不同施氮水平下再生水灌溉对土壤微环境的影响

为探明再生水灌溉和氮素施用对土壤微环境的影响,通过温室盆栽试验种植小白菜,以清水为对照,研究了在5种施氮水平下再生水灌溉对土壤酶活性、微生物区系分布和土壤养分的影响。结果表明,在土壤理化学性状方面,再生水灌溉提高了土壤盐分、土壤脲酶、过氧化氢酶活性及土壤氮素含量,降低了蔗糖酶活性;相同施氮水平下,再生水处理土壤呼吸、土壤温度和土壤含水量均高于清水处理。在微生物数量方面,在低氮水平下,再生水灌溉对土壤真菌起促进作用,对氨化细菌无明显影响;在高氮水平下,再生水灌溉促进土壤细菌和氨化细菌增长,抑制土壤真菌生长。土壤微生物数量与土壤理化性状相关分析表明,细菌总数与总氮和硝态氮(NO3--N)含量呈正相关,与有机质(OM)含量和pH呈负相关;氨化细菌总数与硝态氮、温度、细菌总数和过氧化氢酶活性呈正相关,与有机质含量呈负相关。土壤微生物种类与土壤化学性质的CCA典范对应分析表明,NO3--N、总磷对疣微菌门(Verrucomicrobia)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的影响较大,pH和OM含量对厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)的影响较大。再生水灌溉下120mg/kg氮素处理更有利于土壤水分的保持和生物活性的提高,提升土壤肥力。     

施氮和再生水灌溉对设施土壤酶活性的影响

为探讨再生水灌溉和氮肥施用对土壤酶活性的影响,采用田间小区试验,以清水不施氮肥和再生水不施氮肥为对照,研究了4种氮素水平下再生水灌溉对土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、淀粉酶活性和过氧化氢酶活性的变化及生育期土壤矿质氮、全氮的盈亏状况。结果表明,再生水灌溉提高了土壤脲酶和淀粉酶活性,降低了土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性;不同施氮水平下,再生水灌溉土壤脲酶活性、高氮处理土壤蔗糖酶活性和淀粉酶活性、低氮处理过氧化氢酶活性和番茄收获后土壤全氮含量均低于清水灌溉处理;相同灌水水质下,再生水灌溉施肥处理对土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性起到促进作用,对脲酶和淀粉酶活性有抑制作用,清水灌溉施肥处理对土壤脲酶活性、蔗糖酶活性起到促进作用,对淀粉酶和过氧化氢活性有抑制作用;再生水灌溉土壤矿质氮变化量较清水灌溉显著提高,而再生水灌溉下施肥处理降低了土壤矿质氮变化量。因此,适量减氮并辅以再生水灌溉处理能够提高土壤供氮能力和自净能力,增强土壤解毒能力并提升土壤肥力,减少再生水的排放和氮肥用量;不同施氮水平再生水灌溉对土壤脲酶、蔗糖酶、淀粉酶和过氧化氢酶活性及土壤矿质氮含量、全氮含量影响存在极显著差异。     

再生水灌溉对园林植物叶片生理及根际土壤特性的影响

选用8种河北省常见园林植物（大叶黄杨、女贞、月季、丁香、紫荆、连翘、海棠和榆叶梅）进行再生水灌溉试验,浇灌周期为3年,以自来水灌溉作为对照,研究了再生水灌溉对园林植物生长特性及根际土壤和微生物数量的影响。结果表明:再生水中所含有的植物生长所需的元素大部分可被植物有效吸收,而植物对一些有毒元素的吸收受到抑制;再生水处理的植物叶片矿质元素含量总体上比对照增加,部分差异达到了显著水平,与对照自来水相比,8种园林植物出现了钠元素的积累,重金属也有逐渐升高趋势,但植物表观并未表现出异常现象。在土壤理化性状方面,再生水灌溉情况下,8种园林植物的土壤pH值与对照相比无显著差异;土壤全盐量、水溶性钠和氯离子含量均高于自来水灌溉,多种植物土壤中含量与自来水灌溉相比达到了显著差异或极显著差异;在土壤养分和酶活性方面,再生水灌溉不同程度促进了土壤养分和酶活性的提高,除了女贞、月季和紫荆以外,与对照相比,绝大部分土壤养分和酶活性差异均不显著;在土壤微生物方面,再生水灌溉不同程度促进了土壤微生物数量的增加,其中,以女贞、月季和紫荆增加幅度较大;8种园林植物土壤微生物均以细菌最多,占微生物总数的90%以上,其次是放线菌和真菌。综合分析可知,再生水灌溉能够短期内促进园林植物的生长和根际土壤养分、酶活性微生物数目的提高。     

