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摘要 论文就近年来污水灌溉对环境影响及其研究进展情况进行了简单的概括和总结，并结合我国在此方面的实际情况和存在的问题提出了见解和今后应该加强的方向。
關键词 污水灌溉；环境影响；研究进展
Abstract This paper gives a simple summary about wastewater irrigation on environmental influence ,and then the study progress of wastewater irrigation on environmental influence is also summarized here. According to the existed problems from the wastewater irrigation in China ,the writer states his own advise and the direction we should strengthen in the future.
Key words wastewater irrigation; environmental influence; study progress
根据全国水资源评价报告，我国水资源总量居世界前列，但因人口众多，人均水资源占有量仅为2200 m3，为世界平均水平的28%，被列为全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。河北省又是我国缺水最为严重的地区之一，根据2010年的调查数据显示，我省人均水资源量307m3，耕地亩均211m3，属于严重的资源性缺水，所以近年来污水资源化已被受到重视，且污水资源化是缓解水资源短缺的有效途径。河北是农业大省，农业用水日益短缺，实践表明，污水资源化是解决水资源缺乏的有效途径之一，但污水灌溉的利与弊我们也应看到。一方面，污水灌溉能为植物生长提供一部分养分，增加土壤有机质，从而提高土壤肥力, 而另一方面,污水中的过量养分、有毒化学物质,处理不当会造成严重后果，危害环境和人类健康。所以研究污水灌溉对环境的影响对保护生态环境,促进社会经济持续发展有重要意义
1.污水灌溉的基本情况
1.1国外基本情况
污水灌溉已经在很多国家得到了广泛的发展。美国、日本、以色列、南非等水资源较缺乏的国家污水灌溉技术都很发达。日本从1997年开始实行农村污水处理计划，到目前为止，已经建成约2000个污水处理厂，大多都是为农田灌溉提供水源。以色列是世界上极度缺水的国家之一，它的污水处理率达到了90%以上，而且利用率也在70%以上，其中57%的污水进行净化后用于灌溉水质要求较高的农业和园林地灌溉。
1.2 国内基本情况
我国污水灌溉正式起步始于20世纪40年代，随着污水排放量的日益增加和农业缺水状况的日益加剧，据全国第二次污灌区环境质量状况普查统计（基准年为1995年），中国污水灌溉农田面积为360余万hm2，占全国总灌溉面积的7.3%,主要分布在中国北方水资源短缺的海、辽、黄、淮流域，约占全国污水灌溉面积的85%，比20世纪80年代初第一次污灌普查时的140万hm2增加了1.6倍。但据调查，大多是将没有处理的污水就直接灌进农田，这样就给污水灌溉想要达到的效果大打折扣了。
2、我国污水灌溉对环境的影响现况
试验表明，污水灌溉对土壤、地下水环境和农作物都有不同程度的影响。
2.1 污水灌溉对土壤的影响
调查表明常年不合理的污水灌溉会引起严重的土壤有机污染、酸碱盐污染和重金属污染，其中属重金属污染最为严重，由于其高残留、难降解，危害大等原因，给治理工作带来了很大的困难。据中国农业部进行的全国污灌区调查,在约140万hm2的污水灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污水灌溉区面积的64.8%,其中轻度污染的占46.7%,中度污染的占9.7%,严重污染的占8.4%，对北京、白银、沈阳等地污灌区的研究表明，污水灌溉是土壤重金属积累的重要原因之一，尤其是毒性极强的汞、砷、铅、铬和镉等重金属严重超标。
2.2 污水灌溉对农作物的影响
