吉時育，王 勇，2，張 琨，郭書婷

（1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010022；2.內(nèi)蒙古節(jié)水農(nóng)業(yè)工程研究中心，呼和浩特 010022）

0 引言

再生水是指工業(yè)廢水或生活污水經(jīng)適當(dāng)工藝處理后，達(dá)到相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足某種用途要求的非飲用水。國家“十四五”規(guī)劃綱要提出“強化農(nóng)業(yè)節(jié)水增效，鼓勵再生水利用”。再生水作為一種非常規(guī)水源，用于農(nóng)業(yè)灌溉不僅可以減少農(nóng)業(yè)淡水資源用量，而且其富含氮磷鉀等農(nóng)作物所必須的養(yǎng)分，灌溉后會對土壤養(yǎng)分含量及形態(tài)產(chǎn)生重要作用，進而影響作物生理和生長發(fā)育。作為構(gòu)成生物體氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸主要成分的氮(N)，是作物生長發(fā)育不可或缺的營養(yǎng)元素，與作物產(chǎn)量密切相關(guān)。多年來有關(guān)再生水灌溉的土壤氮效應(yīng)一直備受學(xué)者關(guān)注，并有大量文獻報道。但已有研究結(jié)果差異較大，部分結(jié)果顯示再生水灌溉能顯著提高土壤氮素[1]，也有結(jié)果顯示對提高土壤氮素的效果有限或者無效[2]。這些研究結(jié)果不一致的可能原因是土壤氮素含量及形態(tài)變化除與土壤和作物種類和灌溉歷時等因素有關(guān)外，還與生產(chǎn)再生水的污水水質(zhì)有關(guān)。源于不同行業(yè)污水的再生水，雖然總氮排放限值標(biāo)準(zhǔn)相同，但所含氮素形態(tài)有差異，灌溉后在土壤中的可轉(zhuǎn)化性能和被植物吸收利用的難易程度也不同。因此，開展源于不同污水的再生水（再生水分質(zhì)）灌溉效應(yīng)研究，是深入研究再生水灌溉機理或機制的重要途徑。乳業(yè)是內(nèi)蒙古的重要產(chǎn)業(yè)，用水量和排污量大，污水中所含乳脂肪、乳糖和乳蛋白等有機物多，COD濃度高，多屬易生化處理的有機廢水[3]。目前關(guān)于乳業(yè)再生水灌溉效應(yīng)研究報道較少。本文以乳業(yè)再生水灌溉區(qū)為研究對象，研究乳業(yè)再生水長期灌溉后（17年）土壤氮素形態(tài)及分布特征，并對其土壤有效氮素水平進行評價。研究結(jié)果不僅可為乳業(yè)再生水灌溉的可行性提供佐證，而且對促進深入理解再生水氮素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化和植物吸收利用機制或機理也有作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于呼和浩特市和林格爾縣盛樂經(jīng)濟園區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°45′00″，北緯40°40′00″。園區(qū)海拔1 100～1 130 m，年平均氣溫5.4℃，最高氣溫31℃，最低氣溫-21℃，年均降水量421 mm，蒸發(fā)量1 600～2 500 mm，平均風(fēng)速2.3 m/s，凍土深度1.40 m。屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。

2004年，園區(qū)建成一座設(shè)計規(guī)模為6 000 m3/d的污水處理廠，設(shè)計排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2005）。2014年，園區(qū)對該污水處理廠進行升級改（擴）建，處理規(guī)模2.15萬m3/d，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠的污水主要為乳業(yè)廢水，占污水總量的91.45%，生活污水占3.25%，其他行業(yè)污水占5.3%。

2004年至今，污水處理廠排水下游部分農(nóng)田一直利用該污水廠的出水進行灌溉。下游農(nóng)田面積約409.32 hm2，其中再生水灌溉面積約59.2 hm2，井灌區(qū)面積270.89 hm2，再生水和井水混灌面積79.23 hm2。

