再生水灌溉对高温胁迫下草坪草根系生长及抗氧化系统的影响

采用室内控制实验,以多年生黑麦草、高羊茅和草地早熟禾3种北京市常见冷季型草坪草作为研究对象,研究再生水灌溉及其对照自来水灌溉下不同物种高温胁迫下根系长度、重量及其活性氧清除系统的特性,结果表明:再生水对高温胁迫下高羊茅的根系生长有明显的促进作用,对多年生黑麦草及草地早熟禾则表现出不同程度的抑制作用。再生水灌溉刺激高温胁迫下高羊茅和多年生黑麦草保持较强的生理优势,草地早熟禾则在再生水和高温胁迫的双重作用下生长发育受阻。     

不同作物对土壤中Cd的富集特征及低累积品种筛选

为探究镉(Cd)污染土壤中农作物的食用安全性,以上海市常见农作物(青椒、黄瓜、豇豆、菠菜、花菜、西红柿、水稻和小麦)为实验材料,采用温室盆栽土培实验方法研究了不同土壤Cd含量梯级(0. 23、0. 6、1. 2、1. 8、2. 4和3. 0 mg·kg-1)下不同作物生物量变化以及可食部分Cd富集特征,建立不同种类作物与土壤Cd含量相关关系,探讨不同作物对应的土壤Cd安全限量值,筛选Cd低累积作物品种.结果表明:①随着土壤中Cd含量增加,作物地上生物量表现为先增加后减少,青椒耐受性最强,西红柿、菠菜耐受性最差.②不同作物可食部位Cd的富集系数由大到小依次为小麦菠菜水稻青椒花菜西红柿黄瓜豇豆.③作物可食部分Cd含量与土壤中Cd含量都呈显著正相关(P 0. 05),相关系数大小依次为菠菜小麦西红柿黄瓜青椒水稻花菜豇豆.④不同作物对应的土壤Cd安全限量值大小依次为:豇豆黄瓜花菜青椒西红柿水稻菠菜小麦.依据作物对土壤中Cd的耐受性、富集能力及食用安全限量值,筛选出黄瓜、豇豆、花菜为Cd低累积品种.     

再生水灌溉对苜蓿生长及养分吸收的影响

论文在盆栽条件下,研究了再生水灌溉对苜蓿(Medicago sativa L.cv.‘Algonquin’)生长及养分吸收的影响。试验设置了清水、再生水两种灌水类型,高、中、低3个不同灌水水平。结果表明:同一灌水类型条件下,苜蓿植株生长高度随灌水量减少而降低,同一灌水水平下,灌溉水类型对植株高度无明显影响;不同的灌水水平对植株侧枝数的影响差异不显著,但灌溉水类型对植株侧枝数影响差异显著,所有处理中再生水高水平灌溉侧枝数增幅最大;与清水相比,再生水灌溉能显著增加苜蓿干物质产量;在苜蓿生长前期,再生水灌溉对苜蓿根系生长具有阻碍作用;灌溉水类型对苜蓿植株体内吸收氮、磷、钙、镁吸收量的影响主要在其生长前期,灌溉水类型对苜蓿体内钾含量无明显影响。     

再生水灌水水平对土壤重金属及致病菌分布的影响

为了探讨再生水不同灌水水平对土壤重金属、活性微生物和典型环境致病菌分布的影响,采用室内土柱灌水实验,研究再生水、自来水不同灌水水平对土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn和土壤细菌、真菌、大肠菌群、大肠埃希氏菌分布的影响.结果表明：相同灌水水平下,与自来水灌溉处理相比,再生水灌溉处理下土壤重金属含量略有提高,但仍远低于《土壤环境质量标准》[GB15618-1995]限值,因此短期再生水灌溉不会造成土壤重金属污染;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌溉相比非充分灌溉提高了表层土壤Cd、Pb含量,Cu、Zn含量无明显差异.此外,相同灌水水平下,再生水灌溉相比自来水显著提高了表层土壤细菌总数和大肠菌群、大肠埃希氏菌数量,对土壤真菌总数影响不大;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌溉相比非充分灌溉显著提高了表层土壤细菌和真菌总数及大肠菌群、大肠埃希氏菌数量.土壤重金属与土壤活性微生物及典型环境致病菌之间的相关性分析表明,土壤Cd、Pb、Zn含量与土壤细菌、真菌总数及大肠菌群、大肠埃希氏菌数量之间呈正相关性,推断较低含量重金属对土壤活性微生物及典型致病菌的生长繁殖存在一定程度上的刺激作用.因此,再生水灌溉促进了土壤活性微生物的繁衍,并且在一定程度上增加了土壤重金属和环境致病菌的污染风险;合理控制再生水灌水水平可以有效阻控土壤重金属和致病菌含量.     

