再生水滴灌对Escherichia Coli在土壤-作物系统中运移残留的影响

发布时间：2018-04-14 05:26

本文选题：再生水 + 致病菌　；参考：《中国水利水电科学研究院》2017年博士论文

【摘要】：再生水灌溉已成为世界范围内缓解水资源供需矛盾的重要手段。然而,再生水中含有的大量病原体可能会增大系统运行和环境污染风险,对环境、作物和人体产生危害。滴灌由于可以避免灌溉水与管理者和农作物的直接接触,而被认为是较为适宜的再生水灌溉技术,但目前尚缺乏关于再生水滴灌对致病菌影响的系统研究。因此,对于再生水滴灌条件下,灌溉技术参数对典型粪便感染指示菌大肠杆菌-Escherichia acoli(E.coli)在田间非饱和土壤中的运移、分布特征和在作物中残留的影响研究具有重要的理论和实践指导意义。本文首先采用室内试验来研究滴灌技术参数对E.coli在非饱和砂土和砂壤土中运移分布的影响。试验采用30°扇柱体有机玻璃土箱进行再生水滴灌试验,观测滴灌条件下的水分运动及E.coli分布。试验因素包括滴头流量、灌水量、E.coli注入浓度等。滴头流量范围为1.05～5.76L/h,灌水量范围为4.8～12L,E.coli注入浓度数量级为102～107 CFU/mL。试验过程中监测地表积水范围以及水平和垂直方向的湿润距离,描绘湿润锋。灌水结束后,打开土箱采集土壤样品,测定土壤中E.coli含量和土壤含水率。土箱试验完成后,应用软件HYDRUS来模拟再生水滴灌条件下水分和E.coli的运移。模型通过试验实测值进行率定和验证。采用均方根误差、一致性指数和归一化均方根误差来评价模型。采用田间再生水滴灌试验探求E.coli在土壤-作物系统中运移残留特点,同时提出避免土壤-作物污染和保证作物产量品质的滴灌技术参数。试验分别于2014年秋季和2015年春季进行。2014年试验考虑灌水量、滴灌带埋深和水质3个因素,埋深设置3个水平,分别为0、10和20 cm;灌水量也设置3个水平,按蒸发皿系数控制灌水,水平分别为0.6、0.8和1;对于灌溉水平0.8的所有埋深处理,设地下水灌溉作为对照。2015年试验将灌水量因素改为灌水频率,也设置3个水平,分别为每4天、8天、12天灌水1次,其余因素的设计和2014年相同。在莴笋生育期内,定期检测土壤各层含水率及E.coli含量。2014年,在莴笋生育中期灌后即刻取样检测E.coli在土壤中的运移和空间分布情况。同时,检测两年灌水间隔内表层土壤中E.coli的衰减变化。莴笋采收后,测定叶表面和茎内的E.coli含量。统计莴笋的产量和品质。主要结论如下:(1)滴灌条件下,E.coli主要分布在滴头附近,土壤中E.coli浓度随再生水中E.coli浓度的增加而明显增加。滴头流量和土壤初始含水率增大均会不同程度增加E.Coli在土壤中运移能力。砂土再生水滴灌条件下,土壤中E.coli浓度沿远离滴头方向逐渐减小,在距湿润锋5～10 cm的范围内无E.coli;砂壤土条件下,土壤对E.coli的吸附作用较强,灌溉水中的E.coli绝大部分被截留在表层5 cm范围内,且集中在饱和湿润区附近。(2)基于HYDRUS建立了地表滴灌点源的土壤水分和E.coli运移分布模型。给出了描述E.coli运移的双点位动态吸附参数,取得了较好的模拟效果。并应用模型模拟不易采用试验实现的滴灌条件,给出滴灌技术参数对E.coli运移的影响特点。(3)田间再生水滴灌条件下,灌水后地表土壤中的E.coli明显增加,再生水地表滴灌条件下灌水频率增大会加大灌后地表土壤E.coli污染机率。但E.coli浓度随时间衰减明显,灌后72 h再生水地表滴灌与地下水地表滴灌对照处理土壤中E.coli浓度已无明显差异。(4)采用地下滴灌可以有效避免土壤的E.coli污染,灌水频率和灌水量对地下滴灌条件下E.coli的土壤污染影响不显著。莴笋生育期内经多次再生水滴灌后,土壤中E.coli浓度相对生育期初期并没有发生明显变化,莴笋生育期内再生水滴灌不会造成田间土壤的E.coL 累积污染。(5)生育期末,在莴笋茎中无E.coli检出,部分叶表面有E.coli残留,但叶表面E.coli残留量并未较地下水灌溉对照处理高,滴灌技术参数对叶表面E.coli.残留的影响也不显著,再生水滴灌不会提高莴笋受E.coli污染的风险。另外,采用再生水滴灌或适当增大灌水频率可以提高莴笋的产量。地下滴灌比地表滴灌莴笋产量高,同时,地下滴灌也可提高莴笋中还原型VC和可溶性糖的含量。(6)综合研究表明,滴头流量通过增大水流通量而促进土壤中E.coli的运移,灌水量和土壤初始含水率增大也增强E.coli在土壤中的运移。另外,灌水频率、灌水量、滴灌带埋深对E.coli在土壤中的分布与衰减有重要影响,莴笋收获时,茎组织中未检测到E.coli,E.coli在叶中的零星残留具有随机性,采用地下滴灌和适当延长灌水间隔有利于减低E.coli污染风险。
[Abstract]:In this paper , the effects of irrigation technology parameters on the transport , distribution and soil moisture content of E . coli in unsaturated soils and sandy loam were studied by laboratory tests . The results showed that E . coli had no significant effect on E . coli .

【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S275.6

【参考文献】