1.2 試驗布置及樣品采集

2020年10月，通過實地踏勘污水廠排水口和灌溉渠系走向、機電井的位置，結(jié)合地形圖和農(nóng)戶訪談，依據(jù)灌溉水質(zhì)，在長期種植籽粒玉米地，選擇了3個典型灌溉區(qū)，即機井水灌溉區(qū)（JG）、再生水灌溉區(qū)（ZG）和機井水與再生水混灌區(qū)（HG），見圖1。在灌溉區(qū)東北部污水提升泵站旁（主要儲蓄經(jīng)前處理的乳業(yè)和市政污水），分別于2016年和2020年設(shè)置了2個污水直接灌溉試驗地（W5和W1），面積均為400 m2。3個典型灌溉區(qū)長期采用傳統(tǒng)畦灌，年灌水3次，2020年灌水時間：4月24日、6月30日、11月13日，2021年灌水時間：4月21日、7月4日、11月4日，灌水 定額600～750 m3/（hm2·次），施入等量復(fù)合肥（N-P-K 26%-12%-12%），玉米生育期不追肥。2個污灌試驗地種植的作物為飼料玉米，灌溉、施肥方式與典型灌溉區(qū)相同。共5個灌溉試驗處理（見表1），灌溉水質(zhì)見表2，灌區(qū)土壤機械組成及質(zhì)地見表3。

表2 灌溉水質(zhì) mg/LTab.2 Irrigation water quality

表3 灌區(qū)土壤機械組成Tab.3 Soil mechanical composition of irrigation areas

圖1 灌區(qū)及采樣點分布圖Fig.1 Irrigation areas and distribution map of sampling points

表1 試驗處理Tab.1 Experimental treatments

采樣在5個灌溉試驗區(qū)進行，隨機選擇3個樣點（見圖1），每個樣點用土鉆分5層取土采樣，采樣深度分別為0～10、10～30、30～50、50～70、70～90 cm。共18個取樣點，單次采90個土樣，2020年10月5-7日秋收后和2021年4月30日-5月2日春播前采樣兩次，共計180個圖樣。將采集土樣封裝帶回實驗室，自然風(fēng)干后過篩備用。

1.3 參數(shù)測定

灌溉水質(zhì)：COD（Cr）采用GB11914-89重鉻酸鹽法測定，NH3-N采用GB7479-87納氏分光光度法測定，TP（總磷）采用GB111893-89鉬酸銨分光光度法測定，TN（總氮）采用GB/T11894-1989堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，SS（懸浮物）采用GB11901-89重量法測定。

土壤：土壤機械組成采用NY/T 1121.3-2006比重計法測定，堿解氮含量采用K9840自動凱氏定氮儀測定，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用HJ 634-2012標(biāo)準(zhǔn)氯化鉀浸提-分光光度法測定，水解性有機氮=堿解氮-無機氮（銨態(tài)氮+硝態(tài)氮）。

1.4 土壤氮素評價方法

利用綜合評價指數(shù)法對土壤有效氮素水平進行評價，具體步驟如下：

（1）利用模糊數(shù)學(xué)方法求權(quán)重：確定土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和水解性有機氮為評價對象，建立評價指標(biāo)體系，利用公式（1）、（2）構(gòu)造水平矩陣R，公式（3）計算第j個指標(biāo)下第i項的權(quán)重值fij，公式（4）求各氮素熵值，公式（5）求各氮素的熵值權(quán)重：銨態(tài)氮為0.172、硝態(tài)氮為0.514、水解性有機氮為0.314。

（2）利用正S型函數(shù)公式（6）求3種氮素的隸屬度。

（3）利用公式（7）求不同灌溉處理土壤的有效氮素綜合評價指數(shù)（IFI，integrated fertility index），IFI數(shù)值越高，表示土壤有效氮素水平越高。

正向指標(biāo)：

負(fù)向指標(biāo)：

式中：fij為第j個指標(biāo)下第i項的權(quán)重。

式中：Hj為第j個指標(biāo)的熵值。

式中：wj為第j個指標(biāo)的熵值權(quán)重。

式中：Si表示隸屬度值；x表示指標(biāo)實測值；L和H分別表示下限和上限臨界值(表4)。本研究選取評價指標(biāo)實測的最大最小值作為指標(biāo)閾值的上下限[4]。

表4 土壤氮素指標(biāo)隸屬度函數(shù)上下限 mg/kgTab.4 Upper and Lower Limits of Soil Nitrogen Index Membership

