《Frontiers in Environmental Science》：Transforming waste to agricultural resource: assessing the chemical and microbial quality of treated wastewater and its effects on selected soil chemical properties and microbial communities under tomato cultivation
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处理后的废水（TWW）正越来越多地被用作替代灌溉水源，以缓解农业用水短缺；然而，其对土壤微生物群落的影响及潜在的微生物污染仍令人担忧。本研究以番茄（Solanum lycopersicum）为试验作物，评估了TWW用于灌溉的化学和微生物质量，及其对选定土壤化学
处理后的废水（TWW）正越来越多地被用作替代灌溉水源，以缓解农业用水短缺；然而，其对土壤微生物群落的影响及潜在的微生物污染仍令人担忧。本研究以番茄（Solanum lycopersicum）为试验作物，评估了TWW用于灌溉的化学和微生物质量，及其对选定土壤化学性质和微生物群落的影响。研究人员进行了一项为期90天的温室盆栽试验，采用两个番茄品种（Roma和Rodade），用来自四个污水处理厂（Bochum、Polokwane、Mankweng和Lebowakgomo）的TWW进行灌溉，并以自来水作为对照。在作物成熟期采集的土壤样本分析了pH（水和氯化钾）、电导率（EC）、有益微生物（放线菌（Actinomycetes）、恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）和溶磷细菌（phosphate-solubilising bacteria））、病原菌（大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、葡萄球菌（Staphylococcus）、志贺氏菌（Shigella）、霍乱弧菌（Vibrio cholerae）、肠道细菌（Enteric bacteria）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa））以及总细菌和真菌计数。灌溉水源是影响土壤化学和生物学性质的主要因素，而番茄品种的影响可忽略不计。与灌溉前土壤相比，TWW灌溉使土壤EC增加了109%–528%，土壤pH增加了24.5%–41.6%，而自来水使EC降低了68.9%。TWW灌溉下有益微生物种群增加，其中放线菌、恶臭假单胞菌和溶磷细菌分别增加了131%–136%、117%–124%和88%–96%。总真菌和总细菌种群分别增加了高达195.5%和131.7%。然而，TWW灌溉也提高了若干病原菌的种群数量，其中大肠杆菌、肠道细菌、沙门氏菌和葡萄球菌分别增加了高达72%、141%、73%和75%。在灌溉水中，病原体浓度经常超过FAO和WHO关于无限制灌溉的1,000 CFU/100 mL标准。总体而言，TWW增强了土壤微生物活性和有益微生物，显示出其在缺水地区作为可持续灌溉水源的潜力。尽管如此，仍需进行常规监测并改进废水处理，以最大限度地减少病原体转移并支持安全的农业回用实践。
**论文解读文章**
**研究背景与问题**
全球水资源短缺因气候变化、人口增长和农业集约化加剧，农业用水约占全球淡水消耗的70%，对传统水源压力巨大。处理后的废水（TWW）作为替代灌溉水源具有潜力，可提供氮、磷、钾等养分并减少化肥依赖，但可能引入盐分、微量元素和病原微生物，影响土壤质量和生态系统功能。现有研究多关注TWW对作物产量和土壤化学性质的影响，但同步评估灌溉水质、有益微生物和病原微生物及其对土壤微生物群落效应的研究较少，尤其在林波波省（Limpopo Province）Capricorn地区。因此，本研究旨在评估TWW的化学和微生物质量，并探究其对选定土壤化学性质（pH和电导率EC）和微生物群落（有益和病原菌）的影响，以番茄（Solanum lycopersicum）为试验作物。研究假设：不同处理厂的TWW灌溉水质无差异，且TWW灌溉不会显著改变土壤化学性质和微生物群落。论文发表在《Frontiers in Environmental Science》。
**关键技术与方法**
研究采用温室盆栽试验，土壤样本取自林波波大学实验农场（ULEF）休耕地（表层0–30 cm），灌溉水来自Capricorn地区的四个市政污水处理厂（Bochum、Polokwane、Mankweng、Lebowakgomo）的最终出水，每月采集一次，共3个月。试验设计为2×5因子完全随机设计，包括两个番茄品种（Roma和Rodade）和五种灌溉处理（四种TWW和自来水对照），每处理4次重复，共40个盆。微生物分析采用涂布平板法，使用选择性培养基分离和计数有益微生物（放线菌（Actinomycetes）、恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）、溶磷细菌（phosphate-solubilising bacteria））和病原菌（大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、葡萄球菌（Staphylococcus）、志贺氏菌（Shigella）、霍乱弧菌（Vibrio cholerae）、肠道细菌（Enteric bacteria）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa））以及总细菌和真菌；水样和土壤样品均进行微生物计数，数据经log
