目前,我国大部分地区对农村生活污水处理重点在达标排放。由于采用的污水处理 工艺种类繁多,存在处理水平良莠不齐、运维困难且成本较高等问题,出水一般很难稳 定达到排放标准。即使达到排放标准,尾水排放对地表水环境仍存在很高的潜在污染风 险。农村生活污水几乎不含重金属和有毒有害物质,氮磷资源丰富,从长远来看,利用 农田的土壤-植物系统消纳农村生活污水是污水处理和利用的有效途径之一。农田灌溉 是我国农村的一项传统的污水消纳措施,但由于农村生活水平的提高及生活方式的改变, 污水水质水量特征发生了很大变化,亟需开展农村生活污水灌溉对作物和土壤环境的影 响研究,探讨不同处理程度农村生活污水农田消纳的可行性。 本研究通过室内试验结合大田验证试验,研究了农村生活污水收集储蓄的调节池原 水(原水)、经过厌氧处理的污水(厌氧出水)、处理设施排放的尾水(尾水)三种不同 处理程度进行农田灌溉消纳对作物及对土壤环境的影响,探讨农田消纳的可行性。取得 的主要结论如下: (1)在室内试验中,与清水灌溉的对照相比,使用不同处理程度农村生活污水进 行灌溉消纳处理后,空心菜生物量显著增加25.59%~38.28%;其中原水农田消纳方式虽 产量最高,但空心菜硝酸盐和亚硝酸盐含量显著高于对照,维生素C含量明显下降, 导致品质下降的风险最大。在大田验证试验中,与进行正常农事操作的对照相比,使用 不同处理程度农村生活污水进行灌溉消纳处理后,萝卜和玉米产量分别显著增加 49.01%50.67%、16.48%21.69%;其中厌氧出水农田消纳方式产量最高且对萝卜和玉 米品质无显著影响。 (2)不同消纳处理对土壤特性总体影响不大。不同处理程度污水进行农田消纳处 理后未导致土壤有机质、氮素、磷素和钾素含量的显著变化,对土壤酶活性影响也不显 -fcjr署。 (3)在室内试验中,生活污水经过植物-土壤系统的吸收和转化,渗滤液中污染物 浓度明显下降,说明农田土壤对农村生活污水具有良好的消纳吸收作用。 (4)经过污水消纳处理后的土壤微生物在门、属水平上优势细菌组成结构基本未 发生改变。但在室内试验和大田验证试验中各处理间存在显著性差异的菌属分别有16 II浙江大学专业硕士学位报告 ' 摘要 种、3种,说明全开放的农田生态系统的稳定性和缓冲能力更好。 (5)在室内试验中存在显著差异的16种菌属中,其中有6种土壤有益菌,包括4 种内生菌(土壤红色杆菌属)、(中慢生根瘤菌属)、 办(慢生根瘤菌属)、P&r/ovorax(贪嗜菌属);1种枯细菌/fa/fang/Mffi(海 洋粘细菌);1种生防菌与其它处理相比,厌氧出水农田消纳方式相对丰度 显著增加的菌属种类最多,有3种,分别是■ffra办技/r/ovorax、 其中表现与大田验证试验结果一致,说明厌氧出水进行农田消纳处理后在 一定程度上有利于土壤有益菌属的生长。 综上所述,厌氧出水农田消纳方式更为合理,能显著提高作物产量,有效促进土壤 有益微生物的生长,并且对作物品质和土壤特性无显著影响,为实现以厌氧出水为再生 水源进行农田灌溉的农村生活污水消纳处理和资源化利用提供了实践依据。 关鍵词:农村生活污水;消纳;作物品质;作物产量;土壤微生物 III浙江大学专业硕士学位报告 Abstract Abstract Greateffortshavebeendevotedinmanycasestotreatruraldomesticsewagetoreachup tomeatthedischargingstandards.However,diversityofcomplexprocesstechnologiesand highcostinmaintenancehaveresultedinthedifficultytoachievethisgoal.Grantedthat effluentoftreatmentsatisfiedthestandard,potentialcontaminationrisksstillexistforthe receivingwater.Futhermore,consideringthatruraldomesticsewagehardlycontainsany heavymetalsortoxicsubstancesbutrichinnitrogenandphosphorusresources,employing soil-plantsystemofagriculturallandtodisposethesesewagewouldbereasonablein long-termperspective.Although,agriculturalirrigationofsewageisatraditionalritualin China,changeofsewagecomponantscausedbyimprovementofresidents’lifequality deservesourattentiontostudyingontheimpactofruralsewageirrigationoncropsandsoil environmentandexploringfeasibilityofagriculturelanddisposalofsewagetreatedin differentlevels. Threetypesofsewagewerecollectedfromdifferenttanksoftreatmentdeviceincluding rawwater,anaerobicallytreatedwaterandeffluentfromAOsystem,representingthree differenttreatinglevels.Thesethreetypesofsewageweresetasexperimentalsubjectsto irrigatedthreeagriculturallands(threetreatedgroups).Asacomparison,controlwas irrigatedwithcleanwater.Labandfieldexperimentswerebothcarriedouttoexplore influenceofthesesewageirrigationonthecropandsoilpropertiestoexplorefeasibilityof agriculturelanddisposalofsewage.Themainresultscanbelistedasfollowing: (l)Fromtheperspectiveofcropquality,inthelaboratoryexperiments,waterspinach biomassofthreetreatedgroupswassignificantlyhigherby25.59%-38.28%comparedwith controllingone.Amongthesethreetreatedgroups,rawwaterirrigationyieldedthemaximum production,butcomingwiththemaximumrisksofqualitydecline.Inthisverygroup,nitrate andnitriteconcentrationwithinthewaterspinachwassignificantlyhigherthancontrol, whereasthevitaminCcontentwassignificantlylower.Similarconclusionwasdrewinthe