1、污水灌溉对土壤环境的影响污水灌溉对土壤环境的影响【摘要】:近年来我国污水灌溉面积发展较快，但由于盲目灌溉引起严重后果。根据国内外污水灌溉的研究现状，分析了它对土壤环境的污染，就有机污染、重金属污染以及酸、碱、盐污染等方面，提出了相应的技术措施和防范对策，并针对目前我国污水灌溉存在的问题，探讨了科学污灌进一步研究发展的方向。【关键词】:污水; 灌溉土壤; 污染土壤环境; 技术措施。当今世界范围内，都面临着不同程度的用水危机，有些地方甚至严重制约着社会的正常发展。农业是用水大户，约占总用水量的60-70。在中国，灌溉农业用水占总用水量的7O以上，随着社会发展、城市化进程加快和人口增加，水资源供需矛
2、盾会更加尖锐。污水灌溉应用于农业将成为缓解水资源供需矛盾的重要方面。污水回用于农田灌溉具有很大的潜力，但容易造成重金属累积以及病原微生物污染的健康风险，而且灌溉土壤一旦被污染 将难以治理，也会带来一系列的水土环境、生态安全等问题。因此，在当今建设资源节约型、环境友好型社会的形式下，不得不重新审视污水处理水灌溉这一问题， 怎样进行合理的污水灌溉，成为当今的又一研究热点。1. 研究背景及目的意义污水灌溉就是人们有意识、有目的地利用土壤环境自净功能，解决水资源缺乏和污水资源化的重要应用工程措施 。由于大多数污水中含有较丰富的N、P、K、C u、z n等，能为作物提供多种营养元素，且在一定范围内能使作
3、物增产，污水灌溉不仅为农业生产提供了灌溉水源，也为污水的处理提供了一条廉价的解决途径，既保护了水环境，又缓解了水资源供需之间的矛盾。但污水中也含有大量的有毒有害物质，盲目的污水灌溉导致了一些地区的土壤有毒有害物质积累， 土壤受到不同程度的污染，造成作物减产，农产品质量变劣，土壤生态环境不断恶化，甚至弃耕。如何合理利用污水资源，对土壤污染进行防治，已成为当前急需解决的土壤环境问题 污水灌溉应当因地制宜、合理利用，这对土地的可持续利用、保护土壤环境、缓解水资源的供需矛盾、保证农业的可持续发展有重要的意义。2国内外污水灌溉现状21 国内污水灌溉现状我国自l 9 5 7年开始污水灌溉试验工作，北京、天
4、津、西安、抚顺、石家庄等城市先后开辟了大型污水灌区。随着废污水排放量日益增多， 以及农业用水目渐紧张，许多大、中城市近郊和工矿区附近的农田越来越多地利用污水灌溉。据统计，1963年全国污污水灌溉对土壤环境的影响水灌溉面积仅有42万hm 2 ，1978年为333万hm 2，到1980年猛增到1333万hm 2，到20世纪9O年代初已经达到300万hm 2。据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计， 目前我国利用污水灌溉的农田面积为36184104hm 2，占我国总灌溉面积的733，约占地表水灌溉面积的1O 【2】 。污水灌溉面积中，直接引用工业城市下水道污水的面积为512万hmn 2【1-3】
5、。其中大部分灌区灌溉的废污水(特别是来自乡镇企业)未经处理即直接利用，造成了部分农田严重污染，对土壤生态环境构成了威胁。农产品中污染物含量超过卫生标准或引起减产l成以上为明显污染。资料表明，我国3 7个主要污灌区中有明显污染点22个，其中多半是积累性重金属超标 【3】 。根据农牧渔业部调查， 目前受重金属污染的农田面积达90 6万hm 2，其中以重金属cd和Hg的污染最突出 【4】 。污水灌溉的农田主要集中在水资源严重短缺的海、辽、黄、淮四大流域，约占全国污水灌溉面积的8 5。大型污水灌区有北京污灌区、天津武宝宁污灌区、辽宁沈抚污灌区、山西惠明污灌区及新疆石河子污灌区。污水灌区占耕地面积的比例
