再生水灌溉对不同类型土壤的小白菜水分利用效率及品质的影响

朱 伟， 李中阳， 高 峰

(1.中国农业科学院农田灌溉研究所，河南 新乡 453003；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081)



再生水灌溉对不同类型土壤的小白菜水分利用效率及品质的影响

朱 伟1,2， 李中阳1， 高 峰1

(1.中国农业科学院农田灌溉研究所，河南 新乡 453003；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081)

在温室条件下采用盆栽试验方法种植小白菜，研究再生水灌溉对不同类型土壤小白菜水分利用效率和品质的影响。结果表明，再生水灌溉可显著增加红壤、潮土、塿土小白菜生物量，分别为9.1%、16.1%、9.9%；黑土小白菜生物量增加不显著；再生水灌溉可显著增加了红壤和塿土小白菜水分利用效率，分别增加6.3%和9.6%，而潮土和黑土则没有达到显著水平；再生水灌溉对4类土壤小白菜Vc、可溶性糖、蛋白质含量影响不大。

再生水；土壤；灌溉；小白菜；水分利用效率；品质

目前，中国年缺水量约为400亿m3，水资源短缺已成为限制我国农业发展的主要因素之一。解决中国农业水资源短缺的关键，一方面是加大节水灌溉，另一方面则应开辟非常规水源，加大对污水的再生利用。再生水安全利用是转变经济发展方式和建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要。目前有关作物水分利用效率的研究主要针对小麦[1，2]、玉米[3，4]、豆类[5]、蔬菜[6]等，但都是常规水源灌溉，而关于再生水水分利用效率的研究报道较少。吴文勇等[7]、徐应明等[8]开展了再生水灌溉对不同种类蔬菜品质的影响，但中国土壤类型复杂，对不同土壤类型之间再生水水分利用效率和蔬菜品质差异性问题研究较少。因此，本研究以小白菜为试验材料，采用盆栽试验方法，研究再生水灌溉对不同类型土壤小白菜水分利用效率和品质的影响，旨在为再生水农业合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤和再生水

试验地点在中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站温室大棚，试验于2011年6月开始，至7月底结束。通过筛选，所用4种类型蔬菜地土壤分别取自湖南衡阳(红壤)、河南郑州(潮土)、陕西杨凌(塿土)、吉林长春(黑土)，其理化性质见表1。土样风干后过5 mm筛，混匀备用。

1.2 试验设计

盆栽试验所用塑料花盆高15 cm，口径18 cm，底径16 cm。每盆装土2.5 kg，施加基肥N 200 mg·kg-1(尿素，含N 为46%)，P 100 mg·kg-1(过磷酸钙，含P2O5为12%)，K 200 mg·kg-1(氯化钾，含K2O为57%)。供试作物为小白菜(上海青，中箕菜)，直接播种，待出芽后每盆按适当间距保留3棵，以自来水为对照(CK)，进行1/2再生水(1/2 Reclaimed wastewater，1/2R)、清水再生水轮灌(Clean water and reclaimed wastewater rotational irrigation，RI)、全再生水处理(Reclaimed wastewater，RW)，各盆栽进行第一次灌水处理时灌溉量一致。每个处理重复6次，共96盆，随机排列。

表1 供试土壤理化性质Table 1 Physical and chemical characteristics of soil used in this study

试验期间每隔2 d从污水处理厂取1次再生水, 每天灌溉时间相同，用称重法测定其土壤含水率，通过水量平衡法计算蒸腾蒸发量和灌水量，试验过程用称重法保持60%田间持水量，土壤主动将加入到花盆底部托盘中的水缓慢吸入土壤中，记录每次各个处理的灌水量。

1.3 测定项目与方法

小白菜在生长50 d达到成熟期时开始收样。整株收获，用自来水冲洗3遍，采用常规方法[9]测定小白品质：2，6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量、蒽酮比色法测定可溶性糖含量、考马斯亮蓝G-250染色法测定蛋白质含量。用于测定小白菜品质后剩下的样品在烘箱75 ℃下烘72 h至恒重，称取干重。盆栽地上部水分利用效率为干物质总质量与耗水量之比，单位为kg·m-3。