污灌对作物生长及其活性氧清除系统的影响

以绿豆和萝卜为对象，研究了污水灌溉对作物生长与活性氧清除系统的影响．结果表明，与非污灌组相比．污灌作物生长受阻．叶片色素含量降低，叶组织膜结构损伤，电导率增大；SOD，POD．CAT活性表现不同程度降低；而MDA含量显著上升、研究发现，不同作物对污水胁迫的反应并不一致，叶片色素含量对污水胁迫的反应尤为明显。     

土壤微生物群落结构对生活源和工业源再生水灌溉的差异化响应

为研究不同来源再生水灌溉对土壤微生物群落结构的影响,以地下水灌溉土壤为对照,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对长期利用生活源和工业源再生水灌溉的土壤微生物群落结构进行分析,进一步探究土壤环境因子及其相互作用对微生物群落结构的影响.结果表明,与地下水灌溉相比,长期生活源再生水灌溉可显著提高土壤中TOC、 DOC、 Eh、 NH~+_4-N和TP的含量,长期工业源再生水灌溉导致Cd、 Cr、 Cu、 Pb和Zn在表层土壤大量累积.再生水灌溉显著增加了土壤中Acidobacteria和Planctomycetes的相对丰度,降低了Firmicutes和Tectomicrobia的相对丰度,且不同来源再生水对土壤中功能微生物的影响不同,生活源再生水灌溉可显著增加Chloroflexi和Nitrospirae的相对丰度,而工业源再生水灌溉对Actinobacteria具有显著的抑制作用.db-RDA分析结果表明,生活源再生水灌溉土壤菌群主要受TN、 TP、 DOC和Eh影响(P0.05),工业源再生水灌溉土壤菌群主要受重金属影响(P0.05).长期再生水灌溉可改变土壤环境因子间的相互作用,进而影响微生物群落结构,生活源再生水灌溉土壤中微生物主要受DOC、 TN和TP等营养物质含量的增加和氧化还原条件的改变控制,工业源再生水灌溉土壤中微生物与重金属的积累显著相关.     

北京市再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险

如何准确、客观表征再生水长期灌溉的重金属污染风险是人们关注的主要问题之一。研究通过调查不同水源灌溉条件下土壤、小麦重金属含量,结合不同输入途径对再生水灌区土壤重金属的贡献,评估再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险。结果表明,污灌区、再生水灌区土壤均呈现不同程度的重金属累积,但不同灌区小麦籽粒的重金属含量之间没有差异。北京市再生水重金属浓度远远低于农田灌溉水质标准,再生水灌渠中采集的水样重金属浓度与地下水重金属浓度之间的差异并不显著。通过再生水灌溉途径带入的重金属与地下水灌溉相当,低于大气沉降和有机肥施用等输入途径带入的重金属。当前再生水灌溉导致土壤重金属污染的风险较小,并不会导致农作物重金属超标。再生水灌区土壤重金属污染并不一定是由于再生水灌溉导致,更大程度是早期的污水灌溉或有机肥施用造成的。     

再生水不同灌水水平对土壤酶活性及耐热大肠菌群分布的影响

为了探讨再生水不同灌水水平对土壤酶活性和环境污染指示菌耐热大肠菌群分布的影响,采用室内土柱灌水实验,研究再生水、自来水不同灌水水平对土壤酶活性和耐热大肠菌群分布的影响.结果表明:(1)在土壤酶活性方面,相同灌水水平下,与自来水处理相比,再生水灌溉处理提高了土壤脲酶和蔗糖酶活性;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌水处理显著提高了土壤蔗糖酶活性和深层土壤过氧化氢酶活性.(2)在土壤耐热大肠菌群分布方面,相同灌水水平下,与自来水灌溉处理相比,再生水灌溉显著提高了土壤耐热大肠菌群数量;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌水处理显著增加了土壤耐热大肠菌群数量;4个处理的表层土壤耐热大肠菌群数量均显著高于深层,且随着灌溉时间的推移,0~60 cm各土层的土壤耐热大肠菌群数量存在降低趋势.(3)通过对土壤耐热大肠菌群数量与土壤酶活性的相关性分析表明,土壤耐热大肠菌群数量与土壤脲酶和蔗糖酶活性呈极显著正相关,与土壤过氧化氢酶活性呈显著正相关.因此,再生水灌溉促进了土壤C、N循环转化酶的活性,合理控制再生水灌水水平可以有效阻控土壤耐热大肠菌群的数量.     