灌水和氮肥类型对土壤微生物量和酶活性的影响

灌水和施氮肥类型对土壤微生物和酶的影响尚不清楚。该研究旨在评估不同灌水和氮肥类型对土壤微生物生物量和酶活性的影响。结果表明,与清水灌溉相比,再生水灌溉显著增加了土壤细菌、放线菌、革兰氏阳性菌的生物量以及总磷脂脂肪酸,增加幅度分别为7.60%、10.48%、4.97%和4.88%。施氮肥显著提高了土壤细菌生物量和总磷脂脂肪酸,增加幅度范围分别为13.42%~17.34%和8.12%~11.19%。与清水灌溉相比,再生水灌溉并没有显著增加土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。施氮肥也没有显著提高土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。土壤微生物和酶在施缓释尿素肥的土壤中更为活跃。研究结果表明,与其他土壤微生物相比,放线菌和革兰氏阳性菌生长得更快,能更有效地利用再生水灌溉带入的可溶性有机氮;而细菌能更有效地利用氮肥带入的硝态氮。再生水灌溉和施缓释尿素肥在增加土壤微生物生物量和酶活性方面更有效。为了获得更好的土壤质量,更高的作物产量和可持续性利用水资源,建议夏玉米-冬小麦轮作种植利用再生水滴灌并施用缓释尿素肥。     

施肥对川中丘陵杨树人工林土壤生物活性的影响

以川中丘陵区3年生I-107杨树(Populus×euramericana cv.‘74/76’)人工林为研究对象,通过对丘间平地和丘上坡地两种立地条件样地进行施肥(氮肥+磷肥+农家肥)处理,研究丘间平地和丘上坡地土壤微生物数量、土壤酶活性和土壤养分含量对施肥的响应。结果表明:丘间平地的土壤微生物数量、酶活性、土壤养分含量都高于丘上坡地,除酶活性外其他指标差异均达到显著水平(P0.05);土壤微生物数量、土壤酶活性和有效养分含量随着土层加深逐渐降低,且不同土层之间差异显著(P0.05);施肥可显著提高土壤微生物数量、酶活性和养分的含量(P0.05);施肥与立地条件两者交互作用显著(P0.05)。从土壤养分供给角度看,在川中丘陵区,平地土壤较坡地更适合种植杨树,在两种立地上施肥均可提高土壤肥力,且在平地更为显著。坡地施肥土壤微生物数量、酶活性、养分含量均高于平地对照,施肥可以在一定程度上弥补地位质量引起的土壤肥力的不足。     

不同恢复方式下盐渍化弃耕地土壤生物学活性的变化

以干旱区新疆玛纳斯河流域冲积扇缘定点定位试验地为研究对象, 研究灌溉处理、人工草地处理和补植处理对盐渍化弃耕地土壤微生物量、酶活性及土壤呼吸速率的影响。结果表明, 不同恢复方式均明显增加了土壤微生物数量和土壤微生物量碳、氮及土壤酶活性。不同处理土壤微生物量碳、氮分别比原始弃耕地高17.80%、26.38%、5.33%和7.89%、12.75%、21.93%; 不同处理土壤微生物数量分别是原始弃耕地的4.72倍、6.04倍和4.56倍; 不同处理土壤蔗糖酶活性分别比原始弃耕地高3.4倍、3.2倍和7.7倍, 多酚氧化酶活性比原始弃耕地高1.7倍、1.2倍和1.5倍, 脲酶活性比原始弃耕地高11.1%、52.3%和37.1%; 灌溉处理土壤过氧化氢酶活性最高, 是原始弃耕地的1.53倍, 土壤呼吸速率变化表现为人工草地处理>灌溉处理>补植处理>原始弃耕地, 其中, 人工草地处理土壤呼吸速率比弃耕地高52.25%。相关分析表明, 微生物量碳与微生物C/N和微生物数量之间均呈显著正相关关系(P<0.05); 土壤呼吸速率与土壤脲酶、微生物数量和微生物量碳的相关性达到显著水平(P<0.05), 与土壤微生物量氮呈负相关关系, 但相关性不显著; 土壤蔗糖酶与其他3种酶以及微生物量氮呈显著正相关关系, 土壤脲酶与微生物数量呈显著正相关关系, 多酚氧化酶与过氧化氢酶相关性达到显著水平(P<0.05)。本研究表明干旱区盐渍化弃耕地采用灌溉与人工草地处理有利于土壤养分积累, 可在一定程度上改善土壤质量。     

