裴 亮，張?bào)w彬，2，梁 晶，孫麗英，劉慧明

（1.中國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(hù)部 衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京100094）

再生水是指對(duì)污水處理廠出水、工業(yè)排水、生活污水等非傳統(tǒng)水源進(jìn)行回收，經(jīng)適當(dāng)處理后達(dá)到一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，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(shì)，已在國(guó)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(duì)于再生水灌溉對(duì)果蔬等經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)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(jìn)行，關(guān)于再生水灌溉對(duì)在大田自然條件下生長(zhǎng)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(yán)重的面源污染問題，并為植物生長(zhǎng)提供重要的養(yǎng)分，促進(jìn)植物生長(zhǎng)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(shí)輸入環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，也會(huì)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(duì)灌水時(shí)間、灌水量和土壤濕潤(rùn)范圍高度控制的特點(diǎn)，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(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的同時(shí)減少農(nóng)業(yè)面源污染。利用滴灌技術(shù)進(jìn)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(shí)又減少了多余污染物輸入環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)我國(guó)水資源危機(jī)的緩解、農(nóng)業(yè)面源污染防治和促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義［10］。本試驗(yàn)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(duì)黃瓜生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)為中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所和國(guó)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(zhǎng)夏短，春季升溫迅速，秋雨連綿，冬季少雨雪，冬暖少嚴(yán)寒。全年太陽輻射量為446kJ／cm2，生理輻射211kJ／cm2，年均日照時(shí)數(shù)達(dá)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(qiáng)度大，歷時(shí)短，入滲有限，容易沖刷侵蝕地表。研究區(qū)試驗(yàn)土壤為黃棕壤土，容重在1.56～1.71g／cm3。

1.2 試驗(yàn)布置

試驗(yàn)在2011年黃瓜的生長(zhǎng)季7月20日至10月10日進(jìn)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(gè)灌溉水質(zhì)處理，分別標(biāo)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(gè)處理重復(fù)3個(gè)小區(qū)，每小區(qū)包括3條壟，4m長(zhǎng)，即每個(gè)小區(qū)面積為4m×4m。灌溉采用重力滴灌的方式進(jìn)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(gè)處理（包括3個(gè)重復(fù)小區(qū)）由1個(gè)桶（容積240L）供水，桶放置在試驗(yàn)區(qū)距地面約1.2m高的位置。每個(gè)處理的第2個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，在滴頭下20cm深度處安裝1組負(fù)壓計(jì)，當(dāng)負(fù)壓計(jì)指示的土壤水勢(shì)低于－25kPa時(shí)即進(jìn)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(yàn)處理編號(hào)

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(yàn)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(cè)定項(xiàng)目及方法

定植后第2周測(cè)量黃瓜植株的株高，以后約10d左右測(cè)量1次。在10月10日（黃瓜生長(zhǎng)旺盛期）測(cè)量植株莖粗、葉面積和葉片數(shù)，測(cè)量葉面積時(shí)取每柱第1～3片，測(cè)量葉片的長(zhǎng)和寬，葉片為葉片上部肩寬側(cè)值，葉長(zhǎng)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(jìn)入收獲期，采收一個(gè)月后統(tǒng)計(jì)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(yàn)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(jiǎn)單的多層土壤滲濾系統(tǒng)對(duì)生活污水處理效果一般，再生水中仍有很多指標(biāo)的上限略微超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。再生水灌溉時(shí)，土壤—植物系統(tǒng)也會(huì)對(duì)再生水中污染物進(jìn)行吸收和吸附，并且在滴灌條件下，單次灌水量少，對(duì)污染物的淋失較少。本課題組前期通過對(duì)不同深度土壤和地下水中理化指標(biāo)的分析得知，只要對(duì)再生水水質(zhì)和灌溉水量進(jìn)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(shí)有效防止污染物淋失進(jìn)入水體［11］。

表2 水質(zhì)指標(biāo)、測(cè)定方法及其與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的比較

2 結(jié)果與分析

2.1 再生水滴灌對(duì)黃瓜植株生長(zhǎng)的影響

選擇莖粗、單葉葉面積、單株葉片數(shù)和株高4個(gè)指標(biāo)，研究再生水滴灌灌溉對(duì)黃瓜生長(zhǎng)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(duì)略高外，其他4個(gè)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(shì)，T1最大，為每株28.13個(gè)葉片，但和T2未達(dá)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(duì)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(cè)量株高時(shí)，選擇代表性的植株將其主莖拉直后進(jìn)行測(cè)量。由圖1可以看出，最高時(shí)期的株高可達(dá)3～4m，整個(gè)生育期呈現(xiàn)明顯的“S”型的生長(zhǎng)曲線。8月中旬至9月中旬為黃瓜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的快速階段，黃瓜株高增長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)黃瓜株高的影響

2.2 再生水滴灌對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

選擇瓜長(zhǎng)、單瓜重和產(chǎn)量3個(gè)指標(biāo)，研究再生水滴灌對(duì)黃瓜果實(shí)產(chǎn)量的影響（表4）。瓜長(zhǎng)方面，總灌水量中含20%再生水的T4處理瓜長(zhǎng)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(dá)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(duì)黃瓜的瓜長(zhǎng)、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(shì)除提高土壤有機(jī)質(zhì)和植物必需的全氮、全磷等基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)外，更重要的可能是其豐富的微量營(yíng)養(yǎng)元素，為作物生長(zhǎng)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(duì)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(duì)黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成，均表現(xiàn)出一定的促進(jìn)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(jìn)行施肥，所以黃瓜生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量表現(xiàn)出和對(duì)照相當(dāng)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(dāng)，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(dāng)施肥相結(jié)合的方式，進(jìn)行黃瓜的種植。

同時(shí)，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(duì)土壤環(huán)境和植物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成也存在一定的負(fù)面影響［12－13］，至于其影響程度和時(shí)效還需通過長(zhǎng)期的試驗(yàn)做進(jìn)一步的觀察和研究。

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