污染物通过不合理的灌溉进入农田，进而沉积在土壤中被作物吸收，由于富集作用会在作物的茎、叶、果实和种子中存在，它不仅会影响作物正常的生长，还会通过食物链等渠道危及人类的健康。国内研究表明，污水灌溉对小麦、玉米、水稻等作物的生长发育具有一定的抑制作用。有关污水灌溉后蔬菜重金属含量的研究表明，各种蔬菜中重金属的吸收积累量表现为根＞茎＞叶。对渭河流域污灌区的农作物进行26项污染物的监测，其中浓度超过国家标准的有17项，新鲜根菜类蔬菜中的亚硝酸盐超标最严重，达7.9倍。与非污灌组相比，污灌作物生长受阻，叶片色素含量降低，叶组织膜结构损伤。此外，如果用含氮污水超负荷灌溉农田，过多的氮素会引起作物陡长、倒伏、贪青、晚熟、易感染病虫害、颜色异常等现象。沈阳污灌区就曾发生大面积水稻倒伏和稻瘟病等污染事故。目前，对于作物体内污染物的运移特性及作物的生理响应还缺乏必要的研究。
2.3 污水灌溉对地下水环境的影响
污水灌溉对地下水环境的影响也是不容小觑的。污水中高浓度的含氮有机物及铵离子发生硝化作用时产生的硝氮和亚硝氮会进入地下，随着污灌的不断进行会逐层下渗，造成地下水的污染。污水灌溉地区水资源转化关系如图1所示，也因为有如此的转化关系，污水中的微生物例如细菌、病毒及寄生虫等通过土壤水进入土壤深层而进入地下水。
图1污水灌溉地区水资源转化关系
石家庄市是河北省省会所在地，随着经济建设的快速发展,城市污水排放量每年己达2.7亿t,这些废水通过排污水渠直接进入洨河、出石家庄市后入溢阳河，沿途经过的农村大都采用污水进行灌溉，大大减少了对地下水的开采，据调查，当地农民不用为农田施肥就可以得到很好的收成，可见污灌的效益不容忽视，但也带来了一定的危害。石家庄近郊具有几十年的污水灌溉历史，有实验对典型灌区的地下水进行了采样分析。此项实验在对比确认污水灌溉对地下水的补给效果的基础上,基于电导率、硝酸根以及溶解氧浓度的测试结果,分析了污灌区地下水的水质变化特性。在污水灌溉区的硝态氮浓度很高,分布在35mg/l~130mg/l范围内,井深小于40m的井水的硝酸根离子浓度超标率为100%。而在用地下水进行灌溉的地区,硝酸根离子浓度都在35 mg/l以下。此外,经过长期污灌的地区,地下水化学类型已从原有的重碳酸硫酸钙(钙镁)型水演变成了重碳酸氯化钙(钙镁)型水,矿化度也比较高。在一般情况下,由于城市污水来源是连续的,而农作物需水是有季节性的。在作物非生长期,污水很容易进入地下水。这可能是造成长期利用污水灌溉的地区水化学性质改变的主要原因。
3、研究情况
针对污水对以上环境各个方面的影响，我国的学者做了大量的试验和研究。
3.1 污水灌溉对土壤影响的研究
目前对污染物在非饱和土壤中迁移转化的研究是工作的重点，尤其是N、P、重金属和有机农药污染方面受到了农学家们的高度重视，对于这些污染物在土壤作物系统中的转移和分布规律，研究人员做了大量的实验和理论研究，取得了比较大的进展。李恋卿等通过在石灰性褐土上连续9年的污水灌溉试验，分析了长期污水灌溉使土壤基本理化性质的改变。研究表明土壤有机质、速效态养分含量明显增加且有向深层积累的趋势，土壤孔隙度降低，容重增加，土壤中生物酶活性受到抑制等；郭淑满等通过对污染区上、中、下游土壤中重金属含量的检测分析，探讨污水灌溉土壤中重金属污染物的积累过程。
聂永丰1987年用数值模拟的方法研究了污染物氘在下包气带非饱和水条件下的迁移转化问题。近几年,我国土壤物理学者在室内外开展了一些溶质运移的实验研究,如叶自桐、黄康乐在1987年分别对饱和非饱和土壤溶质运移进行了试验研究数值模拟;叶自桐在1990年还对传输函数模型(TFM )进行了简化,提出了适于研究入渗条件下土壤盐分对流运移的传输函数修正模型;吕家珑等人对土壤中磷的运移进行了研究;王亚男对含磷污水淋滤条件下土壤中磷迁移转化进行了模拟试验。刘玲在1995年进行了污水灌溉重氮化合物迁移转化过程的研究。杨金忠2004年进行了污水灌溉系统中氮磷转化运移的试验研究。同年,杨金忠又进行了污水灌溉系统中氮素转化运移的数值模拟分析。研究人员也对石家庄污灌区的土壤影响情况进行了研究，笔者在下边进行了介绍。
我国很多污灌地区都在对污水灌溉对土壤所造成的影响进行着不断的观察和研究，沈阳市的张士灌区因常年进行污水灌溉，导致土壤内Cd含量超标，直接影响了当地人的身体健康状况，沈陽市对此采取了很多措施，设置监测站，对有毒金属元素进行追踪研究，对其转移规律也正在研究当中，期间实行了停灌并使用渠道灌溉，元素含量依然居高不下，可见污水灌溉所造成的这种重金属污染是长期的，也为治理工作带来了很大的困难。
