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中水澆灌對綠地土壤微生物和重金屬含量的影響

2018-05-28 06:09:42胡文強茹正忠
廣東農(nóng)業(yè)科學 2018年3期
關鍵詞:中水綠地土層

肖 玉,胡文強,茹正忠

(深圳市真和麗生態(tài)環(huán)境股份有限公司,廣東 深圳 518052)

深圳雖地處東南海濱,卻是一座水資源嚴重短缺的人口高度密集城市。伴隨著快速的城市化,深圳的水資源問題越來越嚴峻,不僅水資源短缺而且水質污染和水生態(tài)退化也越來越嚴重。深圳同時也是一個風景園林城市,擁有較多的公園、內(nèi)湖等景觀水體和眾多的綠化帶、草坪和公園,綠化用水量逐年遞增。中水(reclaimed water)也叫“再生水”,是指城市污水、生產(chǎn)生活用水或雨水經(jīng)污水廠二級以上處理再深化處理后,水質指標低于生活飲用水的水質標準,但達到一定的水質指標,可以進行有益使用的水,是國際公認的“第二水源”。從經(jīng)濟角度看,再生水的成本較低,從環(huán)保角度看,污水再生利用可以提高水資源綜合利用率,實現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán)。再生水合理回用既能減少水環(huán)境污染,又可以緩解水資源緊缺的矛盾,是貫徹可持續(xù)發(fā)展的重要措施。將中水用于城市綠地澆灌,既能拓寬中水的應用范圍,又可以緩解城市供水壓力,具有重要的生態(tài)意義。

但中水水質低于飲用水,不僅含有氮、磷等營養(yǎng)物質,還含有較多的鹽分和重金屬。使用中水澆灌綠地是否會產(chǎn)生負面影響?微生物數(shù)量和重金屬含量會發(fā)生怎樣的變化?王齊等[1-2]研究表明,中水澆灌可以增加土壤的有機物,使綠地微生物數(shù)量相對增加,重金屬的累計比較緩慢,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澆灌,能增加土壤微生物的數(shù)量和群落多樣性,但是會引起土壤重金屬含量發(fā)生積累[4-5]。本研究對深圳市鹽田水質凈化廠園區(qū)內(nèi)中水澆灌區(qū)和自來水澆灌區(qū)的綠地土壤采樣,并測試分析其微生物數(shù)量和重金屬含量,為中水用于綠地澆灌提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

深圳市(113°46′~114°37′E,22°27′~22°52′N)位于廣東省南部、珠江三角洲東岸,屬于亞熱帶季風氣候,年均溫度22.2℃,每年5~9月為雨季,年降雨量1500~2500 mm。鹽田水質凈化廠位于深圳市鹽田西港區(qū)北側,該廠籌建于1998年,是深圳市水務(集團)有限公司所屬的四個污水處理廠之一,是深圳市大型的二級污水處理廠,占地面積11.5 hm2。

本試驗澆灌用中水和自來水取自深圳鹽田水質凈化廠,水質見表1。

表1 中水和清水水質指標及測試值

1.2 試驗方法

采用隨機區(qū)組設計,選取廠區(qū)內(nèi)中水澆灌3年的綠地為研究對象,以自來水澆灌區(qū)綠地為對照。分別在中水澆灌區(qū)和自來水澆灌區(qū)選擇3塊試驗地進行采樣。每塊試驗地依據(jù)S型取樣法,選取30個點,每個點分3層垂直進行采樣:0~20 cm、20~30 cm、30~40 cm。采樣完畢后將同一塊試驗地、同一層次的土壤混合均勻,用四分法取1 kg裝入密封袋。用保溫箱加冰塊保鮮,送到實驗室4℃保存,進行各項測定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤微生物 采用平板法進行分離測定,細菌、真菌、放線菌分別用牛肉膏蛋白瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和改良高氏1號培養(yǎng)基培養(yǎng)。取土樣測定土壤含水量,計算水分系數(shù),再換算每克干土中含微生物的數(shù)量[6-7]。

1.3.2 土壤重金屬及氯離子含量 全銅、全鋅、全鉛、全鎘、全鉻、全鎳含量采用三酸消煮-火焰原子吸收分光光度法測定,全砷含量采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法測定。氯離子用水提取-硝酸銀滴定法測定。

