劉金榮,楊有俊，鄭明珠，張旭,劉譯鍇

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

再生水(Reclaimed Water)是生活污水和工業(yè)廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)、二級(jí)和深度處理后達(dá)到農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)的回用水,其水質(zhì)穩(wěn)定、水量大且集中[1-2]。再生水回用對(duì)于緩解城市用水緊張，減少城市污水排放，改善自然環(huán)境，降低能耗具有深遠(yuǎn)的意義[3]。目前，世界上許多缺水的國(guó)家和城市已開始積極利用城市污水，將其轉(zhuǎn)換為可再利用的水源，并且取得了一定的成果。美國(guó)有1/3的城市污水已實(shí)現(xiàn)了處理后再利用，俄羅斯、英國(guó)及中東等各國(guó)也已開展了再生水利用的實(shí)踐[4]。我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的農(nóng)業(yè)大國(guó)，人均水資源相當(dāng)有限，上述國(guó)家的實(shí)踐以及成功的經(jīng)驗(yàn)對(duì)于我國(guó)水資源問(wèn)題的解決具有十分重要的借鑒意義。國(guó)內(nèi)北方許多缺水城市，如北京、天津、大連等，已開始使用再生水灌溉公園、街道的草坪和樹木等[5-7]。孫吉雄等[8]和周陸波等[9]在北京市利用再生水灌溉草坪草，發(fā)現(xiàn)若干生理指標(biāo)均與清水灌溉無(wú)顯著差異，且能較明顯地增強(qiáng)草坪草抗性。崔超[10]對(duì)天津經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)再生水回用于草坪綠地進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與自來(lái)水相比，使用再生水灌溉對(duì)草坪的表觀質(zhì)量和生理指標(biāo)的影響沒(méi)有顯著差異。王齊等[11]對(duì)深圳市常見的綠地植物為研究表明，再生水灌溉綠地有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

蘭州市年降水量為250～350 mm，降水量少，屬于典型半干旱地區(qū)。蘭州市每年向黃河排入的廢水達(dá)1.68億m3[12]，既浪費(fèi)了寶貴的水資源，又對(duì)黃河下游的生態(tài)系統(tǒng)造成了極大的破壞。因此，開展再生水利用的研究對(duì)蘭州的發(fā)展具有重要的意義。目前，尚未見有關(guān)蘭州市利用再生水灌溉對(duì)城市草坪綠地影響的研究報(bào)道。因此，本研究以蘭州大學(xué)榆中校區(qū)污水處理中心所處理的再生水為研究對(duì)象，對(duì)常見冷季型草坪草多年生黑麥草(Loliumperenne)、高羊茅(Festucaarundinacea)和草地早熟禾(Poapratensis)進(jìn)行灌溉試驗(yàn)，研究再生水灌溉對(duì)草坪綠地生長(zhǎng)的影響，以期為再生水在城市綠化和農(nóng)業(yè)灌溉中的科學(xué)使用以及干旱地區(qū)草坪草種選擇、養(yǎng)護(hù)管理等提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1供試水 試驗(yàn)灌溉用水來(lái)自蘭州大學(xué)榆中校區(qū)污水處理中心，水質(zhì)指標(biāo)也由該處理中心提供(表1)。

1.1.2供試植物 試驗(yàn)所用草坪草種均由美國(guó)百綠集團(tuán)提供，包括多年生黑麥草品種潘多拉(Panterra)、首相(Premier)，高羊茅品種凌志(Barlexas)、易凱(Easy care)，草地早熟禾品種百勝(Barvictor)、百斯特(Barrister)。

表1 試驗(yàn)再生水和自來(lái)水水質(zhì)指標(biāo)Table 1 Quality indicators of reclaimed water and tap water

1.1.3材料處理 試驗(yàn)在蘭州大學(xué)榆中校區(qū)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院人工智能溫室進(jìn)行，溫室環(huán)境為白天25 ℃(07:00-21:00)，晚上19 ℃(21:00-07:00)，相對(duì)濕度65%，光照強(qiáng)度800 μmol·m-2·s-1。于2011年5月13日選擇圃內(nèi)生長(zhǎng)一年且長(zhǎng)勢(shì)健壯均一的供試草種草皮移入花盆中(直徑11 cm，深15 cm)，盆中裝當(dāng)?shù)卦?.35 kg，土壤類型為黃綿土，土壤pH值7.44，容重1.29 g·cm-3，有機(jī)質(zhì)含量0.74%，全氮0.06%，速效磷4.77 mg·kg-1，速效鉀132.95 mg·kg-1。草坪修剪高度為7 cm。

1.2試驗(yàn)方法 待草坪恢復(fù)生長(zhǎng)1個(gè)月后，將試驗(yàn)材料分為兩組，對(duì)照組采用自來(lái)水灌溉，處理組采用再生水灌溉，每隔3 d澆水1次，每盆每次定量澆灌(約350 mL)。試驗(yàn)期間不進(jìn)行追肥，并及時(shí)防治病蟲害。自2011年7月8日開始，每隔25 d測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)一次，共測(cè)5次，10月16日測(cè)定葉綠素含量和根系活力，處理結(jié)束。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

