再生水灌溉小麥的可行性分析與評價(jià)

楊 璞

（邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 河北 邯鄲 056001）

河北省是我國的農(nóng)業(yè)大省，小麥的種植面積與總產(chǎn)量均居全國第3位[1]，在國家的糧食安全中起著至關(guān)重要的作用[2]。由于河北省處于水資源低的流域[3]，長期以來的水資源匱乏成為小麥發(fā)展的限制因子。為保障小麥的主體地位，滄州、衡水等市過度開采地下水用于農(nóng)業(yè)灌溉，引起地下漏斗的產(chǎn)生[4]，存在安全隱患，出現(xiàn)水資源危機(jī)現(xiàn)象。因此，解決水資源匱乏、保障小麥主體地位成為當(dāng)前亟待解決的問題。

目前，省內(nèi)許多學(xué)者主要考慮通過節(jié)水技術(shù)及節(jié)水品種的推廣來解決水資源危機(jī)。眾所周知，節(jié)水品種的推廣種植勢必會以犧牲產(chǎn)量為代價(jià)，與提升小麥地位背道而馳；而節(jié)水技術(shù)在一定時(shí)期內(nèi)能起到緩解水資源危機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但在水資源有限條件下，節(jié)水技術(shù)的推廣應(yīng)用不可能長期、有效的發(fā)展。只有尋求新的灌溉水源才是解決水資源危機(jī)的切實(shí)可行途徑。

隨著工業(yè)的發(fā)展、城市的擴(kuò)展以及人口劇增，污水的產(chǎn)量與日俱增。污水經(jīng)處理后形成再生水，回用于小麥灌溉可緩解河北省水資源匱乏的風(fēng)險(xiǎn)。然而，再生水中含有許多重金屬離子，會對小麥及土壤系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。分析與評價(jià)再生水回用于麥田灌溉對再生水的合理利用具有重要的指導(dǎo)意義。

1 再生水對小麥的影響

1.1 對小麥萌發(fā)的影響。種子萌發(fā)的優(yōu)劣決定著播種后成苗的質(zhì)量以及植株的生長發(fā)育狀況。運(yùn)用水培模擬實(shí)驗(yàn)研究了再生水對小麥種子萌發(fā)的影響，結(jié)果表明，再生水可顯著促進(jìn)小麥種子萌發(fā)及根系生長[5，6]。當(dāng)再生水中含有低濃度的Pb和Cd時(shí)，也可促進(jìn)種子萌發(fā)以及根系生長；但中、高濃度的Pb和Cd會表現(xiàn)出抑制作用，且重金屬濃度越高抑制作用越強(qiáng)[5]。此外，低濃度的Cr(Ⅵ，＜1 mg/L)對小麥各發(fā)芽指標(biāo)無顯著影響；而高濃度的Cr會抑制小麥種子萌發(fā)，顯著降低芽長、根長和鮮重，且表現(xiàn)出濃度效應(yīng)，其中，根對Cr的反應(yīng)最敏感[7]。

1.2 對小麥生長發(fā)育的影響。再生水中含有一些營養(yǎng)元素，對小麥幼苗的生長發(fā)育具有一定促進(jìn)作用[6，8]。經(jīng)再生水灌溉后的小麥株高及葉面積在拔節(jié)期后無顯著差異[9]，而抽穗后再生水處理能引起小麥株高提高2.2%～6.1%。此外，再生水也可顯著提高小麥葉綠素和蛋白質(zhì)含量，于拔節(jié)至抽穗期可使小麥葉綠素含量提高6.70%～16.75%，且經(jīng)三級水灌溉處理的小麥光合及蒸騰速率也得到了較好提高[6，8，10]。孟雷和左強(qiáng)[11]研究了根長密度及根系吸水速率對再用水灌溉的響應(yīng)，污水經(jīng)二級處理后(電導(dǎo)率1.14 mS/cm)灌溉小麥，地表根長密度有所增加，下部土層中的根密度分布變化不大，小麥平均根系吸水速率表現(xiàn)出明顯降低趨勢。但再生水灌溉下的小麥耗水規(guī)律及水分利用效率與對照清水灌溉相比差異不顯著[12]。

