不同灌溉處理對園林植物生長生理及土壤理化性狀的影響

摘要 [目的] 研究了城市二級污水灌溉對垂柳（Salix babylonica）、油松（Pinus tabulaeformis Carr.）、冬青（Ilex chinensis Sims）、紅葉小檗（Berberis thunbergii cv.atropurpurea）、黑麥草（Lolium perenne L.）、早熟禾（Kenturky bluegrass）6種園林植物生長生理特性、礦質元素吸收、土壤理化性狀及酶活性的影響。[方法]采用盆栽試驗，設置2個灌溉處理，即對照自來水灌溉、城市二級生活污水灌溉，對6種園林植物進行不同灌溉處理。[結果]污水灌溉處理均使這6種園林植物株高、鮮重及葉面積系數增加，葉片葉綠素含量增加，凈光合速率增強。這污水灌溉使植物根系活力提高，養分吸收增加，土壤速效養分含量增強。這可能是由于土壤酶活性增強，促使土壤速效養分的釋放。[結論]直接用城市二級生活污水澆灌以上幾種綠化植物，對綠化植物生長生理的負面影響不大，能提高土壤有效養分的含量，提供一定肥力。所以，生活污水可以有條件地應用到園林綠化植物中。

關鍵詞 生活污水;園林植物;生長生理特性;土壤理化性狀

中圖分類號 S153 "文獻標識碼

A "文章編號 0517-6611（2014）32-11292-05

Effects of Different Irrigation Treatments on the Landscape Plants Growh and Soil Physical and Chemical Properties

HAO Ruijuan "（Lu'an Mining Group Co.， Forestry Department of Shanxi Province， Changzhi， Shanxi 046204）

Abstract "[Objective] To study the effects of urban second sewage on the growth physiological property， element uptake， soil physical and chemical properties， soil enzyme activities of landscape

plants of Salix babylonica， Pinus tabulaeformis， Ilex chinensis Sims， Berberis thunbergii， Lolium perenne and Kenturky bluegrass. [Mehtod] A pot experiment was set up with two irrigation treatments： tap water as the control， urban sewage irrigation to the six landscape plants. [Result] The height， fresh weight and leaf area factor of the six landscape plant were increased under sewage irrigation， and also the leaf chlorophyll content increased， net photosynthesis rate enhanced. The root activity of the plants was increased， increase nutrient absorption， soil available nutrient content was improved. It was possible increasing soil enzyme proved release of soil available nutrients. [Conclusion] There were little negative impact on the growth of green plant physiology directly irrigating with the municipal secondary sewage， and can effectively improve the nutrient content of the soil， to provide certain fertility. So the sewage can be applied to landscaping plants conditionally.

Key words "Sewage; Landscape plants; Growth and physiology properties; Soil physical and chemical properties

城市園林綠化對城市建設、人們社會生活和城市發展有著重要的意義。城市園林綠化水平提高的必要性已不容忽視。目前，城市用水日趨緊張，園林灌溉使用自來水，加劇了自來水的供需矛盾。在水資源條件嚴重受限的情況下，節約用水、提高水的利用率就越來越重要了。生活污水主要來源于洗滌、洗浴、廚房、游泳館、沖廁等的排水，其中既含有植物可吸收利用的營養物質，又含有不利于環境、植物生長的各種成分如消毒劑、洗滌劑等。我國目前大部分地區生活污水都未經處理而直接排放，是造成水體污染的主要原因之一。利用污水對城市園林進行灌溉，在以色列、歐美等一些國家已有幾十年的歷史，特別是以色列，80%以上的城市園林是將生活污水經過簡單處理，結合現代灌溉技術進行灌溉。通過各種形式進行生活污水的充分利用，既能減輕對水資源的污染，又能節約大量寶貴的水資源，達到生態效益和經濟效益雙贏的目的[1]。利用生活污水灌溉園林綠化植物，既能美化環境，又有能達到凈化污水的作用[2]。

孫吉雄等[3-6]對不同園林植物污水灌溉進行了研究，但是前人研究主要側重于對園林植物生長生理的研究，缺乏對植物生化指標以及土壤特性的系統研究。因此，筆者從二級污水對幾種園林綠化植物的生長生理特性以及對土壤酶、養分影響方面進行探討，為生活污水在園林綠化植物上的應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤。供試土壤為園林地土壤，類型為褐土。供試土壤基本理化性質為pH 6.75，EC值462.50 μS/cm，

