人工湿地或中水灌溉对土壤微生物的影响

技术应用与研究环境工程

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当代化工研究

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人工湿地或中水灌溉对土壤微生物的影响

＊高宇航

（武汉经济技术开发区第一中学 湖北 430000）

摘要：人工湿地和中水灌溉目前应用广泛，但对土壤的原有生态环境可能造成影响，这可以反映在土壤微生物的种类、数量等方面。本

文首先从中水的PH值、耗氧有机物含量、氯化物含量等进行分析，探究不同成分的中水在灌溉土壤后，微生物的数量与种类是否发生变化。结果表明，氯化物浓度过高将会导致微生物群落及数量普遍减少；碱性土壤中氨氧化细菌数量明显增加而氨氧化古菌并无太大变化；在酸性土壤中结果却恰恰相反，氨氧化古菌数量增加，氨氧化细菌数量无明显变化；耗氧有机物的增加会导致好氧微生物的减少。另外，对人工湿地也分别从植被种类、重金属、氮、硫、磷、铁等元素进行分析比较，结果发现植被覆盖土壤会对微生物繁衍起促进作用；低浓度的重金属含量使抗性微生物增加，敏感性微生物减少，但在高浓度的重金属下，微生物总体大幅减少；人工湿地中丰富的离子含量能使硝化细菌、硫细菌、铁细菌等数量增加。

关键词：人工湿地；微生物群落；微生物数量；微生物种类；中水灌溉

中图分类号：Q 文献标识码：A

Gao Yuhang

(No. 1 Middle School of Economic and Technological Development Zone, Wuhan City, Hubei, 430000)

Abstract：Constructed wetlands and reclaimed water irrigation are widely used at present, but they may affect the original ecological

environment of soil, which can be reflected in the types and quantities of soil microorganisms. In this paper, the pH value, content of oxygen-consuming organic matter and chloride content of the middle water were analyzed firstly, to explore whether the quantity and types of microorganisms changed after reclaimed water with different components irrigated the soil. The results showed that too high chloride concentration would lead to a general decrease in microbial communities and quantities, and the number of ammonia-oxidizing bacteria in alkaline soil increased obviously while the number of ammonia-oxidizing archaea did not change much. The results in acidic soil is on the contrary. It showed that the number of ammonia-oxidizing archaea increased while the number of ammonia-oxidizing bacteria did not change significantly, and the increase of oxygen-consuming organics will lead to the decrease of aerobic microorganisms. In addition, the artificial wetlands were also analyzed and compared from vegetation types, heavy metals, nitrogen, sulfur, phosphorus, iron and other elements. The results showed that vegetation-covered soil could promote microbial reproduction. The low concentration of heavy metals increased the resistant microorganisms and decreased the sensitive microorganisms. However, under the high concentration of heavy metals, the total number of microorganisms decreased greatly. The rich ion content in the constructed wetland can increase the number of nitrifying bacteria, sulfur bacteria, iron bacteria, etc.

Key words：constructed wetlands；microbial community；Number of microorganisms；species of microorganisms；reclaimed water irrigation

Effects of Constructed Wetlands or Reclaimed Water Irrigation

on Soil Microorganisms

1.前言

水资源短缺是全球性的问题，目前有80多个国家出现了严重的水资源短缺，且人类对水资源的需求量日益增多，缺水问题也日趋严重，这使得高效利用水资源的方法推陈出新，如人工湿地和中水灌溉系统。但同时，人工构建的灌溉系统和湿地环境等也会对原本的生态环境造成影响。

湿地被誉为“地球之肾”，承担着净化自然水体的重大责任。但近些年来，湿地受到人类不同程度的破坏，自然湿地数量不断减少，因此人们对人工湿地越来越重视。与天然湿地相比，人工湿地效率更高，净化能力更强，占地面积小，在净化水体上，人工湿地发挥着无可替代的作用。

中水是一种再生水，污水经过一级、二级、三级（超滤、微滤、反渗滤），处理后达到水质标准的二次利用水。无论是水资源短缺还是水资源丰富的国家，中水系统都展现出极大的优势。妥善利用中水，不仅能减少城市对水资源的消耗，还能减少污水的排放，是一种高效利用水资源的方

法。

微生物是土壤中非常活跃的因素，土壤条件的改变会引起微生物群落种类或数量发生改变。微生物在生态循环中发挥着重要作用，土壤的微生物数量将会直接影响土壤的理化性质：一般来说，土壤微生物种类越丰富，数量越多，土壤的生物活性就比较强，对植物的营养供给力也越强。若微生物群落发生变化，将会引起生态环境的一系列变化，从而对植物营养吸收、转化和各种土传性病原体的传播造成影响。