3.2污水灌溉对地下水资源影响的研究
污水中污染物能渗透进入地下水造成污染。Janiagers等通过对梅斯基塔尔流域不同深度地下水的一系列物理、化学和微生物参数的分析，研究了污水灌溉对地下水的影响；冯绍元等通过盆栽试验分析污水灌溉对小麦、大白菜等农作物生长发育的影响，探讨重金属污染物在作物体内的累积过程；北京市在污水农业利用区划的研究中探讨了污灌对地下水的污染机理，认为灌溉污水首先在上层土壤产生淋溶，渗透水中的盐分和重金属含量逐渐增加，并向下层淋溶，下层土壤的淋溶强度逐渐减弱，到7～8 m时灌溉水的淋溶作用基本消失，则地下水埋深小于7 m的污水灌区容易造成地下水污染。灌溉污水在进入地下水的过程中，有的还可形成污灌反漏斗对深层地下水产生威胁。从灌溉污水的空间分布来看，其垂直运动速度约为1～2m/a，而在污水灌溉干渠的含水层里灌溉污水形成了一个宽1～3 km的迁移扩散带，造成区内高于50%的井水硝酸离子浓度超标。
武汉大学的有关研究人员对石家庄污水灌溉区的地下水进行了多年的观测，并做了较深入的研究。根据2002年对污灌区东明渠—洨河水系和土壤环境质量进行了调查，调查显示重金属污染物（砷、汞、铅）均有超标，而此项研究建立了石家庄污灌区水资源系统动力学模型，分析了污水在水资源系统中的迁移过程，并且预测土壤和地下水中重金属（砷、汞、铅）、有机氯（DDT、HCH）污染的发展趋势，研究对2000~2030年地下水资源和土壤水资源污染状况进行了模拟预测，得出以下结论，见图2
图2 土壤水和地下水资源污染状况发展趋势模拟预测
结果显示，2000~2030年，土壤重金属污染呈现逐年下降，后渐趋平缓，土壤有机氯污染呈现较缓慢的下降，后逐渐稳定的趋势；地下水重金属和有机氯污染均呈现逐年增长的趋势。
4、展望
通过对以上研究进展的归纳总结，我们可以看出尽管国内外在污水灌溉污染物迁移转化试验与模拟研究方面取得了不少研究成果,但这些成果多为经验性和纯理论的,距离指导实际的污水灌溉还有一定的距离;由于受到对污水灌溉认识的限制,以及作物-土壤-地下水系统的复杂性与隐蔽性,人们对污染物转化运移机理了解不够,对污染物在作物、土壤中迁移转化的整体模拟研究不多,大多数是对这一系统分散的零碎的研究,并没有将这些过程联系起来综合研究;对污染物在以上系统中运移、转化、积累的实验和理论研究还不成熟,转化运移参数的尺度及其率定方法还需进一步研究。
对于污水灌溉的研究，我国尚处于初级阶段，对其利与弊的认识还不够全面，鉴于我国的实际情况，提出以下几点看法：
1、对灌溉水质的要求标准要更加细化，因为不同作物对水质要求不同；
2、污水灌溉后，要长期监测其中的N、P、有机物，特别是重金属在植物、土壤和地下水之间的转移规律；
3、结合不同污灌区的实际状况，研究污水灌溉对环境影响和健康风险评价指标，并确定评价方法。
作者简介：
张建勇，男，1980年生，大专，助理工程师，河北省栾城县自来水公司，从事供水、管路安装、水费收取等工作。
张红萍，女，1978生，本科，工程师，河北省石津灌区管理局，从事农田灌溉、工程管理等工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
關键词 污水灌溉；环境影响；研究进展
Abstract This paper gives a simple summary about wastewater irrigation on environmental influence ,and then the study progress of wastewater irrigation on environmental influence is also summarized here. According to the existed problems from the wastewater irrigation in China ,the writer states his own advise and the direction we should strengthen in the future.