6、虽然不大，但往往是我国人口密度最大的地区，是粮食、蔬菜、水果等农产品的主产区 【5-6】 。22 国外污水灌溉现状国外一些缺水国家把城市污水再生利用作为解决水资源短缺的重要途径。城市污水处理后，用于工业生产、农田灌溉、牧草灌溉、市政绿化、生活杂用、回灌地下水及补充地表水源等方面。美国、日本和以色列等国家污水灌溉技术相对比较成熟。美国是污水再利用最早的国家之一，2O世纪70年代初开始大规模建设污水处理厂，随后即开始回用污水。美国城市污水处理等级基本在二级以上，再生水已成为城市水资源的重要组成部分。全美城市污水回用总量每年约为94亿m 3，其中灌溉用水为58亿m 3， 占污水总回用量的6O以上 【
7、7】 。自l980年起，美国一些地方已经将废水回用于风景区灌溉，同时用于回灌地下水含水层。为了改进农村生活环境和水源水质， 日本从1977年开始实行农村污水处理计划，并高度重视污水灌溉。日本在乡镇建有许多小型污水处理厂，处理系统多为日本农村污水处理协会研制的JATUS模式，其出水各项指标都达到污水处理水质标准。将处理过的污水排入河流，作为河流的基流或排入灌排系统中进行淡化后再引入农田灌溉农作物，并且对灌溉的水质要求很严格，必须不伤害作物和土壤 【8】 。以色列是严重缺水国家，为缓和水资源短缺对经济发展的制约，采取了一系列措施推进城市污水再生利用。目前，9 1的工业和生活污水由下水道收集，5 7
8、的污水经过净化处理后，通过国家输水管道用于农业灌溉和园林草地灌溉。在以色列几乎所有排出的污水都进行了二级处理，约有60以上的污水用于农业灌溉，全国28500hm 2。棉花几乎全部采用处理的污水进行灌溉 【9】 。由于拥有污水处理、回用经验和先进的灌溉方法，以色列已成为污水回用于农业灌溉的领先者 【10】 。目前发达国家污水灌溉主要用于园林、牧草、饲料作物，也有用于果树、棉花、甜菜等作物，而对蔬菜、粮食作物应用较少 【11-污水灌溉对土壤环境的影响12】3目前污水灌溉存在的问题最早提出使用污水灌溉的目的，一是对污水中N、P等植物营养素的期望，二是借助灌溉通过土壤对污水进行净化处理。这在一定技术保
9、障前提下是可行的，也是有利的，但由于近几年排污量及污染成份大量增加，且大部分未经任何处理直接排入河道、湖泊等天然水体，致使依靠地表水灌溉的农田被迫使用污水灌溉。目前我国污水灌溉存在的主要问题有4个 【13】 ：(1)城市及工业废污水总体处理率低，排放水质不达标；(2)污灌前普遍缺少必要的污水预处理措旌；(3)有关污水灌溉技术目前的研究成果很少，难以全面地指导污水资源利用工作；(4)污灌区缺乏污水灌溉技术标准与污水灌溉环境监测评价指标体系，基本上处于无人管理状态。4污水灌溉对土壤的影响土壤是天然的净化器，土体通过对各种污染物机械吸收、阻留，土壤胶体的理化吸附、土壤溶液的溶解稀释、土壤中微生物的分
10、解及利用，发生物理和生物化学作用，大部分有毒物质会分解、毒性降低或转化为无毒物质，有机物为作物生长发育所利用。但是土壤的净化和缓冲能力是有一定限度的，长期引用未经任何处理的不符合标准的污水灌溉农田，土壤中的有机污染物及重金属含量超过了土壤吸持和作物吸收能力，必然造成土壤污染，出现土壤板结、肥力下降、土壤的结构和功能失调，使土壤生态系统平衡受到破坏，引起土壤环境恶化，土壤生物群落结构衰退，多样性下降，产生环境生态问题。41 有机污染氰、酚、多环芳烃、烷基苯、磺酸盐、苯并(a)芘等都是有害的有机化合物，其中很多是三致(致癌、致畸、致突变)物质。有机污染物的挥发性小，残留期长，难以被生物降解，易通过
