再生水灌溉对植物根际土壤特性和微生物数量的影响_张娟

文章编号:1007-4929(2009)03-0005-04

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再生水灌溉对植物根际土壤特性和

微生物数量的影响

张　娟,王艳春

(北京市园林科学研究所,北京100102)

　　摘　要:采用盆栽试验方法,以自来水灌溉为对照,分析研究了不同水质灌溉下对不同园林植物根际土壤特性的影响。结果表明:在土壤理化性状方面,再生水灌溉情况下,几种园林植物的土壤pH与对照相比无显著差异;土壤全盐量、水溶性钠和氯离子含量均高于自来水灌溉,多种植物土壤中含量与自来水灌溉相比达到了显著差异或极显著差异;在土壤养分方面,与对照相比,碱解氮、有效磷、速效钾含量差异不显著;在土壤微生物方面,再生水灌溉不同程度的促进了土壤微生物数量的增加,其中,细菌增加显著,放线菌和真菌数量与对照相比虽有所升高,但并未达到显著水平。

　　关键词:再生水;土壤养分;微生物　　中图分类号:S68　　文献标识码:A

InfluenceofIrrigationwithReclaimedWateronSoilPeculiarityandMicrobesQuantityofPlantRhizosphere

ZHANGJuan,WANGYan-chun

(BeingjingInstituteofLandscapeGardening,Beijing100102,China)

Abstract:Throughusingpottedplantingexperimentalmethodandtakingirrigationwithtapwaterascontrasttreatment,theinfluenceofirrigationwithdifferentwaterquantityonsoilpeculiarityofdifferentgardenplantrhizosphereisstudiedinthispaper.Theresultsindicatethatfortheaspectofphysicalandchemicalcharacteristicofsoil,theinfluenceofirrigationwithreclaimedwateronthepHvalueofsoilisnotobvious,buttheamountsoftotalsalt,hydrosolublesodiumandchloridionareobviouslyhigherthanthecontrasttreatment;fortheaspectofsoilnutrients,thedifferenceofthecontentsofalkalinehydrolyticnitrogen,availablephosphorusandrapidlyavailablekaliumisnotobvious;fortheaspectofsoilmicrobes,irrigationwithreclaimedwateracceleratesthegrowthofsoilmicrobes,especiallyforthesoilbacteriaquantity.Thequantitiesoffungiandactinomycetesareincreased,butnotobvious.Keywords:reclaimedwater;soilnutrients;microbes

　　再生水的水源一般是城市污水,包括生活污水、部分工业废水和截流的雨水。城市污水中除含有常规污染物、重金属和溶解性盐类,还含有各种难降解的有机物、致病菌、病毒和某些寄生虫卵。现代污水处理技术把污水处理成再生水是非常有效可靠的,根据多年来再生水回用的经验和大量的科学研究,从公共健康和环境安全来说,再生水回用是安全的[1]。但是,部分工业废水未经达标排放到城市污水系统后,会引入一些化学物质,造成再生水厂原水水质发生变化,对污水的生化处理产生不利影响,进而影响再生水水质的稳定性和可靠性。这种

收稿日期:2008-09-21

基金项目:北京市科学技术委员会资助项目(D0605001040491)。作者简介:张　娟(1981-),女,硕士,主要从事再生水应用研究。水用于绿地灌溉,则可能导致对绿地植物的伤害、土壤环境质量和地下水水质的下降,是一种潜在的长期风险。国外关于再生水应用于农业方面的研究较多,作物种类和灌溉方式不同,对水质要求也不同,许多国家已制订出相关标准[2-5]。国内一些学者对再生水灌溉条件下绿地、草坪、高尔夫球场的研究证明,三级再生水用于景观灌溉对土壤盐分含量短期内没有发现不良影响[6、7]。国内针对再生水灌溉下的园林植物根部土壤环境的系统性研究较少。针对这一情况,本研究采用盆栽试验方法,以自来水灌溉为对照,研究不同水质灌溉方式下对几种常

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再生水灌溉对植物根际土壤特性和微生物数量的影响　　张　娟　王艳春

