再生水回灌對棉田土壤鹽分的影響*

陳 春，李妙伶

（塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

0 引言

城市生活污水在歐美發(fā)達(dá)國家回用廣泛，但其對作物長勢、土壤理化性質(zhì)、人類健康等方面也會造成影響，研究如何進(jìn)行污水再生處理和回用十分重要，國內(nèi)外眾多學(xué)者曾對此開展了廣泛研究[1-6]。在國外，回用再生水中的大部分用于農(nóng)業(yè)灌溉和景觀，近1/3用于工業(yè)，少部分用于地下水回灌和城市市政雜用等。隨著國家一帶一路戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，新疆地區(qū)對我國的戰(zhàn)略意義凸顯，需要進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境等方面的建設(shè)，城市生活污水再利用更是循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的重要一步。

為縮小與發(fā)達(dá)國家在再生水回用上的差距，進(jìn)一步研究再生水回灌技術(shù)在極端干旱地區(qū)應(yīng)用效果，本研究提出利用城市生活污水經(jīng)污水處理廠處理后排水作為棉花灌溉用水，研究處理后的再生水對棉田土壤鹽分含量造成的影響，旨在提高新疆南部地區(qū)水資源利用效率，緩解用水緊張現(xiàn)狀，同時，探究處理后污水作為棉田長期用水的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和主要儀器

再生水為經(jīng)污水處理廠處理后符合國家農(nóng)田灌溉回用標(biāo)準(zhǔn)的水（H），具體水質(zhì)理化指標(biāo)見表1。對照水（CK）為阿拉爾市城市綠化用水。供試棉花品種為新陸中37號，該品種屬中早熟陸地棉，生育期140 d左右。試驗(yàn)儀器主要有LAC164分析天平和上海精科DDS-307型電導(dǎo)率儀。

表1 試驗(yàn)用水主要理化指標(biāo)檢測結(jié)果

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)在塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院試驗(yàn)基地 （79°23′33″～ 81°53′45″E，40°20′00″～ 41°47′18″N）進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔1 020 m，為典型極端干旱氣候區(qū)。年均氣溫10.8℃，年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 976.6～2 558.9 mm。屬氯化物-硫酸鹽類土壤類型，土壤質(zhì)地為砂壤土，0～100 cm平均土壤容重1.34 g/cm3，pH 8.49，土壤含鹽量 1.2 ～ 1.5 g/kg，地下水埋深3～4 m。試驗(yàn)地從2011年開始連續(xù)種植苜蓿，2015年開始種植棉花，種植模式為一膜兩帶4行，膜面壟臺寬度180cm，行距為40cm+70 cm+40 cm，株距 5 cm（見圖1）。

2016年4月2日試驗(yàn)小區(qū)春灌時進(jìn)行試驗(yàn)處理布置，灌溉方式為春灌定額200 mm，棉花種植后選取長勢均勻5.0 m×5.4 m面積作為試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)按照400 mm定額進(jìn)行灌溉。試驗(yàn)設(shè)計祥見表2。

圖1 種植模式

表2 灌溉方案

2次灌水前和采收后在各試驗(yàn)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取棉株旁10 cm左右范圍內(nèi)的2個點(diǎn)，土鉆鉆取50 cm深度土壤，分別將 0～ 5 cm（H1）、5～ 10 cm（H2）、10～ 15 cm（H3）、15 ～ 20 cm（H4）、20 ～ 25 cm（H5）、25～ 30 cm（H6）、30 ～ 35 cm（H7）、35 ～ 40 cm（H8）、40～ 45 cm（H9）和 45～50 cm（H10）土壤標(biāo)記保存，用電導(dǎo)率儀測定土壤溶液電導(dǎo)率（土水比為1∶5）。

1.3 測試指標(biāo)及方法

1.3.1 籽棉產(chǎn)量

圖2 污水回灌區(qū)土壤稀釋溶液電導(dǎo)率變化

11月中旬統(tǒng)一采收，并測量試驗(yàn)區(qū)棉花株數(shù)、結(jié)鈴數(shù)、單鈴重和總產(chǎn)量。

1.3.2 土壤鹽分

土壤烘干研磨，過0.5 mm篩，每種深度土樣取10 g，用電導(dǎo)率儀測定土壤溶液電導(dǎo)率（土水比為1∶5），配置標(biāo)準(zhǔn)鹽溶液，作為推算總鹽的標(biāo)定曲線模板。

1.3.3 再生水理化指標(biāo)

再生水理化指標(biāo)按國家標(biāo)準(zhǔn)和指定方法進(jìn)行檢測，主要檢測水體 BOD5、COD、SS、NH4+-N、TN、TP和pH指標(biāo)，綠化水主要檢測水體pH指標(biāo)。

1.4 種植方法

1.4.1 大田種植

供試棉花品種種植時間為2015年5月3日，收獲時間為2015年11月20日。6月20日、7月15日、8月7日進(jìn)行蚜蟲和紅蜘蛛的防治，藥物配比為每20 L水加50 g蚜蟲凈和15 mL阿維菌素水劑，單次噴施勾兌藥劑40 L/667 m2。

