北京市農(nóng)業(yè)再生水灌溉對食品安全風險的影響及管控措施

張雨凝 薛勇

摘 要：北京市水資源極度緊缺。為解決農(nóng)業(yè)用水危機，再生水灌溉已成為解決北京市灌溉水源不足的一項有效舉措。然而再生水灌溉可能存在安全風險，包括重金屬超標、氮素超標、病原微生物、有機物污染等問題，影響土壤質(zhì)量，對農(nóng)作物安全造成威脅。針對以上問題，提出合理的應對措施，助力再生水科學利用，保障北京農(nóng)產(chǎn)品安全。

關(guān)鍵詞：再生水回用;農(nóng)業(yè)灌溉;安全風險;改善措施

文章編號：1004-7026（2020）21-0067-03? ? ? ? ?中國圖書分類號：X82? ? ? ? 文獻標志碼：A

1? ? 北京市水資源形勢

北京是一座有2 170.7萬常住人口的大都市（北京市統(tǒng)計局，2018），由于人口眾多，水資源人均占有量低，供需矛盾十分突出。2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，北京市人均水資源量為137.3 m3，僅為全國平均值的1/15，屬于極度缺水的城市[1-2]。

1.1? ? 降水特點

北京市大陸季風氣候較為典型，屬于水資源量短缺地區(qū)。1999—2008年北京市年降水量相比于多年均值遞減18%，遭遇連續(xù)干旱年份，降水量僅473 mm。2009—2018年，北京市平均年降水量為581.9 mm。其中2012年降水量最大，達708 mm;2014年遭遇干旱，降水量最少，僅為439 mm。2017—2018年，北京市發(fā)生持續(xù)145 d的歷史最長無雨日。

1.2? ? 地理地形

永定河、潮白河、北運河、拒馬河為北京境內(nèi)流經(jīng)的主要河流，多由西北部山地發(fā)源，向東南流經(jīng)崇山峻嶺，穿過平原地區(qū)，最后分別匯入渤海。

1.3? ? 供水情況

北京市供水水源主要是由地表水資源、地下水資源、南水北調(diào)水資源與再生水資源構(gòu)成的多水源綜合供水系統(tǒng)。

1.3.1? ? 地表水

由于降水量的遞減以及上游入境水的減少，北京市地表水資源量呈下降趨勢。全市多年地表水年可利用量為17.7億m3，但若考慮蒸發(fā)、滲漏、可利用程度等制約條件的影響，在偏枯年份下，地表水資源年可利用量則僅為3.8億m3。

1.3.2? ? 地下水

北京市重要水源地下水位由于嚴重開采呈現(xiàn)明顯降幅，相比于1980年，全市地下水埋深在2017年下降17.73 m。由于地下水位銳減使得城區(qū)部分平原地區(qū)地面出現(xiàn)大面積沉降，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，北京市在2017年地下漏斗面積高達660 km2，其中黑莊戶和金盞兩個位于朝陽區(qū)的區(qū)域地面沉降較為嚴重。

1.3.3? ? 外調(diào)水

為緩解嚴重缺水的形勢，北京市“南水北調(diào)”計劃已于2014年開啟。丹江口水庫每年從漢江通過南水北調(diào)的中線總干渠跨域調(diào)水，調(diào)度約10億m3水進入北京市的團城湖，再通過輸水支線調(diào)入北京市各配水站，送到千家萬戶。

1.3.4? ? 再生水

北京市再生水利用體系日趨完善。2018年，北京市全年用水量約為39.30億m3，再生水利用量約為10.76億m3。再生水是北京市水資源的重要組成部分，已經(jīng)廣泛運用到農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)冷卻循環(huán)、市政雜用、城市綠地及河湖景觀等方面。2014年再生水利用量統(tǒng)計中，農(nóng)業(yè)利用1.24億m3，工業(yè)利用1.54億m3，市政雜用利用（園林綠化、道路澆灑、洗車和馬桶中水）0.42億m3，河湖補給修復等利用5.44億m3 [3]。

2? ? 北京市農(nóng)業(yè)灌溉再生水的應用情況

2.1? ? 廢污水排放情況

總體而言，2010—2018年，北京市污水排放總量呈逐年上升趨勢。2010年，全市污水排放總量約為14.17億m3，污水處理率80%;到2018年全市各河道污水排放總量達到20.4億m3，污水處理率達93.4%，也就是說有19億m3左右的污水被消耗或利用。