式中：IFI為有效氮素綜合評價指數(shù)；Si為第i項土壤肥力評價指標(biāo)的隸屬度值；ɑi為第i項土壤肥力評價指標(biāo)的權(quán)重值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2019和SPSS Statistics 21.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用OriginPro 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

堿解氮在本研究中作為有效氮總量，不涉及氮素形態(tài)，因此本研究著重分析堿解氮的組成部分：銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和水解性有機氮。

2.1 土壤銨態(tài)氮變化

圖2為不同灌溉處理對銨態(tài)氮的影響，由圖2（a）可知，10月采樣的5種灌溉處理方式，不同灌溉處理對銨態(tài)氮的影響有所差異性。W1處理方式在0～90 cm內(nèi)，銨態(tài)氮隨著土層深度的增加而逐漸降低。W5處理方式在0～30 cm內(nèi)變幅較大，在30 cm以下，隨著深度的增加含量基本保持不變。JG處理方式、HG處理方式均在0～50 cm內(nèi)，銨態(tài)氮含量變化幅度較小，在50 cm以下，含量變化呈現(xiàn)“V”型變化特點。ZG處理方式在0～90 cm內(nèi)含量呈現(xiàn)波動化變化的特點，表明在其灌溉條件下其含量變化極不穩(wěn)定。通過分析5種灌溉方式，發(fā)現(xiàn)污水灌溉1年的土壤銨態(tài)氮含量變化幅度最大。

4月份土壤銨態(tài)氮在5種灌溉處理方式下，含量變化如圖2（b）所示。W1處理方式下土壤銨態(tài)氮含量先在0～30 cm內(nèi)驟增，隨之在30 cm以下則出現(xiàn)遞減的變化特點。W5處理方式下銨態(tài)氮含量在0～90 cm內(nèi)基本呈現(xiàn)遞減變化特征。JG處理方式下銨態(tài)氮含量在0～50 cm內(nèi)出現(xiàn)“V”字型變化特點，之后隨著深度的增加，含量保持穩(wěn)定。HG處理方式下的銨態(tài)氮在0～90 cm內(nèi)先逐漸增加再逐漸減小。ZG處理方式在0～90 cm內(nèi)含量呈現(xiàn)波動變化的特點。

圖2 不同灌溉處理對土壤銨態(tài)氮的影響Fig.2 Effects of different irrigation treatments on soil ammonium nitrogen

綜上，10月份與4月份不同灌溉處理后的土壤銨態(tài)氮有異同點。相同點主要為在污水灌溉下，土壤銨態(tài)氮均呈現(xiàn)隨土層深度增加而含量減少，影響程度逐漸降低。污水灌溉、再生水灌溉、混合灌溉下，土壤銨態(tài)氮含量均大于機井水灌溉。差異點在于10月份各處理方式的土壤銨態(tài)氮基本低于4月份，這是由于冬季低溫所致，部分微生物因低溫凍死，體內(nèi)有機氮以無機氮形式釋放，更多養(yǎng)分被釋放也會促進殘存微生物的有機氮礦化作用[5]。10月份混合水灌溉的土壤銨態(tài)氮與再生水灌溉具有交叉分布特點，這是因為10月份采樣時土壤硝態(tài)氮所當(dāng)季植物消耗以及氣態(tài)揮發(fā)，故兩者無明顯差異。4月采樣于灌溉8 d后采樣，銨態(tài)氮揮發(fā)有限，同時未受當(dāng)季植物消耗，在再生水銨態(tài)氮含量明顯高于機井水的情況下（表2），呈現(xiàn)4月份再生水灌溉的土壤銨態(tài)氮含量明顯大于混合水、機井水灌溉。

