裴 亮，張體彬，2，梁 晶，孫麗英，劉慧明

（1.中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所 陸地水循環(huán)及地表過程重點實驗室，北京100101；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌712100；3.水利部 綜合事業(yè)局新華公司，北京100053；4.環(huán)境保護部 衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京100094）

再生水是指對污水處理廠出水、工業(yè)排水、生活污水等非傳統(tǒng)水源進行回收，經(jīng)適當處理后達到一定水質(zhì)標準，并在一定范圍內(nèi)重復(fù)利用的水資源。再生水的利用是緩解水資源緊張的重要舉措之一，也是污水資源化并利用，減輕污水排放二次污染的環(huán)保發(fā)展趨勢，已在國內(nèi)外城市用水、景觀環(huán)境用水中得到廣泛的應(yīng)用［1－3］。但對于再生水灌溉對果蔬等經(jīng)濟作物生長的影響，前人雖開展了一些研究，但多是在日光溫室等控制條件［4－5］或模擬條件［6］下進行，關(guān)于再生水灌溉對在大田自然條件下生長的特定蔬菜作物的影響，還缺少系統(tǒng)的研究。

再生水灌溉一方面能避免利用污水直接灌溉所引起的嚴重的面源污染問題，并為植物生長提供重要的養(yǎng)分，促進植物生長發(fā)育和提高產(chǎn)量［7］；另一方面，再生水中過量養(yǎng)分、有毒化學(xué)物質(zhì)和病原體同時輸入環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，也會造成一定程度的環(huán)境污染［8］，有可能危害環(huán)境和人類健康。滴灌對灌水時間、灌水量和土壤濕潤范圍高度控制的特點，使其可以根據(jù)土壤物理性質(zhì)、作物根系分布和作物耗水量來調(diào)節(jié)土壤水分和養(yǎng)分分布［9］，在保證作物達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的同時減少農(nóng)業(yè)面源污染。利用滴灌技術(shù)進行農(nóng)村生活污水再生利用可以提高再生水中的氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)的利用效率，節(jié)肥、節(jié)水、增產(chǎn)的同時又減少了多余污染物輸入環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，對我國水資源危機的緩解、農(nóng)業(yè)面源污染防治和促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展有重要意義［10］。本試驗在其他條件相同的情況下，研究比較了不同比例的再生水與地下水滴灌對黃瓜生長及產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究區(qū)為中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所和國務(wù)院南水北調(diào)辦公室政策及技術(shù)研究中心共同建立的“南水北調(diào)中線水源區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染控制綜合示范區(qū)”，地處湖北省十堰市茅箭區(qū)南部山區(qū)，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬長夏短，春季升溫迅速，秋雨連綿，冬季少雨雪，冬暖少嚴寒。全年太陽輻射量為446kJ／cm2，生理輻射211kJ／cm2，年均日照時數(shù)達1 925.8h；多年平均氣溫15.3℃，極端最低氣溫－14.9℃，極端最高氣溫41℃。全年≥10℃的積溫為4 936.5℃；全年無霜期246d；多年平均降水量855mm，降雨量年際變化大，汛期（5月1日至10月20日）降雨量占年降雨量的58%～62%，且強度大，歷時短，入滲有限，容易沖刷侵蝕地表。研究區(qū)試驗土壤為黃棕壤土，容重在1.56～1.71g／cm3。

1.2 試驗布置

試驗在2011年黃瓜的生長季7月20日至10月10日進行。黃瓜的栽培方式采用壟作，壟肩寬60cm，兩壟中心間距140cm，壟高15cm，壟上種植2行，株距40cm。分為5個灌溉水質(zhì)處理，分別標記為T1（全部再生水灌溉）；T2（再生水和地下水聯(lián)合灌溉，再生水占總灌水量的70%）；T3（再生水和地下水聯(lián)合灌溉，再生水占總灌水量的50%）；T4（再生水和地下水聯(lián)合灌溉，再生水占總灌水量的20%）和C（全部地下水灌溉）（如表1所示）。每個處理重復(fù)3個小區(qū)，每小區(qū)包括3條壟，4m長，即每個小區(qū)面積為4m×4m。灌溉采用重力滴灌的方式進行，每壟中心鋪設(shè)一條滴灌帶，滴頭間距為20cm，與株距等距，滴頭流量2.7L／h，即每株黃瓜根部均有1滴頭供水。每個處理（包括3個重復(fù)小區(qū)）由1個桶（容積240L）供水，桶放置在試驗區(qū)距地面約1.2m高的位置。每個處理的第2個試驗小區(qū)內(nèi)，在滴頭下20cm深度處安裝1組負壓計，當負壓計指示的土壤水勢低于－25kPa時即進行灌溉，每次灌水量為5mm，生育期內(nèi)共灌水7次，共35mm。

