胡凌峰+宋曰欽+孫虎+張程

摘要 隨著我國經濟發(fā)展和城市化進程加快，生活污水排放比例逐年增加。如何持續(xù)有效利用這一資源，緩解農林業(yè)用水緊缺和解決水體污染問題是實現社會可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。本試驗以盆栽油茶實生苗為材料，在遮雨棚中研究了生活污水與清水不同比例的混合灌溉對油茶實生苗的生長、基質的性質和主要重金屬含量的影響，以探究污水灌溉育苗的可行性。結果表明，生活污水與清水混合比例為1∶1時，油茶的總生物量達到最大，為清水處理的164.3%，地徑生長不會被抑制。經過稀釋的污水灌溉能改善土壤pH值、孔隙度等性質，對土壤容重無影響，但EC值會隨著污水濃度的增大而升高，重金屬Gu、Zn、Mn、Pb含量也出現增加的趨勢，但均低于《土壤環(huán)境質量標準》GB 15618—1995中二級限值，同時油茶各器官中重金屬含量也升高。不同重金屬在油茶不同器官中的富集程度不同，Gu、Zn、Mn、Pb在葉中富集較明顯，其中Mn在根、莖、葉中都有較大程度的富集。因此，在只考慮重金屬影響的情況下，經過稀釋的生活污水可應用于油茶苗的培育，且清水與生活污水比例在1∶1的情況下能取得較好的效果。

關鍵詞 油茶；生活污水；生長；富集系數

中圖分類號 Q947；S794.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）01-0001-04

Affect of Domestic Sewage Amount on Growth of Camellia oleifera and Cultivation Matrix

HU Ling-feng SONG Yue-qin * SUN Hu ZHANG Cheng

（College of Life and Environmental Science，Huangshan University，Huangshan Anhui 245000）

Abstract Along with our country economy development and city urbanization，the proportion of sewage emissions increased year by year.How to effectively use the resources，alleviate the water shortage in agroforestry and water pollution problem were important in realizing social sustainable development.This experiment taking potted Camellia oleifera seedlings as materials，effect of different proportons of sewage and water on growth of Camellia oleifera，matrix properties，heavy metal content were studied.The results showed that when the mixing ratio was 1∶1，the total biomass of Camellia oleifera reaches maximum，164.3% of the water treatment，diameter growth was not inhibited. After dilution，the sewage irrigation could improve soil pH value and porosity properties，no effect on soil bulk density，but the EC value would increase with the increase of sewage concentration，and Gu，Zn，Mn，Pb content were also increased，but lower than the two level limit of GB 15618-1995. Meanwhile，heavy metal content in each organ was higher. The enrichment degree of different heavy metals in different organs of Camellia oleifera was different，Gu，Zn，Mn，Pb enrichment in the leaves was obvious，the Mn was enriched greatly in the root，stem and leaf. Therefore，only considering the effect of heavy metals，diluted sewage can be used in Camellia oleifera cultivation，and 1∶1 water，sewage ratio can achieve good effect.

Key words Camellia oleifera；sewage；growth；enrichment factor

據調查統(tǒng)計，我國水資源嚴重匱乏，年徑流量僅占全球年徑流量的5.0%，而用于農林業(yè)的灌溉用水僅為世界平均水平的1/2，且南北分布不均，許多地區(qū)地下水資源日益匱乏[1]，因而尋找合適的灌溉用水成為農林業(yè)生產中重要的一環(huán)。隨著我國社會經濟的快速發(fā)展和城市化進程加快，生活污水排放量占全部廢水排放量的比例逐年增加，數據顯示，世界上50個國家2 000萬hm2的農田均使用了污水灌溉，特別是在嚴重缺水的干旱與半干旱地區(qū)[2]。研究發(fā)現，在生活污水-土壤-植物多層次生態(tài)結構中，土壤可以對污水中的污染物進行吸附、分解、遷移和轉化，植物以及其根際圈微生物體系可以吸收利用污水中的氮、磷等營養(yǎng)成分，同時也可以吸收、降解、轉化其中的污染物，起到凈化水質的作用[3]。同時林木具有更大的葉面積和深達數米的根系，需水量巨大，其蒸騰作用也能促進土壤對廢水過濾作用的修復，推動廢水中的養(yǎng)分合成生物量，從而產生社會、環(huán)境衛(wèi)生和生態(tài)恢復等多種效益[4]。因而生活污水的資源化利用是緩解我國農林業(yè)灌溉水資源短缺、減輕污染擴散以及改善周邊環(huán)境的重要途徑，也是當前我國實現水資源可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。在生活污水為農林業(yè)生產提供有效而廉價的肥力資源的同時，其中所含有的重金屬等有害物質也會在土壤中富集和分散，對環(huán)境和植物造成危害[5]。有大量學者對我國37個污灌歷史較長的區(qū)域進行過調查研究，發(fā)現其中明顯污染點有22個，且其中多半是重金屬含量超標[6]。因此，控制排放污水中重金屬含量，對生活污水的二次利用有著重大意義。一般情況下，合適濃度的污水灌溉既能促進苗木的生長，也能減輕對土壤的危害，濃度過高會產生相反的作用[7-8]。目前，污水灌溉主要應用于農作物[9]和綠化草坪[10]中，用于林木培育方面的較少，且在以往的研究中大多都側重于污染物含量過高或長期污水灌溉對作物及土壤的影響[11]，對選擇合適的灌溉濃度用于生產方面的研究不多。endprint

