中水浇灌的水质对延安新区园林树木生长影响的研究

1 研究背景

延安新区位于黄土高原丘陵沟壑区，年降水量 500mm ，蒸发量却高达1850mm_⨀ 。传统绿化依赖远距离调水，成本高、水量受制约。新区 2016 年启动建设，规划绿地率 41% ，需年灌溉水量约 480 万 。2021 年建成地下式污水处理厂（规模 1.5 万m³·d⁻ ¹），采用预处理 +MBR+ 次氯酸钠消毒工艺，出水水质稳定达到地表Ⅳ类。2021 年起用于园林、道路绿化及景观水体补水，实现了“以水定绿、以绿养城”。

2 研究目的

（1）定量评价中水水质对树木生理生态指标的影响；

（2）解析长期中水灌溉下土壤盐分、养分、微生物群落的变化规律；

（3）提出适合延安新区乃至黄土高原同类城市的中水安全灌溉技术与管理阈值。

3 材料与方法

3.1 试验区概况

试验区位于新区北区鲁艺生态公园（东经 109.52^∘ ，北纬 36.63^∘ ，海拔 1135m ），土壤为黄绵土，pH8.2，有机质 12.3gkg^-1 ，田间持水量 21.8‰ 。2020 年春季布设固定样地，面积 3.2hm² ，分设中水灌溉区（T1）与自来水对照区（CK），各设置3 个重复，每区 30m×30m 。

3.2 树种选择与栽植

选取当地主栽树种：国槐（Sophora japonica）、白蜡（Fraxinus chinensis）、新疆杨（Populus alba var. pyramidalis）、油松（Pinus tabuliformis）、樟子松（P.sylvestris var. mongolica）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）。

3.3 灌溉制度

采用滴灌带 + 微喷头交替模式，5–10 月每 7d灌水 1 次，单次定额 1mm ；11–4月每30 d灌水 1 次，单次定额 8mm_⨀ 。全年灌水总量约 370mm 。

3.4 水质监测

2020–2025 年，每月采集污水处理厂出口水样，测定pH、EC、COD、BOD
、SS、NH₄ ⁺ -N、NO₃ ⁻ -N、TN、TP、Cl⁻ 、Na⁺ 、SAR、重金属（Cd、Pb、Cr、As、Hg）。2025 年 6 月加测有机微污染物（LAS、DEHP、壬基酚）。

3.5 土壤与植物监测

（1）土壤：每年4、7、10 月分 0-20cm 、20–40cm、40–60cm三层取土，测pH、EC、有机质、全氮、有效磷、速效钾、Cl⁻ 、Na⁺ 、ESP、微生物生物量碳（MBC）。

（2）植物：

① 生长量：连续5 年测定树高、胸径、冠幅；

② 生理：叶片SPAD值（叶绿素相对含量）、净光合速率Pn、气孔导度Gs、瞬时水分利用效率WUE；

③ 离子平衡：叶片Na⁺ 、K⁺ 、Cl⁻ 含量；

④ 根系：2024 年秋取 0-40cm 土层根样，测根长密度、AMF侵染率。

3.6 数据统计

采用SPSS26.0 进行双因素方差分析（灌溉水质×树种），Duncan法多重比较；土壤与植物指标用Pearson相关分析；微生物群落基于Illumina MiSeq测序，用QIIME2 解析。

4 结果与分析

4.1 中水水质特征

2020–2025 年共 72 批次监测结果显示： pH7.0±0.1 ， EC0.92±0.04dS⋅m^-Δi ¹，C OD17.8±2.1mg/L ，BOD 4.5±0.6mg/L ，NH₄ ⁺ -N0.42±0.08mg/L ，TN13.4±0.7mg/L，TP 0.26±0.02mg/L ，Cl⁻ 92±6mg/L ， Na⁺ 78±5mg/L ，SAR 1.6±0.1，重金属均低于《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2021）限值。有机微污染物LAS0.11mg/L 、 DEHP2.3μg/L 、壬基酚 0.05μg/L ，均低于生态风险阈值。

4.2 土壤盐分及养分演变

（1）盐分：0–20cm土层，T1 区EC从 2020 年的 1.12dS⋅m^- ¹升至 2025 年的1.84 dS·m⁻ ¹，CK区由 1.05 升至 1.21dS⋅m^-1 ，差异显著（ P<0.05） ）。SAR、ESP变化趋势相似，但未达到盐渍化（ EC>4dS⋅m^-1 ）风险阈值。