2.2? ? 污水處理情況

近年來，北京市在污水處理方面取得較大進步。截至2014年，全市處理再生水能力達425萬m3/d，運行大中型污水處理廠50座。2016年，北京開啟槐房水廠的建設，日處理能力達60萬t，是亞洲最大全地下污水處理廠[4]?；狈?、定福莊、高安屯等新建再生水廠的水質(zhì)處理工序為“預處理+多段AAO+砂濾+脫色”，參考北京市地方標準《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標準》（DB 11/890—2012）的B標準;北小河、清河、盧溝橋、酒仙橋、吳家村等由污水處理廠升級改造為再生水廠的水質(zhì)處理主要工序為“生物濾池+過濾+脫色”，水質(zhì)參考《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18918—2002）和《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）[5]。

2.3? ? 再生水利用情況

2.3.1? ? 戰(zhàn)略意義

北京市生活剛性需水在南水北調(diào)中線工程通水后得到基本滿足，但仍未改變水資源“緊平衡”狀態(tài)，依舊遠低于人均水資源量500 m3的國際公認標準。北京市總灌溉面積為23.19萬hm2，其中地下水灌溉面積占70%以上。由于地下水位不斷下降以及地表水源減少，導致河道斷流、水質(zhì)惡化、地面沉降等一系列生態(tài)環(huán)境問題不斷惡化。農(nóng)田灌溉利用再生水是解決北京市水資源緊缺措施之一，這項措施既可以實現(xiàn)水資源高效利用，也可實現(xiàn)降低污染和改善環(huán)境的環(huán)保目標。有條件的地區(qū)應鼓勵利用開發(fā)再生水進行農(nóng)業(yè)灌溉，對于緩解北京市水資源壓力具有重要意義。

2.3.2? ? 農(nóng)業(yè)灌溉利用現(xiàn)狀

再生水為北京地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉提供了大量水源。2010年北京全市再生水可利用量6.8億m3，其中農(nóng)業(yè)再生水利用量為3億m3。2014年北京市再生水利用量為8.64億m3，其中超過1/2的再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉。農(nóng)業(yè)灌溉的再生水必須嚴格滿足《城市污水再生利用? ? 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》（GB 20922—2007）標準。不同作物需求的水質(zhì)處理標準是不同的，旱地作物和纖維作物的灌溉要求經(jīng)過一級強化處理，露地蔬菜和水田谷物需要達到二級處理[6-7]。

北京市有4個縣區(qū)（大興、通州、房山、密云）采用再生水進行農(nóng)田灌溉，其中大興和通州采用再生水灌溉的耕地面積為3.73萬hm2，密云和房山再生水灌溉的耕地面積為0.14萬hm2。新河（通州區(qū)）和南紅門（大興區(qū)）兩個灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水源來自于高碑店、小紅門及黃村3個污水處理廠。除此之外，灌溉面積較大的順義區(qū)和平谷區(qū)新建污水處理設施，已作為開發(fā)對象被劃入挖掘再生水灌溉的潛力規(guī)劃名單。

3? ? 再生水灌溉的安全性風險

北京市再生水農(nóng)業(yè)灌溉意義重大，可有效緩解水資源短缺的現(xiàn)狀，然而再生水灌溉同樣存在安全隱患。

3.1? ? 對土壤以及地下水的影響

3.1.1? ? 重金屬超標

再生水灌溉引起的土壤重金屬污染風險不容忽視。再生水由污水而來，若處理不當，水體中很可能存在鎘（Cd）、銅（Cu）、汞（Hg）、鑷（Ni）、鉛（Pb）等超標情況。再生水中超標的重金屬流入土壤，被植被根系吸收并富集，對植被生長產(chǎn)生影響的同時，也會通過食物鏈影響人體健康，使農(nóng)產(chǎn)品存在安全隱患[8]。

3.1.2? ? 微生物病原污染

再生水經(jīng)過常規(guī)處理后，含有細菌、病毒、原生動物以及寄生蟲等多種病原微生物，這些病原微生物可通過再生水灌溉進入土壤。富集于土壤中的病原微生物持續(xù)生長繁殖，不僅污染地下水體，也會通過氣溶膠或粉塵污染大氣，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量以及人畜健康造成嚴重威脅。從衛(wèi)生學角度看，沙門氏菌病、瘧疾、蛔蟲、甲型肝炎等生物性傳染病主要由直接攝取被污染的水引起。