有機質14.63 g/kg，全氮4.24 g/kg，堿解氮259.00 mg/kg，速效磷92.09 mg/kg，速效鉀87.44 mg/kg。

1.1.2 供試植物。供試植物有垂柳（Salix babylonica）、油松（Pinus tabulaeformis Carr.）、冬青（Ilex chinensis Sims）、紅葉小檗（Berberis thunbergii cv.atropurpurea）、黑麥草（Lolium perenne L.）、早熟禾（Kenturky bluegrass）。試驗用植物從本地區購買，均為當地主栽品種。

1.1.3 生活污水。

試驗所用生活污水來源于山西省長治市某污水處理公司。生活污水經過格柵去除漂浮物、生物處理成為二級污水。以自來水灌溉為對照。生活污水以及自來水水質指標見表1。

表1 試驗用水水質指標

水處理pH EC值

mS/cm化學需氧

量（COD）

mg/L氨氮

（NH+3N）

mg/L生化需氧

量（BOD5）

mg/L懸浮物

（SS）

mg/L

自來水7.420.52---

二級污水7.312.897.1919.7877.8932.67

1.2 試驗設計

試驗于2013年5～8月在山西省長治市園林地進行。根據當地綠化定植活動時間，2013年5月將購買的相同苗齡的6種園林綠化植物按照試驗設計安排到相同條件的條形盆（規格：長80 cm、寬40 cm、高30 cm）中。待植株適應生長7 d后（適應期均以自來水灌溉），開始對以上盆栽植物進行自來水和二級污水灌溉，每隔4～5 d每盆澆1 000 ml自來水或二級生活污水。2013年8月開始采植物樣品、土壤樣品。除灌溉水處理不同外，其余栽培管理方式均相同。

1.3 指標測定

1.3.1 植物生長指標測定。每個處理選擇10株長勢一致的喬灌木植株，測量平均鮮重和株高。對于草坪類植物，采用梅花五點法采樣，面積為0.25 m2（50 cm×50 cm），計算平均株高和鮮重。

葉面積指數=葉片總面積/土地面積

植物取樣后用純水洗凈，用脫脂棉將植株擦干，將植株分為根系、莖、葉片和果實4個部分，105 ℃烘箱殺青30 min，于75 ℃烘干24 h后，稱重、粉碎后備用。植物主要礦質營養成分N、P、K含量測定參照文獻[7]。

1.3.2 植物生理指標測定。

1.3.2.1 抗氧化指標。丙二醛（MDA）含量采用TBA法[8]測定;可溶性糖（SS）含量采用蒽酮比色法[9]。葉片葉綠素含量測定參照文獻[9]的方法。根系活力測定采用TTC（氯化三苯基四氮唑）法[10]。SOD的活性按文獻[11]的方法測定，POD活性采用愈創木酚法[12]測定，CAT活性采用文獻[13]的方法測定。

1.3.2.2 光響應曲線（PnPPFD curve）測定。選擇晴朗無云天氣，在上午 9：00～12：00，用 Li6400（USA）便攜式光合儀測定黃瓜的光合特性。選擇3株長勢一致、有代表性的黃瓜植株，測定第3片功能葉。用緩沖瓶控制CO2濃度約為400 μmol CO2/mol，葉室溫度設定為25 ℃（±0.5 ℃），用儀器配備的紅藍光源（Li6400LED），設定光有效輻射強度（PPFD）由高到低依次為2 000、1 800、1 600、1 400、1 200、800、600、400、200、150、100、50、20、10、0 μmol/（m2·s）。在測量前，待測葉片要在高光強（1 800 μmol/（m2·s））下適應4 min。PnPPFD曲線利用每個PPFD下的Pn平均值來擬合。

1.3.3 土壤理化性質。

按照“S”曲線采取0～20 "cm的混合土樣。土壤自然風干，研磨過2 mm篩，備用。土壤基本理化性狀養分含量等參照文獻[7]的方法測定;土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定;土壤中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[14]測定;土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法[15]測定。

1.4 數據分析 采用EXCEL 2003作圖和SPSS（17.0）統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉處理對園林植物生長的影響 從表2可以看出，與對照（自來水灌溉）相比，垂柳、油松、紅葉小檗、冬青、早熟禾和黑麥草的株高、鮮重經城市二級污水灌溉后均增加。這幾種植物根系體積在污水灌溉后均有所增加，其中草坪類植物早熟禾和黑麥草根系體積增加明顯，喬灌木類增加程度較低。葉面積系數以垂柳、油松、早熟禾和黑麥草增加明顯，紅葉小檗和冬青葉面積系數變化不大。

