再生水是指將城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水。即再生水的水質(zhì)低于生活飲用水的水質(zhì)，但又高于允許排放大污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水資源的匱乏推動(dòng)了再生水的利用，其中再生水在農(nóng)業(yè)方面的利用始終是國(guó)內(nèi)外科研及生產(chǎn)者共同關(guān)注的焦點(diǎn)。再生水用于農(nóng)業(yè)可以采用直接灌溉或排至湖泊灌區(qū)等自然水體進(jìn)行間接回用兩種方式。再生水灌溉可以緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺形勢(shì)，但再生水灌溉也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，再生水灌溉對(duì)作物及土壤的影響成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。本文主要闡述了再生水灌溉對(duì)作物生長(zhǎng)、土壤和及地下水的影響，再生水和相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展、存在的問(wèn)題與今后的研究重點(diǎn)。
1、再生水灌溉對(duì)作物生長(zhǎng)影響的研究
相對(duì)于使用地表水、地下水等常規(guī)的灌溉用水，再生水的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（N、P、K）較豐富，總固體含量較高并含有大量的微生物（含各種致病菌）及一定的重金屬殘留，豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)、減少化肥施用量，但是各種致病菌及重金屬又有可能對(duì)作物造成不利影響，因此有必要對(duì)再生水灌溉進(jìn)行各種對(duì)照實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究再生水對(duì)植物生理特性的影響。
國(guó)外關(guān)于再生水灌溉對(duì)作物的影響研究起步較早，相對(duì)也較多，采用不同處理級(jí)別的再生水對(duì)包括谷子、小麥等糧食作物，西紅柿、茄子等蔬菜類進(jìn)行灌溉，對(duì)其產(chǎn)量、外觀形狀、常規(guī)營(yíng)養(yǎng)、微量元素和重金屬含量以及蔬菜中的微生物殘留等指標(biāo)進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)進(jìn)行的關(guān)于再生水灌溉的研究主要集中在再生水灌溉對(duì)蔬菜、作物等的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，研究大多集中在重金屬殘留方面。參考近年來(lái)有關(guān)方面的研究成果，再生水灌溉對(duì)冬小麥、夏玉米、苜蓿產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響，再生水灌溉平均增加蔬菜產(chǎn)量達(dá)到20%以上，再生水對(duì)蔬菜總糖、粗蛋白、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分沒(méi)有顯著影響。馬敏等對(duì)玉米和大都品質(zhì)影響研究的試驗(yàn)表明用再生水灌溉的玉米和大都籽粒中的重金屬含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但是有少量的累積。但不同灌區(qū)小麥籽粒的重金屬含量之間沒(méi)有明顯差異。與《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》相比，北京市城市污水處理廠再生水重金屬濃度平均值和加權(quán)平均值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
通過(guò)再生水灌溉途徑帶入的重金屬與地下水灌溉相當(dāng)，低于大氣沉降和有機(jī)肥施用等輸入途徑帶入的重金屬。當(dāng)前再生水灌溉導(dǎo)致土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)較小，并不會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物重金屬超標(biāo)。
再生水對(duì)牧草、草坪草的灌溉也較為普遍，試驗(yàn)表明，再生水灌溉促進(jìn)草坪草的生長(zhǎng)，再生水灌溉在灌溉的同時(shí)輸入作物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，保證草坪草的正常生長(zhǎng)，而在不施肥的情況下采用清水灌溉難以維持草坪草的正常生長(zhǎng)。草坪草再生水灌溉可以節(jié)肥32%-81%。
再生水在果園得到成功利用，再生水中磷、鉀、鎂、鐵等營(yíng)養(yǎng)元素可以滿足葡萄生長(zhǎng)的需要，但是磷、鉀含量增加會(huì)對(duì)葡萄生長(zhǎng)存在潛在危害，再生水灌溉將促進(jìn)養(yǎng)分的吸收，盡管土壤鹽分有所增加，但是并不影響作物生長(zhǎng)。
由此可見(jiàn)，雖然再生水灌溉對(duì)作物生理狀況有一定影響，但還不足以構(gòu)成極大風(fēng)險(xiǎn)，與有機(jī)肥料污染，大氣污染等相比，再生水灌溉對(duì)植物的影響并不明顯。
2、再生水灌溉對(duì)土壤的影響研究
再生水灌溉對(duì)土壤質(zhì)量影響程度直接關(guān)系到土壤的生產(chǎn)能力和土壤生態(tài)平衡。有研究表明再生水灌溉具有增加表土鹽度的趨勢(shì)，也有研究發(fā)現(xiàn)再生水灌溉導(dǎo)致土壤鹽堿度程度顯著增加。國(guó)外對(duì)再生水灌溉的研究較為深入，但是國(guó)內(nèi)在再生水灌溉對(duì)土壤的影響規(guī)律研究方面還不充分。目前國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)包括再生水灌溉對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、孔隙率、導(dǎo)水率等物理性質(zhì)、對(duì)重金屬、持久性有機(jī)污染物、鹽分、養(yǎng)分等化學(xué)性質(zhì)與土壤微生物群落的影響等方面。