油茶（Camellia oleifera）作為我國特有的一種純天然高級油料，其所帶來的經濟、生態(tài)效益巨大，但我國目前油茶的種植技術較為落后，管理粗放，產生的效益并不高[12]。因此，本試驗采用不同濃度梯度的污水灌溉來探究其對一年生油茶苗生長及其栽培基質的影響，以期能為油茶生產中合理的污水灌溉方式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于黃山學院苗圃地內選取生長健康、大小基本一致的一年生油茶播種苗40株，將其栽入底徑8 cm、口徑16 cm、高20 cm的花盆中，分為4組，每組10株。

灌溉用生活污水來自屯溪區(qū)污水處理廠，每月取1次。

1.2 試驗設計

試驗共設4個處理，分別為處理F：灌溉清水120 mL/株；處理L：灌溉清水90 mL/株+生活污水30 mL/株；處理M：灌溉清水60 mL/株+生活污水60 mL/株；處理H：灌溉生活污水120 mL/株。

2014年3月末將幼苗移進塑料大棚，并對每組苗木進行不同濃度的污水灌溉處理，每次澆灌120 mL/株，灌溉頻率為每2～3 d澆灌1次，灌溉至2014年10月20日結束。

1.3 調查內容與方法

于試驗開始和結束分別測量每株苗木的苗高、地徑，然后于每組處理中選取3株生長中等油茶，在保證根系盡量完整的情況下將其挖出標號、洗凈、晾干，并對其根、莖、葉進行切分裝入信封中，先在105 ℃烘箱中烘干15 min，再將烘箱溫度調至85 ℃烘干72 h，取出測定其生物量。粉碎后于玻璃瓶中保存待用。

土壤容重、孔隙度、pH值和電導率的測定：以環(huán)刀法測定土壤的容重，參照NY/T1121.4—2006進行，根據容重計算孔隙度；將每組3個樣品充分混合，隨機取出3份于燒杯中用蒸餾水溶解，待土壤稍有沉淀，用pH計和電導儀測出其pH值和電導率。計算公式如下：

土壤容重（g/cm3）=（m環(huán)+干土-m環(huán)）/V環(huán)；

土壤孔隙度（%）=（1-容重/比重）×100。

重金屬Gu、Zn、Mn、Pb含量測定：取粉碎后葉、莖枝、根樣品和土壤樣品各5 g左右，按表1程序進行消煮，消煮酸液為83%（質量分數，下同）硝酸、17%高氯酸（HClO4）等體積混合，消煮后的溶液定容至50 mL，電感耦合等離子體質譜法測定、Gu、Zn、Mn、Pb檢出限分別為0.02、0.20、0.20、0.02 mg/kg。

重金屬富集系數計算公式如下：

重金屬富集系數=植物體內重金屬含量/土壤（或沉積物）中重金屬含量

1.4 數據整理與分析

用Excel 2013進行數據記錄、數據處理和圖表繪制，用SPSS 17.0進行單因素方差分析并進行LSD多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同濃度灌溉水質對油茶苗生長的影響

2.1.1 對油茶苗高生長的影響。苗高是最容易測定且最直觀的苗木形態(tài)指標，不僅能體現苗木的生長情況和競爭能力，同時也能間接地反映其葉量情況和光合能力強弱。從表2可以看出，各污水處理組油茶苗高生長量皆高于處理F（清水），其中處理M苗高生長量最大，達到處理F的278.1%，處理L苗高生長量最小，達到處理F的116.9%，根據方差分析結果顯示，不同濃度水質灌溉之間對油茶苗生長的影響沒有達到顯著性差異。