污水灌溉对苜蓿生长下土壤部分理化性质的影响

通过盆栽试验研究了污水、再生水等不同灌溉水质对苜蓿三次刈割后土壤部分理化性质的影响。结果表明:相对于清水灌溉,污水及再生水处理能显著降低土壤pH值,增加EC值。第二次刈割时污水、再生水处理与清水相比土壤无机氮含量分别增加了63.59%和35.02%,第三次刈割时分别增加了82.18%和30.72%。与清水灌溉相比,污灌处理土壤Cd含量在三次刈割中分别增加了33%,117.65%和138.89%,再生水灌溉处理在三次刈割中分别增加了13.33%,64.71%和61.11%。根据《土壤环境质量标准》进行土壤重金属污染评价表明,在本试验期间各灌溉水质处理未引起土壤Pb污染,但未经处理的污灌处理造成了Cd污染。本研究初步说明污水采用混灌与轮灌方式可适当减缓其不利效应;再生水可作为苜蓿的灌溉用水,但其长期效应仍需进一步深入研究。     

再生水灌溉对草坪土壤速效养分及盐碱化的效应

采用7种水分处理：清水适宜灌（FPI）、混合适宜灌（RFPI）、再生水充分灌（RFI）、再生水适宜灌（RPI）、再生水轻微干旱胁迫（RLWS）、再生水中度干旱胁迫（RMWS）、再生水重度干旱胁迫（RSWS），相应灌溉下限分别为田间持水量70％，70％，80％，70％．60％，50％，40％，灌水定额相同。研究结果表明：与清水灌溉相比，短期内采用再生水灌溉不会使大量氮紊残留于土壤，不会快速提高土壤供磷水平，土壤速效钾含量增加不显著，土壤阳离子含量增加也不显著。再生水灌溉不同水分处理下，土壤养分元素累积量与供水量成反比，特别是在中度及重度干旱胁迫处理下土壤速效养分累积明显。通过对再生水灌溉下土壤化学性质主成分分析表明，再生水灌溉下土壤盐分离子及氮钾元素变化较快，其次是水溶性钠离子．再次为速效磷。     

苹果园土壤微生物生态特征研究

2003—2004年开展对9个有代表性的不同产量的苹果园秋季土壤的养分、微生物类群及土壤酶活性的研究,获得不同产量苹果园的土壤微生物生态状况。结果表明,各苹果园的土壤养分、微生物数量、多样性和酶活性均表现出较大差异。随土壤碱解氮、速效磷、速效钾、总碳含量的增加,产量水平呈增高趋势。高产园土壤微生物数量高,多数土壤酶活性强,微生物多样性好。土壤微生物中细菌数量、微生物多样性、蛋白酶、磷酸酶活性可作为评价果园土壤肥力的生物指标。果树产量与土壤微生物类群和数量具有显著正相关,与速效磷、速效钾、碱解氮和全氮含量显著正相关,且与蛋白酶和磷酸酶显著正相关。     

豆科牧草根际土壤脲酶活性的研究

研究结果表明:土壤脲酶活性与养分含量呈极显著相关,可作为评价土壤肥力的生物学指标;脲酶活性的垂直分布随土层深度而递减;土壤脲酶活性数量随作物生长与根系生物量的增强而增加,与土壤微生物数量显著相关;根际土壤脲酶活性高于近根际土壤;不同种类豆科牧草,根际土壤脲酶活性存在明显差异。深根豆科牧草苜蓿、草木樨可留给深层土壤大量根系残留物,从而有利于提高土壤深层脲酶活性与综合供肥能力。     

灌溉水质对苜蓿早期生长及养分吸收的影响

采用盆栽试验方法,设计7种不同灌溉水质对苜蓿（Medicago sativaL.cv‘.Algonquin＇）进行灌溉处理,包括：清水灌溉（F）、再生水灌溉（R）、等营养水灌溉（E）、清水和再生水交替灌溉（T）、再生水和清水1∶1混合灌溉（FR）、再生水和清水1∶2混合灌溉（F2R）、再生水和清水2∶1混合灌溉（2FR）。研究结果表明,与清水灌溉（F）相比,再生水灌溉（R）可以明显提高苜蓿的株高和侧枝数水平;交替灌溉（T）和混合灌溉（2FR）对提高苜蓿干草产量作用明显;各灌溉水质对苜蓿叶茎比、根冠比和根系活力的影响都是暂时性的,长期进行灌溉影响不显著;混合灌溉（FR、F2R、2FR）和再生水灌溉（R）会提高苜蓿体内氮、钙和镁的含量,而对钾的含量没有影响,苜蓿体内磷的含量随各灌溉水质中磷含量的增加而减小。     