不同再生水灌溉方式对土壤-辣椒系统中细菌群落多样性及病原菌丰度的影响

再生水是改善水资源布局和缓解传统水源短缺问题的一种合理且可持续的替代水源,但用于灌溉会引起土壤和作物中微生物群落结构和条件致病菌丰度变化,目前这方面的研究报道较少.本研究以辣椒为对象,设置再生水灌溉(DI)、清水和再生水混灌(MI,清水∶再生水=1∶1)、清水和再生水轮灌(RI)处理,以清水灌溉(PI)为对照,通过温室盆栽试验研究不同灌溉方式对土壤性质的影响,并基于高通量测序技术结合定量PCR方法探讨再生水灌溉下辣椒果实与根际细菌群落组成和病原菌分布丰度特征.结果表明,与清水灌溉相比,再生水直接灌溉增加了土壤EC值,而降低了pH值.16S r DNA高通量测序结果显示,在门分类水平上,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria和Firmicutes是辣椒果实和根际共有的主要类群,其优势菌属Pantoea、Pseudomonas、Sphingomonas、Sphingopyxis、Luteimonas和Mariniflexile的相对丰度受再生水灌溉方式的影响较大.再生水灌溉分别使辣椒果实和根际中Legionella spp.和Pseudomonas syringae丰度显著增加,并且对病原菌丰度的影响差异较大.综上所述,再生水适宜作为农业灌溉用水,但不同灌溉方式可能不同程度上引入微生物污染问题,其中特定条件致病菌和植物病原菌值得关注.     

土霉素对小麦种子发芽与幼苗生长发育的生态毒性

研究了土霉素对小麦种子发芽以及早期幼苗生长发育的生态毒性效应.结果表明,土霉素对小麦种子芽长及根长的抑制效应显著(p<0.01),而且它们之间具有良好的剂量-效应关系.根据线性回归方程得出土霉素对小麦种子芽长和根长的半抑制浓度为65.5 mg/L和34.7 mg/L.然而,土霉素对小麦种子的发芽率并没有显著的影响.研究还表明,0.15~2.4 mg/L土霉素暴露21 d后,小麦叶片中的叶绿素含量降低了35.6%~47.3%,叶片及根部的可溶性蛋白含量也均呈显著下降趋势.暴露7 d后,0.15~2.4 mg/L土霉素对小麦叶片和根部SOD与POD活性的抑制效应不显著,但随着暴露时间的延长,土霉素对小麦的SOD与POD酶活性抑制率显著下降;2.4 mg/L土霉素暴露21 d后,小麦根部的SOD活性下降72.3%,说明土霉素对小麦幼苗体内的抗氧化系统具有破坏作用.该实验结果显示,低浓度土霉素长期暴露对小麦幼苗的生长发育具有不良的生态毒性效应.     

再生水中阴离子表面活性剂对土壤结构与水流运动的影响

为揭示再生水回灌农田所引入的阴离子表面活性剂对土壤结构性质与水流运动特征的影响,通过室内灌水入渗试验研究了再生水中阴离子表面活性剂浓度（0、0.001、0.01和0.1倍临界胶束浓度）、灌水频率（1d1次、2d1次、3d1次）、再生水-清水交替灌溉模式（纯再生水灌溉、再生水-清水交替灌溉）条件下受灌土壤容重、非毛管孔隙比、团聚体稳定性、土壤斥水性、地表入渗性能和入渗水流运动非均匀特征的变化规律.结果表明,随着再生水中的阴离子表面活性剂浓度的增大和灌溉频率的增大,受灌土壤容重减小、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性增大、土壤斥水性增强、地表入渗能力降低、优先流运动非均匀程度增大,从而也增大了农田灌水管理难度;当再生水-清水交替灌溉中的清水淋洗频率增大时,受灌土壤容重增大、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性降低,但却降低了土壤的斥水性、增大了地表入渗能力并降低了土壤优先流运动的非均匀程度,有利于节省灌水时间、提高灌水效率.     