因此本文着重探究两种新型土壤环境中微生物群落的变化及原因，来对中水灌溉和人工湿地的研究和发展提供 帮助。

2.中水灌溉对土壤微生物的影响

中水成分复杂，盐类丰富，有实验采用自来水、二级处理水和三级处理水对同种草坪进行灌溉，将土壤中三大类微生物：土壤细菌、土壤真菌、土壤放线菌作为三个指标，检测中水灌溉情况下土壤微生物的生存情况。

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实验发现长期使用再生水灌溉，无论二级或三级处理

水，对土壤微生物的影响都与使用自来水灌溉无太大区别。

但在短期使用中水灌溉的情况中，使用反渗透和超滤处理的三级水灌溉后的草坪土壤中，细菌总数明显增加；使用微滤处理后的三级水灌溉草坪，土壤中放线菌总数有显著增加；但两者都对试验草坪土壤中真菌总数没有影响。

另有研究表明，中水灌溉会对流经区域的土壤成分造成影响，进而影响土壤中微生物的生存情况。

(1)余氯的变化

积累沉淀，对实验结果也会有较大影响。

土壤中微生物的生存情况也与覆盖植被的生长有着密切的关系，比如植物根部的微生物，可直接将根系周围的有机物转化为植物可以吸收利用的无机物，并且可以产生生长刺激素和抗生素，从而抑制病原微生物的生长，因此微生物与植物之间也存在着重要的互作关系。

3.人工湿地对微生物群落的影响

(1)重金属的影响

废水在处理形成中水的过程中，常用到液态氯、次氯酸盐、无机氯胺、有机氯胺、二氧化氯等杀毒剂，所以中水中常含有氯化物残留，且溶于水中的次氯酸有着十分强的活性，会影响微生物的正常代谢功能，有氧、无氧呼吸均受到抑制。

因此推测，中水灌溉系统覆盖下的土壤微生物可能因失去能量供给而死亡，进而影响区域土壤中微生物的丰富度。

氯化物在水中会形成许多酸性物质，使蛋白质变性；氯化物也可以使氨基酸发生氧化脱羧生成亚；也可以与DNA和RNA中的各种嘌呤与嘧啶反应，推测会抑制微生物体内蛋白质的合成，同样会造成微生物的死亡。

(2)耗氧有机物的影响

通过对中水水质与自来水水质的分析，发现中水中耗氧有机物含量大于自来水中，意味着化学需氧量要高于自来水。中水的耗氧有机物大多是碳水化合物，易分解成有机酸、醇类，当中水进入土壤后，会迅速消耗其空隙中的氧气，土壤细菌的反硝化作用显著加强，土壤中的铵态氮素被反硝化成氮气挥发，引起厌氧细菌如反硝化细菌的增多，以及好氧菌的减少。

例如受土壤氧气含量影响很小的细菌，生存优势将会变得更为突出，种群数量也会明显增加。但是好氧生物所必需的氧气扩散作用，不能充分满足微生物的需要，土壤中真菌的数量和种类将会大幅减少，当游离氧缺乏时, 放线菌甚至不能发育和繁衍。

(3)PH的影响

由于人工湿地主要应用于城市污水净化，所以土壤中常含有大量重金属元素，如锌、镉、铅等，而这些重金属元素会导致微生物呼吸强度的一系列改变，引起微生物体内代谢紊乱, 也影响微生物的代谢功能。研究表明，在土壤中加入微量的镉，能使土壤中细菌数量减少。

研究表明浙江铅锌银矿区土壤的微生物量明显偏低，可见含有铅锌银的土壤会导致微生物量降低。Noiser等的研究表明长期含有高浓度重金属元素的土壤中，微生物量大大减少。但Fliebbach等的研究却发现，低浓度的重金属环境能刺激微生物的生长，有助于微生物的繁殖。

另有研究发现，在土壤中含有重金属时，无法适应环境的微生物数量明显下降，适应生长的微生物数量将会增大。所以有学者认为抗性微生物将会逐渐取代敏感性微生物。在含有重金属的土壤中，会引起微生物的各种代谢生理性质发生改变，从而导致微生物群落发生改变。

