再生水灌溉對園林植物和土壤的影響研究

1、再生水灌溉對園林植物和土壤的影響研究王艷春 張莉楠 古潤澤（北京市園林科學(xué)研究所，北京，100102） 摘要：本研究采用盆栽試驗(yàn)和綠地調(diào)查的方法，研究了北京地區(qū)有代表性的園林植物澆灌再生水的植物生長狀況，并采集植物生長立地土壤和植物葉片進(jìn)行化驗(yàn)分析。結(jié)果表明，植株生長良好，葉色正常，試驗(yàn)期間內(nèi)未見有異?，F(xiàn)象；澆灌再生水的植物（油松、玉蘭、銀杏、棣棠、紫薇、早園竹）葉片內(nèi)出現(xiàn)了鈉元素含量增加，而氮、磷、鉀和微量元素含量則沒有明顯變化。再生水澆灌的盆栽土壤中交換態(tài)鈉有累積趨勢，但尚未達(dá)到危害水平。 關(guān)鍵詞： 再生水 園林植物 土壤 影響Effects of Irrigation with Recl

2、aimed Water on the Garden Plants and Soil Wang yanchun, Zhang linan, Gu runze(Beijing Research Institute for Gardens, Beijing, 100102)Abstract: Pot experiments and greenland investigation were adopted to study the growth of representative garden plants irrigated with reclaimed water and chemical ana

3、lysis of the leaves and the soil were also conducted. The results showed that there was no obvious difference between reclaimed water and tap water irrigation. There was an increase of sodium in the leaves of some plants, such as Pinus tabulaeformis, Magnolia denudata, Ginkgo biloba , Kerria japonic

4、a , while nitrogen, phosphorus, potassium remained steady. The exchangeable sodium increased in the pot soil, but the level was safe for the plants.Key words: reclaimed water, garden plants, soil, effects北京市是一個(gè)嚴(yán)重缺水城市，人均占有水資源量僅300 m3左右，為全國人均水資源占有量的1/8，世界人均水資源占有量的1/32。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，北京的缺水問題更加突出。根據(jù)北京市

5、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)和城市總體規(guī)劃，北京市生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城市河湖環(huán)境需水量2020年將達(dá)到60多億立方米，年缺水約20億立方米。城市園林綠化是用水較多的行業(yè)之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，北京城市現(xiàn)有綠地約2.8萬公頃，每公頃綠地每年的補(bǔ)水量按7000噸計(jì)算，全市每年園林灌溉需水量約2億立方米，而且隨著2008年奧運(yùn)會申辦成功，“綠色奧運(yùn)”的目標(biāo)給北京市園林行業(yè)提出了更高的要求，在保證園林綠地質(zhì)量的前提下，到2008年綠化覆蓋率要達(dá)到45 ，這無疑會增加對水的需求量。水資源嚴(yán)重不足已成為制約北京城市社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一瓶頸，一方面城市缺水十分嚴(yán)重，一方面大量的城市污水經(jīng)處理后又白白流失，浪費(fèi)了大量的可利用

6、資源。再生水與其它替代水源（遠(yuǎn)距離調(diào)水、海水淡化、雨水收集利用等）比較，在資源可靠性、技術(shù)進(jìn)步潛力、生態(tài)環(huán)境影響、工程效率等方面都具有優(yōu)勢。北京市政府在2008年奧運(yùn)會申辦報(bào)告中的承諾，2008年城市污水處理率達(dá)到90以上，污水回用率達(dá)到50，為實(shí)現(xiàn)北京市政府的奧運(yùn)綠色目標(biāo)承諾，必須推動再生水的利用，園林綠化使用再生水是必然趨勢。目前再生水水質(zhì)與污水相比有了實(shí)質(zhì)的改善，城市污水成分也有很大的變化。隨著北京城市的迅速發(fā)展，北京城市四環(huán)以內(nèi)的工廠大多已遷往周邊地區(qū)，工業(yè)廢水的比例逐漸縮小，城市污水的來源主要以生活污水為主。但是再生水畢竟不同于自來水，長期使用再生水澆灌，是否會如污灌一樣造成某些元素