表1 再生水滴灌試驗處理編號

在黃瓜種植前，每平方米土壤施磷酸二銨復(fù)合肥30g，在試驗處理期間，含再生水灌溉的處理（T1，T2，T3和T4）不再追施肥料，全部地下水灌溉（C）處理每次灌溉前，將100ml 30%尿素溶液，磷酸二氫鉀26.5g，硫酸鉀9.1g添加于灌溉水桶中，隨水施入。

1.3 測定項目及方法

定植后第2周測量黃瓜植株的株高，以后約10d左右測量1次。在10月10日（黃瓜生長旺盛期）測量植株莖粗、葉面積和葉片數(shù)，測量葉面積時取每柱第1～3片，測量葉片的長和寬，葉片為葉片上部肩寬側(cè)值，葉長為葉片基部至葉尖的距離。自根瓜坐住后觀察開花、坐果狀況，10月各處理陸續(xù)進入收獲期，采收一個月后統(tǒng)計產(chǎn)量。

此外，農(nóng)村生活污水經(jīng)過多層土壤滲濾系統(tǒng)過濾后得到試驗用的再生水，地下水、生活污水及再生水水水質(zhì)如表2所示。由表2可以看出，簡單的多層土壤滲濾系統(tǒng)對生活污水處理效果一般，再生水中仍有很多指標的上限略微超過了國家標準限值。再生水灌溉時，土壤—植物系統(tǒng)也會對再生水中污染物進行吸收和吸附，并且在滴灌條件下，單次灌水量少，對污染物的淋失較少。本課題組前期通過對不同深度土壤和地下水中理化指標的分析得知，只要對再生水水質(zhì)和灌溉水量進行有效協(xié)調(diào)，就可以在保證作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的同時有效防止污染物淋失進入水體［11］。

表2 水質(zhì)指標、測定方法及其與國家相關(guān)標準之間的比較

2 結(jié)果與分析

2.1 再生水滴灌對黃瓜植株生長的影響

選擇莖粗、單葉葉面積、單株葉片數(shù)和株高4個指標，研究再生水滴灌灌溉對黃瓜生長發(fā)育的影響。由表3可以看出，各處理下的黃瓜莖粗差異并不大，除全部再生水滴灌灌溉的T1處理相對略高外，其他4個處理的植株莖粗差異不顯著。單葉葉面積在各處理間表現(xiàn)為T1＞T2＞C＞T3＞T4，其中T1，T2和T3差異不顯著，而T4處理單葉葉面積顯著低于其他處理。各處理間，單株葉片數(shù)表現(xiàn)出和單葉葉面積一樣的變化趨勢，T1最大，為每株28.13個葉片，但和T2未達到顯著水平，而T4最低，僅為T1處理的84%，顯著低于除T3外的其他處理。

表3 不同比例再生水滴灌對黃瓜莖粗、單葉葉面積和單株葉片數(shù)的影響

由于黃瓜屬于爬藤作物，所以在測量株高時，選擇代表性的植株將其主莖拉直后進行測量。由圖1可以看出，最高時期的株高可達3～4m，整個生育期呈現(xiàn)明顯的“S”型的生長曲線。8月中旬至9月中旬為黃瓜營養(yǎng)生長的快速階段，黃瓜株高增長較快，而后緩慢下來。各處理之間比較發(fā)現(xiàn)，處理差異隨黃瓜生長發(fā)育逐漸加大。在生育后期，全部再生水滴灌灌溉的T1處理株高高于其他處理，而T4處理最低，T2，T3和C處理差異不大。