11、食物链在生物体内积累。目前某些污水灌区由于污水中含有有机污染物，已经造成了土壤有机污染。沈抚灌区是我国最大的石油类污水灌区之一，污水灌溉历史己长达4O年。全区污水灌溉面积达087万hm 2，由于长期采用抚顺市排放的富含石油烃、挥发酚、硫化物等污染物的工业、生活污水进行灌溉， 已使该区域农田土壤遭受严重污染，土壤中毒物积累严重。上游地区石油类含量均值在5OOmgkg以上，超过清灌区(对照点)6倍，中下游地区平均约20Omgkg，超过清灌区2倍以上 【14】 。济南小清河污水灌区，在l 9 9 3年已检出土壤中有机化合物 8类2 9种， 以烷烃、酸类、酮类检出种数为多，2 9种有机化合物中，5种为
12、致癌物，1种为致畸和致突变物，4种为刺激性物质 【15】 。42 重金属污染土重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特污水灌溉对土壤环境的影响点。长期灌溉含有大量重金属的污水，会使土壤中的一些重金属的含量增加，如广州市郊污灌区土壤中cd、Pb、Hg、zn、Cr、cu的浓度为清灌区的1845倍，污灌区土壤Hg的浓度最高达23mgkg，Zn的浓度最高达1320mgkg，明显异常 【16】 。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约1 4O万hm 2的污灌区中，遭受重金属污染的土地占污灌区面积的648，其中轻度污染的占467，中度污染的占97，严重污染的占84 【17】
13、。43 酸、碱、盐污染经常引用含酸、碱、盐的废污水灌溉会改变土壤的DH值，引起土壤次生盐渍化、碱化等土壤退化问题，导致土壤结构破坏。污水中Na 过高还会引起土壤颗粒分散，物理性质恶化。污水中的可溶性盐分随水进入农田土壤，愈靠近污水输水干渠，土壤全盐含量愈高。如新疆乌鲁木齐市东郊水磨河灌区，污水矿化度为138211gL，多年污水灌溉后土壤表层含盐量达021-051，出现轻度至中度盐渍化 【18】 。表2为太原不同污水类型灌区土壤中全盐量变化 【19】 ，其大小顺序为工矿污水城市生活污水清灌。比较土壤酸度增加往往会加速土壤养分的淋失，特别是cu、Z rl等植物必需元素的淋失，而对于受重金属污染的土
14、壤，酸度增加会引起重金属活性提高，从而增加对植物的毒害。44 其他污染441 氮污染污水中所含大量氮磷化合物在土壤微生物的作用下，会转化为硝酸盐和磷酸盐。氮、磷在土壤中大量累积，会由于水的淋洗作用及地表径流引起水体富营养化；土壤氮含量过高，会导致作物徒长、倒伏、贪青、晚熟，易遭受病虫危害。442 生物污染 生物污染主要是病毒、病菌和寄生虫卵等。利用含有致病菌的污水灌溉的土壤，很可能会成为某些疾病流行的媒介，污染地下水和作物，进而危及人类及家畜的健康。有资料表明，污水灌溉处理不当地区居民的肝炎、脑血管、肺心等病的发生、死亡率均比对照区要高。不同的灌溉方法会影响潜在的病菌传播，如滴灌、渗灌、微喷等
15、。443 悬浮物污染污水含有大量悬浮物，土壤经长期污灌，会增加土壤容重，堵塞土壤孔隙，破坏土壤结构，使土壤出现板结现象等，使土壤肥力降低。5防治污灌对土壤污染的技术措施污水灌溉所带来的诸多弊端已引起人们高度重视，必须采取科学对策，着手控制污染，改善水质，以保障污水灌溉的可持续发展 【20】 。51 进行顸处理，加强水质监测污水灌溉水质控制是实现污灌区污染防治的先决条件，必须对污水进行预处理，使污水达到农田灌溉水质标准。为避免输水过程中对沿线土壤和地下水的污染，应采用管道输水，并在管道起点处进行消毒。还可利用低洼地修建各种氧化塘和人工湿地处理污污水灌溉对土壤环境的影响水，使水质达标。52 建立污
