城市污水灌溉对土壤特性和微生物类群数量的影响张翠英

EffectsofMunicipalSewageIrrigationonSoilPropertiesandQuantityofMicroorganismsCui-YingZhang1,Ming-XiaGao1,De-LanXu1,Shu-MingQu1,andHai-SuoWu21)SchoolofEnvironmentEngineering,XuzhouInstituteofTechnology,Xuzhou,Jiangsu,China2)AcademyofEnvironmentalScienceofJiangsu,Nanjing,Jiangsu,ChinaAbstract—Theaimofthepresentstudywastosurveytheinfluenceofmunicipalsewageirrigationonthefarmlandsoilandprovidetheoreticalbasisforit.TwofieldtrialswerecarriedoutatXuzhouofJiangsuProvince,China.Microbialcultivationexperimentalmethodandirrigationwithtapwaterascontrasttreatmentwereusedtoevaluateeffectsofmunicipalsewageirrigationonfarmlandsoilpropertiesandmicroorganismsquantity.Theresultsindicatedthattheinfluenceofsewageirrigationonthetotalnitrogen,phosphorusofsoilisnotobvious,butammonianitrogenislower,availablephosphorousandorganicmatterishigherthanthecontrasttreatment.Thenitritebacteria,nitratebacteriaanddenitrifyingbacteriaquantityarereduced,buttheammoniaoxidizingbacteria,aerobicnitrogens-fixingbacteriaandcellulosedecomposingbacteriaquantityareincreasedaftersewageirrigation.Andcorrelationanalysisshowedthatthequantityofsomemicroorganismsiscloselierrelatedtoammonianitrogen,availablephosphorousandorganicmattercontentthanthecontrasttreatment.Keywords—municipalsewageirrigation,soilproperties,soilmicroorganisms城市污水灌溉对土壤特性和微生物类群数量的影响张翠英1高明侠1徐德兰1琚淑明1吴海锁21)江苏省徐州工程学院环境工程学院，徐州，江苏，中国2)江苏省环境科学研究院，南京，江苏，中国摘要研究了城市污水灌溉对农田土壤特性及其微生物数量和分布的影响，并对土壤理化性状与不同类群微生物数量进行相关分析，旨在为农田污灌的实际应用和标准制定提供理论依据。结果表明：与对照组相比，污灌土壤中全氮、全磷含量基本没有变化，氨氮含量呈下降趋势，有效磷和有机质含量呈上升趋势；污灌减少农田土壤亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量，增加农田土壤氨氧化细菌、好气性自生固氮菌和好气性纤维素分解菌数量；对污灌土壤中微生物含量与土壤理化性状相关分析表明，污灌后土壤中微生物含量与土壤氨氮、有效磷、有机质含量相关性增强，微生物类群间相关性也增强。关键词城市污水灌溉，土壤特性，土壤微生物1．引言随着环境污染的加剧，可利用的水资源日益减少，使农业用水受到严重威胁，针对这一现状，城市污水灌溉随之成为人们研究的热点[1]。污水灌溉在一定程度上能缓解基金项目：江苏省环保厅环境科研项目支持（项目编号：200904）。水资源紧张的局面，对保护水资源有一定的益处，还能给农作物增加产量。但由于长期污灌，可能导致对农作物造成伤害、土壤环境质量和地下水水质的下降等问题。污灌在农业方面的应用国外的研究较多,作物种类和灌溉方式不同,对水质要求也不同[2,3]；国内在这方面研究还处于起步阶段，大多数研究污灌对作物生长的影响[4]。土壤微生物2011AASRIConferenceonInformationTechnologyandEconomicDevelopment(AASRI-ITED2011)978-1-937728-03-8/10/$25.00©2011AASRIAASRI-ITED2011 301是土壤中最为活跃的因素之一,土壤含有大量微生物,它们作为分解者在土壤物质转化中起了重要作用,与植物的生长有着密切的关系，可以说没有土壤微生物的存在,就不会有高等生命的存在[5]。本文从土壤微生物学的角度来探究污水灌溉对不同农田土壤中特特异微生物亚硝化细菌、硝化细菌、氨氧化细菌、反硝化细菌、好气性自生固氮菌和好气性纤维素分解菌等数量和分布的影响，并分析污灌土壤中特异微生物数量与土壤理化性状的关系，旨在为农业污水灌溉的实际应用及其标准的制定提供理论依据。2．材料与方法2.1采样方法试验地设在徐州市三堡镇（奎河水农灌区，污灌区）及大龙口地区（对照区，清灌区），土壤为黄潮土。试验地每区各设3个处理：玉米田、大豆田、水稻田。在处理地块内取3个样点土壤的样品进行土壤理化性状及微生物区系分析。在靠近植株根系部,去除表层0-5cm的表土，采集5~20cm土壤剖面,多点采集,混匀后四分法取1kg,装无菌塑料袋带回，4℃冰箱保存。2.2分析方法对采集的土样作室内分析。