10转换后采用ANOVA和Bonferroni或Tukey HSD检验（p<0.05）。
**研究结果**
3.1 处理废水的选定化学参数：通过分析不同处理厂和月份的水样pH和EC，发现两者受处理厂与月份交互作用显著影响（p<0.001）；大部分TWW的pH和EC在FAO（联合国粮农组织）和南非灌溉标准范围内，但自来水pH较高（最高9.24），而TWW的EC值普遍高于自来水，但均低于“优良”等级（<250 μS/cm）和南非灌溉阈值（5,400 μS/cm）。
3.2 处理废水的微生物参数：
3.2.1 有益微生物：放线菌和溶磷细菌受处理厂与月份交互作用显著影响（p<0.001），而恶臭假单胞菌无显著影响。TWW中放线菌和溶磷细菌数量较高，尤其在Polokwane和Mankweng处理厂。
3.2.2 病原微生物：沙门氏菌、霍乱弧菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和肠道细菌受交互作用显著影响，志贺氏菌受处理厂和月份独立影响，葡萄球菌主要受月份影响。多数TWW样本中病原菌浓度超过FAO和WHO无限制灌溉标准（≤1,000 CFU/100 mL），Mankweng和Polokwane在5月载荷最高。
3.2.3 总细菌和真菌计数：TWW中总细菌和真菌数量显著高于自来水，且受处理厂和月份交互作用影响（p<0.001），自来水早期微生物水平极低。
3.3 TWW灌溉对土壤选定化学性质的影响：灌溉水源显著影响土壤pH和EC（p<0.05），番茄品种无影响。TWW灌溉使土壤pH从基线5.8升至7.2–8.2（水测）和6.08–7.87（KCl测），EC从基线252 μS/cm升至最高1,580 μS/cm（Bochum处理），而自来水灌溉使EC降至基线以下。
3.4 TWW灌溉对土壤有益微生物的影响：与基线土壤和自来水处理相比，TWW灌溉显著增加放线菌（↑129%–136%）、溶磷细菌（↑88%–96%）和恶臭假单胞菌（↑108%–124%）（p<0.05），番茄品种无影响。
3.5 TWW灌溉对土壤病原微生物的影响：灌溉水源显著影响大肠杆菌、葡萄球菌和肠道细菌数量（p<0.05），志贺氏菌无显著差异。TWW灌溉土壤中病原菌数量普遍高于基线土壤和自来水处理，表明病原菌可在土壤中持续存在90天；霍乱弧菌和志贺氏菌存活时间短，多数处理中未检出。
3.6 TWW灌溉对总细菌和真菌计数的影响：TWW灌溉土壤中总细菌和真菌数量显著高于基线土壤和自来水处理（p<0.05），细菌增长强于真菌（细菌达9–10 log CFU/g，真菌7.8–10 log CFU/g），表明TWW提供养分和水分促进微生物增殖。
**讨论总结与结论翻译**
讨论部分指出，TWW的化学和微生物质量受处理厂效率、季节和月变化影响，pH偏低可能与缺乏三级处理和pH调节有关，EC升高反映溶解盐输入。TWW中高病原菌载荷归因于消毒不充分、老化基础设施和电力供应不稳定，而有益微生物的富集得益于营养丰富的进水。土壤中，TWW灌溉提高了pH和EC，促进有益微生物活性，但也引入病原菌；病原菌的存活受竞争、环境条件（如pH、温度）和土著微生物抑制影响。总菌增加反映水分和养分改善。研究结论翻译如下：本研究表明，TWW灌溉显著影响土壤化学性质和微生物群落，灌溉水源是主要影响因素，而番茄品种无显著影响。TWW灌溉相比自来水和灌溉前土壤显著增加了土壤pH和EC，反映了TWW中溶解盐和碱性成分的输入。有益微生物（放线菌、恶臭假单胞菌、溶磷细菌）以及总细菌和真菌种群也增加，表明在90天盆栽试验中微生物活性和养分循环潜力增强。然而，TWW灌溉与若干病原菌（大肠杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌、肠道细菌、铜绿假单胞菌）种群增加相关，表明这些微生物在灌溉水中持续存在于土壤。研究结果表明，处理废水可能通过增加微生物活性和养分有效性提供农学效益，但也强调了在农业回用前进行适当废水处理和常规监测灌溉水和土壤的重要性。观察到的土壤EC增加进一步表明，如果长期连续使用处理废水，存在盐分累积的潜在风险。本研究是在温室条件下单一生长期内进行的，使用番茄作为试验作物，并依赖基于培养的微生物方法，仅量化可培养微生物，可能低估了总微生物多样性。因此，结果应在此限制内解释，不应直接外推至长期田间条件。未来研究应侧重于长期田间评估、商业种植条件下的评估，以及应用高通量测序等分子技术，以更全面地了解微生物群落组成、病原体持久性以及处理废水灌溉对土壤健康的累积效应。