2.2 土壤硝態(tài)氮變化

從圖3（a）10月采樣可知，W1和W5兩種污水灌溉處理方式下，土壤各層硝態(tài)氮的影響具有相同的變化特征，其各層含量均大于其他灌溉方式，且W1硝態(tài)氮含量大于W5的各層含量，說明污水灌溉對土壤硝態(tài)氮的提升具有明顯作用，這種提升作用有隨著灌溉水中氮含量或有機物相對含量的增加而增加的趨勢（見表2）。在ZG、HG、JG三種灌溉處理中，HG和ZG在各層中的硝態(tài)氮含量均大于JG含量，且隨著土層深度的增加，HG和ZG呈現(xiàn)交錯分布的特征，JG各層基本穩(wěn)定，保持不變。表明機井水灌溉對土壤硝化作用影響小，污水灌溉影響最大，混合水和再生水次之。

由圖3（b）顯示，4月份各種灌溉處理方式下土壤硝態(tài)氮含量變化明顯，在各層中經(jīng)W1處理的土壤硝態(tài)氮含量最大，且其各層變幅也最大，表明第一年污水灌溉對土壤的硝態(tài)氮影響具有隨機性。W5處理中土壤硝態(tài)氮各層含量均低于W1處理的含量，說明污水灌溉隨著灌溉時長的增加，灌溉水中的氮或有機物質(zhì)含量對土壤硝態(tài)氮的提升作用在降低。在再生水、機井水以及混合灌溉的三種處理方式中，除表層0～10 cm內(nèi)，再生水和混合水含量差異較小外，其余土層均為混合灌溉＞再生水灌溉＞機井水灌溉。機井水灌溉的土壤硝態(tài)氮含量明顯低于其余兩種處理方式。說明機井水灌溉對土壤的硝化作用影響較弱，這和機井水的水質(zhì)或者所含微量元素有關(guān)。

圖3 不同灌溉處理對土壤硝態(tài)氮的影響Fig.3 Effects of different irrigation treatments on soil nitrate nitrogen

綜上，10月份與4月份均為污水灌溉處理的土壤硝態(tài)氮含量最高，尤其是經(jīng)W1處理的土壤硝態(tài)氮含量。JG處理的土壤硝態(tài)氮各層含量基本保持不變，變化幅度較小。不同點在于10月份污水灌溉處理下土壤各層硝態(tài)氮含量大多數(shù)大于4月份。污水灌溉下土壤硝態(tài)氮含量較高，因其帶負(fù)電易淋溶，隨冬季降水流失較明顯；其次由于土壤解凍反硝化作用迅速增強，硝化作用恢復(fù)緩慢，加劇了硝態(tài)氮的以氣態(tài)逸散[6]。JG、HG和ZG的硝化氮含量4月份和10月份差異不明顯，無明顯的規(guī)律性。

2.3 土壤水解性有機氮的變化

圖4為不同灌溉處理方式下土壤水解性有機氮含量的變化，圖4（a）所示10月采樣數(shù)據(jù)中，污水處理的土壤水解性有機氮含量均比其他處理方式的含量高，其中在0～60 cm內(nèi)，W5處理下的土壤水解性有機氮含量大于W1，60 cm以下則呈現(xiàn)相反的含量變化特征。表明水解性有機氮受污水灌溉時長的影響。在60 cm以下，受土壤類型或者土壤孔隙的影響，污水灌溉1年的土壤水解性有機氮含量高于污水灌溉5年。HG和JG處理的土壤水解性有機氮含量在45 cm處出現(xiàn)交叉拐點，其兩種處理方式下的含量呈現(xiàn)相反的特點。ZG處理的水解性有機氮隨著土層深度的增加，基本呈現(xiàn)不變的特征。

圖4（b）所示4月采樣數(shù)據(jù)中，依舊為污水灌溉下土壤水解性有機氮含量最高，污水灌溉1年與污水灌溉5年對其含量的影響有所差異性，在40 cm以上，W5處理的含量大于W1處理的，在40 cm以下，具有相反的變化特點，ZG和HG處理下土壤水解性有機氮隨著土層深度的增加，而呈現(xiàn)出交叉分布的特點。JG處理的灌溉的土壤水解性有機氮在40 cm以上，隨著深度的增加，含量遞減，40 cm以下基本保持不變。

圖4 不同灌溉處理對土壤水解性有機氮的影響Fig.4 Effects of different irrigation treatments on soil hydrolysable organic nitrogen