圖1 不同比例再生水滴灌對黃瓜株高的影響

2.2 再生水滴灌對黃瓜產(chǎn)量的影響

選擇瓜長、單瓜重和產(chǎn)量3個指標，研究再生水滴灌對黃瓜果實產(chǎn)量的影響（表4）。瓜長方面，總灌水量中含20%再生水的T4處理瓜長最小，顯著小于全部再生水滴灌的T1處理，其他處理之間差異不顯著。單瓜重亦是以T1處理的值最高，但各處理之間差異均未達0.05的顯著水平。產(chǎn)量方面，全部再生水滴灌的T1處理產(chǎn)量最高，其值分別比產(chǎn)量最低的T4處理和全部地下水灌溉的C處理的產(chǎn)量，增加21.5%和10.3%。

表4 不同比例再生水滴灌對黃瓜的瓜長、單瓜重和產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

結(jié)合以往研究結(jié)果，再生水滴灌的優(yōu)勢除提高土壤有機質(zhì)和植物必需的全氮、全磷等基礎(chǔ)營養(yǎng)外，更重要的可能是其豐富的微量營養(yǎng)元素，為作物生長和產(chǎn)量形成提供更為適宜的土壤生物環(huán)境［12］。因此在本研究中，和正常施肥的全部地下水灌溉的對照處理相比，在不施肥的情況下，全部采用再生水滴灌處理對黃瓜的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成，均表現(xiàn)出一定的促進作用，這與前人研究結(jié)果類似［6］。而其他較小比例的再生水滴灌處理，由于也不進行施肥，所以黃瓜生長指標和產(chǎn)量表現(xiàn)出和對照相當或者略低的水平。由此可以得出，只要農(nóng)藝措施、灌溉制度適當，可以采取全部再生水滴灌，或者采用一定比例再生水灌溉和適當施肥相結(jié)合的方式，進行黃瓜的種植。

同時，值得注意的是，再生水中的污染物在土壤中還是有一定的富集，尤其是全部采用再生水滴灌灌溉的情況下，其對土壤環(huán)境和植物生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成也存在一定的負面影響［12－13］，至于其影響程度和時效還需通過長期的試驗做進一步的觀察和研究。

［1］ 焦志華，黃占斌，李勇，等.再生水灌溉對土壤性能和土壤微生物的影響研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29（2）：319-323.

［2］ 裴亮，劉慧明，王理明.農(nóng)業(yè)再生水灌溉現(xiàn)狀及發(fā)展對策分析［J］.生態(tài)經(jīng)濟，2012（1）：152-155.

［3］ 裴亮，顏明，陳永蓮，等.再生水灌溉環(huán)境生態(tài)效應(yīng)研究進展［J］.水資源與水工程學(xué)報，2012，23（3）：5-21.

［4］ 彭致功，楊培嶺，王勇，等.再生水灌溉對草坪土壤速效養(yǎng)分及鹽堿化的效應(yīng)［J］.水土保持學(xué)報，2006，20（6）：84-88.

［5］ 寶哲，楊培嶺，任樹梅，等.模擬再生水灌溉下污灌土壤中鹽分離子交換運移的試驗研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28（1）：101-106.

［6］ 吳文勇，許翠平，劉洪祿，等.再生水灌溉對果菜類蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，6（1）：36-40.

［7］ Munir J，Mohammad R，Hinnawi S，et al.Long term effect of wastewater irrigation of forage crops on soil and plant quality parameters［J］.Desalination，2007，215（1／3）：143-152.

［8］ Oron G，Campos C，Gillerman L，et al.Wastewater treatment，renovation and reuse for agricultural irrigation in small communities［J］.Agricultural Water Management，1999，38（3）：223-234.

［9］ 萬書勤，康躍虎，劉士平.華北平原滴灌灌溉頻率對蘿卜生長的影響［J］.灌溉排水學(xué)報，2003，22（2）：26-30.

［10］ 劉洪祿，吳文勇，師彥武，等.北京市再生水利用潛力與配置方案研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2006（S2）：289-291.

［11］ 裴亮，張體彬，陳永蓮，等.農(nóng)村生活污水再生水滴灌對根際土壤特性的影響研究［J］.灌溉排水學(xué)報，2012，31（4）：42-45.

［12］ 吳文勇，劉洪祿，郝仲勇，等.再生水灌溉技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（5）：302-306.

［13］ 裴亮，蔣樹芳，劉士平，等.再生水灌溉水處理工藝及灌溉技術(shù)要求研究［J］.水利水電技術(shù)，2012，43（1）：93-97.