取土壤悬液体积分数为10-5,10-6,10-7;真菌和放线菌所取土壤悬液体积分数为10-3,10-4,10-5;每个培养基浓度重复3次,然后置于恒温箱中培养,操作过程严格在无菌条件下进行,所有培养基、玻璃棒、吸管、三角瓶、玻璃珠等均经高温灭菌,在超净工作台上进行接种。

见园林植物根部土壤理化性质、常规养分和微生物数量结构的影响,为再生水园林灌溉的实际应用及其标准的制定提供理论依据。

1　材料与方法

试验地点为北京市园林科学研究所内,再生水取自北京市排水集团酒仙桥污水处理厂,浇灌再生水的起止年限为2002-2006年,试验周期为4年。

2　结果与分析

2.1　土壤理化性状分析

从表1中可以看出,灌溉的7种植物土壤中盐分含量与对照相比均极为显著地增加,说明在再生水的多年灌溉下,土壤中的盐分已出现了明显累积。根据北京市地方标准,当土壤中的全盐质量分数高于1.2g/kg时会使部分植物生长受到抑制或损害,土壤有盐渍化的危险。土壤中全盐的质量分数为0.097～0.472g/kg(0.047～0.372g/kg),低于相关标准,但由于盐分在土壤中出现了积累,应注意监测,并应采取措施避免盐害的发生。在2种水质灌溉下,萱草、白皮松和玉兰土壤中氯离子含量均有显著差异,水溶性钠在供试的6种植物中与对照相比均有极显著差异其他植物土壤中尽管无显著差异,但所有再生水灌溉土壤中氯含量和水溶性钠含量均有一定增加。说明多年的再生水灌溉已导致氯离子、钠离子在土壤中有所积累。

土壤肥力水平分析:由试验数据得知,供试植物土壤的pH范围为8.31～8.90之间,根据土壤酸碱性分级情况属于碱性土壤,两种水质灌溉的土壤pH没有显著差异。土壤中氮、磷、钾和有机质是决定土壤肥力的主要指标,也是植物生长发育所必需的营养元素。试验结果显示再生水灌溉的土壤中,碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量并没有显著增加,所以尽管再生水中氮、磷含量较高,但土壤中的氮、磷含量并没有显著提升。再生水灌溉并不能显著提高土壤肥力。

1.1　供试材料

本试验选取7种园林植物盆栽土壤为研究对象,分别为油松(Pinustabulaeformis)、白皮松(Pinusbungeana)、银杏(Ginkgobiloba)、紫薇(Lagerstroemiaindica)、玉兰(Magnoliadenudata)、大叶黄杨(Euonymusjaponicus)、萱草(Hemerocallisfulva)。

1.2　土壤样品的采集

试验用土采自北京市园林科学研究所内浇灌再生水的盆栽植物,以浇灌自来水的盆栽植物土壤为对照。采集植物根际土壤,每种植物3个重复,共采集42个土壤样品。采集后迅速保鲜带回冷藏供土壤微生物和土壤养分测定。

1.3　土壤样品的分析方法

(1)土壤养分含量的测定方法。常规项目的测定参照土壤农化分析方法[8],其中有机质用重铬酸钾-容量法;速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法(2655-00火焰光度计);有效磷采用NaHCO3浸提-钼蓝比色法(722分光光度计);碱解氮:碱解-扩散法;土壤全盐量:残渣烘干-质量法;土壤酸碱度(pH值):电位测定法(PB-10酸度计);水溶性氯:硝酸银滴定法;水溶性钠:火焰光度法(2655-00火焰光度计)。

(2)土壤微生物测定。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基,放线菌采用高氏一号培养基,真菌采用马丁氏培养基[9]。细菌所

指标pH氯离子(mg·kg-1)水溶性钠/(mg·kg-1)全盐量/(g·kg-1)有机质/(g·kg-1)碱解氮/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)

水质再生水自来水再生水自来水再生水自来水再生水自来水再生水自来水再生水自来水再生水自来水再生水自来水

萱草8.468.52122.08＊47.2662.34＊＊38.430.4720.37226.5825.66140.64＊117.7835.0050.82210.75＊＊138.38