3.1.3? ? 土壤次生鹽堿化

再生水通常具有較高的含鹽量，其中的鹽分很難通過一級和二級處理去除。尤其是北京市降雨較少、空氣干燥、蒸發(fā)量較大且土壤排鹽效果差，利用再生水長期灌溉有可能會導致土壤鹽分積累，進而導致土壤會出現(xiàn)一定程度的鹽堿化。土壤鹽堿化會影響作物的正常生長，其影響主要體現(xiàn)在3個方面。①溶質(zhì)勢影響作物水分的吸收，作物難以從土壤中吸收水分。②特殊離子的影響，如鈉害。③作物吸水以及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與傳輸減少，長期影響作物生長，造成減產(chǎn)。

3.1.4? ? 氮素超標

由常規(guī)二級處理得到的再生水硝態(tài)氮含量通常為10 mg/L以上，含量較高。原劑量的化肥施用和再生水灌溉不當會造成土壤中氮含量過高，造成氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素在植物內(nèi)部的平衡被破壞。氮含量過高會使植物果實質(zhì)量和產(chǎn)量下降，非果實部分快速生長。易遷移的硝態(tài)氮甚至可能進入地下水，進而引起地下水污染。

3.1.5? ? 有機污染物

有機污染物大多存在“三致”效應和遺傳毒性，嚴重危害人體健康及環(huán)境。在污水處理過程中，阻燃劑、塑化劑、個人護理產(chǎn)品等污水中的有機污染物大多因具有憎水性及低水溶解度而難以被完全去除。隨灌溉進入土壤后，這些物質(zhì)吸附于土壤顆粒物并長期累積，對農(nóng)作物質(zhì)量造成一定影響。即使再生水中的持久性有機污染物含量較低，但由于其自身的污染特征以及種類多、數(shù)量大的特點，產(chǎn)生危害的風險也不容忽視。

3.2? ? 對農(nóng)產(chǎn)品安全的影響

在再生水氯消毒的灌溉安全性研究中發(fā)現(xiàn)，灌溉用水中的氯酸鹽含量（0.25～0.49 mg/L）雖低于飲用水允許最大殘留水平（0.70 mg/L），但用氯處理再生水依然會導致生菜中氯酸鹽的累積（0.34～0.56 mg/kg）。

污水灌溉對幼齡葡萄種植影響的結(jié)果表明，灌溉結(jié)束后土壤中的鈉含量有所升高，土壤中的多環(huán)芳烴濃度從363 μg/kg增加到374 μg/kg，二次處理廢水對葡萄品質(zhì)安全有負面作用。

對于再生水灌溉是否會引起農(nóng)作物微生物污染，研究發(fā)現(xiàn)當再生水中大腸桿菌含量為126 CFU/mL時，食用未烹飪的再生水灌溉生菜，引起食用者患腹瀉的風險很低，相比噴灌（患腹瀉風險0.11%）、溝灌（患腹瀉風險0.001 1%）和地下灌溉（患腹瀉風險0.000 009%）導致食用人群患病的風險更低。

4? ? 再生水灌溉污染現(xiàn)狀

4.1? ? 重金屬污染情況

北京市東南郊農(nóng)田再生水灌溉量達0.64億m3/a，部分污灌地區(qū)同時存在污泥土地利用的歷史。有研究調(diào)查了該地經(jīng)土壤剖面和地下水中重金屬污染情況，其中涼水河灌區(qū)土壤中Cr（42 mg/kg）、Cu（35 mg/kg）、Hg（0.13 mg/kg）、Zn（81 mg/kg）為含量最高的4種重金屬，并具有顯著的重金屬累積情況，遠大于全市土壤本底值。北野廠灌區(qū)土壤中Pb、Zn、Cu、Ni和As也呈現(xiàn)出一定程度的累積趨勢。該調(diào)查地重金屬主要在土壤表層累積，尚未導致地下水重金屬污染，并且向下層遷移的趨勢很小，導致地下水重金屬污染的可能性不大。

4.2? ? 有機污染物污染情況

調(diào)查北京城區(qū)、郊區(qū)污水處理廠的水質(zhì)情況發(fā)現(xiàn)，《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB 5084）規(guī)定的5項有機污染控制性指標中，石油類、苯、揮發(fā)酚、三氯乙醛和丙烯醛的含量均低于灌溉水標準。有機氯農(nóng)藥雖在5個污水處理廠的污水進出水中檢出，但其檢出濃度均未超出國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）中生活飲用水地表水源地所規(guī)定的最高上限。