再生水中阴离子表面活性剂对土壤结构与水流运动的影响

为揭示再生水回灌农田所引入的阴离子表面活性剂对土壤结构性质与水流运动特征的影响,通过室内灌水入渗试验研究了再生水中阴离子表面活性剂浓度（0、0.001、0.01和0.1倍临界胶束浓度）、灌水频率（1d1次、2d1次、3d1次）、再生水-清水交替灌溉模式（纯再生水灌溉、再生水-清水交替灌溉）条件下受灌土壤容重、非毛管孔隙比、团聚体稳定性、土壤斥水性、地表入渗性能和入渗水流运动非均匀特征的变化规律.结果表明,随着再生水中的阴离子表面活性剂浓度的增大和灌溉频率的增大,受灌土壤容重减小、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性增大、土壤斥水性增强、地表入渗能力降低、优先流运动非均匀程度增大,从而也增大了农田灌水管理难度;当再生水-清水交替灌溉中的清水淋洗频率增大时,受灌土壤容重增大、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性降低,但却降低了土壤的斥水性、增大了地表入渗能力并降低了土壤优先流运动的非均匀程度,有利于节省灌水时间、提高灌水效率.     

不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

绿地再生水灌溉土壤盐度累积及风险分析

和常规水源相比,再生水常含有较高的盐分,因而再生水灌溉下土壤盐分的风险引起学者的广泛关注.以再生水利用程度较高的北京市为研究区域,分层采集了不同再生水灌溉历史城区公园绿地与城郊农田表层土壤样品,测定并分析了土壤电导率（EC）和钠吸附比（SAR）等盐分相关指标,探讨再生水灌溉下土壤盐分的累积特征,分析了长期再生水灌溉下土壤盐分累积的风险.结果表明,再生水灌溉下城市绿地和农田土壤EC1：5值和SAR1：5值均显著高于其对照灌区,这种差异在农田中更加显著.公园与农田中再生水灌区土壤EC1：5值较对照灌区分别上升了12.4%和84.2%;土壤SAR1：5值上升幅度分别为64.5%和145.8%.调查区土壤0～10 cm与10～20 cm土层间EC1：5值和SAR1：5值差异不显著.长期再生水灌溉会使盐分累积在土壤表层,同时土壤孔隙度有轻微的减小.在北京地区再生水用于城市绿地灌溉引起表层土壤盐渍化的风险不容忽视.     

生物炭对非常规水源灌溉下土壤-作物病原菌的影响

采用根箱实验,基于定量PCR技术研究非常规水源（再生水和养殖废水）灌溉及生物炭添加后根际土、非根际土及玉米根部病原菌的赋存情况.结果发现,灌溉时间、土壤类型可显著影响土壤中病原菌的整体分布.相较于蒸馏水灌溉下根际土、非根际土的单个病原菌,再生水灌溉下病原菌变化为-0.74~0.17个数量级,养殖废水灌溉下为-0.14~0.60个数量级.生物炭对土壤中病原菌的影响因灌溉水源、灌溉时间而改变,可使再生水及养殖废水灌溉下病原菌检出量最高降低0.35、0.39个数量级.但再生水及养殖废水灌溉可使玉米根部病原菌检出量最高增加1.17、2.20个数量级,生物炭又使非常规水源灌溉下其检出量最高增加0.60、1.08个数量级,带来潜在的健康风险.     

模型模拟再生水灌溉对土壤水盐运动的影响

随着水资源供需矛盾日益尖锐,污水再生利用成为了缓解北京水资源紧缺的重要举措.为推动北京再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟缺水城市北京再生水灌溉土壤水盐运动规律,并对土壤盐分累积进行预测,探讨了不同灌溉措施对土壤水盐运动规律和盐分累积的影响.结果表明,高水量、常规、低水量灌溉,平衡时土壤含盐量（ECe）年均值分别增加了29.5%、97.2%、197.8%;灌溉频率对土壤水盐运动规律影响不大,但低频灌溉下土壤中盐分的累积有减少的趋势;灌溉水含盐量（ECw）为0.6、1.2、2.4 dS.m-1灌溉条件下,平衡时ECe的年均值分别增加了23.7%、97.2%、208.5%,自来水灌溉下土壤盐分虽有增加,但土壤未出现盐渍化.总的来说,目前北京常规再生水灌溉,平衡时土壤盐分累积不会影响早熟禾的生长,但土壤会出现轻度盐渍化.