草坪草再生量測(cè)定：每隔25 d對(duì)草坪進(jìn)行修剪，留茬高度為7 cm，收集修剪掉的草，用0.001 g的電子天平稱量鮮質(zhì)量并記錄，求平均后作為處理的再生量。

草坪草質(zhì)地測(cè)定：每處理3盆，每盆隨機(jī)選取5株測(cè)定葉寬，挑選每株中最寬的葉片，用游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片的最寬處，取平均值。細(xì)胞膜相對(duì)透性采用電導(dǎo)法測(cè)定，以相對(duì)電導(dǎo)率表示膜相對(duì)透性[13]。葉綠素含量參照楊振德[14]的分光光度法。根系活力測(cè)定參照白寶璋等[15]的甲醛浸泡法。

用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較，用SigmaPlot 10.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1再生水灌溉對(duì)草坪草再生量的影響 對(duì)整個(gè)試驗(yàn)期間每一時(shí)期自來(lái)水與再生水澆灌下的6種草坪草的再生量進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)后可知，各品種草坪草再生水灌溉的再生量顯著大于自來(lái)水(P<0.05)，而各測(cè)定時(shí)期間差異不明顯(圖1)。

2.2再生水灌溉對(duì)草坪草葉寬的影響 再生水灌溉前期，6種草坪草葉寬與自來(lái)水灌溉前期間無(wú)顯著差異(P>0.05)。灌溉后期(10月16日)分別調(diào)查潘多拉、首相、凌志和易凱，再生灌溉水較自來(lái)水灌溉葉寬分別顯著增加了29.4%、38.5%、26.0%和23.0%(圖2)。

2.3再生水灌溉對(duì)草坪草葉綠素含量的影響 再生水灌溉條件下葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均顯著大于自來(lái)水灌溉(P<0.05)。與自來(lái)水灌溉相比，再生水灌溉條件下潘多拉、首相、凌志、易凱、百勝和百斯特總?cè)~綠素含量分別顯著增加21.6%、21.0%、21.3%、75.6%、120.0%和52.3%；綠素a含量分別顯著增加54.7%、60.6%、12.5%、60.4%、86.5%和28.4%(P<0.05)；葉綠素b含量分別顯著增加16.0%、18.1%、12.6%、31.0%、86.7%和23.2%(P<0.05)，兩種水質(zhì)灌溉條件下葉綠素a/b趨于一致，無(wú)顯著差異(P>0.05)(圖3)。

2.4再生水灌溉對(duì)草坪草質(zhì)膜透性的影響 不同草坪草葉片的相對(duì)電導(dǎo)率在再生水和自來(lái)水灌溉條件下有一定的差異，但基本在同一水平上(圖4)。經(jīng)配對(duì)t測(cè)驗(yàn),再生水灌溉對(duì)草坪草的細(xì)胞膜透性無(wú)明顯影響。與自來(lái)水相比，葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化幅度最大的是百勝(1.98%～9.26%)，變幅最小的是首相(1.30%～7.00%)。

對(duì)比不同時(shí)期(7-10月)的變化，再生水灌溉條件下6種草坪草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化因種而異，在8月前呈降低趨勢(shì)，9月開始呈現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)高趨勢(shì)(圖4)。

2.5再生水灌溉對(duì)植物根系活力的影響 根系活力可以反映植物在逆境下的生長(zhǎng)狀態(tài)。草坪草在再生水灌溉條件下的根活力與自來(lái)水灌溉相比無(wú)顯著差異。再生水灌溉條件下，潘多拉、首相、凌志、易凱、百勝、百斯特的根系活力分別降低了23.8%、23.1%、5.8%、9.8%、4.8%和6.4%，差異不顯著(P>0.05)(圖5)。

圖1 再生水灌溉下不同草坪草再生量的變化Fig.1 Change of grasses’ regeneration under reclaimed water irrigation

圖2 再生水灌溉下不同草坪草葉寬的變化Fig.2 Change of different grasses’ leaf width under reclaimed water irrigation

圖3 再生水灌溉下不同草坪草的葉綠素含量Fig.3 Change of different grasses’ leaf chlorophyll content under reclaimed water irrigation

圖4 再生水灌溉下不同草坪草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化Fig.4 Change of relative conductivity in different grasses’ leaves under reclaimed water irrigation

圖5 再生水灌溉下不同草坪草的根系活力的變化Fig.5 Change of different grasses root system activity under reclaimed water irrigation