2.1.2 對油茶地徑生長的影響。地徑也是重要的苗木形態(tài)觀測指標之一，因為生長前后不同處理地徑之間存在差異，不同處理地徑生長情況見表2。可以看出，不同處理油茶地徑生長量皆低于或等于處理F，處理M地徑生長量與處理F相等，處理L和處理H地徑生長量僅分別達到處理F的8.3%和37.5%，說明污水灌溉量過高或者過低都會抑制油茶地徑生長量，需要選擇合適的灌溉濃度才不會對油茶地徑生長產生影響。對不同組之間進行方差分析，結果顯示，不同濃度污水灌溉處理之間達到顯著差異水平，處理F和處理L之間存在極顯著差異，處理L和處理M之間存在顯著差異，處理F、L、M之間不存在顯著差異。

2.1.3 對油茶總生物量的影響。從表2可以看出，不同處理之間總生物量存在顯著差異，且不同濃度污灌處理生物總量皆大于清水處理，其中處理M總生物量最大，達到處理F的164.3%，2個處理之間差異極顯著。處理L、H總生物量分別達到處理F的130.7%和143.7%。與處理F之間存在極顯著差異。多重比較結果顯示，處理L、H之間不存在顯著性差異，但它們與處理M之間存在顯著差異。

2.2 不同濃度灌溉水質對栽培基質性質的影響

2.2.1 對基質容重的影響。土壤容重是評定土壤熟化程度的基本指標之一。從表3可以看出，不同濃度污灌處理會對土壤容重產生影響，隨著污灌濃度增大，土壤容重逐漸增大，其中處理L土壤容重最小，為處理F的97.9%。對不同濃度污灌處理的土壤容重進行方差分析，結果表明，不同處理組之間土壤容重沒有達到顯著差異。

2.2.2 對基質孔隙度的影響。土壤孔隙度作為土壤評測指標之一，既能反映土壤通氣狀況，又能反映土壤松緊度和結構狀況的好壞。從表3可以看出，處理L、M的土壤孔隙度分別為處理F的101.8%、101.6%，處理H與處理F間孔隙度無差別，說明經過稀釋的污水灌溉能擴大土壤孔隙度。對不同處理之間進行方差分析，結果顯示，不同濃度污灌處理的土壤孔隙度達到極顯著差異。多重比較結果表明，處理F與處理H之間無顯著差異，但處理L、M與處理F、H之間存在極顯著差異。

2.2.3 對基質pH值的影響。土壤酸堿度對土壤肥料以及植物的生長有很大的影響。從表3可以看出，土壤pH值隨著污水灌溉濃度的變化而變化。處理M土壤pH值最大，達到4.89，是處理F土壤pH值的107.2%，其次是處理L，其土壤pH值是處理F的104.6%。處理H土壤pH值出現下降，是處理F土壤pH值的99.1%。對不同處理之間進行方差分析，結果顯示，不同濃度污灌處理的土壤pH值達到極顯著差異。多重比較結果表明，處理F與處理H之間無顯著差異，但處理F、H和處理L、M之間存在極顯著差異，且處理L和處理M之間也存在極顯著差異。endprint

2.2.4 對基質EC的影響。土壤電導率包含了土壤質量和物理性質的豐富信息，是對研究精細農業(yè)必不可少的重要參數。從表3可以看出，污灌濃度與土壤電導率成正相關。處理H的土壤電導率最大，達到處理F的126.1%，其次是處理M，土壤電導率達到處理F的102.5%，處理F與處理L的土壤電導率相同。對不同處理之間進行方差分析，結果顯示，不同濃度污灌處理的土壤電導率達到極顯著差異。多重比較結果表明，處理F和處理L之間無顯著差異，處理M與處理F和處理L組之間存在顯著差異，處理H與處理F、L、M之間存在極顯著差異。