7、在土壤中的累積，對園林植物的生長造成影響，畢竟再生水應(yīng)用于城市園林在北京地區(qū)處于剛剛起步階段，國內(nèi)有關(guān)研究報(bào)道甚少，如何更加合理和安全的將再生水資源應(yīng)用于城市園林，是我們面臨的新問題。為此，從2001年開始，北京市節(jié)約用水管理中心與北京市園林科研所合作開展了再生水應(yīng)用于城市園林對園林植物、綠地土壤影響的專項(xiàng)研究，通過常用園林植物澆灌再生水的盆栽試驗(yàn)和使用再生水綠地調(diào)查，研究使用再生水澆灌對土壤和園林植物的影響，以期為再生水安全應(yīng)用于園林植物提供科學(xué)依據(jù)，這對緩解我市水資源緊缺、實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)綠色目標(biāo)具有重大的意義。1主要研究內(nèi)容1.1澆灌再生水的植物盆栽試驗(yàn)為了保證試驗(yàn)材料生長條件的一致性，盡可能排

8、除干擾因素，在北京教學(xué)植物園和酒仙橋污水處理廠分別布置了盆栽試驗(yàn)，包括喬灌花草在內(nèi)的常用的有代表性的28種園林植物，觀察其生長狀況，并測定植物體內(nèi)和土壤中相關(guān)元素的變化，研究再生水澆灌對植物和土壤的影響。1.2澆灌再生水地區(qū)的植物調(diào)查盆栽試驗(yàn)與田間試驗(yàn)尚有一定的距離，因此本研究還在使用再生水的地區(qū)選擇樣區(qū)，對澆灌再生水的植物的生長狀況和物候期進(jìn)行了調(diào)查。由于受再生水管線的限制，最終選擇教學(xué)植物園、陶然亭公園、南濱河路作為調(diào)查點(diǎn)，在其中選擇有代表性的58 種典型園林植物（喬、灌、花、草）進(jìn)行綠地調(diào)查試驗(yàn)。2結(jié)果與分析2.1再生水灌溉對植物生長發(fā)育的影響盆栽試驗(yàn)和綠地調(diào)查試驗(yàn)，結(jié)果表明澆灌再生水的

9、植物外觀形態(tài)良好，喬灌木、草坪草、草本花卉和宿根花卉均生長良好，葉色正常，物候期與對照基本一致，未見有生長異?，F(xiàn)象。2.2再生水灌溉對植物葉片礦質(zhì)元素含量的影響在使用再生水灌溉兩年后，選擇盆栽試驗(yàn)和調(diào)查區(qū)中有代表性的幾種植物，采集植株中部功能葉，進(jìn)行礦質(zhì)元素分析，結(jié)果如下。2.1 盆栽試驗(yàn)植物葉片礦質(zhì)元素含量 氮、磷、鉀從表1中化驗(yàn)結(jié)果看到，經(jīng)過兩個(gè)生長周期的試驗(yàn)處理，再生水處理的油松、銀杏、玉蘭、紫薇和早園竹植株葉片氮、磷、鉀含量均比對照有所增加，僅油松針葉的氮含量和早園竹葉片的鉀含量略低于對照，但所有測定結(jié)果均在正常的含量范圍內(nèi)，且植物外觀沒有出現(xiàn)缺素癥狀。該結(jié)果表明，再生水灌溉促進(jìn)了植株

10、地上部分礦質(zhì)元素氮、磷、鉀的吸收和累積，對植表1 不同處理植物葉片養(yǎng)分含量處 理氮（N）%磷（P）%鉀（K）%鐵（Fe） mg/kg銅（Cu）mg/kg鋅（Zn）mg/kg錳（Mn）mg/kg鈉（Na）%油 松自來水1.030.050.2401761.3313.314.60.032再生水0.9750.070.2523111.7516.612.50.064銀 杏自來水2.040.360.711243.638.9421.80.043再生水2.170.501.061083.2113.121.30.080玉 蘭自來水2.430.190.6255710.873.23540.0301再生水2.510.21

11、0.6757211.475.73990.0309紫 薇自來水1.410.110.3853410.258.976.70.003再生水1.570.180.5270416.975.192.70.024早園竹自來水1.670.161.1438639.739.526.10.0315再生水1.900.161.1227711.023.627.60.0353株的礦質(zhì)元素的吸收起到了積極的促進(jìn)作用。 鐵、銅、鋅、錳 從表1中化驗(yàn)結(jié)果看到，經(jīng)過兩個(gè)生長周期的試驗(yàn)處理，再生水處理的油松、玉蘭和紫薇植株葉片的微量元素鐵、銅、鋅、錳含量均比對照有所增加，表現(xiàn)出升高的趨勢，僅油松針葉的錳含量略低于對照；再生水處理的銀杏和