依據(jù)以上分析，10月份和4月份的土壤水解性有機氮含量變化有其規(guī)律性，主要表現(xiàn)在污水灌溉的土壤水解性有機氮含量優(yōu)于其他灌溉處理方式，均有著機井灌溉各層含量變化幅度大于再生水灌溉和混合水灌溉。在相同處理方式下土壤水解性有機氮含量4月份均大于10月份。

2.4 土壤氮素綜合評價

本研究將堿解氮含量作為總有效氮。通常農(nóng)作物根系分布不同，土壤的氮素的含量有所差異，從探究耕層土壤各有效氮素含量關(guān)系的角度出發(fā)，本文通過綜合評價指數(shù)法，依據(jù)土壤綜合指數(shù)評價等級表（表5）對不同處理0～90 cm有效氮素進行綜合評價，評價結(jié)果如表6所示。從表6中可得出，不同月份不同灌溉處理下，不同土層深度氮元素的變化有所異同。在10月份和4月份，W1和W5在各土層中，氮素均明顯高于JG、HG、ZG所處理的氮素水平，表明污水灌溉的土壤氮素高于其他灌溉處理方式。污水灌溉1年與污水灌溉5年對各層土壤氮素的累積和淋溶作用相當(dāng)，變化較為明顯的土層分別為0～10 cm和50～90 cm，在機井水灌溉、再生水灌溉和混合水灌溉中，再生水灌溉在各土層中氮素含量均高于混合灌溉和井水灌溉，說明再生水灌溉處理對土壤氮素的累積和淋溶作用，強于其余兩種灌溉方式。在不同月份對比中可得，4月份不同灌溉處理下的土壤氮素水平基本上優(yōu)于10月份的氮素水平。

表5 土壤綜合指數(shù)評價等級表Tab.5 Evaluation grade table of soil comprehensive index

表6 0～90 cm土層土壤有效氮素評價結(jié)果Tab.6 Evaluation results of soil available nitrogen in 0～90 cm soil layer

依據(jù)土壤綜合評價標(biāo)準(zhǔn)可得，10月份和4月份，W1處理下的土壤氮素質(zhì)量基本處于0.55～0.73之間，W5處理下土壤氮素質(zhì)量基本處于0.43～0.70之間，均屬于中等和一般水平。在10月份內(nèi)，JG、HG、ZG均＜0.4屬于差等級別，4月份除再生水灌溉（ZG）部分土層在中等水平外，其余均為差等水平。

2.5 分析

土壤中的氮素形態(tài)包括無機態(tài)氮和有機態(tài)氮兩大類。無機態(tài)氮主要包括銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，它們都溶于水，可直接被植物吸收利用。有機態(tài)氮主要包括水溶性有機氮、水解性有機氮和非水解性有機氮。堿解氮作為土壤有效氮素，包含水溶性有機氮（soluble organic nitrogen，SON）、水解性有機氮和無機氮。因為土壤SON含量極小[7]，約占土壤溶液總氮的0.2%～2.1%，且易隨水分向下遷移，因此不會對土壤水解性有機氮含量產(chǎn)生較大影響，可忽略不計。本研究中的水解性有機氮實際是土壤水解性有機氮和SON的和。

乳業(yè)污水中含有大量脂肪、蛋白質(zhì)、糖類等有機氮類物質(zhì)[8]，有機物、氨氮、SS含量也較高，同時含有清洗設(shè)備時使用的堿性洗滌劑、硝酸和次氯酸鈉等，無論是用經(jīng)格柵過濾污水直接灌溉，還是用經(jīng)污水廠深化處理達(dá)標(biāo)排放的再生水長期灌溉，均有顯著提升土壤有效氮素含量的作用(P＜0.05，表7)。但由于土壤氮素形態(tài)特征不同，再生水長期灌溉產(chǎn)生的影響也不同。從表7可以看出，各處理0～90 cm土層的有效氮以水解性有機氮為主，均占到80%以上，不同處理堿解氮的變化與水解性有機氮極相似（見圖4）。長期非污水灌溉（JG、HG、ZG）土壤的銨態(tài)氮占15%以上，污水直接灌溉（W1和W5）的土壤銨態(tài)氮所占比例較小，只有7%～8%，各灌溉處理的銨態(tài)氮含量相近，均在10 mg/kg左右。硝態(tài)氮所占比例最少，除污水直接灌溉1年的W1處理為5.67%外，其他均小于4%。