Key words wastewater irrigation; environmental influence; study progress
根据全国水资源评价报告，我国水资源总量居世界前列，但因人口众多，人均水资源占有量仅为2200 m3，为世界平均水平的28%，被列为全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。河北省又是我国缺水最为严重的地区之一，根据2010年的调查数据显示，我省人均水资源量307m3，耕地亩均211m3，属于严重的资源性缺水，所以近年来污水资源化已被受到重视，且污水资源化是缓解水资源短缺的有效途径。河北是农业大省，农业用水日益短缺，实践表明，污水资源化是解决水资源缺乏的有效途径之一，但污水灌溉的利与弊我们也应看到。一方面，污水灌溉能为植物生长提供一部分养分，增加土壤有机质，从而提高土壤肥力, 而另一方面,污水中的过量养分、有毒化学物质,处理不当会造成严重后果，危害环境和人类健康。所以研究污水灌溉对环境的影响对保护生态环境,促进社会经济持续发展有重要意义
1.污水灌溉的基本情况
1.1国外基本情况
污水灌溉已经在很多国家得到了广泛的发展。美国、日本、以色列、南非等水资源较缺乏的国家污水灌溉技术都很发达。日本从1997年开始实行农村污水处理计划，到目前为止，已经建成约2000个污水处理厂，大多都是为农田灌溉提供水源。以色列是世界上极度缺水的国家之一，它的污水处理率达到了90%以上，而且利用率也在70%以上，其中57%的污水进行净化后用于灌溉水质要求较高的农业和园林地灌溉。
1.2 国内基本情况
我国污水灌溉正式起步始于20世纪40年代，随着污水排放量的日益增加和农业缺水状况的日益加剧，据全国第二次污灌区环境质量状况普查统计（基准年为1995年），中国污水灌溉农田面积为360余万hm2，占全国总灌溉面积的7.3%,主要分布在中国北方水资源短缺的海、辽、黄、淮流域，约占全国污水灌溉面积的85%，比20世纪80年代初第一次污灌普查时的140万hm2增加了1.6倍。但据调查，大多是将没有处理的污水就直接灌进农田，这样就给污水灌溉想要达到的效果大打折扣了。
2、我国污水灌溉对环境的影响现况
试验表明，污水灌溉对土壤、地下水环境和农作物都有不同程度的影响。
2.1 污水灌溉对土壤的影响
调查表明常年不合理的污水灌溉会引起严重的土壤有机污染、酸碱盐污染和重金属污染，其中属重金属污染最为严重，由于其高残留、难降解，危害大等原因，给治理工作带来了很大的困难。据中国农业部进行的全国污灌区调查,在约140万hm2的污水灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污水灌溉区面积的64.8%,其中轻度污染的占46.7%,中度污染的占9.7%,严重污染的占8.4%，对北京、白银、沈阳等地污灌区的研究表明，污水灌溉是土壤重金属积累的重要原因之一，尤其是毒性极强的汞、砷、铅、铬和镉等重金属严重超标。
2.2 污水灌溉对农作物的影响
污染物通过不合理的灌溉进入农田，进而沉积在土壤中被作物吸收，由于富集作用会在作物的茎、叶、果实和种子中存在，它不仅会影响作物正常的生长，还会通过食物链等渠道危及人类的健康。国内研究表明，污水灌溉对小麦、玉米、水稻等作物的生长发育具有一定的抑制作用。有关污水灌溉后蔬菜重金属含量的研究表明，各种蔬菜中重金属的吸收积累量表现为根＞茎＞叶。对渭河流域污灌区的农作物进行26项污染物的监测，其中浓度超过国家标准的有17项，新鲜根菜类蔬菜中的亚硝酸盐超标最严重，达7.9倍。与非污灌组相比，污灌作物生长受阻，叶片色素含量降低，叶组织膜结构损伤。此外，如果用含氮污水超负荷灌溉农田，过多的氮素会引起作物陡长、倒伏、贪青、晚熟、易感染病虫害、颜色异常等现象。沈阳污灌区就曾发生大面积水稻倒伏和稻瘟病等污染事故。目前，对于作物体内污染物的运移特性及作物的生理响应还缺乏必要的研究。