1.4 数据处理

采用统计分析软件SPSS 16.0对试验数据进行方差分析(P<0.05)，并采用Duncan多重检验法对各个处理进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 再生水灌溉对小白菜生物量的影响

由于所选用红壤、潮土、塿土、黑土4类土壤自身肥力的差异性，种植的小白菜生物量也有一定的差异性(表2)，在4种灌溉处理下都表现为黑土生物量最大，在清水灌溉下能达到1.46 g·pot-1，依次是红壤、塿土和潮土。红壤小白菜生物量在全再生水灌溉处理下显著增加9.1%，而1/2再生水、轮灌处理与对照相比差异不显著。潮土、塿土在3种再生水灌溉处理下小白菜生物量都显著增加，其中以全再生水灌溉增加比例最大，分别增加16.1%、9.9%。黑土小白菜生物量在再生水灌溉下也有增加趋势，但没有达到显著水平。

表2 再生水灌溉不同类型土壤小白菜地上部干物质量Table 2 Effects of reclaimed municipal wastewater on dry weight (DW) of the cabbage g·pot-1

注：同列不同小写字母、同行不同大写字母均表示在0.05 水平下差异显著。下同。

Note: Values followed by different letters in the same column and by different capital letters in the same row are significant difference among treatment at the 5%. The same as below.

2.2 再生水灌溉对小白菜水分利用效率的影响

在清水灌溉下，4种土壤类型的小白菜水分利用效率具有一定的差异性(表3)，黑土显著高于其它3类土壤，达到1.28 kg·m-3，依次是潮土、塿土和红壤。在3种再生水处理下，仍然是黑土小白菜水分利用效率最高。与对照清水灌溉相比，1/2再生水和清水—再生水轮灌2个处理下，小白菜水分利用效率在4类土壤上都有增加趋势，但均没有达到显著水平；全再生水灌溉显著增加了红壤和塿土小白菜水分利用效率，分别增加了6.3%和9.6%，而潮土和黑土小白菜水分利用效率在全再生水处理下增加不显著。

2.3 再生水灌溉对小白菜Vc、可溶性糖、蛋白质含量的影响

由表4可知，小白菜3个品质指标在不同土壤类型间有较大差异，在清水灌溉下，红壤、潮土、塿土、黑土Vc含量分别为125.4、118.7、120.2、138.5 mg·kg-1，可溶性糖含量分别为145.5、130.5、141.8、174.0 g·kg-1，可溶性蛋白质含量分别为13.5、12.7、11.8、14.2 mg·g-1。其中，黑土小白菜Vc、可溶性糖、蛋白质含量最高。再生水灌溉对4类土壤小白菜Vc、可溶性糖、蛋白质含量影响不大。

表3 再生水灌溉不同类型土壤小白菜水分利用效率Table 3 Effects of reclaimed municipal wastewater on WUE of the cabbage kg·m-3

表4 再生水灌溉对不同类型土壤小白菜品质的影响Table 4 Effects of reclaimed municipal wastewater on quality of the cabbage

注：同一土壤类型、同列不同小写字母表示表示在0.05 水平下差异显著。

Note: Values followed by different letters in the same column are significant difference among treatment for each soil at the 5% level．

3 结论

再生水灌溉使蔬菜类增产在7%以上[9]，茄子产量增加1倍[10]，并对小白菜的后期生长有明显的促进作用[8]。魏益华[11]也证实再生水处理小白菜和甘蓝产量分别增加9.09%～16.67%和6.21%～18.08%。本研究发现1/2再生水、清水-再生水轮灌和全再生水灌溉3个处理相比，全再生水灌溉处理影响效果最为明显，可以显著增加红壤、潮土、塿土小白菜生物量，增加了9.00%以上，但黑土小白菜生物量增加不显著。再生水灌溉对小白菜生物量的影响在不同土壤类型间有显著的差异性。而且全再生水灌溉显著增加红壤和塿土小白菜水分利用效率，对潮土和黑土影响不大。