1.4.2 灌水定額

試驗(yàn)地于7月5日進(jìn)行第一次灌溉，單次灌水定額200mm，8月10日進(jìn)行第二次灌溉，單次灌水定額200mm。

1.5 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計和作圖分析采用Excel 2007軟件。

圖3 對照灌區(qū)土壤稀釋溶液電導(dǎo)率變化

2 結(jié)果與分析

不同處理土壤2次灌溉前后鹽分變化情況如圖2、3所示。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，污水回灌區(qū)表層0～5 cm土壤鹽分采收后含量最高，第一次灌前最低，鹽分在表層富集，且隨著時間的推移，積聚量增加。對照灌區(qū)表層0～5 cm土壤鹽分也隨著時間推移和灌水增加逐漸增加，但總體富集情況較污水回灌略低，污水回灌區(qū)0～5 cm土層含鹽量在第一次灌前、第二次灌前和采收后分別比對照區(qū)高2.0%、13.3%、19.6%。

在5～10 cm深度上，土壤鹽分較表層0～5 cm略少，說明土壤鹽分在虹吸作用下隨水分向地表移動，并在水分蒸發(fā)后停留在表層0～5 cm土壤中，造成表層土壤含鹽量高于5～10 cm土層，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別高4%、22%和43%。

在10～15 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別低10%、高31%和高17%。

在15～20 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別高4%、20%和18%。

在20～25 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別高1%、19%和35%。

在25～30 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別高12%、48%和52%。

在30～35 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別高4%、40%和42%。

在35～40 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別低2%、12%和14%。

在40～45 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別低0.4%、13%和23%。

在45～50 cm深度上，污水回灌區(qū)土壤鹽分在第一次灌前、第二次灌前和采收后較對照區(qū)分別高17%、9%和8%。

土壤鹽分在0～25 cm深度范圍內(nèi)逐漸降低，污水回灌區(qū)土壤鹽分在25～35 cm深度范圍內(nèi)隨深度變化逐步增加，35～45 cm深度范圍內(nèi)隨深度增加又逐步減少，在45～50 cm范圍內(nèi)又隨深度增加逐步升高。對照灌區(qū)土壤含鹽量在25～50 cm深度范圍內(nèi)隨深度增加總體呈升高趨勢。

污水回灌區(qū)土壤鹽分在0～40 cm深度范圍內(nèi)隨著灌溉次數(shù)的增加和時間的推移，總體呈增加趨勢，在40 cm深度以后變化不明顯；對照灌區(qū)土壤鹽分含量隨著灌溉次數(shù)的增加和時間推移總體呈增加趨勢。

3 討論

通過比較污水回灌區(qū)和對照灌區(qū)土壤鹽分在3次測量時的變化情況發(fā)現(xiàn)，灌溉過程中隨水進(jìn)入土壤中的鹽分沒有被植物充分利用，而是積聚在土壤中，并且隨著水分運(yùn)移而逐漸向表層集中，導(dǎo)致土壤表層含鹽量較深層高。

生活污水處理后回灌，其中鹽分較常規(guī)灌溉用水含量更高，在土層中更易富集，25 cm深度范圍內(nèi)為土壤水分主要蒸發(fā)區(qū)域，每次灌溉土壤中鹽分主要分布在0～40 cm深度范圍內(nèi)。

常規(guī)灌溉用水中鹽分主要分布在0～50 cm深度，其中0～25 cm深度范圍為水分主要蒸發(fā)區(qū)，這個區(qū)域鹽分含量與土層深度呈負(fù)相關(guān)，在25 cm以下深度土壤鹽分少量聚集，并隨深度增加含量逐漸增加，這大概與棉花根系的主要分布范圍有關(guān)。

4 結(jié)論

（1）在棉花生育期采取灌水定額為400 mm對棉田進(jìn)行灌溉，污水回灌與常規(guī)灌溉相比會提高土壤縱向0～30 cm深度總鹽含量，容易引發(fā)土壤次生鹽漬化。（2）本試驗(yàn)中，土壤蒸發(fā)水分主要來自25 cm深度范圍內(nèi)的土層，且鹽分隨水分運(yùn)移，并向地表富集。（3）污水回灌鹽分在0～40 cm深度范圍內(nèi)積聚，常規(guī)灌溉水分在0～50 cm深度范圍內(nèi)積聚。

因此，污水可以做為臨時用水資源進(jìn)行灌溉，但不能長期做為農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行灌溉，在利用污水作為生育期水源后，要在來年種植作物前對土壤進(jìn)行淋洗，以降低土壤鹽分，防止土壤次生鹽漬化。

參考文獻(xiàn)

[1]李莎，何新林，王振華，等.微咸水滴灌對土壤鹽分及棉花產(chǎn)量影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2011（7）：16-20.

[2]馬傳平.污水再生利用的健康風(fēng)險分析[D]天津大學(xué)，2007.

[3]李洪良.農(nóng)田污水灌溉的風(fēng)險分析研究[D]河海大學(xué)，2007.

[4]王允妹.城市污水二級處理出水地下回灌深度處理技術(shù)研究[D].東北大學(xué)，2005.

[5]陳治江，陳曉.烏魯木齊市再生水灌溉對棉花品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（5）：2006-2008.

[6]張豫，朱珠，蔡德所.干旱區(qū)咸水膜下滴灌對棉花生長與產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)村水利水電，2015（9）：106-109.