表7 0～90 cm土層各處理有效氮素平均含量及所占比例Tab.7 0～90 cm Average Content and Proportion of Available Nitrogen in Different Treatments

土壤中的銨態(tài)氮通常被土壤膠體吸附，呈交換吸附狀態(tài)，在土壤中比較穩(wěn)定，不易隨水流失。含有較高銨態(tài)氮的污水(W1、W5）或再生水（HG、ZG)進行灌溉，必然有部分銨態(tài)氮進入土壤，與土壤膠體產(chǎn)生陽離子交換吸附。另外，乳業(yè)污水和再生水中含有較多蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類等[9]有機碳氮含量較高的物質(zhì)，灌溉后直接通過調(diào)節(jié)土壤C/N比實現(xiàn)對土壤固氮微生物的影響。再生水COD/TN=1.68，C/N比較低，致使其對初級氮礦化的激發(fā)作用強于初級氮同化作用，使土壤銨態(tài)氮含量增加。其次再生水有機物的輸入作用，勢必給砂質(zhì)土壤帶入部分有機質(zhì)，一定程度上抑制氨揮發(fā)，氨揮發(fā)量與土壤有機質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，有機質(zhì)能有效吸附銨態(tài)氮，有機質(zhì)提高，可降低銨態(tài)氮濃度并抑制氨揮發(fā)。所以污水和再生水長期灌溉對土壤銨態(tài)氮的提高作用主要表現(xiàn)在0～70 cm土層。但是，由于銨態(tài)氮在土壤中通常呈吸附交換態(tài)存在，不易流失，因此更多地表現(xiàn)為被作物吸收利用，或者是與硝態(tài)氮和有機氮間的相互轉(zhuǎn)化，所以當(dāng)有較多外源氮素供給耕地土壤后，銨態(tài)氮的含量相對比較穩(wěn)定（10 mg/kg左右，表7）。

硝態(tài)氮易溶于水，帶負(fù)電不易被土壤膠體吸附，易隨水流向下層淋溶。乳業(yè)污水和再生水硝態(tài)氮含量遠(yuǎn)超井水，本研究區(qū)土壤為砂質(zhì)土壤，再生水灌溉后硝態(tài)氮易向下淋溶運移。所以污水和再生水長期灌溉后，土壤硝態(tài)氮隨土壤深度加深呈增大趨勢，0～30 cm土層以下的增量更明顯，該研究結(jié)果與馮小杰[10]等研究結(jié)果一致。研究區(qū)長期種植玉米，玉米根系通長自上而下呈“T”型分布，根系干物重中有85%以上分布于0～30 cm的耕作層，同時玉米主要吸收硝態(tài)氮，0～30 cm為玉米吸收硝態(tài)氮的主要區(qū)域。同時也因0～30 cm土層秸稈、植物根系較密，C/N相對大，微生物礦化作用相對小，硝化細(xì)菌可利用的銨態(tài)氮較少[11]，硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化較少。另外苗期玉米的氮素吸收能力還非常弱，短時間內(nèi)種肥以及再生水所含氮素大量釋放和轉(zhuǎn)化易引起玉米苗期內(nèi)大量硝態(tài)氮向下淋溶。連續(xù)長期污灌會使土壤硝態(tài)氮增量下降，即W5處理的土壤硝態(tài)氮含量明顯小于W1，由于乳業(yè)污水給農(nóng)田土壤帶入氮素的同時，也帶入了大量的鹽類物質(zhì)，這些鹽類聚積于土壤表層[12]，造成了土壤板結(jié)，從而使農(nóng)田土壤的容重和緊實度有所增加，水力傳導(dǎo)系數(shù)下降，硝態(tài)氮下滲量減小，同時相對缺氧的環(huán)境會促進反硝化作用使硝態(tài)氮氣態(tài)流失，因此出現(xiàn)連續(xù)5年污灌使硝態(tài)氮增效顯著下降的現(xiàn)象。