12、早園竹的植株葉片微量元素含量則表現(xiàn)出下降的趨勢，其中銀杏的鋅含量和早園竹的錳含量略高于對照。但所有測定結(jié)果均在正常的含量范圍內(nèi)，且植物外觀沒有出現(xiàn)缺素癥狀。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生水灌溉對植株地上部分微量元素鐵、銅、鋅、錳的吸收沒有產(chǎn)生明顯不良影響。 鈉鈉是植物有益元素之一。表1中化驗(yàn)結(jié)果表明，再生水處理的植株地上部分鈉含量均比對照增加，油松和銀杏的增幅接近1倍，紫薇的增幅最大，再生水處理的植株葉片鈉含量達(dá)到了對照的8倍；相對而言，玉蘭和早園竹的增幅較小。鈉元素測定結(jié)果表明，再生水灌溉兩個(gè)生長周期后，不同程度地引起了植株地上部分鈉含量的升高。在其它管理因素完全一致，僅灌溉水源不同的前提下，再生水中鈉

13、離子含量較高引起了植株組織內(nèi)鈉的累積。從再生水水質(zhì)分析結(jié)果得知，本試驗(yàn)點(diǎn)再生水中Na+含量大約是對照的4倍，因此本研究結(jié)果初步表明植株體內(nèi)鈉含量的升高源于灌溉水帶入土壤中較多的鈉（土壤化驗(yàn)結(jié)果表明，再生水澆灌引起土壤中交換性鈉大幅升高），再生水澆灌兩個(gè)生長周期后，隨著植物根系的吸收，植物葉片組織中就已經(jīng)出現(xiàn)了鈉的積累現(xiàn)象。植物生長狀況調(diào)查結(jié)果表明，再生水處理的油松、銀杏、玉蘭、早園竹生長正常，外觀未見明顯異常；但再生水澆灌的紫薇葉片出現(xiàn)了嚴(yán)重的焦邊現(xiàn)象，該現(xiàn)象可能與鈉含量較高直接相關(guān)。2.2 調(diào)查區(qū)植株礦質(zhì)元素含量表 2 調(diào)查區(qū)植株礦質(zhì)元素含量植 物氮（N）%磷（P）%鉀（K）%鈉（Na）%鐵

14、(mg/kg)鋅(mg/kg)碧桃對照區(qū)4.720.252.040.04107.4921.43再生水區(qū)2.540.172.060.04126.8319.13欒樹對照區(qū)3.760.231.000.04112.1319.92再生水區(qū)4.270.211.000.04114.6423.13油松對照區(qū)2.150.100.560.0648.9212.07再生水區(qū)2.390.080.600.1046.1415.59白皮松對照區(qū)2.610.130.810.1023.1226.23再生水區(qū)2.610.130.711.4034.7628.78銀杏對照區(qū)3.370.131.330.0498.7623.91再生水區(qū)3

15、.880.161.350.0468.4913.64雪松對照區(qū)2.750.050.580.0440.6012.44再生水區(qū)2.960.180.491.7156.2122.47龍爪槐對照區(qū)5.560.071.710.03188.1119.33再生水區(qū)5.510.171.440.03169.0117.41元寶楓對照區(qū)4.610.161.100.03143.2729.12再生水區(qū)4.150.171.210.03127.4429.60從表2可以看出，不同植物體內(nèi)的氮、磷、鉀、鐵、鋅含量在自來水澆灌的對照區(qū)和再生水澆灌的試驗(yàn)區(qū)表現(xiàn)各異，但植物體內(nèi)的元素含量均在正常范圍內(nèi)。說明再生水澆灌對植物體內(nèi)礦質(zhì)元素含

16、量的影響，沒有產(chǎn)生植物生長狀況的明顯變化。從植物體內(nèi)鈉含量來看，常綠樹油松、白皮松和雪松在再生水區(qū)生長的植物體內(nèi)的含量均高于對照區(qū)，說明再生水澆灌使白皮松和雪松葉片中積累了鈉離子。而其余植物體內(nèi)的鈉含量在再生水區(qū)和對照區(qū)均保持在一個(gè)水平。這與不同植物的生長習(xí)性有關(guān)，常綠植物與落葉植物比較，植物器官組織中養(yǎng)分容易累積，主要由于落葉植物可以通過葉片的脫落帶走植株體內(nèi)的大部分養(yǎng)分。3再生水澆灌對土壤的影響3.1 草花盆栽土壤表3的化驗(yàn)結(jié)果顯示，4種花卉的土壤含鹽量均為再生水處理高于對照。一串紅對照為0.084%，再生水處理為0.167%，處理是對照的1.99倍。小菊對照是0.065%，再生水處理是0