表2 不同灌溉處理對園林綠化植物生長指標的影響

植物對照（自來水）株高

m鮮重

g根系體積

cm3/株葉面積系數二級污水株高

m鮮重

g根系體積

cm3/株葉面積系數

垂柳1.91440.952.4578.671.95498.112.4679.10

油松1.64360.992.6787.801.88400.672.8798.78

紅葉小檗0.61110.341.4733.101.02120.451.5743.05

冬青0.6290.891.6953.340.78100.451.7093.34

早熟禾0.0112.480.5144.450.1245.230.7175.67

黑麥草0.0121.030.2314.360.0958.090.3895.89

2.2 "不同灌溉處理對園林植物生理特性的影響

2.2.1 生理指標。從表3可以看出，城市二級污水灌溉明顯使得紅葉小檗、冬青、早熟禾和黑麥草的根系活力增強，尤其對草坪草的增加作用明顯，對垂柳和油松根系活力幾乎無影響。這幾種植物葉片葉綠素含量經過污水灌溉后均有不同程度的增加，油松增加最多，提高43.35%。

除油松可溶性糖含量降低外，污水灌溉使得其他5種植物可溶性糖含量均有所增加，早熟禾和黑麥草增加較多。

2.2.2 抗氧化指標。從表4可以看出，污水灌溉使得油松過氧化物酶（POD）活性低于對照（自來水），其余植物POD活性高于對照（自來水）。污水灌溉使得這6種植物過氧化氫酶（CAT）活性均有不同程度的升高。早熟禾和黑麥草經過污水灌溉后超氧化物歧化酶（SOD）降低，其余幾種植物均升高。污水灌溉使得這幾種植物丙二醛（MDA）含量均有所增加。

表3 不同灌溉處理對園林綠化植物生理指標的影響

植物根系活力

mg/（g·h）對照二級污水

葉綠素含量

mg/g對照二級污水

可溶性糖含量

mg/g對照二級污水

垂柳1.041.082.112.902.112.34

油松0.980.992.563.672.562.06

紅葉小檗2.983.652.782.991.982.03

冬青2.543.673.233.782.012.03

早熟禾1.493.034.034.152.983.23

黑麥草1.563.783.984.563.013.34

2.2.3 凈光合速率。從圖1可以看出，垂柳、油松、紅葉小檗、冬青、早熟禾和黑麥草凈光合速率均隨著光合有效輻射（PPFD）的增加而增加。垂柳灌溉污水處理（T）光合速率高于自來水處理（CK）;當光合有效輻射在0～1 000 μmol/（m2·s）之間時，油松光合速率隨著光合有效輻射的增加而增加，當大于1 000 μmol/（m2·s）時，光合速率開始下降;灌溉污水使得紅葉小檗和冬青光合速率均增加。在相同的光合有效輻射值下，冬青光合速率較紅葉小檗高;早熟禾和黑麥草凈光合速率在污水灌溉處理下較自來水灌溉高，且在同等光合有效輻射值下黑麥草凈光合速率高。

表4 不同灌溉處理對園林綠化植物抗氧化指標的影響

植物過氧化物酶活性

μg/min對照二級污水

過氧化氫酶活性

μg/min對照二級污水

超氧化去歧化酶

活性∥μg-1對照二級污水

丙二醛含量

mmol/g對照二級污水

垂柳25.6734.0310.8011.56180.05178.082.762.45

油松50.2430.8913.8911.78168.45169.042.142.17

紅葉小檗60.4584.407.898.96130.04160.541.982.34

冬青65.4787.346.809.56126.78170.451.452.01

早熟禾50.7889.345.459.11120.0496.451.672.67

黑麥草61.23100.314.6710.76146.37100.031.393.06

注：CK為對照（自來水）;T為二級污水。

圖1 不同灌溉方式對園林綠化植物光響應曲線的影響

2.3 不同灌溉處理對不同園林植物礦質元素吸收的影響

從表5可以看出，垂柳、油松、紅葉小檗、冬青、早熟禾和黑麥草在灌溉污水區植物體內N、P、K、Fe元素含量均高于對照（自來水）。與對照（自來水灌溉）相比，污水灌溉使得垂柳Fe元素吸收降低，其他植物增加。除紅葉小檗和冬青Cu元素吸收降低外，其他植物Cu吸收增加。自來水和二級污水灌溉對這6種植物體內Zn元素含量的影響不大。