fieldexperiment.Inthefiledexperiments,productionofradishandcominthethreetreated IV浙江大学专业硕士学位报告 Abstract groupswassignificantlyhigherby49.01%50.67%mid16.48%21.69%,respectively, comparedwiththeircomponent,control.Furtherstudiespointedoutthatanaerobically treatedwaterirrigationgroupyieldedthemaximumproduction,whilenotposingsignificant sideeffectonradishandcomquality. (2)Fromtheperspectiveofsoilquality,influenceofthesewageirrigationonsoilquality wasnegligibleasthecontentoforganicmatter,nitrogen,phosphorusandpotassiuminthe soilwasnotfoundsignificantlydifferentamongfourexperimentalgroups.Similarsituation happenedtotheenzymeactivity. (3)Inthelabexperiment,drivenbyabsorptionandtransformationcapabilityofplant-soil system,pollutantsinthesewagedeclinedsignificantlyafterpenetratingthesoilcolumns. Therefore,agriculturallandfeaturedagreatcapabilitytoabsorbpollutantsintherural domesticsewage. (4)Dominantphylaorgenerawerequitesimilaramongthegroups.Indetailed,there were16generavaryinggreatlyamongthegroupsinthelabexperiment,incontractto3 generainthefieldexperiment,suggestingthatfullyopenedagriculturallandmaypossessa morestableandbetterbufferingcapacityforthepollutantsshock. (5)Amongaforementioned16genera,6generaweresoilbeneficialbacteria,4genera wereendophyticbacteria{Solirubrobacter,Mesorhizobium,Bradyrhizobium,Variovorax),1 genuswasslimebacteria(丑flagz’ww),1genuswasbiocon打olbacteria(Zpoftac,的 specifically,relativeabundanceofBradyrhizobium^VariovoraxandHaliangiumwerefound significantlyhigherinanaerobicreclaimedwaterirrigationgroup.Andrelativeabundanceof Haliangiumfollowedthesameruleinbothlabandfieldexperiments.So,irrigationof agriculturelandwiththeanaerobicreclaimedwaterwouldfacilitatethebeneficialbacteriain thesoil. Itcouldbeconcludedthatitwouldberelativelyreasonabletodisposeanaerobically treatedwaterwithagricultrallandconcerningaboutitspositiveeffectonthecrops5 productionandgrowthofsoilbaieficialmicroorganismsandminimumnegativeeffecton v浙江大学专业硕士学位报告 Abstract crops ’qualityandsoilproperties.Hence,thestudyhasprovidedthepracticalbasisforthe rationalutilizationoftheruraldomesticsewage. Keywords:ruraldomesticsewage;disposal;cropquality;cropyield;soil microorganism VI浙江大学专业硕士学位报告 目录 ^^I ^^II AbstractIV g￥VII 1.绪论1 1.1研究背景1 1.1.1农村生活污水处理技术现状 1 1.1.2农村生活污水处理现状 3 1.2农村生活污水农田消纳利用的现状与风险分析 6 1.2.1农村生活污水农田消纳利用现状 6 1.2.2农村生活污水农田利用的风险分析 7 1.3课题的提出8 1.4研究目的、内容和技术路线 9 1.4.1研究目的9 1.4.2研究内容9 1.4.3技术路线 10 2.不同处理程度农村生活污水用于农田消纳室内试验 11 2_1弓|言11 2.2材料与方法11 2.2.1试验设计 11 2.2.2试验装置 11 2.2.3试验供试用水 11 2.2.4试验作物 12 2.2.5试验土壤 13 2.2.6采样与测定 13 2.2.7统计分析方法 14 VII浙江大学专业硕士学位报告 2.3对作物产量和品质的影响 14 2.3.1对作物株高和生物量的影响 14 2.3.2对作物品质的影响 16 2.4对土壤养分的影响 19 2.5对土壤酶活性的影响 23 2.6对土壤渗滤液的影响 26 2.6.1对渗滤液pH、电导率的影响 26 2.6.2对渗滤液氨氮、TN、TP指标的影响 27 2.7对土壤徽生物的影响 29 2.7.1土壤微生物物种累积箱型图 29 2.7_2土壤微生物OTU数量 30 2.7.3对土壤微生物群落门水平的影响 31 2.7.4对土壤微生物群落属水平的影响 31 2.7.5土壤微生物菌属与土壤养分相关性分析 38 2.8树40 3.不同处理程度农材生活污水用于农田消纳大田验证试验 42 3.1弓丨言42 3.2研究区概况和研究方法 42 3.2.1研究区概况 42 3.2.2试验设计 42 3.3.3采样与测定 43 3.3大田应用试验对作物产量和品质的影响 44 3.3.1对大田玉米株高和产量的影响 44 3.3.2对大田玉米品质的影响 44 3.3.3对大田萝卜根形态和产量的影响 46 3.3.4对大田萝卜品质的影响 47 3.4大田应用试验对土壤养分的影响 49 3.5大田应用试验对土壤微生