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2010和SPSS18.0軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 中水澆灌對土壤微生物數(shù)量的影響

對不同澆灌區(qū)相同土壤深度和相同澆灌區(qū)不同土壤深度的微生物菌落數(shù)量進行方差分析,結果見表2和表3。由表2可知,中水澆灌區(qū)的細菌、真菌、放線菌等3種微生物數(shù)量均顯著高于自來水澆灌區(qū),其中,中水處理的細菌數(shù)量比自來水處理高82.30%,真菌數(shù)量高11.31%,放線菌數(shù)量高56.96%。

表2 自來水和中水澆灌對土壤微生物數(shù)量(CFU/g,干土)的影響

由表3可知,土壤深度對細菌、真菌和放線菌的數(shù)量影響顯著。不同澆灌區(qū)(中水、自來水)的細菌菌落數(shù)均在20~30 cm土層達到最大,均顯著高于0~20 cm和30~40 cm土層,其中比30~40 cm土層分別高19.59%和10.52%;0~20 cm土層的真菌菌落數(shù)與20~30 cm土層差異不顯著,但比30~40 cm土層分別高7.6%和9.86%,差異顯著;中水澆灌區(qū)的放線菌群落數(shù)量在20~30 cm土層達到最大,顯著高于0~20 cm和30~40 cm土層,其中比30~40 cm土層高7.02%,而自來水澆灌區(qū)不同土壤深度的群落差異不顯著。

表3 不同處理不同土壤深度對土壤微生物數(shù)量(CFU/g,干土)的影響

2.2 中水澆灌對土壤重金屬含量的影響

對中水和自來水澆灌處理不同土壤深度的7種重金屬含量進行對比,結果見表4和表5。由表4可知,中水和自來水澆灌處理的重金屬含量差異不顯著,其中中水處理的土壤全Cu、全Zn、全Pb、全Cd和全Cr含量均高于自來水處理,分別高5.43%、1.64%、2.70%、1.37%和0.19%,而全Ni和全As的含量則是自來水處理高于中水處理,分別高0.78%和0.77%。

由表5可知,土壤深度對全Cu、全Zn、全Pb、全Cd、全Ni、全As的含量有顯著影響,對全Cr含量的影響不顯著。 其中,自來水處理的全Cu、全Zn、全Cd、全Ni含量均在0~20 cm土層最低,全Pb含量在20~30 cm土層最高、20~30(30~40) cm土層最低,全Cr含量在30~40 cm土層最高、20~30 cm土層最低;中水處理的全Pb、全Cd和全Cr含量均在20~30 cm土層最高、分別比含量最低土層高9.82%、5.55%和2.92%,全Zn和全Ni含量均在0~20 cm土層最高、差異顯著,全Cu和全As含量則均在0~20 cm土層最低、分別比含量最高土層低15.50%和8.77%。與廣東省土壤背景值和土壤環(huán)境質量二級標準對比,中水澆灌區(qū)土壤重金屬含量全部低于土壤環(huán)境質量二級標準,僅全Zn、全Pb和全Cd含量超出土壤背景值,分別高15.44%、10.80%和51.55%。

表4 不同澆灌處理對土壤重金屬含量(mg/kg)的影響

2.3 中水澆灌對土壤氯離子含量的影響

對中水澆灌區(qū)和自來水澆灌區(qū)土壤Cl-含量的方差分析(表6)表明,中水澆灌區(qū)20~30和30~40 cm土層的Cl-1含量均顯著高于對照(自來水澆灌區(qū));自來水澆灌區(qū)各土壤深度之間的Cl-含量差異不顯著,而中水澆灌區(qū)30~40 cm土層的Cl-含量顯著高于其他土層,比含量最低的0~20 cm土層高128.58%。

表5 不同土壤深度的土壤重金屬含量

表6 不同澆灌處理不同土壤深度的Cl-含量(mg/kg)