17、.124%，處理是對照的1.91倍。這表明再生水澆灌后土壤含鹽量確實(shí)明顯增多，有鹽積現(xiàn)象。另外，兩種溫室花卉合果芋和吊蘭的含鹽量也表現(xiàn)為再生水處理高于對照，但增加幅度小于一串紅和小菊，可能與溫室水分蒸發(fā)較慢，花卉澆水量小有關(guān)。表3 再生水澆灌對土壤的影響處理堿解氮（mg/kg）速效磷（mg/kg）速效鉀（mg/kg）含鹽量（%）pH有機(jī)質(zhì)%交換性鈉（mg/kg）一串紅自來水105.84145.33113.300.0848.852.89240.80再生水136.8076.28163.900.1678.432.69414.40小菊自來水142.8858.58111.300.0658.844.412

18、21.20再生水183.33183.50247.800.1248.745.28504.00合果芋自來水38.93124.70149.100.2148.299.37255.68再生水34.93138.30198.000.2208.518.73402.56吊蘭自來水29.56175.4596.600.1738.756.83179.52再生水27.37166.95114.400.1808.835.23334.56另外，盆栽花卉的培養(yǎng)土局限在花盆有限的小范圍里，不具備大田土壤的緩沖作用，所以在較短的時(shí)間含鹽量就出現(xiàn)了明顯的變化。據(jù)北京東郊污灌研究報(bào)告，污水含鹽量平均在1300 mg/L(9401950

19、 mg/L)，污灌15年后，土壤含鹽量達(dá)到0.166，比非污灌區(qū)同類土壤的含鹽量0.040.10和該區(qū)的清水灌溉的含鹽量0.127都有增加，與該區(qū)清水灌溉相比增加了30，顯然大大低于盆栽試驗(yàn)的結(jié)果。這與土壤的緩沖作用與自凈能力有關(guān)。因此，盆栽花卉澆灌再生水時(shí)鹽積的可能大于大田土壤，對土質(zhì)的要求要更為嚴(yán)格。2002年和2003年土壤交換態(tài)鈉的含量比較見表2，結(jié)果表明再生水處理的土壤的交換態(tài)鈉含量均高于對照，達(dá)到了對照的1.133.67倍，在沒有施肥等外源加入鈉的前提下，因此認(rèn)為是由再生水澆灌引起了土壤中交換態(tài)鈉的明顯累積。草花盆栽試驗(yàn)表明再生水澆灌引起土壤交換性鈉含量比對照有大幅增加，再生水澆灌

20、引起了土壤中鹽分的明顯累積，但對土壤肥力指標(biāo)的影響不明顯。但土壤鹽分的累積目前并未對植物的生長造成不良影響。3.2 調(diào)查區(qū)土壤本研究對使用再生水澆灌的區(qū)域內(nèi)土壤狀況進(jìn)行了分析化驗(yàn)結(jié)果見表4表5。2003年測定的土壤中交換態(tài)鈉離子含量高于2001年的測定值。2001年平均含量是85.33mg/kg，而2003年的平均含量達(dá)到158.16mg/kg，是2001年的1.86倍。在沒有外源鈉的情況下，土壤中鈉含量增高，說明再生水澆灌引起了土壤中鈉的累積。累積在土壤中的鈉對于不耐鹽的植物由于土壤中含鈉量過高而發(fā)生鈉的傷害。在2年的時(shí)間內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)鈉通過再生水澆灌可以在土壤中累積，此累積是一個(gè)相對較慢的過程

21、，但隨著澆灌時(shí)間的延長，累積量達(dá)到一定程度時(shí)，就會對植物產(chǎn)生傷害，因此，鈉是否在土壤中繼續(xù)累積應(yīng)該跟蹤監(jiān)測。2年的測定結(jié)果表明，土壤含鹽量較低，不會對植物產(chǎn)生危害。2001年測定土壤的全鹽量在0.03%0.08%之間，而2003年土壤全鹽量在0.014% 0.035%之間。2003年測定值低于2001年，土壤中全鹽量有下降趨勢。表4 調(diào)查區(qū)植物立地土壤養(yǎng)分含量（教學(xué)植物園）植物年份堿解氮（mg/kg）速效磷（mg/kg）速效鉀（mg/kg）交換性鈉（mg/kg）含鹽量（%）玉蘭01年48.0125.70187.5122.40.06203年49.1423.66211.29201.30.032雪松