3 討論與結(jié)論

草坪草再生量是不同水質(zhì)灌溉條件下評(píng)價(jià)草坪草生長(zhǎng)狀況最綜合的指標(biāo)，反映了草坪的蓋度、密度以及生長(zhǎng)勢(shì)等草坪景觀性狀[16]。本研究中再生水灌溉顯著增加了草坪草再生量。Kevin等[17]研究發(fā)現(xiàn)，再生水富含作物所需的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素,其合理施用能提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，減少肥料的施用量。諸多研究表明，再生水灌溉可以增加土壤肥力。這證實(shí)了再生水可以增加土壤肥力[18-20]，提供作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)草坪草生長(zhǎng)。

草坪的質(zhì)地由草坪草的葉寬決定，而葉寬受植物品種、管理技術(shù)及栽培密度等因素的影響[21]。本研究結(jié)果顯示，短期再生水灌溉對(duì)草坪草葉片寬度未造成不利影響。在試驗(yàn)觀測(cè)前期，兩種水質(zhì)灌溉條件下，6種草坪草葉寬無(wú)顯著差異，100 d后潘多拉、首相、凌志、易凱在再生水灌溉條件下葉寬顯著大于自來(lái)水灌溉(P<0.05)?？赡苁窃偕卸喾N化學(xué)元素的累積，增加了土壤養(yǎng)分，前期累積較少，未能影響草坪草正常生長(zhǎng)，后期經(jīng)過(guò)一段試驗(yàn)期積累影響較明顯。彭致功等[22]研究認(rèn)為，再生水灌溉造成鹽分的相對(duì)富集，累積鹽分的增加抑制葉片寬度的增大，這與本研究不一致，可能與再生水水質(zhì)以及種植植物有關(guān)，具體原因還有待進(jìn)一步探究。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，其含量直接影響植物光合作用的光能利用效率，是重要的生理指標(biāo)之一[23]。葉綠素含量高則草坪草長(zhǎng)勢(shì)好。對(duì)色素含量的分析已成為評(píng)價(jià)植物長(zhǎng)勢(shì)的一種重要手段[24]。本試驗(yàn)中再生水灌溉的草坪草總?cè)~綠素含量、葉綠素a和葉綠素b含量顯著高于自來(lái)水灌溉。分析其原因，可能是再生水中豐富的N和Mg等為葉綠素合成提供了必需的元素，特別是能確保葉綠素的正常合成氨氮[25-27]?？傮w而言，再生水灌溉能促進(jìn)草坪草生長(zhǎng)，使草坪草顏色呈現(xiàn)墨綠色，而自來(lái)水灌溉的草坪草黃葉增多,葉片顏色明顯較淡。

細(xì)胞膜透性狀況是反映植物細(xì)胞膜系統(tǒng)在環(huán)境因素脅迫下受損程度的重要指標(biāo)，植物細(xì)胞膜系統(tǒng)受損后，葉片相對(duì)電導(dǎo)率升高，草坪草膜透性增大[9]。孫吉雄等[8]用二級(jí)處理水灌溉4種草坪草，半年后與自來(lái)水相比細(xì)胞膜透性差異不顯著。經(jīng)分析，本試驗(yàn)中再生水澆灌對(duì)草坪草的質(zhì)膜透性沒(méi)有明顯影響，與自來(lái)水之間差異不顯著。這證實(shí)了短期再生水灌溉不會(huì)對(duì)草坪草造成顯著傷害。

根系活力可以反映植物在逆境條件下的生長(zhǎng)狀態(tài)[28]。再生水灌溉降低根系活力的原因可能與再生水中含較多的鹽分有關(guān)。有研究表明，再生水灌溉可以導(dǎo)致鈉離子在植物體內(nèi)的累積，從而對(duì)植物造成傷害[29-30]，草坪草根系焦黃和生長(zhǎng)不良等癥狀的主要原因是鹽分積累[31]。但也可能是由于再生水中懸浮物質(zhì)堵塞了土壤中的氣孔，影響了根系的正常生長(zhǎng)[32-33]。本試驗(yàn)表明，短期再生水灌溉對(duì)草坪草根系未造成顯著影響，未傷害草坪草根系的正常生長(zhǎng)。

6種草坪草在再生水灌溉下表現(xiàn)優(yōu)異。與自來(lái)水灌溉相比,再生水灌溉在試驗(yàn)觀測(cè)期內(nèi)不僅能確保草坪質(zhì)地細(xì)膩, 而且還能顯著促進(jìn)草坪草的生長(zhǎng),使草坪色澤深綠，同時(shí)未對(duì)草坪草根系和質(zhì)膜透性造成不良影響。因此，將再生水用于草坪草的灌溉具有非常好的應(yīng)用前景。蘭州市短期再生水灌溉能促進(jìn)草坪草的生長(zhǎng),但是長(zhǎng)期再生水灌溉還有待進(jìn)一步研究?？傊谔m州地區(qū)，再生水用于草坪草綠地灌溉具有寬闊的推廣應(yīng)用前景。采用再生水灌溉草坪不僅可以為我們提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的新水源,還可以大大緩解了水資源緊缺的壓力。

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