1.3 對小麥保護(hù)酶的影響。體內(nèi)保護(hù)酶的變化能反映小麥?zhǔn)茉偕畟Φ某潭取９杏畹萚6]利用再生水培養(yǎng)小麥，然后檢測小麥抗氧化系統(tǒng)的變化，發(fā)現(xiàn)再生水對小麥葉片活性氧清除系統(tǒng)無不利影響。而李康[10]進(jìn)一步研究表明，再生水灌溉影響小麥的抗氧化酶系統(tǒng)主要表現(xiàn)在幼苗階段，越冬期經(jīng)再生水處理的小麥葉片SOD活性較對照灌溉提高了14.54%～16.44%，而對后期無顯著影響。

1.4 對小麥產(chǎn)量的影響。再生水灌溉后小麥的產(chǎn)量效應(yīng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者所關(guān)注的核心問題。研究表明，經(jīng)再生水灌溉可促使小麥產(chǎn)量提高[13，14]。徐秀鳳等[15]研究了不同再生水灌水量對小麥產(chǎn)量的影響，75%再生水灌溉定額、100%再生水灌溉定額及125%再生水灌溉定額均能使小麥產(chǎn)量略有提高[15](與對照清水灌溉相比)。萬亮婷和齊學(xué)斌[16]研究了相同灌水量條件下，不同處理的污水對小麥產(chǎn)量的影響。在低灌水定額時(shí)，污水、稀釋污水及再生水可使小麥產(chǎn)量較對照分別增產(chǎn)12.71%、9.57%和1.14%；高灌水定額條件下，污水、稀釋污水及再生水能使小麥分別增產(chǎn)12.22%、5.05%及2.12%(與對照清水灌溉相比)。

1.5 對小麥品質(zhì)的影響。籽粒蛋白質(zhì)的含量是評價(jià)小麥品質(zhì)的重要指標(biāo)[17]。再生水灌溉能提高小麥的品質(zhì)[13]，在灌水定額相同條件下，污水、稀釋污水和再生水處理的小麥籽粒粗蛋白含量均高于對照清水灌溉，不同水質(zhì)處理的粗蛋白含量為污水＞稀釋污水＞再生水[16]。相同水質(zhì)條件下，75%、100%和125%再生水灌溉定額均能使小麥品質(zhì)略有提高[15](與對照清水灌溉相比)。此外，再生水灌溉后小麥籽粒粗蛋白、粗灰分、粗淀粉、可溶性總糖以及還原型Vc含量等品質(zhì)指標(biāo)與對照清水處理相比無顯著差異[14]。

2 再生水對土壤養(yǎng)分的影響

再生水灌溉后會作用于土壤，影響土壤養(yǎng)分。研究表明，再生水中含有部分營養(yǎng)物質(zhì)，能改善土壤養(yǎng)分，使土壤中的堿解氮、速效磷及速效鉀含量得到提高。此外，經(jīng)再生水處理后，土壤有機(jī)質(zhì)及總孔隙度有所升高，土壤中細(xì)菌、真菌、固氮菌及亞硝化細(xì)菌增多，使土壤微生態(tài)系統(tǒng)組成豐富，這對土壤理化性質(zhì)的改善起到了重要作用[10，18]。