吴文勇等[7]研究表明再生水灌溉对果实含水率、粗蛋白、氨基酸含量、可溶性总糖、维生素C等品质或营养指标无显著影响。徐应明等[8]通过田间小区试验手段研究结果也证明了再生水灌溉对小白菜维生素C 含量、粗蛋白含量、可溶性糖含量无显著影响。本研究也发现，再生水灌溉对小白菜维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量影响不大，但小白菜4个品质指标在不同土壤类型间有较大差异。再生水中含有的危险物质如病原微生物、重金属等会影响到食品安全和生态环境，其在土壤类型间的差异有待于进一步深入研究。

[1] 刘青林, 张恩和, 王 琦, 等. 灌溉与施氮对留茬免耕春小麦产量、水分利用效率及氮肥表观利用效率的影响[J]. 中国沙漠，2011, 31(5): 1195-1201.

[2] 李富翠, 赵护兵, 王朝辉, 等. 旱地夏闲期秸秆覆盖和种植绿肥对冬小麦水分利用及养分吸收的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2012, 30(1): 119-125.

[3] 张岁岐, 周小平, 慕自新, 等. 不同灌溉制度对玉米根系生长及水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报, 2009, 25(10): 1-6.

[4] 梁继华, 李伏生, 唐 梅, 等. 分根区交替灌溉对盆栽甜玉米水分及氮素利用的影响[J]. 农业工程学报, 2006, 22(10): 68-72.

[5] 沈姣姣, 王 靖, 潘学标, 等. 播期对农牧交错带豌豆生长发育产量形成和水分利用效率的影响[J]. 中国农业大学学报, 2013, 18(3): 55-60.

[6] 李 霞, 王国栋, 薛绪掌, 等. 不同覆盖度下盆栽小白菜蒸散与水分利用效率[J]. 农业工程学报, 2009, 25(8): 54-58.

[7] 吴文勇, 许翠平, 刘洪禄, 等. 再生水灌溉对果菜类蔬菜产量及品质的影响[J]. 农业工程学报, 2010, 26(1): 36-40.

[8] 徐应明, 魏益华, 孙 扬, 等. 再生水灌溉对小白菜生长发育与品质的影响研究[J]. 灌溉排水学报, 2008, 27(2):1-4.

[9] 李合生, 陈翠莲, 洪玉枝, 等. 植物生理生化实脸原理和技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[10]NAKSHABANDI G A, SAQQAR M M, SHATANAWI M R, et al. Some environmental problems associated with the use of treated wastewater for irrigation in Jordan[J]. Agricultural Water Management, 1997, 34: 81-94.

[11]魏益华. 再生水灌溉对蔬菜品质和土壤特性的影响研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2009.

(责任编辑：蒋国良)

Effects of reclaimed wastewater irrigation on water use efficiency and quality of cabbage in different kinds of soils

ZHU Wei1,2, LI Zhongyang1， GAO Feng1

(1.Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453003, China；2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

Green house pot culture was adopted to study the effects of reclaimed wastewater irrigation on water use efficiency and P uptake of green vegetables in different kinds of soils. The results showed: with the increase of reclaimed municipal wastewater, in comparison with the control, the dry weight of green vegetables in red soil, fluvo-aquic soil, loess soil, increased by 9.1%, 16.1%, and 9.9%, respectively, but there was no change for Black soil. Reclaimed wastewater irrigation increased the green vegetables water use efficiency in red soil and loess soil, by 6.3%, 9.6%, respectively, but there was no change for fluvo-aquic soil and black soil. Significant differences were not found in cabbage Vc, soluble protein and soluble sugar concentration under reclaimed wastewater treatments.

reclaimed wastewater; soil; irrigation; cabbage; water use efficiency; quality

2014-03-19

国家自然科学基金项目(51209208)

朱 伟(1978-)，男，河南新乡人，博士研究生，主要从事农村经济与水资源高效利用方面的研究。

高 峰(1963-)，男，河南驻马店人，研究员，博士生导师。

1000-2340(2015)02-0199-04

S636;S275

A