污水灌溉對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境的影響分析

摘要：目的：確定如何科學(xué)合理的進(jìn)行污水灌溉，防止污染農(nóng)田土壤環(huán)境。方法：本文針對(duì)污水中污染物的特點(diǎn)，以小麥和蠶豆為試驗(yàn)材料，運(yùn)用化學(xué)指標(biāo)與生態(tài)毒理指標(biāo)結(jié)合的方法。結(jié)果：進(jìn)行土壤污染生態(tài)研究。結(jié)論：污水對(duì)作物生長(zhǎng)具有一定的毒害作用，其處理后通過稀釋，毒害作用可以明顯減輕。

關(guān)鍵詞：污水灌溉 農(nóng)田土壤環(huán)境 分析

城市污水中含有大量的有機(jī)物，以蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮、磷、鉀等為多，且含有鈣、鎂、銅、鋅、鋁等多種微量元素，其作為一種重要的資源用于農(nóng)業(yè)灌溉在我國(guó)乃至世界都有著悠久的歷史，在目前全球水資源日趨緊張的情況下，許多地區(qū)已將污水作為重要的灌溉水源。在污水灌溉中，水肥資源得到充分利用，但將導(dǎo)致土壤中污染物的積累、向地下水的運(yùn)移或通過作物向食物鏈傳輸，土壤—植物系統(tǒng)的污染將給人類健康帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)污水中污染物的特點(diǎn)，以小麥和蠶豆為試驗(yàn)材料，運(yùn)用化學(xué)指標(biāo)與生態(tài)毒理指標(biāo)結(jié)合的方法進(jìn)行土壤污染生態(tài)研究，確定如何科學(xué)合理的進(jìn)行污水灌溉，防止污染農(nóng)田土壤環(huán)境，使之成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新水源。

1 污灌發(fā)展情況簡(jiǎn)介

我國(guó)從20世紀(jì)50年代就開始引用污水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，1998年全國(guó)灌溉面積已達(dá)0.53億hm2，成為世界第一灌溉大國(guó)。以灌溉為主的農(nóng)業(yè)用水量占全國(guó)總用水量的70%以上，在約占全國(guó)耕地面積50%的灌溉面積上生產(chǎn)著全國(guó)糧食總產(chǎn)量的80%、棉花總產(chǎn)量的90%和蔬菜總產(chǎn)量的95%。近些年來(lái)，隨著水資源的短缺和污水排放量增加，污灌面積也迅速增加，據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，2010年灌溉面積將增加到0.57億hm2。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，灌溉用水不斷被工業(yè)和城市生活用水所擠占，農(nóng)業(yè)缺水日趨嚴(yán)重，特別是北方地區(qū)，由于水資源開發(fā)幾乎達(dá)到了臨界狀態(tài)，農(nóng)業(yè)灌溉用水的不足只能依靠污水解決。

2 污灌對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境的危害

污水灌溉發(fā)展至今，對(duì)環(huán)境危害逐漸顯現(xiàn)并日趨嚴(yán)重。一般來(lái)說多數(shù)地區(qū)以有機(jī)污染為主，毒理污染次之，個(gè)別如化工、冶金、造紙等企業(yè)密集區(qū)則以毒理污染為主。有機(jī)污染物主要有BOD、COD、氨、氮；毒理污染物有酚類、氰化物、砷、汞、鉻、鉛、鎘、銅、鋅、硫化物、氟化物等。

一般土壤都具有一定的自凈能力的。如:土壤中若含有一定量的蒙脫石、伊利石、水化云母，其在堿性環(huán)境中對(duì)汞、鋁、鋅具有高度的吸收能力，石灰性土壤和富含有機(jī)質(zhì)土壤可與鉛、鋅、砷、鉻絡(luò)合，降低這些金屬離子的可滲性和遷移性；有機(jī)物對(duì)土壤的污染一般在一定時(shí)期內(nèi)都可被降解，但土壤的自凈力是有限的，長(zhǎng)期超負(fù)荷的污灌勢(shì)必造成污染物尤其是重金屬在土壤中的積累，當(dāng)有機(jī)物積累大于降解時(shí)，將對(duì)土壤造成污染，土壤污染后進(jìn)一步對(duì)地下水和農(nóng)作物產(chǎn)生污染。

農(nóng)作物對(duì)污染物具有選擇性吸收能力，不同種類農(nóng)作物遭受污染的難易程度不同，且其污染程度受污水類型、污灌史長(zhǎng)短、土壤成份等眾多因素影響。調(diào)查研究表明，作物株體不同部位對(duì)污染物累積程度不一，呈現(xiàn)根、莖、葉、籽粒果實(shí)遞減的規(guī)律。一般農(nóng)作物污染負(fù)荷由大到小依次為菠菜、小麥、圓白菜、西紅柿、黃瓜、蘿卜、葫蘆、水稻、大白菜、玉米?？偟膩?lái)看，蔬菜比糧食作物易受污染，蔬菜中菠菜易受污染，糧食中小麥易受污染，其中小麥的砷、鎘、氟污染較重。

3 污灌對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響

以下分別列出了二級(jí)污水廠處理后的不同污水對(duì)小麥萌根數(shù)、根長(zhǎng)的影響，它們的生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致。