再生水分根交替滴灌对马铃薯根-土系统环境因子的影响研究

分根交替（PRD）滴灌技术是很有节水潜力的灌水技术。利用再生水,采用分根交替滴灌技术对马铃薯根长密度、根重密度及土壤水盐的空间分布影响进行了研究。结果表明,马铃薯根系主要分布在0-60 cm的土层内,以植株为中心,呈放射状沿不同方向减小。通过研究所建马铃薯根长密度的空间分布函数能较好地反映根系的三维分布趋势。PRD灌溉可以刺激马铃薯根系生长,水分利用效率提高39%。进行PRD灌溉时应重点考虑滴头位置处及垄坡上的水盐变化,最好能起到节水控盐的双重作用。再生水PRD地下滴灌是对传统地表滴灌的优化和提升。     

滨海盐土灌水脱盐动态的土壤质地和水质差异性研究

通过在天津滨海新区的野外灌水脱盐试验,对比分析了灌溉淡水、中水和微咸水的中壤质、重壤质土和粘土土壤含盐量及pH的动态变化。结果表明,粘质滨海盐土经灌淡水后的土壤全盐量降低是逐渐的;重壤质滨海盐土的土壤全盐变化趋势与粘质土相似,最初4次灌水使各层土壤全盐累积降幅较大;中壤质滨海盐土则第一次灌水后土壤含盐量降低较多,表层（0～20cm）由1.75%降到0.511%,以后灌溉土壤全盐量降低得较缓慢,20～40cm土层的含盐量始终降低得较缓慢。灌溉淡水、中水、微咸水均能使土壤全盐量降低,灌溉中水、微咸水后表层和土体下层土壤的含盐量均逐渐降低,而灌溉淡水的表层土壤全盐量以初次降低明显,土体下层的土壤全盐量始终变化幅度较小。同灌淡水的情况下,中壤质滨海盐土的土壤pH较为稳定,在7.5～8.5范围,而重壤质和粘土在最初表现下降,至约7.5后上升到8.5～9.0范围,质地越粘土壤pH越高。灌溉淡水、中水、微咸水均使土壤pH有升高的趋势,灌溉淡水后表层土壤pH能够上升到9.0,灌溉微咸水、中水后土壤pH能够升高至8.5左右。     

灌溉不同水质条件下滨海盐土脱盐动态的研究

通过在天津滨海新区的野外灌水脱盐试验,对比分析了灌溉淡水、中水和微咸水的中壤质、粘土和贝壳堤土土壤含盐量及pH的动态变化。结果表明,粘质滨海盐土经灌淡水后的土壤全盐量降低是逐渐的,中壤质滨海盐土则第一次灌水后土壤含盐量降低较多,表层（0～20 cm）由1.75%降到0.511%,以后灌溉土壤全盐量降低得较缓慢,20～40 cm土层的含盐量始终降低得较缓慢。灌溉淡水、中水、微咸水均能使土壤全盐量降低,灌溉中水、微咸水后表层和土体下层土壤的含盐量均逐渐降低,而灌溉淡水的土壤表层全盐量降低明显,土体下层的土壤全盐量变化幅度较小。灌溉淡水、中水、微咸水均使土壤pH有升高的趋势,灌溉淡水后表层土壤pH能够上升到9.0,灌溉微咸水、中水后土壤pH能够升至8.5左右。     

猪场废水灌溉对潮土酶活性的影响

通过天津杨柳青镇田间小区试验,研究了猪场废水原水、厌氧出水和仿生态塘与地下水稀释（1：5）灌溉以及厌氧出水高、中、低定额灌溉对潮土0～20cm和20～40cm土层的土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性及土壤有机碳和全氮的影响。结果表明,猪场废水灌溉显著增加土壤有机碳和全氮含量;中量厌氧水灌溉增强土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性,过高或过低量厌氧水灌溉降低土壤酶活性;原水、厌氧出水和仿生态塘水稀释灌溉对土壤酶活性也有显著影响;与对照（正常施肥和灌溉）相比,仿生态塘水稀释灌溉促进土壤脲酶活性;所有的稀释灌溉处理对土壤转化酶和过氧化氢酶活性均有抑制趋势,但其中仿生态塘水稀释灌溉处理的降幅较小。建议适宜的猪场养殖废水厌氧出水灌水定额为500m^3·hm^-2,适宜的稀释灌溉处理为仿生态塘水与地下水1：5的稀释比例。     

