中水澆灌對綠地土壤微生物和重金屬含量的影響

肖 玉，胡文強，茹正忠

（深圳市真和麗生態環境股份有限公司，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、生產生活用水或雨水經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”。從經濟角度看，再生水的成本較低，從環保角度看，污水再生利用可以提高水資源綜合利用率，實現水生態的良性循環。再生水合理回用既能減少水環境污染，又可以緩解水資源緊缺的矛盾，是貫徹可持續發展的重要措施。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，具有重要的生態意義。

但中水水質低于飲用水，不僅含有氮、磷等營養物質，還含有較多的鹽分和重金屬。使用中水澆灌綠地是否會產生負面影響？微生物數量和重金屬含量會發生怎樣的變化？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量和群落多樣性，但是會引起土壤重金屬含量發生積累［4-5］。本研究對深圳市鹽田水質凈化廠園區內中水澆灌區和自來水澆灌區的綠地土壤采樣，并測試分析其微生物數量和重金屬含量，為中水用于綠地澆灌提供科學依據。

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

采用隨機區組設計，選取廠區內中水澆灌3年的綠地為研究對象，以自來水澆灌區綠地為對照。分別在中水澆灌區和自來水澆灌區選擇3塊試驗地進行采樣。每塊試驗地依據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基、馬丁氏培養基和改良高氏1號培養基培養。取土樣測定土壤含水量，計算水分系數，再換算每克干土中含微生物的數量［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。

試驗數據使用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量的影響

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

表2 自來水和中水澆灌對土壤微生物數量（CFU/g，干土）的影響

由表3可知，土壤深度對細菌、真菌和放線菌的數量影響顯著。不同澆灌區（中水、自來水）的細菌菌落數均在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；中水澆灌區的放線菌群落數量在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境質量二級標準對比，中水澆灌區土壤重金屬含量全部低于土壤環境質量二級標準，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

對中水澆灌區和自來水澆灌區土壤Cl-含量的方差分析（表6）表明，中水澆灌區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）；自來水澆灌區各土壤深度之間的Cl-含量差異不顯著，而中水澆灌區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分的吸收都有密切的關系［9］，土壤的微生物數量多，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土壤細菌、放線菌、真菌的群落數量影響顯著，其中細菌的菌落數是中間層（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，這可能與土壤的區域性有關。土壤的成土母質、環境差異和環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境中化學元素和化合物的含量，常用于評價土壤環境質量和確定土壤的環境容量，是環境土壤學研究的一項重要的基礎工作［11］。土壤的環境質量標準分為三級，其中二級標準是為保障農業生產、維護人體健康的土壤限制值。本試驗中，中水澆灌區土壤的全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元素，在土壤中主要以離子形態存在。Cl-參與植物的光合作用，參與植物體內某種酶的活化，是植物體內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容，很多研究結果差異較大，大多數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，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。

綜上所述，中水水質含有大量的營養元素，使用中水澆灌綠地土壤后，土壤微生物數量、Cl-含量均顯著增加，土壤Cl-含量顯著高于自來水澆灌區，可能會在深層積累，需要進一步監測。土壤深度對土壤微生物數量影響顯著，以30～40 cm土壤深度的微生物數量最低。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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