Suhadolic等的研究发现，污染较重的土壤中耐性细菌比污染较轻的土壤中的耐性细菌数量多。在铝离子对微生物影响的研究中，发现随着铝浓度的提高，氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均有增加。土壤受锌、铅污染后对固氮菌、纤维分解菌、木霉等菌类的繁殖起抑制作用；但耐性强的大豆根瘤菌和含脂刚螺菌反而比在无污染和轻污染的土壤中数量更多。

所以在低浓度重金属含量的人工湿地中，微生物种群更加丰富，耐性更强，对微生物的繁衍有积极作用；但如果浓度过高则会引起蛋白质变形等其他反应导致微生物的死亡，使微生物数量以及种类的减少。

(2)氮、铁、硫、磷等元素的影响

中水因其处理方式不同，水中离子十分丰富复杂，PH从5.0至8.5变化幅度较大，通过实验，采用酸性和碱性土壤，向其中加入多种微量元素进行土壤样品培养，然后测定土壤PH值，检测氨氧化细菌

N2

（硝化细菌）的含量。

以氨氧化古菌和氨氧化细菌为指标，实验结果表明：碱性土壤中氨氧化细菌数量明显增加而氨氧化古菌并无太大变化；在酸性反土壤中结果却恰恰相反,氨氧化古菌数量增硝加，氨氧化细菌数量无明显变化。说明PH对化微生物将产生显著影响。这同理于中水灌溉细所造成的土壤PH变化，会造成土壤中微生物菌的变化。

(4)其他因素

人工湿地生境中存在着氮、硫、磷等循环，动物呼吸产

固氮菌NH2去氮菌细菌NO2-酸亚硝化酸化硝细菌细菌作用腐烂细菌作用腐烂根据土壤细菌总数岭回归方程发现，土壤中的总氮量和与细菌繁殖力呈正相关，但中水中的盐分与氯化物却与细菌总数呈负相关。另外长期使用中水灌溉会导致土壤盐分

NO3-

植物吸收植物蛋白氮循环过程

动物食用动物蛋白图1 氮循环过程

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生的铵态氮被氨氧化细菌氧化成亚盐，接着被亚盐

氧化菌氧化成盐，最终被植物吸收利用或被反硝化菌转化成氮气（图1）。

磷细菌通过对人工湿地中的有机磷进行氧化作用，使其转变成磷酸盐；磷细菌还可以氧化溶解性较差的无机磷酸盐，来获得能量。氧化亚铁硫杆菌在废水的酸性环境中，可以将Fe2+氧化为Fe3+来维持生存；硫细菌则将硫化氢等氧化成硫酸。

人工湿地净化的污水中物质含量十分丰富，有着微生物所需的各种营养元素和离子，有利于人工湿地中微生物的繁衍。

(3)植物的影响

有研究选取美人蕉、香蒲、芦苇和旱伞草等湿地植物，在人工湿地上种植培养，同时选取深度为40～50cm的土壤作样本分析其中微生物的含量。结果表明，在40～50cm深度，人工湿地的微生物数量从大到小依次为美人蕉、香蒲、旱伞草、芦苇，且有植被覆盖的湿地皆比无植被覆盖的湿地微生物数量多。这说明不同覆盖植被对土壤中微生物的促进作用不同。

植物根系能够释放氧气并且分泌有机物，进而影响土壤微生物的群落结构。植物根系分泌物会对土壤微生物产生重要的生态学效应，植物根系可分泌多种酶、抗生素和蛋白质等，改变土壤性质进而影响微生物的分布和生长。研究盆栽试验中种植芦苇和香蒲的土壤中细菌、真菌和放线菌的分布，结果发现不同湿地植物根系对土壤微生物分布的影响有显著差异，说明植物对土壤微生物的影响是不可忽视的。

4.展望

中水内可能含有各种难降解的有机物、致病菌、寄生虫卵等，会对流经土壤中微生物造成影响；中水也可能对地表植物的生长产生影响进而改变土壤微生物的生存环境。在人工湿地环境中，微生物群落数量可能会随着季节的变化而变化，考察不同时期人工湿地中微生物群落变化的规律及其净化机理，可以帮助我们更好的了解微生物的生存环境和生理机制。人工湿地是土壤植物微生物协同作用的综合体系，因为植物根系的输氧作用，可能使区域含氧量增加，该区域的微生物群落种类和数量都会比其他区域更加丰富，了解不同植物代谢对微生物群落的影响，可以帮助我们提高湿地的净化能力。

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•【作者简介】

高宇航，男，武汉经济技术开发区第一中学；研究方向：生物学类。