再生水灌溉对土壤斥水性的影响

深入探求再生水灌溉条件下不同土壤中水分和溶质的分布及斥水性变化规律,能为再生水灌溉条件下土壤斥水性产生原因及其影响因素的研究提供一定的参考。选用砂土、砂姜黑土、塿土和盐碱土进行土柱再生水灌溉试验,取样测定不同灌水量条件下剖面土壤的潜在斥水性、含水率、Cl-、有机质(organicmatter,OM)含量及电导率(electrical conductivity,EC)等。结果表明:再生水灌溉后,塿土及盐碱土分别出现0～2,1～3级斥水性,砂土及砂姜黑土为0级斥水性,4种土表层表现出较强的斥水性。土壤斥水性随再生水灌水量和灌溉时间的增加而显著增强,并且灌水量越大,斥水性差异性越显著。4种土有机质含量OM与土壤斥水持续时间变化值TR呈正相关关系,Cl-含量、EC值与土壤斥水持续时间变化值TR呈负相关关系。相比较其他3种土而言,砂土更适合再生水灌溉。     

利用离体umu/SOS测试与活体蚯蚓彗星试验评价再生水灌溉土壤的遗传毒性

污水和再生水灌溉在我国北方地区十分普遍,由于长期灌溉导致土壤中遗传毒性物质累积并因此而引发的生态安全问题值得研究。本研究利用离体umu/SOS测试与活体蚯蚓彗星试验评价北京市郊区再生水灌溉土壤中遗传毒性物质的积累。umu/SOS测试得到表征样品遗传毒性大小的β-半乳糖苷酶诱导活性（IU值）,以达到阳性时（诱导比率R=2）需要的土壤重量（G）来反映土壤样品的相对遗传毒性。活体蚯蚓彗星试验中,以尾矩（TM）表征土壤遗传毒性的大小。研究结果表明,再生水灌溉使得土壤的遗传毒性增大,随着再生水灌溉量的增加,土壤的G值减小,TM值增大,G值与TM值之间呈现明显相关关系,说明主要遗传毒性物质是有机污染物。离体umu/SOS测试和活体蚯蚓彗星试验的联合应用,可以快速有效地筛选出遗传毒性高风险土壤样品。     

再生水灌溉对典型土壤盐分和离子浓度的影响

为推动再生水安全灌溉,避免土壤盐渍化。该文研究了不同再生水灌溉年限对土壤盐分的影响。结果表明,不同再生水灌溉年限对各层土壤电导率、pH值无显著影响,而钠吸附比有所增加,但仍在适宜范围内。再生水灌溉后土壤中Na+、Mg2+、K+和Cl-含量总体呈现增加趋势,但在0～40 cm层位增加不显著,40～80 cm存在增加明显,土壤盐分在降水淋溶作用下具有向根系活动层以下迁移的趋势,华北地区气候条件下再生水灌溉引起耕层土壤盐分显著累积的风险较低。     

北京东南郊再生水灌区土壤PAHs污染特征

采用Eijkelkamp土壤采样器对北京东南郊再生水灌区进行了3个钻孔剖面采样,同时采集了灌溉用水及地下水样品,并采用气相色谱-质谱联用仪对16种多环芳烃（PAHs）进行定量分析。结果表明,表层土壤中有14种PAHs检出,浓度在0.4-53.1 μg·kg-1之间,∑PAHs平均含量为206.7 μg·kg-1,达到了土壤污染临界值;表层以下PAHs的检出种类和含量显著减少,以中、低环的萘、菲、芴、荧蒽、芘为主,∑PAHs仅占表层的3.8%-12.0%,从剖面PAHs含量变化可以判断,低环PAHs较易迁移,迁移性强弱顺序为萘、芴〉菲〉芘、荧蒽;污灌区表土中PAHs组成与大气降尘接近,但与再生灌区有明显差异,这种差异主要由于灌溉用水不同所造成;再生水灌区表土以下土壤剖面检出的PAHs与再生水中的PAHs一致,说明再生水灌溉是导致土壤剖面PAHs污染的主要原因,同时地下水中检出的PAHs种类也与土壤剖面基本一致,但含量较高,可能是早期污水灌溉所造成。