礦井水再生水灌溉對(duì)土壤性能和土壤微生物影響研究

翟建平 王 茜 王寶萍

（1.鳳翔縣水利管理工作站 陜西 鳳翔 721400；2.鳳翔縣水土保持工作站 陜西 鳳翔 721400）

我國(guó)煤礦開(kāi)采九成以上是以井工為主，淺部煤層逐漸枯竭，開(kāi)采的難度隨著煤層深度的增加而逐漸增加，礦井深度也不斷加深，煤層水害增加，為確保煤礦的安全生產(chǎn)，煤礦區(qū)大量排出礦井水。我國(guó)煤礦礦井水年排放量約為22億t，而礦井水的資源化利用率僅有20%左右，大量未經(jīng)處理的礦井水直接排放，不僅污染了環(huán)境，而且還浪費(fèi)了寶貴的礦井水資源。然而因礦井水含有大量的重金屬離子，無(wú)法直接利用。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)灌溉是生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)處理后的礦井水，去除了水中重金屬物質(zhì)，可以達(dá)到農(nóng)業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，

本研究采用盆栽實(shí)驗(yàn)的方法，以鳳翔縣廢棄礦井水不同水質(zhì)的再生水澆灌小麥為例，通過(guò)對(duì)收獲期盆栽土壤的相關(guān)指標(biāo)測(cè)定，研究礦井水再生水灌溉對(duì)土壤性能和土壤微生物的影響，為礦井水再生水灌溉對(duì)土壤質(zhì)量的影響以及安全與否提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)布置

實(shí)驗(yàn)分兩步進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)第一步需要監(jiān)測(cè)三個(gè)類型的水質(zhì)，原水（O）、再生水（S）、清水（自來(lái)水，對(duì)照CK），具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容見(jiàn)1.2，并將三種類型水的具體指標(biāo)與農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)做對(duì)比，以分析不同水質(zhì)各指標(biāo)是否符合農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)第二部分，分別用三個(gè)類型的水對(duì)實(shí)驗(yàn)土壤進(jìn)行灌溉處理，并將原始土作為對(duì)照組，每一個(gè)處理有10個(gè)重復(fù)。土壤采用林業(yè)站田間表土，經(jīng)過(guò)風(fēng)干、過(guò)篩、混合底肥，殺蟲(chóng)。每盆3苗。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

測(cè)定原水、再生水和清水的B OD、COD、SS、PH、EC、TN、TP、Cl-、Pb、Cd、Zn。測(cè)定土壤取收獲期小麥盆栽土壤，測(cè)定土壤理化指標(biāo)包括pH、電導(dǎo)率EC，常規(guī)養(yǎng)分指標(biāo)有全氮、有效磷、全鉀和有機(jī)質(zhì)，重金屬鉛Pb、鎘Cd，微生物指標(biāo)有土壤細(xì)菌數(shù)量、放線菌和真菌。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦井水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)涉及3種類型水，直接從礦井中抽取的礦井水原水O，經(jīng)過(guò)處理后的礦井水再生水S，對(duì)照組清水即自來(lái)水CK。在表1中，需要特別指出的是礦井水原水中P b和Cd含量超標(biāo)。經(jīng)過(guò)處理后，再生水符合農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)。因此，將礦井水原水直接作為灌溉用水還是不行的。

2.2 礦井水再生水對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

土壤的理化性質(zhì)對(duì)植物的生長(zhǎng)非常重要。表2表明，再生水灌溉和清水處理的pH值差異不明顯。礦井水水質(zhì)雖偏酸，但對(duì)植物生長(zhǎng)而言在正常pH范圍內(nèi)，所以，礦井水灌溉對(duì)土壤的pH值影響不大。再生水澆灌會(huì)使土壤EC值升高。

與清水比較，再生水對(duì)小麥土壤全氮含量的影響不明顯，原因可能是再生水不僅加快了植物的生長(zhǎng)，也加快了土壤里全氮的消耗，造成3種樣品土壤全氮含量差異不明顯。三種水灌溉對(duì)土壤中速效磷、全鉀和有機(jī)質(zhì)含量的影響均不明顯。

礦井水原水O中Pb和Cd含量超標(biāo)，再生水S和清水CK澆灌的水源中Pb和Cd含量正常，非污染表土P b含量在18.290mg·kg-1，三種水源澆灌的土壤都屬于非污染土壤。

2.3 再生水對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物參與植物生長(zhǎng)過(guò)程中的全部生化反應(yīng)。細(xì)菌是土壤微生物中數(shù)量最多的群落，多為好氧或厭氧菌，在土壤的物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。因?yàn)橥寥牢镔|(zhì)無(wú)法自行轉(zhuǎn)化，需要通過(guò)微生物群將復(fù)雜的含氮化合物轉(zhuǎn)化為可溶性的無(wú)機(jī)物，再經(jīng)過(guò)植物根部進(jìn)入植物。放線菌是土壤中普遍存在的優(yōu)勢(shì)微生物群，在有機(jī)物礦化過(guò)程中有著重要的作用。

由表3可知，礦井水原水和再生水所灌土壤在細(xì)菌數(shù)量上明顯高于清水灌溉土壤，數(shù)量多有助于提高土壤中有機(jī)物的礦化程度，增加土壤內(nèi)礦物質(zhì)的含量。由表3可以看出，原水灌溉土壤的放線菌數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于清水自來(lái)水灌溉的土壤，再生水澆灌的土壤中放線菌含量居中，放線菌的數(shù)量能直接影響水中有機(jī)物的分解。三種水源灌溉均對(duì)土壤中的真菌數(shù)量影響不大。

表1 實(shí)驗(yàn)中用水水質(zhì)

表2 不同水澆灌的土壤理化性質(zhì)

表3 土壤微生物數(shù)量

3 結(jié)論

（1）BOD指生化需氧量或生化耗氧量，是微生物在規(guī)定條件下分解水中可氧化物質(zhì)消耗的溶解氧。COD指化學(xué)需氧量，是水中還原性物質(zhì)在一定條件下在外加強(qiáng)氧化劑的作用下，被氧化分解所消耗氧化劑的數(shù)量。還原性物質(zhì)主要包括亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。SS是指固體懸浮物濃度。

再生水（S）可以作為灌溉用水。和清水相比較，再生水中含有有機(jī)質(zhì)、有效磷，同時(shí)再生水灌溉后，土壤中EC值也有相應(yīng)的提高，并且沒(méi)有對(duì)土壤中pH、全氮和全鉀造成顯著影響，也沒(méi)有在農(nóng)作物灌溉過(guò)程中造成鉛和鎘超標(biāo)，所以，在一定范圍內(nèi)用于灌溉，還是安全的。

（2）再生水增加了土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，真菌數(shù)量與清水差別不明顯，由于細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量的增加，能促進(jìn)土壤中有機(jī)物質(zhì)的礦質(zhì)化進(jìn)程，故可以為植物生長(zhǎng)提供更多的養(yǎng)分。

（3）礦井水原水不能直接用于灌溉。主要原因是水中含有較多的重金屬元素，會(huì)造成土壤重金屬污染，埋下安全隱患。

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