白皮松8.468.5280.80＊59.0855.05＊＊35.640.394＊0.31512.3112.4678.00＊68.7928.72＊15.88148.66125.47

油松8.318.4789.8859.08

表1　不同水质灌溉下土壤数据分析

银杏8.638.6349.2662.7857.64＊＊31.320.285＊＊0.07512.1212.8470.3159.5723.9221.87166.41132.01

玉兰8.348.6671.79＊56.8754.59＊＊26.590.2820.13219.4116.2997.1793.8949.4843.43146.22155.19

紫薇8.728.9055.7647.2748.75＊18.610.0970.07512.8412.1251.3342.0127.1727.04145.4098.93

大叶黄杨8.488.73100.698.9680.8992.180.2630.24323.6218.61140.5＊95.1957.1478.91159.82174.48

70.84＊＊43.860.438＊＊0.04710.8611.8981.7976.6521.3313.10108.3498.40

　注:带＊表示有显著差异(p<0.05),带＊＊表示有极显著差异(p<0.01)。

再生水灌溉对植物根际土壤特性和微生物数量的影响　　张　娟　王艳春

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2.2　土壤微生物数量分析

2.2.1　不同水质灌溉下土壤细菌含量

图1表明再生水灌溉后土壤细菌数量,与自来水灌溉相比,大多数供试植物呈现增加趋势或无明显变化,韩烈保等[10]研究一般三级水灌溉多年后,草地早熟禾土壤的土壤细菌总数、放线菌总数、真菌总数都低于自来水灌溉,本研究与其不一致。郭逍宇[11]等研究再生水草坪灌溉不仅有利于草坪草根际微生物数量的增加,同时在促进草坪草根际微生物群落多样性增加方面也表现出一定的优势,本研究与郭逍宇等研究一致。从不同年份来看,2006年再生水浇灌的7种植物中,除白皮松外,均高于2005年土壤中细菌数量,这可能与再生水中含有各种难降解的有机物、致病菌、病毒和某些寄生虫卵有关。紫微、大叶黄杨和萱草三种植物土壤中,在不同的年份中土壤中细菌数量变化不大。经最小显著差异法检验,仅油松、白皮松在两年内达到了显著和极显著差异,其他植物差异不显著。

图2　不同园林植物土壤真菌数量变化

图1　不同园林植物土壤细菌数量变化

2.2.2　不同灌溉水质下土壤真菌含量

土壤真菌是常见的土壤微生物,它适宜酸性,由于供试土壤均显碱性故真菌的数量总体偏低。图2表明再生水灌溉对土壤真菌数量的影响,与自来水灌溉相比,绝大多数供试植物无明显变化。从不同年份比较,2006年土壤真菌含量,再生水与自来水灌溉并无明显差别,

2.2.3　不同灌溉水质下土壤放线菌含量

放线菌是参与土壤中有机质分解过程的主要成员之一,能分解多数真菌和细菌不能分解的化合物,还参与难分解的有机质的分解过程[12],它能同化无机氮,分解碳水化合物及脂类、单宁等难分解的物质,在土壤中对物质转化也起一定作用,再者放线菌数量也与植被病害防治有密切关系。图3表明,与自来水灌溉相比,用再生水灌溉的7种供试植物大多数显示土壤放线菌数量无明显变化。从不同年份上比较,2006年土壤放线菌含量在大多数供试植物中均高于2005年土壤放线菌含量。

图3　不同园林植物土壤放线菌数量变化

2.3　土壤微生物与土壤养分因子的关系

由于再生水中含有的氮磷等营养物质高于自来水含量,所以长期用再生水浇灌的土壤中营养物质含量较高,土壤肥力提高,为微生物创造良好的生存环境,刺激微生物的生长和活动。土壤微生物组成以细菌为主,放线菌次之,真菌最少,不同处理条件下土壤微生物数量存在明显差异。土壤微生物不仅控制着土壤有机质和重要营养元素(如N、P、S)的生物转化,还深刻影响着土壤物理一化学性质,如土壤团粒结构的形成、pH变化等。因此土壤微生物对于土壤可持续利用具有至关重要的作用。同样,营养元素、土壤物理化学性质也显著的影响着土壤微生物数量、活性及其多样性。8