2.1再生水灌溉對(duì)土壤酸堿度的影響研究
pH值對(duì)土壤中養(yǎng)分存在的形態(tài)和有效性，對(duì)土壤的理化性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)的合成與分解、氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放，以及植物的生長(zhǎng)發(fā)育都有很大影響。分析發(fā)現(xiàn)再生水一般不會(huì)導(dǎo)致土壤pH值顯著上升，可能會(huì)出現(xiàn)輕微上升，主要原因是再生水中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素和鹽分導(dǎo)致pH值增加。耕層土壤pH值浮動(dòng)范圍在作物適宜生長(zhǎng)范圍內(nèi)。
土壤堿化作用取決于土壤溶液中的鈉吸附比，它表示鈉離子與土壤中存在黏粒反應(yīng)時(shí)的相對(duì)活性，是第一個(gè)用于評(píng)估由鈉離子引起的潛在損傷的指標(biāo)。試驗(yàn)表明，再生水灌溉土壤的鈉吸附比明顯比井灌高，說(shuō)明再生水灌溉對(duì)土壤堿性有一定影響。同時(shí)，再生水灌溉土壤中鈉離子的累積效應(yīng)比較明顯?？傮w而言，再生水灌溉土壤中堿性的危害程度較低。
2.2再生水灌溉對(duì)土壤肥力影響研究
長(zhǎng)期再生水灌溉對(duì)土壤孔隙率和鎂含量造成影響，造成土壤密實(shí)度增加，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸持能力下降。但是，再生水灌溉土壤有機(jī)質(zhì)的平均含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于河水與井灌土壤的有機(jī)質(zhì)含量。土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）是評(píng)價(jià)土壤保肥供肥能力的而一個(gè)重要指標(biāo)，取決于土壤中存在的黏粒和有機(jī)質(zhì)的類型和數(shù)量，是土壤緩沖性能的主要來(lái)源，也是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，再生水灌溉土壤的保肥能力要高于井灌土壤。
2.3再生水灌溉對(duì)土壤主要重金屬元素含量影響研究
分別使用再生水和自來(lái)水進(jìn)行灌溉，對(duì)樣地土壤中主要重金屬元素的含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，再生水灌溉不會(huì)造成銅、砷、鎳、鉻等金屬元素在土壤中的富集，但會(huì)造成鋅、鉛、汞、鎘等重金屬元素在土壤中的富集。雖然到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)由于鋅、鉛、汞、鎘等重金屬元素在土壤中富集而造成植物的生長(zhǎng)發(fā)育出現(xiàn)異常變化現(xiàn)象，但這種重金屬元素富集對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響是存在的，其影響結(jié)果還需繼續(xù)通過(guò)試驗(yàn)作更進(jìn)一步的觀察和驗(yàn)證。
2.4再生水灌溉條件下土壤氮、磷元素的研究
再生水灌溉條件下土壤氮素的利用效率研究也不斷受到重視，土壤中氮素的含量隨灌溉水中氮素濃度的增加成比例增加，隨灌水量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。因此再生水灌溉導(dǎo)致硝酸根例子濃度的增加、土壤含氧量減少，更有利于發(fā)生反硝化作用，反硝化作用增強(qiáng)2-50倍。再生水灌溉會(huì)增加土壤中有效磷的額含量，土壤中磷的含量主要與土壤的吸附量、作物提取量與污水帶入量密切相關(guān)，通過(guò)收獲可以把磷帶出土壤-植物系統(tǒng)。采用污水土地處理與污水回用相結(jié)合系統(tǒng)，污水中的氮素經(jīng)過(guò)作物吸收以及氮素的硝化、反硝化等各種遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程后，排水中的氮素可以滿足環(huán)境要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。
3、再生水灌溉對(duì)地下水質(zhì)量影響的研究
對(duì)再生水灌溉的利用應(yīng)該防止其對(duì)地下水的污染，再生水灌溉過(guò)程中可能會(huì)深入地下水，應(yīng)當(dāng)通過(guò)研究建立科學(xué)的灌溉制度和灌區(qū)建設(shè)模式。灌區(qū)地下水的房屋性能與包氣帶巖性、地下水力學(xué)特征、再生水灌溉制度、灌區(qū)工程布置等有關(guān)，當(dāng)前研究主要關(guān)注再生水對(duì)地下水鹽分、氮素、重金屬含量等的影響。
對(duì)北京市不同再生水來(lái)源的水樣進(jìn)行調(diào)查可大致得出，再生水的As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb濃度與地下水重金屬濃度無(wú)明顯差異，僅Zn濃度差異較大。在同等灌溉條件下，除Zn外，調(diào)查區(qū)域再生灌溉帶入的重金屬并不一定比地下水灌溉帶入的重金屬多。