（2）养分：T1 区土壤有机质、全氮、有效磷 5 年分别提高 18.4% 、 22.7% 、31.5% ，显著高于CK（ P<0.05 ）。Na⁺ 累积对土壤结构影响有限，0–40 cm土层团聚体平均重量直径（MWD）下降仅 4.7% 。

4.3 树木生长与生理响应

（1）生长量：5 年累计，国槐、白蜡、新疆杨、油松、樟子松、紫穗槐平均胸径年增量T1 分别为 1.12、1.05、1.35、0.62、0.58、 0.81cm ，CK为 1.09、1.03、1.31、0.60、0.56、 0.79cm ，差异不显著（ P>0.05 ）。

（2）生理：叶片SPAD值、 Pn 、WUE在T1 与CK之间差异不显著；但油松、樟子松叶片Na⁺ 含量T1 比CK高 12-18% ， K⁺ /Na⁺ 比值降低 10% ，未表现盐害症状。

（3）根系：T1 区根长密度平均提高 9.7% ，AMF侵染率提高 14.3% ，可能与中水携带的溶解性有机碳刺激微生物活性有关。

4.4 土壤微生物群落

T1 区细菌多样性（Shannon指数）比CK高 7.8% ，放线菌相对丰度提高 11.2% ，绿弯菌门（Chloroflexi）和拟杆菌门（Bacteroidetes）显著富集，指示有机质降解与氮转化功能增强。

4.5 风险评估

根据Maas-Hoffman模型，当土壤 EC≤2.5 dS·m⁻ ¹时，所测树种产量（生长量）下降 <10%₀ 。本研究 5 年最高EC1.84dS m^-1 ，远低于阈值。钠吸附比SAR 1.6–2.0，不足以导致土壤渗透性恶化。

5 讨论

5.1 中水水质优势

（1）养分补给：中水TN、TP高于自来水（ TN0.7mg/L 、 TP0.02mg/L ），每年随灌溉输入N49 kg·hm⁻ ²、P0.9kg·hm⁻ ²，相当于常规缓释肥的 15-20% ，减轻了化肥施用。

（2）有机碳：中水DOC 6-8mg/L ，提高了土壤MBC，促进根系-微生物互作。

5.2 潜在风险及缓释机制

（1）盐分累积：虽然 5 年内未达盐害阈值，但延安新区蒸发量大，需持续监测。

（2）钠离子：树体Na⁺ 轻微上升，但乡土树种普遍具耐盐性，且土壤Ca²⁺丰富，抑制Na⁺ 毒害。

（3）微污染物：检测到的LAS、DEHP、壬基酚浓度极低，且黄土吸附能力强，未发现富集。

5.3 管理对策

（1）冬季淋洗：11 月上旬利用污水处理厂富余水量进行一次 30mm 淋洗，降低根区盐分。

（2）轮作绿肥：行间播种白三叶、草木樨，生物排水、增碳抑盐。

（3 ）精准灌溉：推广土壤水分传感器 + ET
模型，将灌水量降至320mm·a⁻ ¹，减少盐分输入。

6 结论

（1）延安新区地下式MBR工艺出水水质稳定优于地方标准，重金属及有机微污染物风险可忽略。

（2）连续 5 年中水灌溉未对国槐、白蜡、新疆杨、油松、樟子松、紫穗槐等乡土树种产生可见盐害或生长抑制，反而因养分补给提高了土壤肥力与微生物活性。

（3）在半干旱区，土壤EC <2.0 dS·m⁻ ¹、SAR ^<3 、Cl⁻ <150mg/L 可作为中水长期灌溉的安全阈值。

（4）建议建立周年盐分监测与冬季淋洗制度，推广基于ET
的精准灌溉，以保障中水利用的可持续性。

参考文献

[1] 陕西省 生态环境厅. 陕西省黄河流域 污水综合排放标 准 DB61/224-2018[S].

[2]国家市场监督管理总局.农田灌溉水质标准GB 5084-2021[S].

[3] Maas E V， Hoffman G J. Crop salt tolerance-current assessment[J]. J Irrig Drain Div， 1977， 103（2）： 115-134.

[4] 张强，王飞，等.黄土高原城市绿地再生水灌溉盐分累积特征[J].生态学 报，2023， 43（9）： 3567-3576.

[5] 刘艳，李占斌，等.陕北半干旱区再生水灌溉对土壤微生物多样性的影响[J].环境科学， 2024， 45（2）： 987-996.