由上圖中可以看出：48小時(shí)內(nèi)，與對(duì)照相比，污水表現(xiàn)出對(duì)小麥生長(zhǎng)的抑制作用，72小時(shí)后，與對(duì)照相比，污水稀釋水表現(xiàn)出對(duì)小麥生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，而曝氣池中水、污水仍然表現(xiàn)出對(duì)小麥生長(zhǎng)的抑制作用。分析其原因，可能是由于植物在生長(zhǎng)初期對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求不高，所以自來(lái)水中培養(yǎng)的小麥長(zhǎng)勢(shì)最好，而到生長(zhǎng)后期對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求增加，所以含有氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的出水稀釋水表現(xiàn)出對(duì)作物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。而曝氣池中水和污水由于含有大量抑制作物生長(zhǎng)的物質(zhì)，所以總體上表現(xiàn)出對(duì)作物生長(zhǎng)的抑制作用。

4 污灌對(duì)小麥葉片色素含量的影響

污灌對(duì)小麥葉片色素含量的影響見下表：

■

圖3 不同處理小麥色素含量上升比例

葉綠素作為植物光合作用的色素，其含量高低決定其光合作用的水平。葉綠素含量降低，導(dǎo)致光合作用減弱，進(jìn)而使植物長(zhǎng)勢(shì)減弱，植株生長(zhǎng)量減少。由上表知，處理組小麥與對(duì)照組小麥色素含量有明顯差異，且污水稀釋水與對(duì)照相比，色素含量上升比例最高，曝氣池中水培養(yǎng)小麥的葉綠素a 、b含量及類葫蘿卜素含量均顯著低于污水和污水稀釋水，外觀上則顯示為作物葉片失綠發(fā)黃，趨于老化。曝氣池中水培養(yǎng)小麥葉綠素a比出水稀釋水下降11.9%，葉綠素b下降12.4%，類葫蘿卜素含量下降10.6%，表現(xiàn)出三者對(duì)污灌的敏感程度依次為葉綠素b>葉綠素a>類葫蘿卜素。

5 污水對(duì)蠶豆根尖微核的影響

表2 不同水樣培養(yǎng)的蠶豆的根尖微核率

■

注:以上數(shù)據(jù)是經(jīng)過計(jì)算得出的

由表2可以看出，曝氣池中的水培養(yǎng)的蠶豆根尖微核率最高，為中度污染。污水為輕污染，污水稀釋水與對(duì)照組（自來(lái)水）最為接近，基本無(wú)污染，說明污水稀釋水對(duì)作物沒有遺傳毒害。

6 重金屬與生物指標(biāo)的相關(guān)性分析

從表3中可以看出，葉綠素的含量與重金屬的濃度呈負(fù)相關(guān)，而微核檢出率與重金屬的濃度呈正相關(guān)，通過計(jì)算其相關(guān)系數(shù)可以看到R2值都大于0.92，說明重金屬含量與葉綠素含量和微核率有明顯的相關(guān)性。

7 結(jié)論

從以上處理后的不同污水對(duì)蠶豆和小麥生長(zhǎng)的影響可以看出，處理后的污水稀釋一倍后其對(duì)小麥生長(zhǎng)狀況最好，說明它有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育，且沒有遺傳毒害，污水次之。自來(lái)水對(duì)植物雖然沒有遺傳毒害，但自來(lái)水中缺乏植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因而植物的生長(zhǎng)狀況不是很好。曝氣池中水處理的植物生長(zhǎng)狀況最不理想，而且對(duì)植物具有遺傳毒害作用。

綜上所述，污水對(duì)作物生長(zhǎng)具有一定的毒害作用，其處理后通過稀釋，毒害作用可以明顯減輕。為此應(yīng)盡可能的發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，減少或避免其危害，針對(duì)性地采取一些措施:一是禁止引用嚴(yán)重超標(biāo)的污染水進(jìn)行污灌；二是可將污水稀疏后灌溉，從而有效減少污染物的積累；三是根據(jù)污水類型和農(nóng)作物對(duì)元素選擇性吸收的特點(diǎn)，科學(xué)合理安排農(nóng)作物種植種類，將污染降到最低限度；四是在地下巖層防護(hù)性能薄弱區(qū)域和地下水源開采區(qū)附近慎用污水灌溉。所以，科學(xué)合理的進(jìn)行污灌對(duì)增加土壤肥力、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、替代或節(jié)約地下水資源具有十分重要的作用，將會(huì)使污水成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新水源。

參考文獻(xiàn):

[1]高拯民.土壤-植物系統(tǒng)污染生態(tài)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社1986.1～6.

[2]朱蔭湄，周啟星.我國(guó)土壤污染與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)狀，理論與發(fā)展前景[J].土壤通報(bào)1999，30(3):132～135.

[3]孫寶華，關(guān)于污水灌溉問題的探討，環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài)2005年第二期.

作者簡(jiǎn)介：孟惠萍，女，（1968-），陜西岐山人，寶雞市環(huán)境影響評(píng)價(jià)所。

謝萍娟，女，（1977-），陜西岐山人，寶雞市環(huán)境影響評(píng)價(jià)所。