再生水灌溉对植物根际土壤特性和微生物数量的影响　　张　娟　王艳春

土壤细菌是土壤微生物的主要组成成分,能分解各种有机

系分泌物使根际微生物的种类和数量都有很大的变化,根系分泌物的作用使根际微生物的数量远远超过非根际土壤微生物的数目。根际微生物的数量在很大程度上取决于根系分泌物中糖、有机酸和氨基酸等物质的多少,分泌物越多,微生物生长越旺盛。土壤微生物的数量还受植物、土壤类型以及土壤管理措施的影响。最新研究结果指出,植物的作用因植物群落结构多样性、植物种类、同种植物不同的基因型,甚至同一植物不同根的区域而异;而土壤的作用与土壤质地和有机质含量等因素有关;植物和土壤类型在对土壤微生物群落结构影响上的作用存在互作关系[14]。参考文献:

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再生水的安全使用[C]∥PP2002

物质。由于再生水中含有较丰富的N、P、K等矿质营养,为细菌的生长提供了丰富的碳源和氮源,并可提高土壤的通气性,激发细菌的生长和发育从而极大地增加了细菌的数量,这也与再生水中含有各种难降解的有机物、致病菌、病毒和某些寄生虫卵有关。

真菌是常见的土壤微生物之一,从数量上看,它们明显低于其他种类微生物,但从生物量上看,却占有极其重要的地位。

放线菌是细菌的一类,在数量方面仅次于细菌,它们对土壤中的有机化合物的分解及土壤腐殖质合成起着重要作用。

以土壤有机质(x1)、速效钾(x2)、有效磷(x3)、碱解氮(x4)为自变量,以浇灌再生水的土壤中细菌总数(y1)、真菌总数(y2)、放线菌总数(y3)为因变量,采用双重筛选逐步回归方法对得到的数据进行分析:

y1=20072.794x1-19413.953x2+　　　

64324.618x3+3078639.087

y2=-1516.777x1+273.497x2+35.494x3+6469.548

y3=-2112.747x2+474838.917

　　土壤细菌总数的回归方程表明:土壤有机质、有效磷、碱解氮有利于细菌总数的提高,但土壤速效钾的含量则与细菌总数呈负相关关系。

土壤真菌含量回归方程表明:土壤有机质与真菌总数呈负相关关系,与速效钾有效磷呈正相关关系。

土壤放线菌含量回归方程表明:速效钾含量对土壤真菌含量影响较大。

环境安全与可持续发展论文汇编.北京:中国环

3　结　语

在土壤理化性状方面,再生水灌溉情况下,几种园林植物的土壤pH与对照相比无显著差异;土壤全盐量、水溶性钠和氯离子含量均高于自来水灌溉,多种植物土壤中含量与自来水灌溉相比达到了显著差异或极显著差异;在土壤养分方面,与对照相比,碱解氮、有效磷、速效钾含量差异不显著。

由于水质是影响土壤微生物的最直接的因素(水质和植物之间交互作用不显著),因此灌溉水质中各指标的含量差异,对土壤细菌总数也有很大影响。

值得注意的是,再生水中的BOD物质(耗氧有机物)如果过多,其进入土壤后会比较迅速的消耗土壤空隙中的氧气,从而使得厌氧微生物得到发展,土壤细菌的反硝化作用加强,土壤中的N素被反硝化成气体N2挥发掉。

另外,再生水通常需要用氯来消毒,当氯气进入再生水中,水中的有机质或悬浮物会被破坏分解,产生一些挥发酚,散发异臭[13]。含盐量较高的再生水进入土壤后又会影响土壤的EC,进而影响到土壤细菌总数的变化。

此外树木的根系分泌物对土壤微生物有较大的影响。根(上接第4页)

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