污水灌溉对农田土壤环境的影响分析

关键词：污水灌溉 农田土壤环境 分析 

城市污水中含有大量的有机物，以蛋白质、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮、磷、钾等为多，且含有钙、镁、铜、锌、铝等多种微量元素，其作为一种重要的资源用于农业灌溉在我国乃至世界都有着悠久的历史，在目前全球水资源日趋紧张的情况下，许多地区已将污水作为重要的灌溉水源。在污水灌溉中，水肥资源得到充分利用，但将导致土壤中污染物的积累、向地下水的运移或通过作物向食物链传输，土壤—植物系统的污染将给人类健康带来潜在风险。本文针对污水中污染物的特点，以小麦和蚕豆为试验材料，运用化学指标与生态毒理指标结合的方法进行土壤污染生态研究，确定如何科学合理的进行污水灌溉，防止污染农田土壤环境，使之成为农业可持续发展的新水源。 

1 污灌发展情况简介 

我国从20世纪50年代就开始引用污水进行农田灌溉，1998年全国灌溉面积已达0.53亿hm2，成为世界第一灌溉大国。以灌溉为主的农业用水量占全国总用水量的70%以上，在约占全国耕地面积50%的灌溉面积上生产着全国粮食总产量的80%、棉花总产量的90%和蔬菜总产量的95%。近些年来，随着水资源的短缺和污水排放量增加，污灌面积也迅速增加，据有关部门预测，2010年灌溉面积将增加到0.57亿hm2。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，灌溉用水不断被工业和城市生活用水所挤占，农业缺水日趋严重，特别是北方地区，由于水资源开发几乎达到了临界状态，农业灌溉用水的不足只能依靠污水解决。 

2 污灌对农田土壤环境的危害 

污水灌溉发展至今，对环境危害逐渐显现并日趋严重。一般来说多数地区以有机污染为主，毒理污染次之，个别如化工、冶金、造纸等企业密集区则以毒理污染为主。有机污染物主要有bod、cod、氨、氮；毒理污染物有酚类、氰化物、砷、汞、铬、铅、镉、铜、锌、硫化物、氟化物等。 

一般土壤都具有一定的自净能力的。如:土壤中若含有一定量的蒙脱石、伊利石、水化云母，其在碱性环境中对汞、铝、锌具有高度的吸收能力，石灰性土壤和富含有机质土壤可与铅、锌、砷、铬络合，降低这些金属离子的可渗性和迁移性；有机物对土壤的污染一般在一定时期内都可被降解，但土壤的自净力是有限的，长期超负荷的污灌势必造成污染物尤其是重金属在土壤中的积累，当有机物积累大于降解时，将对土壤造成污染，土壤污染后进一步对地下水和农作物产生污染。 

农作物对污染物具有选择性吸收能力，不同种类农作物遭受污染的难易程度不同，且其污染程度受污水类型、污灌史长短、土壤成份等众多因素影响。调查研究表明，作物株体不同部位对污染物累积程度不一，呈现根、茎、叶、籽粒果实递减的规律。一般农作物污染负荷由大到小依次为菠菜、小麦、圆白菜、西红柿、黄瓜、萝卜、葫芦、水稻、大白菜、玉米。总的来看，蔬菜比粮食作物易受污染，蔬菜中菠菜易受污染，粮食中小麦易受污染，其中小麦的砷、镉、氟污染较重。 

3 污灌对小麦幼苗生长的影响 

以下分别列出了二级污水厂处理后的不同污水对小麦萌根数、根长的影响，它们的生长趋势基本一致。 

由上图中可以看出：48小时内，与对照相比，污水表现出对小麦生长的抑制作用，72小时后，与对照相比，污水稀释水表现出对小麦生长的促进作用，而曝气池中水、污水仍然表现出对小麦生长的抑制作用。分析其原因，可能是由于植物在生长初期对营养元素的需求不高，所以自来水中培养的小麦长势最好，而到生长后期对营养元素的需求增加，所以含有氮磷等营养物质的出水稀释水表现出对作物生长的促进作用。而曝气池中水和污水由于含有大量抑制作物生长的物质，所以总体上表现出对作物生长的抑制作用。 

4 污灌对小麦叶片色素含量的影响 

污灌对小麦叶片色素含量的影响见下表： 

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图3 不同处理小麦色素含量上升比例 

叶绿素作为植物光合作用的色素，其含量高低决定其光合作用的水平。叶绿素含量降低，导致光合作用减弱，进而使植物长势减弱，植株生长量减少。由上表知，处理组小麦与对照组小麦色素含量有明显差异，且污水稀释水与对照相比，色素含量上升比例最高，曝气池中水培养小麦的叶绿素a 、b含量及类葫萝卜素含量均显著低于污水和污水稀释水，外观上则显示为作物叶片失绿发黄，趋于老化。曝气池中水培养小麦叶绿素a比出水稀释水下降11.9%，叶绿素b下降12.4%，类葫萝卜素含量下降10.6%，表现出三者对污灌的敏感程度依次为叶绿素b>叶绿素a>类葫萝卜素。 

5 污水对蚕豆根尖微核的影响 

表2 不同水样培养的蚕豆的根尖微核率 

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注:以上数据是经过计算得出的 

由表2可以看出，曝气池中的水培养的蚕豆根尖微核率最高，为中度污染。污水为轻污染，污水稀释水与对照组（自来水）最为接近，基本无污染，说明污水稀释水对作物没有遗传毒害。 

6 重金属与生物指标的相关性分析 

从表3中可以看出，叶绿素的含量与重金属的浓度呈负相关，而微核检出率与重金属的浓度呈正相关，通过计算其相关系数可以看到r2值都大于0.92，说明重金属含量与叶绿素含量和微核率有明显的相关性。 

7 结论 

从以上处理后的不同污水对蚕豆和小麦生长的影响可以看出，处理后的污水稀释一倍后其对小麦生长状况最好，说明它有利于植物的生长发育，且没有遗传毒害，污水次之。自来水对植物虽然没有遗传毒害，但自来水中缺乏植物生长所必需的营养物质，因而植物的生长状况不是很好。曝气池中水处理的植物生长状况最不理想，而且对植物具有遗传毒害作用。 

综上所述，污水对作物生长具有一定的毒害作用，其处理后通过稀释，毒害作用可以明显减轻。为此应尽可能的发挥其优势，减少或避免其危害，针对性地采取一些措施:一是禁止引用严重超标的污染水进行污灌；二是可将污水稀疏后灌溉，从而有效减少污染物的积累；三是根据污水类型和农作物对元素选择性吸收的特点，科学合理安排农作物种植种类，将污染降到最低限度；四是在地下岩层防护性能薄弱区域和地下水源开采区附近慎用污水灌溉。所以，科学合理的进行污灌对增加土壤肥力、提高农作物产量、替代或节约地下水资源具有十分重要的作用，将会使污水成为农业可持续发展的新水源。 

参考文献: 

[1]高拯民.土壤-植物系统污染生态学[m].北京：科学出版社1986.1～6. 

[2]朱荫湄，周启星.我国土壤污染与农业环境保护的现状，理论与发展前景[j].土壤通报1999，30(3):132～135. 

[3]孙宝华，关于污水灌溉问题的探讨，环境科学动态2005年第二期. 

作者简介：孟惠萍，女，（1968-），陕西岐山人，宝鸡市环境影响评价所。 

谢萍娟，女，（1977-），陕西岐山人，宝鸡市环境影响评价所。