再生水中鈉含量較高，灌溉入滲補(bǔ)給的過(guò)程中，鈉離子與鈣離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，導(dǎo)致地下水中鹽分增加。采用元素示蹤方法研究可以得出污水灌溉導(dǎo)致地下水中硝氮含量增加，由于黏土土壤通透性較差，再生水灌溉時(shí)反硝化速率顯著增加，土壤氮素利用率下降，但這可以減少氮素滲漏對(duì)地下水的威脅。土壤對(duì)磷具有較強(qiáng)的吸附能力，避免了P在深層包氣帶的遷移。在地下水埋深淺、包氣帶滲透性好的地下水不宜進(jìn)行再生水灌溉。
目前，對(duì)于再生水回灌地下水的研究也日益受到關(guān)注。再生水補(bǔ)充地下水，能夠有效改善北京市地下水資源匱乏的狀況，使循環(huán)開(kāi)采和試用地下水成為可能。再生水補(bǔ)給地下水在國(guó)外已有較長(zhǎng)的歷史，美國(guó)1972年興建了當(dāng)時(shí)世界上最大的深度處理廠。隨著全球性水資源短缺和水污染的加劇，美、法、德、以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家都在推行再生水回灌技術(shù)。具有廣闊的發(fā)展前景。
4、再生水灌水技術(shù)研究
再生水灌溉時(shí)一個(gè)系統(tǒng)工程，需要通過(guò)優(yōu)化選型與系統(tǒng)配套建立再生水安全灌溉系統(tǒng)，保障對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、消費(fèi)者與公眾的健康。該領(lǐng)域重點(diǎn)研究不同的再生水灌溉方式，其中研究最為廣泛的是再生水微灌技術(shù)。
由于再生水是將城市生活污水及工業(yè)污水經(jīng)過(guò)處理得到的，考慮到技術(shù)和成本因素，里面的一些有機(jī)物和病菌不可能完全除盡。如果采用地面灌水方式，可能會(huì)影響環(huán)境及人體健康。為此，選用以地下滴灌為主，結(jié)合地面微灌的微灌技術(shù)，可以減少灌溉水與人群接觸的機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)再生水的安全灌溉。病毒可以再滴灌管周邊10cm范圍內(nèi)存活28d，地下滴灌可以有效減少細(xì)菌在葉片的累積，應(yīng)注意作物選擇與灌溉方式選擇。同時(shí)，再生水滴灌技術(shù)對(duì)設(shè)備的要求要更高，對(duì)滴頭的抗堵塞性能要更好，由于再生水的應(yīng)用使得堵塞過(guò)程更加難以預(yù)測(cè)、堵塞沉積物的組成和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，研究發(fā)現(xiàn)滴頭堵塞過(guò)程的發(fā)生往往是以微生物富集開(kāi)始的，微生物、胞外多聚物以及顆粒物質(zhì)混合形成的絮狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了滴頭流道內(nèi)的主要沉積物，對(duì)該方面的研究試驗(yàn)有助于進(jìn)一步提高再生水灌溉的應(yīng)用水平。
5、再生水灌水安全性的技術(shù)研究
為推動(dòng)再生水安全灌溉利用，有關(guān)國(guó)家和國(guó)際組織制定了嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與再生水灌溉技術(shù)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立促進(jìn)了再生水的安全利用。以水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，是判斷再生水灌溉安全性的基本方法之一。再生水灌溉水質(zhì)主要包括物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和微生物指標(biāo)三大類。對(duì)北京市主要污水處理廠的再生水常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)、持久性有毒有機(jī)污染物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合國(guó)外再生水灌溉作物類型、發(fā)達(dá)國(guó)家的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，得出北京再生水的水質(zhì)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，持久性有毒有機(jī)污染物的毒性較小，風(fēng)險(xiǎn)很低。
6、總結(jié)
農(nóng)業(yè)用水是第一大用水，農(nóng)業(yè)再生水利用將有效緩解區(qū)域水資源短缺形式，應(yīng)當(dāng)研究再生水作物安全灌溉技術(shù)體系，避免利用污水直接灌溉。國(guó)內(nèi)外對(duì)再生水灌溉領(lǐng)域已展開(kāi)了大量研究。再生水灌溉對(duì)于農(nóng)作物的影響研究主要集中在果樹、牧草、草坪草、玉米等作物上，研究再生水灌溉對(duì)作物品質(zhì)、養(yǎng)分吸收、植物生理特征影響等方面。再生水灌溉對(duì)土壤影響主要集中在土壤重金屬、鹽分、養(yǎng)分、有機(jī)污染等含量變化特征與影響效應(yīng)研究。再生水對(duì)地下水質(zhì)的影響研究主要是利用失蹤元素法研究再生水中氮、磷等元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。再生水灌水方式主要是滴灌技術(shù)，其中最為安全的是地下滴灌，這也是以后研究的方向。
結(jié)合中國(guó)國(guó)情，由于技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)能力的限制，對(duì)污水的處理系統(tǒng)還不是特別完善，因此再生水應(yīng)用于灌溉還是受到一定的限制，再生水灌溉對(duì)作物、土壤、地下水的影響還需進(jìn)一步研究。今后，應(yīng)建立我國(guó)再生水推薦灌溉的作物分類目錄，再生水安全灌溉區(qū)域劃分方法，制定適合中國(guó)國(guó)情的再生水安全灌溉標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系。