3 再生水澆灌后小麥和土壤中重金屬含量與分布

再生水中的重金屬含量一直是社會所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。由于各地的生活習(xí)慣以及工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r不同，導(dǎo)致所排放污水的水質(zhì)存在差異，這勢必引起污水中的重金屬含量及成分不同。為充分利用污水這一寶貴財(cái)富，全國各地相繼開展了污水處理后回用于農(nóng)田灌溉的工作，評價(jià)了重金屬在小麥及土壤中的含量、分布及動向變化。在北京，運(yùn)用盆栽試驗(yàn)研究了再生水灌溉后小麥與土壤中的鉛、鎘含量，再生水灌溉后不會影響土壤的鉛、鎘含量，小麥籽粒中鉛、鎘含量符合國家安全食用標(biāo)準(zhǔn)，而鎘含量較對照清水灌溉有所升高。小麥各器官鉛、鎘含量高低分別為葉＞根＞莖＞籽粒、根＞葉＞莖＞籽粒[19]。巫常林等[20]研究了短期內(nèi)使用再生水灌溉后，重金屬在土壤及作物中的分布狀況。再生水短期灌溉不會引起土壤重金屬的積累，且在土壤及小麥籽粒中的重金屬含量均低于國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，以再生水灌溉途徑帶入土壤的重金屬與地下水灌溉相差不大，遠(yuǎn)低于大氣沉降與有機(jī)肥施用而帶入的重金屬量，不會引起農(nóng)作物重金屬超標(biāo)[21]。鄧金鋒等[22]對北京市東南郊再生水灌溉后土壤中Cd的積累進(jìn)行了模擬和預(yù)測，如果按再生水Cd含量10 mg/m3、土壤Cd含量為0.1333 mg/kg計(jì)算，土壤中的Cd含量將在40年之后超出國家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；如果再生水Cd含量降到5 mg/m3時(shí)，土壤中Cd含量將會在100年之后達(dá)到國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的閾值。在天津，應(yīng)用再生水進(jìn)行小麥灌溉，土壤及小麥中的重金屬含量均符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)，且農(nóng)產(chǎn)品及小麥秸稈中的重金屬含量受水質(zhì)的影響不顯著。值得注意的是，作物中重金屬雖沒有超標(biāo)現(xiàn)象，但卻存在潛在風(fēng)險(xiǎn)[18，23]。在新鄉(xiāng)市，張麥生等[24]研究指出，重金屬在根、莖及葉中存在累積現(xiàn)象，在受試元素鉛、鉻、鎳及汞中，除汞外，其他重金屬元素均未超出國家標(biāo)準(zhǔn)。杜娟等[25]通過土柱模擬實(shí)驗(yàn)研究了小麥的種植對As、Cd、Cu及Zn在徐州灌區(qū)土壤中遷移行為的影響，因作物的種植而加大了重金屬向下遷移趨勢，不同重金屬在小麥中的累積趨勢表現(xiàn)為Zn＞Cu＞As＞Cd，而分布趨勢為根＞莖、粒。在龍口市及高密市，運(yùn)用再生水灌溉小麥，小麥根、莖及籽粒中重金屬含量均不會造成累積現(xiàn)象，符合 《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和 《食品污染物限量》標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)顯示，重金屬累積與再生水灌水量無顯著相關(guān)性[13，15]。

4 再生水用于麥田灌溉的評價(jià)

4.1 污水經(jīng)處理后回用于麥田灌溉具有緩解水資源危機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。但污水經(jīng)處理形成的再生水中含有重金屬離子，勢必會影響小麥生產(chǎn)。分析表明，低含量重金屬的再生水會促進(jìn)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長，且再生水能提高小麥抗性，在一定程度上有利于小麥產(chǎn)量的提高、品質(zhì)及土壤環(huán)境的改善。

4.2 再生水回用于麥田后的重金屬含量與分布成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)，是再生水能否用于麥田灌溉的核心問題。為解決這一爭端，全國各地相繼開展了相關(guān)研究。可以看出，無論是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的縣級市還是經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)大的一線城市均把再生水回用于小麥灌溉作為一項(xiàng)重點(diǎn)工作來開展。從各地的研究進(jìn)展可知，再生水灌溉后會引起小麥及土壤中出現(xiàn)重金屬累積現(xiàn)象，但均符合國家食品及環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。通過預(yù)測分析，長期應(yīng)用再生水灌溉會導(dǎo)致重金屬超標(biāo)現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，污水的處理應(yīng)廣泛應(yīng)用先進(jìn)的處理技術(shù)，盡可能的降低重金屬離子含量。

4.3 河北省的小麥業(yè)有著雄厚的基礎(chǔ)，為國家的產(chǎn)糧事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)。水資源短缺是阻礙小麥發(fā)展的重要因素，尋求新的水源是解決這一局面的有效措施。再生水是工業(yè)及生活污水的產(chǎn)物，用于麥田灌溉能有效緩解水資源危機(jī)，且避免了污水隨意排放而污染環(huán)境的局面。近年來，在園林綠化植物方面，河北省開展了許多再生水回用的工作[26，27]，而在再生水回用于小麥灌溉方面的研究相對較少，這對于一個(gè)水資源缺乏而小麥占主體地位的農(nóng)業(yè)大省來說是不相符的。因此，今后應(yīng)根據(jù)本省工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和人民的生活水平，重點(diǎn)開展適合本省實(shí)際情況的再生水回用于小麥灌溉的研究，這將是一條解決水資源危機(jī)與提升小麥主體地位的有效措施。