表5 不同灌溉處理對園林綠化植物礦質元素含量的影響

植物灌溉水處理氮（N）

mg/g磷（P）

mg/g鉀（K）

mg/g鐵（Fe）

mg/g銅（Cu）

mg/g鋅（Zn）

mg/kg

垂柳對照（自來水）12.046.2210.45257.341.3412.03

二級污水12.396.6711.51200.131.3512.03

油松對照（自來水）13.455.068.61183.241.8312.54

二級污水13.985.158.61267.892.0112.90

紅葉小檗對照（自來水）11.464.129.4390.833.049.98

二級污水12.034.348.56104.002.6710.23

冬青對照（自來水）13.895.158.3986.342.567.69

二級污水14.676.568.67100.562.368.24

早熟禾對照（自來水）10.133.025.3456.340.232.34

二級污水10.344.105.6586.340.252.31

黑麥草對照（自來水）9.094.124.2164.230.193.67

二級污水9.284.314.4388.340.213.69

安徽農業科學 " " " " " " " " " " " " 2014年

2.4 不同灌溉處理對土壤理化性質的影響

2.4.1 土壤養分含量。從表6可以看出， 與自來水灌溉相比，污水灌溉使得種植垂柳、油松的土壤pH降低，紅葉小檗、冬青、早熟禾和黑麥草土壤pH升高。除紅葉小檗土壤EC值降低外，種植其余5種植物的土壤經污水灌溉后EC值均升高。污水灌溉對6種植物生長下土壤有機質含量的影響不大，全氮和堿解氮含量均增加。除種植紅葉小檗和冬青土壤速效磷含量降低外，其他植物均升高。污水灌溉均使得土壤速效鉀含量升高。

2.4.2 土壤酶活性。從圖2可以看出，土壤過氧化氫酶、磷酸酶以及脲酶活性經污水灌溉后均有不同程度的升高。其中，種植草坪草（早熟禾和黑麥草）土壤過氧化氫酶活性較高。種植冬青土壤磷酸酶和脲酶活性均高于種植其他植物，且污水灌溉促進土壤酶活性的增加。

表6 不同灌溉處理對供試土壤理化性質的影響

植物灌溉水處理pHEC值

μS/cm有機質

g/kg全氮

g/kg堿解氮

mg/kg速效磷

mg/kg速效鉀

mg/kg

垂柳對照自來水7.51411.014.443.95234.562.1073.40

二級污水7.26481.014.504.45289.8101.2086.03

油松對照自來水7.34400.514.883.33256.686.4075.82

二級污水7.33433.014.634.41368.0100.70102.87

紅葉小檗對照自來水7.89347.015.203.96266.383.6764.21

二級污水8.11327.015.195.61357.580.13108.83

冬青對照自來水7.73355.515.763.84294.381.0295.43

二級污水7.67374.315.824.05352.467.51100.41

早熟禾對照自來水7.62421.715.522.56252.372.6085.32

二級污水8.12465.615.674.45367.8123.50120.45

黑麥草對照自來水7.61423.4514.232.67234.889.4080.34

二級污水7.89473.914.453.78308.4130.50100.78

圖2 不同灌溉處理對土壤脲酶、磷酸酶以及過氧化氫酶活性的影響

3 結論與討論

與自來水灌溉相比，城市二級污水灌溉均使垂柳、油松、紅葉小檗、冬青、早熟禾以及黑麥草的株高和鮮重增加。這與何江等[16]對高羊茅、早熟禾等園林植物上的研究相一致。這說明城市二級污水在一定程度上促進這幾種園林植物的生長。其中，污水灌溉對草坪類植物生物量積累的作用明顯。王艷春等[17]利用污水灌溉對銀杏、油松、連翹、紫薇、榆葉梅、玉蘭等園林植物的研究表明，灌溉使得植物生長良好，葉色正常。岳慧星等[1]對26種園林植物的研究結果表明，城市二級污水灌溉對喬木類如柳樹株高的增加效果不明顯，對胸徑增粗作用顯著。該研究結果表現出相似結果，污水灌溉使得垂柳和油松的株高增加較少，鮮重增加明顯。根系體積從側面反映根系對養分的截獲能力，根系體積大，側根多，縮短養分的運輸距離，相對增加根系的營養吸收，減少根系生長對營養的消耗，為地上部生長提供更多的養分[18]。該試驗結果顯示，污水灌溉對紅葉小檗、冬青、早熟禾以及黑麥草根系體積的促進作用明顯。這為養分高效吸收提供基礎。而垂柳和油松根系體積變化小，可能是由于喬木類根系發達，粗根系多，側根少。以上結果說明，污水本身含有植物生長發育所需要的營養物質，有助于植物生長[16]。城市二級污水灌溉增加園林植物的葉面積系數，說明污水灌溉植物整體葉面積增加。紅葉小檗和冬青葉面積系數增加較小，可能是由于這2種植物生長較慢，枝葉伸展度低。由此可知，直接用生活污水澆灌園林綠化植物對其生長發育的負面影響不大。