2.3 污水灌溉对地下水环境的影响
污水灌溉对地下水环境的影响也是不容小觑的。污水中高浓度的含氮有机物及铵离子发生硝化作用时产生的硝氮和亚硝氮会进入地下，随着污灌的不断进行会逐层下渗，造成地下水的污染。污水灌溉地区水资源转化关系如图1所示，也因为有如此的转化关系，污水中的微生物例如细菌、病毒及寄生虫等通过土壤水进入土壤深层而进入地下水。
图1污水灌溉地区水资源转化关系
石家庄市是河北省省会所在地，随着经济建设的快速发展,城市污水排放量每年己达2.7亿t,这些废水通过排污水渠直接进入洨河、出石家庄市后入溢阳河，沿途经过的农村大都采用污水进行灌溉，大大减少了对地下水的开采，据调查，当地农民不用为农田施肥就可以得到很好的收成，可见污灌的效益不容忽视，但也带来了一定的危害。石家庄近郊具有几十年的污水灌溉历史，有实验对典型灌区的地下水进行了采样分析。此项实验在对比确认污水灌溉对地下水的补给效果的基础上,基于电导率、硝酸根以及溶解氧浓度的测试结果,分析了污灌区地下水的水质变化特性。在污水灌溉区的硝态氮浓度很高,分布在35mg/l~130mg/l范围内,井深小于40m的井水的硝酸根离子浓度超标率为100%。而在用地下水进行灌溉的地区,硝酸根离子浓度都在35 mg/l以下。此外,经过长期污灌的地区,地下水化学类型已从原有的重碳酸硫酸钙(钙镁)型水演变成了重碳酸氯化钙(钙镁)型水,矿化度也比较高。在一般情况下,由于城市污水来源是连续的,而农作物需水是有季节性的。在作物非生长期,污水很容易进入地下水。这可能是造成长期利用污水灌溉的地区水化学性质改变的主要原因。
3、研究情况
针对污水对以上环境各个方面的影响，我国的学者做了大量的试验和研究。
3.1 污水灌溉对土壤影响的研究
目前对污染物在非饱和土壤中迁移转化的研究是工作的重点，尤其是N、P、重金属和有机农药污染方面受到了农学家们的高度重视，对于这些污染物在土壤作物系统中的转移和分布规律，研究人员做了大量的实验和理论研究，取得了比较大的进展。李恋卿等通过在石灰性褐土上连续9年的污水灌溉试验，分析了长期污水灌溉使土壤基本理化性质的改变。研究表明土壤有机质、速效态养分含量明显增加且有向深层积累的趋势，土壤孔隙度降低，容重增加，土壤中生物酶活性受到抑制等；郭淑满等通过对污染区上、中、下游土壤中重金属含量的检测分析，探讨污水灌溉土壤中重金属污染物的积累过程。
聂永丰1987年用数值模拟的方法研究了污染物氘在下包气带非饱和水条件下的迁移转化问题。近几年,我国土壤物理学者在室内外开展了一些溶质运移的实验研究,如叶自桐、黄康乐在1987年分别对饱和非饱和土壤溶质运移进行了试验研究数值模拟;叶自桐在1990年还对传输函数模型(TFM )进行了简化,提出了适于研究入渗条件下土壤盐分对流运移的传输函数修正模型;吕家珑等人对土壤中磷的运移进行了研究;王亚男对含磷污水淋滤条件下土壤中磷迁移转化进行了模拟试验。刘玲在1995年进行了污水灌溉重氮化合物迁移转化过程的研究。杨金忠2004年进行了污水灌溉系统中氮磷转化运移的试验研究。同年,杨金忠又进行了污水灌溉系统中氮素转化运移的数值模拟分析。研究人员也对石家庄污灌区的土壤影响情况进行了研究，笔者在下边进行了介绍。