3 結論與討論

本試驗結果表明,與自來水對照相比,中水澆灌后土壤各土層的細菌、真菌、放線菌數(shù)量均顯著增加,與王齊等[1]、郭逍宇等[3]研究結果相同。土壤微生物數(shù)量既是表征土壤質量的生物學指標之一,也是土壤有機質循環(huán)的重要參與者[8]。土壤微生物是活的有機體,其組成和變化對土傳性病蟲害和植物養(yǎng)分的吸收都有密切的關系[9],土壤的微生物數(shù)量多,則土壤的活性強,因此中水澆灌可增加綠地土壤的活性。土壤深度對中水澆灌區(qū)土壤細菌、放線菌、真菌的群落數(shù)量影響顯著,其中細菌的菌落數(shù)是中間層(20~30 cm)>表層(0~20 cm)>底層(30~40 cm),放線菌是表層>中間層>底層,真菌和細菌變化趨勢相同,而自來水澆灌區(qū)各土壤深度之間變化不顯著。但郭逍宇等[3]研究表明,中水澆灌僅對根際土壤微生物有促進作用,對根系層(0~20 cm)和非根系層(20~40 cm)影響不顯著。因此土壤深度對土壤細菌、真菌、放線菌的繁衍有一定影響,可能與土壤的濕度、溫度和透氣性有關,也可能與植物根系活動相關,需進一步研究。

土壤深度對土壤重金屬含量有顯著的影響,但規(guī)律性不強。周益奇等[10]研究表明,中水澆灌土壤的重金屬主要在表層富集。而本試驗結果顯示,全Cu、全Zn和全As主要在土壤底層(30~40 cm)富集,全Pb和全Cd在中間層(20~30 cm)含量最高,僅全Cr和全Ni在表層(0~20 cm)含量最高,這可能與土壤的區(qū)域性有關。土壤的成土母質、環(huán)境差異和環(huán)境容量值均對土壤的重金屬含量有影響[11]。

土壤背景值是指未受人類活動影響的自然環(huán)境中化學元素和化合物的含量,常用于評價土壤環(huán)境質量和確定土壤的環(huán)境容量,是環(huán)境土壤學研究的一項重要的基礎工作[11]。土壤的環(huán)境質量標準分為三級,其中二級標準是為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護人體健康的土壤限制值。本試驗中,中水澆灌區(qū)土壤的全Zn、全Pb和全Cd超出廣東省土壤背景值,但均未超過土壤質量二級標準。與深圳市城市綠地[12]和公園[13]的土壤相比,中水澆灌區(qū)土壤的全Zn、全Cu、全Pb、全Cd含量較低,且均未達到影響人體健康的范圍。

氯是植物的必需營養(yǎng)元素,在土壤中主要以離子形態(tài)存在。Cl-參與植物的光合作用,參與植物體內(nèi)某種酶的活化,是植物體內(nèi)默寫激素的組成部分,能提高植物的抗旱能力等[14-15]。同時,氯離子的淋溶較劇烈,不同土層間氯的積累存在差異[16]。土壤Cl-含量的變化是研究中水澆灌的一個重要內(nèi)容,很多研究結果差異較大,大多數(shù)研究表明長期的中水澆灌會使土壤中的Cl-含量增加[17-19],但是否造成污染或毒害仍需要進一步研究。本試驗結果表明,中水澆灌后土壤的Cl-含量顯著高于自來水澆灌區(qū),且隨著土壤深度的增加而顯著增加,這可能與試驗所用中水的Cl-含量較高有關,這與王齊等[2]、王玉岱等[19]、周陸波等[4]的研究結果相似。我國土壤平均含氯量為24.5 mg/kg,比本試驗中水處理最大值高167.55%[15],說明中水處理土壤的含氯水平在適宜范圍內(nèi)。

綜上所述,中水水質含有大量的營養(yǎng)元素,使用中水澆灌綠地土壤后,土壤微生物數(shù)量、Cl-含量均顯著增加,土壤Cl-含量顯著高于自來水澆灌區(qū),可能會在深層積累,需要進一步監(jiān)測。土壤深度對土壤微生物數(shù)量影響顯著,以30~40 cm土壤深度的微生物數(shù)量最低。不同重金屬含量在不同土壤深度的分布也不相同,僅全Zn、全Pb和全Cd含量超出廣東省土壤背景值,但均未達到危害人體健康程度。

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