沉降凈化雨水與自來(lái)水對(duì)兩種草本園林植物生長(zhǎng)的影響

王 博，卜穎華,馮婧芝，韓春妮，仝玉琴

(1.咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西咸新區(qū) 712046；2.西安市未央?yún)^(qū)動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，陜西 西安 710000；3. 西安市未央?yún)^(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710000 )

當(dāng)前，隨著人口的增長(zhǎng)及社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)水的需求越來(lái)越多，從而造成了世界范圍內(nèi)普遍缺水的問(wèn)題，尤其在大城市，缺水問(wèn)題更加突出，有些城市，由于地下水的過(guò)度開(kāi)采，甚至出現(xiàn)局部地域地面下沉的現(xiàn)象[1～9]。同時(shí)，由于城市的房屋、街市、廣場(chǎng)、道路等非綠地的大量存在與發(fā)展，雨水很難及時(shí)大量滲入地下，形成大雨時(shí)大量地表徑流涌入江河白白流失，甚至形成洪災(zāi)、內(nèi)澇，而天旱時(shí)又沒(méi)有充分的地下水供應(yīng)，市民用水和植物用水矛盾加劇。為了降低對(duì)地下水的過(guò)度開(kāi)采，世界各地的人們都在水的回收利用方面進(jìn)行了大量的研究[10～15]，其中，雨水的收集、凈化處理及再利用問(wèn)題，已在全球范圍內(nèi)得到重視和研究[14～18]，但在園林綠化中用雨水來(lái)替代自水來(lái)灌溉植物的科學(xué)試驗(yàn)及結(jié)論，依然比較缺乏。

通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證收集的雨水經(jīng)沉降凈化后灌溉園林植物的可行性，從而提高雨水的回收利用率，減少城市園林對(duì)自來(lái)水的過(guò)度依賴(lài)，進(jìn)而降低城市地下水的開(kāi)采。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地、材料及儀器設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地情況 試驗(yàn)場(chǎng)地為咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林植物實(shí)習(xí)園地。該地地處關(guān)中平原中部，東經(jīng)E108°44′24″，北緯N34°18′，海拔385 m。

1.1.2 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)用植物材料為普通園林植物玉簪及黃毛草莓。試驗(yàn)灌溉水為該園地收集、沉降凈化的雨水及校園自來(lái)水。

1.1.3 儀器及設(shè)備 托普云牌植物營(yíng)養(yǎng)測(cè)定儀(TYS-3N)，其中葉綠素精度為±0.3SPAD，氮含量精度為±0.5單位；電導(dǎo)率測(cè)定儀，為上海雷磁 DDS-307臺(tái)式電導(dǎo)率儀，測(cè)量范圍為1～3 000)US·cm-1，精度為±0.5%FS；PH儀，為西化儀(北京)科技有限公司生產(chǎn)的ST10/PHS-711A型；測(cè)量范圍為30 cm的普通鋼直尺；市售普通圓柱形塑料花盆，規(guī)格為：下底直徑×高×上口直徑為20 cm×25 cm×28 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理

以珍珠巖為基質(zhì)，以塑料花盆為容器，用無(wú)土栽培的方式，分別單株盆栽相同規(guī)格的園林草本植物玉簪40盆，及相同規(guī)格的黃毛草莓40盆，正常栽培養(yǎng)護(hù)。其中，40盆玉簪分2組進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：20盆用自來(lái)水灌溉，另外20盆用沉降凈化雨水進(jìn)行灌溉；40盆草莓也分2組，每組20盆，分別用自來(lái)水及沉降凈化雨水進(jìn)行灌溉。栽培養(yǎng)護(hù)期間，不添加任何肥料，也不進(jìn)行病蟲(chóng)害防治，讓其在自然、全光照條件下生長(zhǎng)，觀察兩種園林植物的生長(zhǎng)情況，并從2019年4月20日開(kāi)始，每隔10 d，持續(xù)測(cè)量并記錄植物葉片的葉綠素含量、氮素含量，同時(shí)，及時(shí)記錄植株病害的發(fā)生情況。2019年8月20日實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測(cè)量、統(tǒng)計(jì)并對(duì)比兩種試驗(yàn)植物分別在沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉條件下的株平均葉片數(shù)、平均葉面積大小、平均株地上部分及地下部分鮮重、病蟲(chóng)害發(fā)生率、葉片中葉綠素及氮素營(yíng)養(yǎng)含量及其變化規(guī)律等試驗(yàn)指標(biāo)。用excel進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、處理及繪圖。