22、01年38.1816.03101.791.20.03003年58.2117.30147.37155.30.016白皮松01年49.1414.1989.1120.00.08003年47.259.8086.50216.10.035銀杏01年36.6315.17165.069.60.05903年67.7514.72217.38105.10.024野牛草01年50.2716.18190.545.20.07603年63.509.07171.72122.40.014早熟禾01年67.6621.86250.5063.60.07403年80.8912.59217.38148.70.029盆栽試驗(yàn)的結(jié)果表明，再

23、生水處理的土壤中鹽分有累積現(xiàn)象。但對再生水澆灌2年的綠地土壤研究，發(fā)現(xiàn)沒有鹽分累積現(xiàn)象。認(rèn)為主要是因?yàn)槌鞘芯G地植物生長的土壤環(huán)境較大，土壤有很大的緩沖性能；還有可能與2003年夏季雨水較多，雨水的淋溶作用使土壤中的可溶性鹽向土壤的下層移動有關(guān)。陶然亭公園土壤性狀從不同土層來看，澆灌再生水兩年的檢測結(jié)果顯示無論是對照區(qū)還是再生水區(qū)土壤中堿解氮的含量均是0-20cm 高于20-40cm 土層；速效鉀含量除對照區(qū)均為0-20cm 高于20-40cm 土層含量；有效磷除2003年再生水區(qū)外，其余均為0-20cm 低于20-40cm 土層。從不同年份來看，土壤養(yǎng)分含量呈現(xiàn)如下規(guī)律：對照區(qū)和再生水區(qū)土壤中

24、堿解氮含量2003年的測定值高于2002年；而土壤速效鉀、有效磷、交換態(tài)鈉、全鹽量含量是2003年的測定值低于2002年。連續(xù)兩年土壤全鹽量的測定結(jié)果均小于0.1，對植物不會產(chǎn)生危害。表5 調(diào)查區(qū)土壤性狀（陶然亭公園）試驗(yàn)區(qū)土層年份堿解氮（mg/kg）有效磷（mg/kg）速效鉀 （mg/kg）交換態(tài)鈉（mg/kg）全鹽量（%）pH 值再生水區(qū)0-20cm02年24.9514.39216.0205.80.0809.2303年58.597.49129.7157.170.0309.3920-40cm02年23.0617.84165.0142.80.0499.3003年28.356.87110.871

25、07.310.0229.68對照區(qū)0-20cm02年59.3518.58213.0151.20.0599.1803年73.3312.15145.1187.960.0179.2420-40cm02年47.2523.81282.0161.70.0659.3203年62.3721.20187.92102.030.0549.374小結(jié) 再生水在城市園林中的應(yīng)用研究結(jié)果表明，三年的試驗(yàn)周期內(nèi)再生水澆灌的植物外觀生長良好，未見有明顯不良影響；植株葉片礦質(zhì)元素的分析結(jié)果表明部分澆灌再生水的植物（油松、玉蘭、銀杏、棣棠、紫薇、早園竹）葉片內(nèi)氮、磷、鉀出現(xiàn)了升高的趨勢，出現(xiàn)了鈉元素的含量增加，鐵、錳、銅、鋅則沒

26、有明顯變化。盆栽試驗(yàn)和教學(xué)植物園的綠地調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果表明，再生水澆灌使土壤中交換態(tài)鈉有累積趨勢。但調(diào)查綠地土壤并未出現(xiàn)鹽分的累積，且未達(dá)到危害水平，目前并未對植物的生長造成不良影響。但本研究試驗(yàn)周期較短，數(shù)據(jù)結(jié)果有一定的局限性。因此尚待繼續(xù)加強(qiáng)再生水對人、對園林植物、綠地土壤和環(huán)境等綜合影響的基礎(chǔ)研究，為再生水的科學(xué)使用提供可靠的科學(xué)依據(jù)。5加強(qiáng)再生水在園林中應(yīng)用的建議 再生水科學(xué)應(yīng)用于城市園林綠地是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須有政策法規(guī)保障和相應(yīng)的管理措施，以保證再生水利用事業(yè)的良性發(fā)展。5.1以循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念做好園林節(jié)水 循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念就是要加強(qiáng)水資源的再生利用，而再生水應(yīng)用于城市園林則充分體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，是做好園林節(jié)水工作的有效措施。園林節(jié)水中要充分考慮根據(jù)不同用水的水質(zhì)需求，合理利用各種可以利用的水源，灌溉用水應(yīng)積極利用城市再生水，實(shí)現(xiàn)城市水資源的再利用。5.2完善相關(guān)法規(guī)，制定強(qiáng)制性規(guī)范城市再生水在園林中應(yīng)用在北