酸盐含量。

产量采用称重法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；VC含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定；硝酸盐含量采用水杨酸法测定[12]。

1.4 数据分析

采用Excel 2010整理数据、绘制图表，用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤理化性质和土壤微生物的影响

由图1可知，在0～20 cm土层，不同处理对土壤含水率无显著影响；在20～40 cm土层，T3处理的土壤含水率显著高于CK。饶品华等[13]的研究发现，阴离子表面活性剂会在土壤粒子上形成亲水性表面胶束，降低土壤粒子的界面张力，持水量随其浓度增加而增加。於进等[14]的研究指出，长期用生活污水灌溉使土壤中的有机质含量提高6.4%。但本研究中，可能是由于试验时间较短，各处理对土壤有机质含量并无显著影响。在0～20 cm土层，T2处理的土壤全氮含量显著高于CK，但在20～40 cm土层，不同处理的土壤全氮含量并无显著差异。这可能是因为一定量的含有阴离子表面活性剂的生活污水(或模拟生活污水)在一定程度上会提高土壤粒子对氮的吸附能力。各处理对土壤碱解氮含量并无显著影响。在0～20 cm土层，T1、T3处理的土壤速效钾含量较CK显著降低，而T2、T3处理的土壤速效磷含量较CK显著上升。这可能是由于污水中含有一定的磷，增加了土壤中磷的输入，同时LAS的添加会在一定程度上增加土壤中水溶性磷的含量，从而抑制土壤粒子对磷的吸附。这与相关研究一致，表面活性剂浓度增加会导致土壤磷的解析能力增强，吸附量逐渐减小[15-16]。

由图2可知，试验期间，T2处理的土壤细菌PLFA含量与T3产生了显著性差异，但不同处理的土壤真菌、放线菌PLFA含量并无显著差异，LAS浓度最高的T3相对于T2，总PLFA含量显著增加。同时，T1～T3处理分别与CK相比时，其细菌、真菌、放线菌PLFA含量和总PLFA含量均无显著差异。这说明不同生活污水用量可能会在一定程度上影响土壤中微生物的含量。陈宏伟等[17]的相关研究表明，LAS对土壤中的细菌生长有刺激作用，抑制真菌生长，而对放线菌无明显影响。因此，含有LAS的生活污水灌溉利用可以在一定程度上影响土壤微生物类群数量和活跃程度，改变土壤微生物的群落结构。

柱上无相同字母的表示同一类别下各处理间有显著差异(P<0.05)。图1 不同处理对土壤不同取样深度养分含量的影响

柱上无相同字母的表示同一类别下各处理间有显著差异(P<0.05)。图2 不同处理对土壤微生物PLFA含量的影响

2.2 对土壤沥出液的影响

由图3可知，各处理土壤沥出液pH值在6.8～7.2波动，除2017年6月26日T1处理的土壤沥出液pH值显著高于CK外，其他日期不同处理土壤沥出液pH值并无显著差异。这可能与土壤具有一定的缓冲能力有关。从土壤电导率来看，不同处理间无显著差异，说明试验期内生活污水灌溉未导致土壤中含盐离子的增加。

2017年6月26日，T2和T3处理的土壤沥出液COD浓度显著低于CK，除此以外，其他日期不同处理的土壤沥出液COD浓度无显著差异。不同处理的土壤沥出液总氮含量呈现显著差异，T3处理的土壤沥出液总氮浓度在各取样日期均显著高于CK，说明LAS在一定程度上促进了氮的淋出。袁平夫[18]研究表明，低浓度的表面活性剂对土壤脲酶有激活作用，对土壤中总氮的淋出起到促进作用。但与此不同，T1～T3处理分别与CK相比时，其土壤沥出液总磷浓度并无显著差异，各处理土壤沥出液总磷浓度在0.20～0.35 mg·L-1，远低于供试污水，说明土壤-作物系统对磷有较好的吸收消纳作用。

有研究表明，LAS在土壤离子中存在物理、化学吸附及生物降解行为[12,19]。由表2可知，土壤沥出液中LAS浓度较低，仅在试验初期检出，随着试验进行，各试验组均未检出。这说明LAS随土壤沥出液迁移至水环境中的数量较少。

2.3 对蕹菜生长的影响

由图4可知，试验期间不同处理对蕹菜产量无显著影响，说明在合理范围内施用含有LAS的生活污水，对蕹菜产量无明显负面影响。

由图5～6可知，不同处理对第2、3次采收的蕹菜可溶性糖、VC含量并无显著影响。与CK相比，第3次采收T2处理的蕹菜硝酸盐含量显著降低，第2、3次采收T3处理的蕹菜含水率显著升高。说明在本试验条件下施用生活污水灌溉，对蕹菜品质并无负面影响。但要特别指出的是，在试验过程中，T1、T2、T3试验组中出现部分植株死亡的现象；因此，在实际应用过程中，务必控制好污水中的LAS浓度，以防产生负面影响。

处理不同日期土壤沥出液中LAS的平均浓度/(mg·L-1)2017-05-162017-05-262017-06-132017-06-262017-07-052017-07-17CK——————T10.058—————T20.0770.053————T30.1880.053————

注：—表示未检出，即浓度<0.05 mg·L-1。

柱上无相同字母的表示同一类别下各处理间有显著差异(P<0.05)。图4 不同处理对蕹菜产量的影响

柱上无相同字母的表示同一类别下各处理间有显著差异(P<0.05)。图5 不同处理对蕹菜硝酸盐和可溶性糖含量的影响

柱上无相同字母的表示同一类别下各处理间有显著差异(P<0.05)。图6 不同处理对蕹菜含水量和Vc含量的影响

3 小结与讨论

本研究表明，室内短期施用含有低浓度LAS的实际生活污水或模拟生活污水，对土壤及蕹菜生长暂未造成明显负面影响。但有研究表明，直接采用未处理的生活污水灌溉，会导致耕层土壤中出现明显的盐分累积[20]。同时，由于生活污水中含有LAS，有造成土壤氮磷垂直淋失的风险，其含量如超出作物的耐受阈值，存在作物减产和品质下降的风险。因此在实际应用中，应定期检测生活污水中的LAS含量，合理调控污水农用总量，以防可能发生的环境及经济风险。