為保證試驗(yàn)結(jié)果不被外界水分干擾，試驗(yàn)在簡(jiǎn)易拱棚中進(jìn)行。晴天的白天，拱棚不覆蓋。陰雨天及晚上，拱棚用塑料布從頂部覆蓋至棚的腰部，保持通風(fēng)，但又不讓雨水淋上試驗(yàn)花盆。

自來(lái)水及沉降凈化雨水分別用50 L容積的塑料桶盛放，以定時(shí)、定量滴灌的方式，對(duì)栽有兩種園林植物的花盆進(jìn)行灌溉。其中，自來(lái)水直接取自實(shí)習(xí)園地的水龍頭，沉降凈化雨水為下雨時(shí)，從樓頂、園地、苗圃、花圃地及路面等通過(guò)盲溝流進(jìn)地下蓄水池的雨水，經(jīng)過(guò)沉降凈化后，用小水泵從蓄水池抽取位于中部以上的水分。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)于2019年4月10日開(kāi)始，到2019年8月20日結(jié)束。將拱棚、操作臺(tái)、花盆、珍珠巖等試驗(yàn)材料準(zhǔn)備好后，開(kāi)始栽培試驗(yàn)。

1.3.1 植物材料的準(zhǔn)備 A、玉簪的準(zhǔn)備：2019年4月10日，在校園玉簪花圃地，隨機(jī)采挖即將萌芽的玉簪若干株，用水浸泡并洗涮干凈根上泥土，晾干水分，稱(chēng)取外形大小相似、重量為80 g左右的玉簪40株待用。B、黃毛草莓的準(zhǔn)備：在農(nóng)林學(xué)院實(shí)習(xí)場(chǎng)地的野生草莓標(biāo)本地，選取已開(kāi)始生長(zhǎng)、由節(jié)芽萌發(fā)而成的一年生草莓苗若干株，帶土坨挖出，用水浸泡并洗凈泥土，試驗(yàn)苗選取標(biāo)準(zhǔn)為植株健壯、有5～6片飽滿(mǎn)新葉、4～5條根。

1.3.2 植物材料的上盆 用半濕狀態(tài)的珍珠巖(用去離子水噴灑拌濕，防止粉塵嗆人)做基質(zhì)，將選好、洗凈園土的40株玉簪及40株黃毛草莓，按1盆1株的形式栽入花盆，再用去離子水噴灑澆透。

1.3.3 栽培養(yǎng)護(hù) 將40盆玉簪及40盆黃毛草莓分別分成2組，每種植物、每組20盆。然后，將它們均勻擺放在簡(jiǎn)易拱棚內(nèi)的鋁合金格柵型操作臺(tái)上，布好滴灌管。每種待試植物，一組20盆用沉降凈化雨水澆灌，另一組20盆用自來(lái)水澆灌。滴灌速度調(diào)節(jié)為盆中基質(zhì)濕潤(rùn)又沒(méi)有液體滲出的程度。花盆擺放時(shí)，間距均30 cm左右，使其互不遮擋，不影響通風(fēng)、透光。

1.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)取及記錄 植物上盆養(yǎng)護(hù)10 d后，植物基本完成緩苗。從4月20日起，每隔10 d，用植物營(yíng)養(yǎng)測(cè)定儀，隨機(jī)測(cè)取每株植物不同部位的葉片的葉綠素含量SPAD值、葉片N素含量值，并按滴灌水質(zhì)分組情況的不同進(jìn)行平均并記錄，亦即每次測(cè)量，每種植物均按分組的不同進(jìn)行測(cè)量、記錄和平均：兩種4組中，每一組的每一盆植物只隨機(jī)測(cè)取1個(gè)數(shù)據(jù)，然后將20個(gè)數(shù)據(jù)相加再除以20，得到該日期、該種植物、該指標(biāo)的平均值并記錄。同時(shí)，在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，觀察其病害發(fā)生情況，分別進(jìn)行記錄。

8月20日，將每組植物分別倒出，沖干凈根系所附著的珍珠巖，并逐一記錄每株植物的葉片數(shù)、根數(shù)，測(cè)定并記錄玉簪每片葉片的面積，測(cè)定并記錄每株植物每條根的根長(zhǎng)，然后，從根、莖結(jié)合部用小刀將試驗(yàn)植物切斷，分別稱(chēng)取每株植物的地上部分鮮重及地下部分鮮重。待測(cè)完所有數(shù)據(jù)后，將記錄的數(shù)據(jù)按不同的植物、不同的分組進(jìn)行平均，得到試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 沉降凈化雨水及自來(lái)水對(duì)玉簪生長(zhǎng)的影響

沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉對(duì)玉簪生長(zhǎng)的影響見(jiàn)表1。

表1 沉降凈化水與自來(lái)水對(duì)玉簪生長(zhǎng)的影響

由表1中可見(jiàn)：經(jīng)過(guò)從4月10日到8月20日的無(wú)土栽培養(yǎng)護(hù)，以自來(lái)水為灌溉水源的玉簪，病蟲(chóng)害發(fā)生量為沉降凈化雨水灌溉的4.5倍，植株死亡4株，且植株地下部分鮮重較開(kāi)始栽培時(shí)的80 mg減少了30.7 mg(49.3～80 mg)；而以沉降凈化雨水為灌溉水源的玉簪，植株0死亡，且地下部分鮮重增加32.9 mg(112.9～80 mg)。同時(shí)，以沉降凈化水為灌溉水源的試驗(yàn)組中，在株新生葉片數(shù)、平均葉面積、株平均地上部分鮮重及株平均地下部分鮮重，分別是用自來(lái)水灌溉試驗(yàn)組的1.22倍、1.64倍、2.09倍及2.03倍。可見(jiàn)，在該項(xiàng)試驗(yàn)中，沉降凈化水較之于自來(lái)水，有較大優(yōu)勢(shì)。

沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉對(duì)玉簪葉片葉綠素(SPAD)含量的影響曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

又圖1可見(jiàn)：2組玉簪葉片中葉綠素含量，在試驗(yàn)初基本一樣，隨著時(shí)間的推移，葉片中的葉綠素含量升高，5月20號(hào)左右，自來(lái)水灌溉組的葉綠素含量達(dá)到最高值，隨后緩慢下降，到8月20日，其值已基本接近4月20日的測(cè)量值；沉降凈化雨水灌溉組中，葉片中葉綠素的含量到6月30日左右才達(dá)到最高點(diǎn)，然后，隨著時(shí)間的推移，葉綠素含量在一個(gè)較高的水平上呈緩慢下降的趨勢(shì)，到8月20日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，葉片中葉綠素的含量依然較高，為4月20日含量的2倍多。

葉片中營(yíng)養(yǎng)元素氮素(N)的含量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，葉片中營(yíng)養(yǎng)元素氮素(N)含量隨時(shí)間的變化與葉片中葉綠素含量變化基本一致。可見(jiàn)，葉片中營(yíng)養(yǎng)元素氮素的含量與葉綠素的含量有對(duì)應(yīng)關(guān)系：葉片中營(yíng)養(yǎng)元素氮素(N)的含量，與葉片葉綠素含量相關(guān)聯(lián)，氮素含量的變化影響葉綠素葉綠素含量，同時(shí)，葉綠素含量的變化，體現(xiàn)氮素含量的變化[19]。

圖1 沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉條件下，玉簪葉片葉綠素(SPAD)含量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

圖2 沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉條件下，玉簪葉片氮素含量(mg·g-1)隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

2.2 沉降凈化雨水與自來(lái)水對(duì)黃毛草莓生長(zhǎng)的影響

沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉對(duì)黃毛草莓生長(zhǎng)的影響見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)：經(jīng)過(guò)從4月10日到8月20日的栽培養(yǎng)護(hù)，以自來(lái)水為灌溉水源的黃毛草莓的病蟲(chóng)害發(fā)生量為沉降凈化雨水灌溉的3倍，植株死亡3株；而用沉降凈化雨水為灌溉水源的黃毛草莓，植株死亡1株，同時(shí)，在平均枝長(zhǎng)、株平均葉數(shù)及平均根長(zhǎng)方面，分別是用自來(lái)水灌溉試驗(yàn)組的1.75倍、1.60倍及1.85倍，較之于自來(lái)水灌溉組，優(yōu)勢(shì)明顯。而在株平均分枝數(shù)、枝平均分節(jié)數(shù)方面，2組試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)基本相似，這可能是由于草莓萌發(fā)較早，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)植株的分枝都已經(jīng)完成，且枝的分節(jié)也在初夏旺盛生長(zhǎng)時(shí)也基本完成，后期生長(zhǎng)主要集中在枝條及根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，以及葉片個(gè)數(shù)的生長(zhǎng)上。

沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉對(duì)黃毛草莓葉片葉綠素(SPAD)含量及對(duì)葉片營(yíng)養(yǎng)元素氮素(N)的影響曲線(xiàn)見(jiàn)圖3及圖4。

表2 沉降凈化雨水與自來(lái)水對(duì)黃毛草莓生長(zhǎng)的影響

圖3 沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉條件下，黃毛草莓葉片葉綠素(SPAD)含量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