2.3 不同濃度灌溉水質對重金屬含量的影響

2.3.1 對基質重金屬含量的影響。對土壤重金屬含量進行調查是進行土壤修復和生態(tài)安全研究的基礎。從表4可以看出，不同水質灌溉后基質重金屬均低于《土壤環(huán)境質量標準》（GB 15618—1995），說明研究期內生活污水灌溉沒有造成基質的重金屬污染問題。但土壤中各種重金屬含量隨著污灌濃度的改變都有著不同程度的變化。其中土壤中Mn的含量的變化程度較小，最大才達到19.70 mg/kg（處理H），是處理F的169.17%，其次是18.70 mg/kg（處理M）、14.59 mg/kg（處理L），分別是處理F的160.58%、125.29%。隨著灌溉濃度的升高，Gu、Zn、Pb含量的變化程度較大。土壤中Gu含量最高達到22.50 mg/kg（處理H），是處理F的1 584.51%，其次是20.90 mg/kg（處理M）、4.18 mg/kg（處理L），分別是處理F的1 471.83%、294.37%；Zn含量最高達到73.10 mg/kg（處理H），是處理F的1 933.86%，其次是其次是67.9 mg/kg（處理M）、16.12 mg/kg（處理L），分別是處理F的1 796.30%、426.26%；Pb含量最高達到35.70 mg/kg（處理H），是處理F的15 521.74%，其次是33.10 mg/kg（處理M）、0.92 mg/kg（處理L），分別是處理F的14 391.30%、400.00%。土壤中Gu、Zn、Pb含量在污灌量30～90 mL/株這一梯度上急劇上升，且隨著污灌量的增大，土壤中重金屬累積量也隨之加大。

2.3.2 對油茶不同器官重金屬含量的影響。從表5可以看出，油茶根對重金屬的吸收具有選擇性，其中對Zn、Mn的吸收量較大，對Gu、Pb的吸收量卻很小。處理F油茶根部Zn的含量達到9.084 mg/kg，污水灌溉處理的情況下，最大可達到12.460 mg/kg（處理M），是處理F的137.21%，其次是12.070 mg/kg（處理L）、9.080 mg/kg（處理H）。Mn在清水處理（處理F）下于油茶根部累積量為20.520 mg/kg，在污灌處理下最大達到40.520 mg/kg（處理H），達到處理F的197.47%，其次是19.920 mg/kg（處理M）、19.780 mg/kg（處理L）。Gu在清水處理下于油茶根部的累積量為1.28 mg/kg，污灌處理下最大達到4.03 mg/kg，為處理F的314.57%。無論在清水灌溉還是污水灌溉，油茶根部對Pb的吸收量極小，皆在0.30 mg/kg以下。由此表明，Mn在油茶根部的累積趨勢為低、中濃度（污灌量為0%～50%）的污水灌溉和清水灌溉幾乎無差別，污灌濃度越高，根部累積量越大。Gu、Zn在油茶根部的累積趨勢為低、中濃度污灌能促進油茶根部對其吸收積累，但隨著濃度逐漸增高，油茶根部對Zn的吸收能力將逐漸接近于清水處理。無論是生活污水灌溉還是清水灌溉，Pb在油茶根部的累積量都很小。

油茶莖中重金屬含量呈現分化情況，Gu、Pb在油茶莖中的含量極其微小，而Zn、Mn在莖中的含量比較高。處理F油茶莖中Zn的含量達到4.350 mg/kg，污水灌溉處理的情況下，最大含量可達到14.020 mg/kg（處理M），是處理F的322.44%，其次是11.860 mg/kg（處理L）、4.350 mg/kg（處理H），分別達到處理F的272.66%、100.00%。處理F油茶莖中Mn的含量達到30.740 mg/kg，污水灌溉處理的情況下，最大可達到56.44 mg/kg（處理L），是處理F的183.63%，其次是42.950 mg/kg（處理M）、30.740 mg/kg（處理H），分別達到處理F的138.75%、100.00%。處理F油茶莖中Gu、Pb含量僅分別為0.07、0.08 mg/kg，經污灌后Gu、Pb含量最大也僅分別達到0.52、0.38 mg/kg。結果表明，油茶莖對重金屬的吸收也有選擇性，其中Zn、Mn在低、中濃度的污水灌溉下累積量較大，但隨著濃度升高逐漸接近于100%時，油茶莖中的Zn、Mn累積量也將逐漸降低至與清水灌溉無差異的情況。無論是清水還是生活污水灌溉，油茶莖中Gu、Pb含量都極低。

城市污水灌溉對油茶葉對重金屬Gu、Zn、Mn、Pb的吸收有很大的促進作用。不同濃度污灌處理中，油茶葉中Gu含量最高可達到24.29 mg/kg（處理M），是處理F的1 031.11%，其次是21.81 mg/kg（處理L）、21.79 mg/kg（處理H），分別是處理F的92.60%、92.49%。Zn含量最高可達到74.370 mg/kg（處理M），是處理F的988.71%，其次是處理L、M，Zn累積量都達到69.650 mg/kg，是處理F的925.98%。Mn含量最高可達到20.150 mg/kg（處理M），是處理F的982.35%，其次是處理L、H，Mn累積量都達到19.360 mg/kg，是處理F的943.69%。Pb含量最高可達到35.72 mg/kg（處理M），是處理F的965.20%，其次是24.22 mg/kg（處理H）、3.42 mg/kg（處理L），分別是處理F的654.53%、92.46%。由此表明，城市生活污水灌溉能促進油茶葉中重金屬Gu、Zn、Mn、Pb吸收積累，不同污灌濃度處理能促進Gu、Zn、Mn在油茶葉中積累且積累量都是清水組的10倍左右，各組之間差異不大；中高濃度（污灌量50%～100%）污灌條件下，油茶葉中Pb的積累量達到一個比較高的水平，低濃度污水灌溉對Pb的累積量影響不大。不同濃度生活污水灌溉下重金屬的富集系數見表6。endprint