其土壤理化性状的分析项目及方法为：(1)土壤硬度测定用硬度计法；(2)土壤有机质测定采用重铬酸钾一硫酸氧化法；(3)全氮（TN）测定采用半微量凯氏法；(4)全磷（TP）测定采用硫酸一高氯酸一钼锑抗比色法；(5)氨氮测定采用苯酚-次氯酸盐比色法；(6)速效磷测定采用碳酸氢钠比色法[6,7]。土壤微生物区系分析按照最大可能数(Most-Probable-Number，MPN)法测定土样中亚硝化细菌(Nitritebacteria，NOB)、硝化细菌(Nitratebacteria,NB)、氨氧化细菌(Ammoniaoxidizingbacteria，AOB)、反硝化细菌(Denitrifyingbacteria,DB)、好气性自生固氮菌(Aerobicnitrogens-fixingbacteria，ANB)、好气性纤维素分解菌（Cellulosedecomposingbacteria，CDB）的数量n(MPN)[4,5]。其中亚硝化细菌、硝化细菌培养基为改良的斯蒂芬逊（Stephenson）培养基A、B，氨氧化细菌培养基为蛋白胨氨化培养基，好气性自生固氮菌培养基为改良阿须贝(Ashby)无氮培养基，好气性纤维素分解菌培养基为赫奇逊氏培养基[5,8]。3．结果与分析3.1城市污水灌溉对土壤理化性状的影响由表1可知，与清灌对照组相比，污灌土壤中全氮、全磷含量基本没有变化，氨氮含量呈下降趋势，有效磷和有机质含量呈上升趋势。方差分析表明，污灌土壤中氨氮含量变化达显著水平（P0.05），有效磷和有机质含量变化不显著。表1污、清灌溉下土壤数据分析土壤样品全氮/%氨氮/(mg/Kg)全磷/%有效磷/(mg/Kg)有机质/%清灌10.18820.0630.13211.2330.09220.14915.8490.05124.2830.30430.13316.4670.12415.4331.077污灌10.14414.4640.11228.6670.06020.13714.1460.07912.4270.54030.15911.8580.09928.0171.8433.2城市污水灌溉对土壤中微生物数量的影响由表2可知，亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌n(MPN)，污灌土壤中均少于清灌土壤对照组；而氨氧化细菌、好气性自生固氮菌和好气性纤维素分解菌n(MPN)，污灌土壤中均高于清灌土壤对照组。T检验分析结果表明，清、污灌溉土壤中氨氧化细菌和好气性纤维素分解菌最大可能数分别存在极显著差异（P0.01）和显著差异（P0.05），亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌和好气性自生固氮菌最大可能数差异均为显著。表2污、清灌溉不同植物根际微生物最大可能数[n(MPN)]/g干土的几何均值土壤样品NOBNBAOBDBANBCDB清灌12.8×1041.6×1055.0×1061.0×1065.0×1045.1×10429.1×1049.5×1065.5×1069.1×1054.8×1031.8×10231.3×1042.1×1045.9×1061.3×1052.7×1041.0×103污灌11.9×1048.3×1046.2×1063.4×1051.6×1051.9×10622.5×1041.0×1061.9×1075.9×1059.8×1045.8×10233.5×1032.2×1046.5×1063.5×1051.1×1042.1×1043.3城市污水灌溉对不同作物根系土壤中微生物的影响由表2数据分析可知，在大豆根系土壤中，反硝化细菌n(MPN)，污灌土壤中少于清灌土壤对照组，结果有显著性差异（P0.05)。好气性自生固氮菌n(MPN)，污灌土壤中高于清灌土壤对照组，结果有显著性差异（P0.05)。好气性纤维素分解菌n(MPN)，污灌土壤中高于清灌土壤对照组，结果极显著（P0.01）。其余微生物即亚硝化细菌、302硝化细菌、氨氧化细菌数量对比结果均不显著。在玉米根系土壤中，亚硝化细菌n(MPN)、硝化细菌n(MPN)，污灌土壤中少于清灌土壤对照组，对比结果有显著性差异（P0.05)。氨氧化细菌n(MPN)，污灌土壤中高于清灌土壤对照组，结果有显著性差异(P0.05)。好气性自生固氮菌n(MPN)、好气性纤维素分解菌有极显著性差异(P0.01)，均是污灌土壤中高于清灌土壤对照组。反硝化细菌数量差异不显著。在水稻根系土壤中，反硝化细菌n(MPN)，污灌土壤中高于清灌土壤对照组，结果有显著性差异(P0.05)。亚硝化细菌n(MPN)、好气性自生固氮菌n(MPN)，污灌土壤中少于清灌土壤对照组，对比结果有显著性差异（P0.05)。好气性纤维素分解菌有极显著性差异(P0.01)，污灌土壤中高于清灌土壤对照组。硝化细菌n(MPN)、氨氧化细菌数量差异不显著。3.4污灌土壤中不同微生物数量与土壤理化性状的关系由表3可以看出，污灌后土壤中微生物含量与土壤理化性状相关性增强，微生物类群间相关性也增强。如自生固氮菌和纤维分解菌呈极显著正相关（r=0.793）；反硝化与氨氧化细菌，好气性自生固氮菌与亚硝化细菌均呈显著正相关（r=0.996,r=0.957）。其机理在于不同类群微生物的生态功能不同，与其他微生物产生有利或有害的影响，如纤维素分解菌可以将难分解的纤维素物质分解成较简单的糖类物质，为自生固氮菌和硝化细菌提供碳源，增加自生固氮菌数量和固氮作用，提高硝化细菌转化能力。表3污灌土壤中微生物类群间的相关性分析微生物NOBNBAOBDBANBNB0.836AOB0.5710.928DB0.5680.9270.996*ANB0.957*0.6400.3070.304CDB0.5810.0390.337-0.3400.793**对污灌土壤中微生物含量与土壤理化性状相关分析表明（表4），亚硝化细菌、硝化细菌与土壤中总氮、氨氮呈正相关，其中亚硝化细菌与氨氮呈显著相关（r=0.973），这是因为土壤中NH+4—N为硝化细菌提供了充分的