圖4 沉降凈化雨水及自來(lái)水灌溉條件下，黃毛草莓葉片營(yíng)養(yǎng)元素氮素(N)含量(mg·g-1)隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

又圖3可見(jiàn)：黃毛草莓葉片中的葉綠素含量，在試驗(yàn)初2組試驗(yàn)植物基本一樣。隨著時(shí)間的推移，葉片中的葉綠素含量升高，5月10號(hào)左右，自來(lái)水灌溉組的葉綠素含量達(dá)到最高值，隨后波浪狀緩慢下降，8月20日，其值已低于4月20日試驗(yàn)時(shí)的測(cè)量值；沉降凈化雨水灌溉組中，葉片中葉綠素的含量到5月30日達(dá)到最高點(diǎn)，隨后，該值緩慢下降，到8月20日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，葉片中葉綠素的含量稍高于4月20日試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)所測(cè)的值。

同樣，通過(guò)觀察圖4的數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)，可見(jiàn)在黃毛草莓的栽培試驗(yàn)中，葉片中葉綠素的含量與葉片營(yíng)養(yǎng)元素氮素(N)含量有對(duì)應(yīng)的相關(guān)性[19]。

2.3 自來(lái)水及沉降凈化水對(duì)兩種植物生長(zhǎng)影響的共性分析

綜合分析兩種植物的2組試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是玉簪還是黃毛草莓，用沉降凈化雨水灌溉組相對(duì)于用自來(lái)水灌溉組，均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)自來(lái)水和沉降凈化雨水的PH值及電導(dǎo)率的測(cè)定(表3)，發(fā)現(xiàn)：

(1)沉降凈化雨水的酸堿性接近中性，而自來(lái)水稍偏酸性，這可能是由于自來(lái)水含有消毒劑次氯酸的緣故，而其中的Cl-對(duì)植物的根系生長(zhǎng)有抑制作用[19]，這可能是玉簪地下部分鮮重及黃毛草莓平均根長(zhǎng)不如在沉降凈化組表現(xiàn)好的原因之一；

(2)在電導(dǎo)率一欄可見(jiàn)，沉降凈化雨水的電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自來(lái)水的電導(dǎo)率，約為其3倍以上，而電導(dǎo)率主要是由溶于水中的礦物質(zhì)離子形成的，可見(jiàn)沉降凈化雨水中礦物離子的含量遠(yuǎn)大于自來(lái)水中的含量，而在較長(zhǎng)的栽培試驗(yàn)中，相對(duì)而言，用沉降凈化水灌溉的植物可以得到比較充分的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)供給，而用自來(lái)水栽培的植物，則礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足，植物生長(zhǎng)較弱，抗病能力差，容易發(fā)生病害，死亡率也稍高；

(3)由于兩種植物均采用無(wú)土栽培，在整個(gè)栽培過(guò)程中只灌溉沉降凈化雨水或者自來(lái)水，不添加任何肥料，所以，試驗(yàn)中兩種4組植物生長(zhǎng)的中、后期，均出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不良現(xiàn)象，葉片中葉綠素及N素含量均呈逐漸降低的趨勢(shì)。

表3 沉降凈化水與自來(lái)水pH值及電導(dǎo)率的對(duì)比

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)未對(duì)沉降凈化雨水及自來(lái)水中的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物含量OD值進(jìn)行測(cè)定，也未對(duì)具體的礦質(zhì)離子成分及含量進(jìn)行測(cè)定，所以尚不能斷定沉降凈化水中有機(jī)物對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響的大小，這一點(diǎn)，在以后的相關(guān)試驗(yàn)中，應(yīng)予以考慮。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)測(cè)定了渭河河水的pH值及電導(dǎo)率(表3)，由表3可見(jiàn)，沉降凈化水的2項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值，與渭河河水基本相似，而河水是園林灌溉和農(nóng)田灌溉的常用水源。

綜上，通過(guò)兩種園林草本植物在以沉降凈化雨水及自來(lái)水為灌溉水源的無(wú)土栽培試驗(yàn)，得到結(jié)論：沉降凈化雨可以用來(lái)灌溉園林植物，其灌溉效果優(yōu)于自來(lái)水。沉降凈化雨水的酸堿性及電導(dǎo)率指標(biāo)，均與河水相似，在城市綠化中，可大量收集雨水，經(jīng)沉降凈化后用來(lái)灌溉園林綠地，從而起到使園林植物生長(zhǎng)健壯、節(jié)約城市自來(lái)水及減少水源浪費(fèi)的目的。