3 結論與討論

在農林業(yè)生產實踐中，灌溉是其中必不可少的一環(huán)，改變灌溉方式能極大程度地緩解我國農林業(yè)用水緊缺問題，同時也能改變土壤的理化性質，達到促進苗木生長的作用。本試驗中不同濃度的城市生活污水灌溉后，油茶的生物量顯著高于清水灌溉，在污灌量達到50%左右時，油茶總生物量達到最大，達到清水處理的164.3%，與其余各處理之間存在極顯著性差異。但油茶地徑生長會被抑制，在污灌量為50%的情況下，油茶地徑生長量與清水灌溉下油茶地徑生長量之間無顯著差異，說明在此濃度范圍內，油茶地徑生長能接近于正常水平。不同濃度污灌對油茶苗高生長量無顯著差異。說明在油茶栽培中合理地利用生活污水灌溉可以促進苗木的生長，提高苗木的質量。同時，污灌也會使土壤性質發(fā)生改變，不同濃度污灌與清水灌溉對土壤容重影響的差異并不顯著。經過稀釋的污水灌溉能使土壤孔隙度和pH值增大，且在污灌量為50%的情況下，土壤pH值增高趨勢最大，全污水灌溉對土壤孔隙度和pH值的影響與清水灌溉無顯著差異。隨著污灌濃度增大，土壤電導率逐漸增大，土壤中鹽量積累逐漸增大。其原因可能是因為污水中含有較多的有機質，利用不同比例的污水進行長期灌溉發(fā)現，土壤有機質可以增加1.24%～1.78%，并改善土壤肥力[13]，但同時也存在潛在土壤鹽化的危險，所以需要選擇合適的灌溉方式來利用生活污水，最大程度地發(fā)揮其多重效益[4]。

在關注生活污水灌溉帶來的效益的同時，其背后所存在的環(huán)境問題也不容忽視。本試驗中發(fā)現，污水中的重金屬元素會隨著灌溉而在土壤中進行積累，并被植物進行吸收利用，其中Pb在土壤中增加最明顯，其次分別是Zn、Gu，Mn的增加量最小，但測定的重金屬含量均低于《土壤環(huán)境質量標準》（GB 15618—1995），因而在只考慮重金屬污染的情況下，生活污水在短期內灌溉不會造成土壤的重金屬污染。植物-土壤系統(tǒng)的富集系數在通常條件下可作為重金屬從土壤轉移到植物中能力大小的評定指標[14]，不同重金屬在植物不同營養(yǎng)器官中的富集程度不同，Gu、Zn、Pb在油茶葉中富集比較明顯，Mn則在油茶的根、莖、葉中都有較多富集（富集系數>1），低濃度灌溉（灌溉量為25%左右）下，油茶葉對Gu、Zn、Pb的吸收量都比較微小，隨著濃度增大，油茶葉中重金屬積累量也隨之增加，當灌溉濃度超過50%時，油茶葉中重金屬積累程度會逐漸減小。Mn于油茶的根、莖、葉中都有大量的分布累積，且隨著灌溉濃度的不同，其被油茶不同器官所吸收的最大量也會隨之變化，在中、高灌溉濃度下，油茶各器官中重金屬積累達到一個較高的水平。這可能與不同營養(yǎng)器官中不同重金屬本身遷移能力的影響[15]。

除重金屬外，生活污水中還含有許多多環(huán)芳烴、致病微生物、洗滌合成劑等物質。這些有害物質大多不易分解，易造成在土壤中的積累，從而影響植物生長和土壤微生物的活動[16-17]。本試驗中，當污水灌溉水平達到一個較高的濃度水平時（污水灌溉量超過50%），對油茶生長、土壤的鹽分、有機質和營養(yǎng)物質的增加以及油茶對土壤中重金屬的富集都有較大的促進作用。因此，在污水灌溉時需要定期監(jiān)測土壤和植物的質量參數以確保污水灌溉長期、安全進行。

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