4.3? ? 微生物污染情況

大多數(shù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地下水受再生水灌溉污染影響風險不大。存活時間不長、遷移能力較弱的大腸桿菌在土壤表層富集較多，因此對地下水污染的風險程度較低;而一些存活及遷移能力較高的病原微生物，如賈地鞭毛蟲、沙門菌等，地下水監(jiān)測的數(shù)量很少。

5? ? 再生水灌溉治理措施和建議

5.1? ? 嚴格執(zhí)行相關(guān)標準

《城市污水再生利用? ? 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》標準是再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉必須滿足的條件。相關(guān)部門需強化對污水灌溉的科學指導，對監(jiān)控水質(zhì)基本控制項目和選擇控制項目及其指標進行宏觀控制，嚴格監(jiān)管其最大限值是否滿足相關(guān)規(guī)定。

5.2? ? 采用科學的灌溉方式

5.2.1? ? 中短期灌溉避免土壤重金屬富集

長期使用再生水灌溉可能會導致土壤中重金屬累積，甚至富集達到危害水平。而中短期內(nèi)的再生水灌溉引起土壤重金屬污染的風險較小，且對土壤產(chǎn)生的影響也主要集中在20～40 cm土層。再生水灌溉承載力，需要依據(jù)再生水中污染物的含量來確定安全的再生水灌溉量閾值及年限。

5.2.2? ? 根據(jù)再生水的含氮量調(diào)整灌溉量

高含氮量是再生水灌溉的雙刃劍。作物生長離不開氮，施用化肥正是為其提供氮補充，但過量的氮會導致作物減產(chǎn)。因而再生水灌溉量的控制需根據(jù)其含氮量進行調(diào)整，以避免作物營養(yǎng)失衡及潛在的污染地下水風險。美國加州的利用案例發(fā)現(xiàn)，再生水灌溉在無化肥施用的條件下可滿足一季作物生長的需求。

5.2.3? ? 灌溉分區(qū)，避免有害物質(zhì)遷移

再生水灌溉區(qū)要遠離城市集中供水廠、地下水、地表水水源地、滲透性強的沖洪積扇頂部與河床河灘地帶，避免再生水中有害物質(zhì)遷移，污染地下水。對于這樣的地區(qū)，再生水灌溉應當利用管灌、滴灌、小管出流等局部灌溉方式或地面灌溉技術(shù)，減少再生水灌溉對水體的影響，避免污染物進入地下水或大氣環(huán)境。

5.2.4? ? 再生水灌溉要根據(jù)作物分類

不同農(nóng)作物對有害物質(zhì)的富集程度不同，再生水灌溉對不同農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)影響也不相同;即使是同種農(nóng)作物，不同的器官對有害物質(zhì)的敏感性也不一樣?！氨本┰偕喔壤檬痉堆芯俊表椖恐姓{(diào)查了再生水灌溉對小麥、玉米、蔬菜、苜蓿等11種作物的產(chǎn)量、營養(yǎng)成分（維生素C、粗蛋白、粗灰分、可溶性糖）以及重金屬等品質(zhì)指標的影響規(guī)律，并結(jié)合不同指標的影響度，對采用再生水進行灌溉的適宜作物進行分類。

（1）優(yōu)先推薦：原料類植物如蘆葦、甜菜等;飼料類植物如玉米、牧草等。

（2）一般推薦：熟食蔬菜及小麥。

（3）不宜灌溉：生食蔬菜及洋蔥、馬鈴薯、蘿卜、花生等根莖類植物。

再生水灌溉不僅要按照合理有序的作業(yè)方式進行操作，而且需要科學灌溉方式以解決什么作物可以灌、什么時間灌、灌多少水等問題，從而保障食品以及環(huán)境的安全。再生水用于灌溉對于緩解北京市水資源壓力具有重要意義，然而再生水灌溉存在污染土壤及農(nóng)作物的潛在風險，影響農(nóng)作物安全與人體健康。因此必須加強對農(nóng)田回用再生水的長期監(jiān)測，制定更加嚴格的農(nóng)田回用再生水水質(zhì)標準，根據(jù)北京的環(huán)境氣候特點、灌溉作物種類和土壤類型采用合適的灌溉方式。

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