灌溉污水處理使得草坪類作物（早熟禾和黑麥草）根系活力增加明顯，其余植物變化不明顯。這可能是因為根系活力主要體現的是根尖數量，草坪類植物須根系多，根尖量大。但是，灌溉污水使得試驗中6種植物生物量積累均增加，說明污水灌溉促進根系對養分的吸收。這可能是由于根系生理活性的增加促進養分吸收，也可能是根系形態變化（如根系橫截面積等）導致橫向吸收面積增加等。

葉綠素是植物進行光合作用的重要色素，其含量是重要的生理指標。葉片色素含量的高低直接影響作物生長、品質，也是評價植物長勢的重要因素之一[4]。該試驗結果顯示，二級污水灌溉下植物葉片葉綠素含量高于自來水灌溉。這與彭致功等[4，19]研究結果一致，說明污水灌溉能提高植物葉綠素含量，因而葉片凈光合速率得到提高。劉金榮等[6]對白三葉和紫花苜蓿污水灌溉的研究結果也表明，污水灌溉后期白三葉和紫花苜蓿的凈光合速率均顯著高于自來水灌溉。當光合有效輻射較高（大于1 800 μmol/（m2·s）時，會使有些植物產生光抑制，凈光合速率降低。

可溶性糖在抵御逆境中起著重要的作用，也是植物對逆境耐受能力的表現[20]。垂柳和油松可溶性糖含量經過污水灌溉后變化不大，其中油松可溶性糖含量反而降低，說明喬木類對污水灌溉的耐受能力較強。污水灌溉使植物體內MDA含量增加，SOD、POD、CAT這3個抗氧化酶組成一個有效的活性氧清除系統，通過增強酶活性來清除MDA。

污水灌溉下植物體內養分濃度高于自來水處理。黃冠華等[21]對幾種草坪草的研究結果也表明，污水灌溉使得植物養分含量增加。這與污水灌溉增加土壤速效養分含量有著密切的關系。賈哲峰等[5]指出，污水灌溉能增加綠地植物對礦質元素的吸收，增強綜合抗性等。研究表明，油松、紅葉小檗以及冬青體內養分濃度較高。這可能與植物的生長習性不同相關。與落葉植物相比，常綠作物體內更易積累養分離子，而落葉植物（如垂柳）可能通過落葉帶走部分養分。植物對氮、磷和鉀的吸收能緩解鋅和銅元素毒害作用，污水灌溉對植物體內鋅和銅元素的含量影響不明顯[16]。與自來水灌溉相比，污水灌溉對土壤pH的影響因不同植物種類而異，對土壤有機質含量的影響不大。污水灌溉在一定程度上可以提高土壤肥力，使得土壤速效氮和速效鉀養分含量增加。這與張娟[22]研究結果一致。另外，該試驗有部分土壤污水灌溉養分含量減少的情況，例如除種植紅葉小檗和冬青的土壤速效磷含量降低外，其他植物均升高。一方面，可能是因為生活污水處理主要是脫氮和脫磷，對鉀的去除率低[23];另一方面，可能是因為污水灌溉植物生長量大，對養分的吸收增強，導致暫時的養分虧缺。李曉娜等[24]指出，生活污水灌溉能增加土壤養分，但根據養分在土壤中遷移的難易程度及不同園林植物的根系分布特征，污水灌溉帶入土壤的養分變化不一致。

由此可知，在實際綠化活動中，垂柳、油松、紅葉小檗、冬青、早熟禾以及黑麥草均對城市二級污水灌溉耐受能力強，可以選擇喬木、灌木以及草坪草進行搭配種植。為了配合當地園林綠化活動，該研究安排在春、夏季種植，植物生長旺盛，可能對養分和水分需求量大，表現出較高的耐受能力。但是，冬季對油松、紅葉小檗以及冬青這幾種常綠園林植物的二級污水灌溉還有待進一步研究。

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