我国很多污灌地区都在对污水灌溉对土壤所造成的影响进行着不断的观察和研究，沈阳市的张士灌区因常年进行污水灌溉，导致土壤内Cd含量超标，直接影响了当地人的身体健康状况，沈陽市对此采取了很多措施，设置监测站，对有毒金属元素进行追踪研究，对其转移规律也正在研究当中，期间实行了停灌并使用渠道灌溉，元素含量依然居高不下，可见污水灌溉所造成的这种重金属污染是长期的，也为治理工作带来了很大的困难。
3.2污水灌溉对地下水资源影响的研究
污水中污染物能渗透进入地下水造成污染。Janiagers等通过对梅斯基塔尔流域不同深度地下水的一系列物理、化学和微生物参数的分析，研究了污水灌溉对地下水的影响；冯绍元等通过盆栽试验分析污水灌溉对小麦、大白菜等农作物生长发育的影响，探讨重金属污染物在作物体内的累积过程；北京市在污水农业利用区划的研究中探讨了污灌对地下水的污染机理，认为灌溉污水首先在上层土壤产生淋溶，渗透水中的盐分和重金属含量逐渐增加，并向下层淋溶，下层土壤的淋溶强度逐渐减弱，到7～8 m时灌溉水的淋溶作用基本消失，则地下水埋深小于7 m的污水灌区容易造成地下水污染。灌溉污水在进入地下水的过程中，有的还可形成污灌反漏斗对深层地下水产生威胁。从灌溉污水的空间分布来看，其垂直运动速度约为1～2m/a，而在污水灌溉干渠的含水层里灌溉污水形成了一个宽1～3 km的迁移扩散带，造成区内高于50%的井水硝酸离子浓度超标。
武汉大学的有关研究人员对石家庄污水灌溉区的地下水进行了多年的观测，并做了较深入的研究。根据2002年对污灌区东明渠—洨河水系和土壤环境质量进行了调查，调查显示重金属污染物（砷、汞、铅）均有超标，而此项研究建立了石家庄污灌区水资源系统动力学模型，分析了污水在水资源系统中的迁移过程，并且预测土壤和地下水中重金属（砷、汞、铅）、有机氯（DDT、HCH）污染的发展趋势，研究对2000~2030年地下水资源和土壤水资源污染状况进行了模拟预测，得出以下结论，见图2
图2 土壤水和地下水资源污染状况发展趋势模拟预测
结果显示，2000~2030年，土壤重金属污染呈现逐年下降，后渐趋平缓，土壤有机氯污染呈现较缓慢的下降，后逐渐稳定的趋势；地下水重金属和有机氯污染均呈现逐年增长的趋势。
4、展望
通过对以上研究进展的归纳总结，我们可以看出尽管国内外在污水灌溉污染物迁移转化试验与模拟研究方面取得了不少研究成果,但这些成果多为经验性和纯理论的,距离指导实际的污水灌溉还有一定的距离;由于受到对污水灌溉认识的限制,以及作物-土壤-地下水系统的复杂性与隐蔽性,人们对污染物转化运移机理了解不够,对污染物在作物、土壤中迁移转化的整体模拟研究不多,大多数是对这一系统分散的零碎的研究,并没有将这些过程联系起来综合研究;对污染物在以上系统中运移、转化、积累的实验和理论研究还不成熟,转化运移参数的尺度及其率定方法还需进一步研究。
对于污水灌溉的研究，我国尚处于初级阶段，对其利与弊的认识还不够全面，鉴于我国的实际情况，提出以下几点看法：
1、对灌溉水质的要求标准要更加细化，因为不同作物对水质要求不同；
2、污水灌溉后，要长期监测其中的N、P、有机物，特别是重金属在植物、土壤和地下水之间的转移规律；
3、结合不同污灌区的实际状况，研究污水灌溉对环境影响和健康风险评价指标，并确定评价方法。
作者简介：
张建勇，男，1980年生，大专，助理工程师，河北省栾城县自来水公司，从事供水、管路安装、水费收取等工作。
张红萍，女，1978生，本科，工程师，河北省石津灌区管理局，从事农田灌溉、工程管理等工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。