另外，值得注意的是近年來硝態(tài)氮淋溶造成的地下水污染問題日趨嚴(yán)峻，是環(huán)保領(lǐng)域的熱點問題。污水和再生水灌溉增加了土壤硝態(tài)氮含量，同時也增加了硝態(tài)氮因淋溶而引發(fā)地下水污染的風(fēng)險[13]，土壤剖面中硝態(tài)氮含量是表征硝態(tài)氮淋失風(fēng)險的主要指標(biāo)，依據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）給定飲用水硝態(tài)氮含量標(biāo)準(zhǔn)上限為10 mg/kg[14]。本研究中，W1處理0～90 cm土壤硝態(tài)氮含量均值最高，為7.17 mg/kg，W5處理為4.73 mg/kg，均低于地下水飲用限定標(biāo)準(zhǔn)，暫不存在地下水污染風(fēng)險。

土壤水解性有機氮是表征土壤潛在供氮能力的一個重要指標(biāo)，其礦化作用直接關(guān)系到作物對氮素的需求。污水和再生水灌溉提升了土壤有效氮素的潛在供給能力，W1、W5和ZG處理的0～90 cm土層平均水解性有機氮含量明顯高于HG和JG（表6）。HG和ZG處理在有外源補充的情況下0～90 cm土層水解性有機氮所占總有效氮（堿解氮）的比例略低于JG處理（見表6），表層土壤水解性有機氮含量依然低于JG（圖4），說明再生水長期灌溉也促進了水解性有機氮的礦化作用。其原因是乳業(yè)再生水富含有機質(zhì)和有機氮，外源有機碳氮施入土壤，首先會促進作物（玉米）的生長，根系分泌物相應(yīng)增多，進而提高了礦化的基質(zhì)，如含氮聚合物、尿素。其次刺激土壤微生物種群數(shù)量的擴大[15]，提高了土壤有關(guān)微生物所分泌的關(guān)鍵酶的活性和總量[16]，如脲酶、蛋白酶、肽酶、氨基酸氧化酶、酰胺酶等，尤其是蛋白酶、肽酶通過解聚作用將含氮聚合物轉(zhuǎn)化成生物可利用的氨基酸、核酸等單體含氮物質(zhì)，將為后續(xù)轉(zhuǎn)化銨態(tài)氮提供大量新基質(zhì)，進而使土壤水解性有機氮礦化作用加強[17]。

此外，氮素轉(zhuǎn)化較復(fù)雜，不同水質(zhì)灌溉土壤有效氮素含量還受到灌溉水質(zhì)穩(wěn)定性、土壤理化性質(zhì)、當(dāng)季降水量等影響，因此，關(guān)于乳業(yè)再生水對土壤有效氮素的研究，增加重復(fù)性試驗數(shù)量及試驗時長是未來研究的重點，以此也能提升乳業(yè)再生水是否適宜玉米種植的評估有效性。

3 結(jié)論

本研究通過對10月和來年4月份分別取樣后，應(yīng)用傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)方法和綜合評價等方法分析了經(jīng)不同灌溉處理的土壤各種形態(tài)氮素含量、垂直變化以及含量等級，所得結(jié)果如下：

（1）不同月份不同灌溉處理對土壤銨態(tài)氮的影響均有污水灌溉（W1、W5）后的土壤銨態(tài)氮表層含量高，土層越深，含量有所降低；ZG灌溉處理下各層銨態(tài)氮含量均高于HG和JG的含量，尤其是4月份最為明顯。

（2）關(guān)于土壤硝化氮含量，無論10月和4月，污水灌溉處理的土壤硝化氮含量高于其他處理，尤其是污水灌溉1年的變化尤為明顯。HG和ZG處理的硝化氮含量高于JG。

（3）水解性有機氮在10月和4月份的含量變化上有所差異性，共同點為污水灌溉（W1、W5）的水解性有機氮含量明顯高于其他灌溉方式。JG處理的有機氮含量各層變化幅度大于HG、ZG兩種處理的。灌溉處理相同時10月份的水解性有機氮含量基本上低于4月份的含量。

（4）污水灌溉下的土壤氮素水平優(yōu)于其他灌溉方式，處于一般和中等水平，再生水灌溉優(yōu)于機井水和混合水灌溉。