16、水灌溉制度，加强科学管理污灌区的布局要进行合理的规划，根据污灌水质、土壤类型、作物品种和气候条件的不同，制定污水灌溉的管理办法。根据土壤水分动态、土壤污染降解能力、作物耗水需肥量、污染物在作物中的残留规律以及防渗要求，建立污水灌溉制度。污水灌溉对作物中有害元素残留的影响一般是后期，按照作物生育特性和需水、需肥临界期，确定污水灌溉时期。一般作物在幼苗期与花穗期均不能进行污灌。53 调整污灌区农作物种植结构应根据污水的性质调整种植结构，氮、磷等养分含量较高、其他污染物含量很少的污水，用于蔬菜和粮食作物灌溉；重金属含量较高的污灌区种植不可食用的且耐重金属的植物，如草皮、花卉与观赏性或绿化用的苗木：高
17、污染地区不作农业用地。同等污水灌溉条件下，粮食作物的污染物残留量为：小麦水稻玉米，蔬菜作物：叶菜类水生蔬菜茄果类根菜类，应根据这个规律调整作物种植结构。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。因此食用根、茎、叶的蔬菜和土豆等作物应杜绝污灌，小麦、玉米、谷子、棉花等作物可适量引污灌溉。54 改变污水灌溉方式传统的淹灌、漫灌、沟灌，灌水分布不均，很容易造成灌水过量，致使局部地区土壤受到污染。喷灌、微灌、滴灌等灌水技术不仅节水节能，而且由于输配水管道的防渗作用，对防止土壤污染作用明显。55 污灌区渠道防渗目前，大部分污灌区的干支渠未做防渗处理，污水渗漏
18、量较多，部分地区输水渠道两侧的地下水已受到污染，因此应加强污灌区输水渠道防渗工程建设，特别是距村庄较近的渠段，更应做好防渗处理，避免污染饮用水源。56 整治和改造受污地区对已经受污染的农地，可通过施加改良剂，如石灰、铁盐等，通过沉淀或吸附来降低重金属的有效性；也可通过改变耕作制度，如深翻、水改旱等，减轻重金属的危害。严重的地方，可采用排土法、客土法等工程措施。57 进一步加强污水灌溉技术科学研究为防治污水灌溉对土壤的污染，在污水的科学灌溉中有些问题有待于进一步研究【21】 。主要包括：研究不同类型污水和不同灌溉定额条件下的土壤肥力变化、作物生长发育状况、作物产量及品质的变化：研究 t壤一植物系
19、统对污水中有机物及主要有害物质的安全承受量，制定出不同类型土壤一植物系统的污灌定额及污灌水质标准：在综合应用上述研究成果的基础上，提出不同污水类型、不同土壤条件下主要农作物的污灌方式及次数、最佳灌溉时间及灌溉定额，实现科学适度的污水灌溉。6.总结污水灌溉对土壤环境的影响在水资源严重缺乏的地区，利用污水灌溉应从实际情况出发，借鉴国内外先进经验，因地制宜，通过对污灌区制定合理的灌溉制度，调整种植结构，同时完善污水再利用的标准及相关规范体系。在对污水水质控制的基础上，根据土壤类型、作物种类，提出不同污灌方式，减轻对土壤及农作物的危害，合理地利用污水灌溉。同时，污水灌溉对土壤环境引起的负面影响不容忽视
20、，要采取积极有效的措施把污水灌溉引导到更高层次，使之成为农业可持续发展的新水源，更好地服务于我国的经济发展，创造出更大的经济效益、环境效益和社会效益。参考文献1杨继富污水灌溉农业问题与对策J水资源保护，2000(2)：482王贵玲，蔺文静污水灌溉对土壤的污染及整治J农业环境科学学报，2003，22 (2)：163一l663夏立江王宏康土壤污染及其防治M华东理工大学出版，20014044， 87111， 168-l784孙铁珩，周启星，李培军污染生态学M北京：科学出版社，2O017072，3923965籍国东，姜兆春，赵丽辉，等我国污水资源化的现状分析与对策探讨J环境科学进展，l999，7(5)
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