農(nóng)田灌溉水質(zhì)對農(nóng)作物質(zhì)量的影響因素及有效改善措施

本文從灌溉水中化學(xué)元素、微生物、物理特性和灌溉方式等方面分析了灌溉水質(zhì)對農(nóng)作物質(zhì)量的影響因素并提出了改善灌溉水質(zhì)的措施，包括加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測評估、采用水質(zhì)處理技術(shù)和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，以期為保障灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

近年工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，灌溉水源日益緊缺，水質(zhì)不斷惡化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。灌溉水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到農(nóng)作物的品質(zhì)亦關(guān)系到人民群眾的身體健康。因此，深入分析灌溉水質(zhì)對農(nóng)作物的影響因素，采取有效措施改善灌溉水質(zhì)可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

一、農(nóng)田灌溉水質(zhì)的現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，我國灌溉面積已達(dá)7.4億畝，占耕地總面積的52%，灌溉用水量占農(nóng)業(yè)用水量的94%以上。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和用水需求的不斷增長，我國灌溉水資源形勢日益嚴(yán)峻，灌溉水質(zhì)問題日益突出。灌溉水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到農(nóng)作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)和農(nóng)產(chǎn)品的安全衛(wèi)生，關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全。因此，加強(qiáng)灌溉水質(zhì)管理，改善灌溉水質(zhì)狀況，已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)面臨的一項重要而緊迫的任務(wù)。

據(jù)相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，我國灌溉水質(zhì)總體為輕度污染，部分地區(qū)灌溉水質(zhì)已不能滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水要求。其中，南方地區(qū)灌溉水質(zhì)優(yōu)于北方地區(qū)，西部地區(qū)優(yōu)于東部地區(qū)。灌溉水質(zhì)主要污染指標(biāo)為氨氮、總磷、化學(xué)需氧量等，部分地區(qū)重金屬和農(nóng)藥污染也較為突出。造成灌溉水質(zhì)問題的原因既有工業(yè)和城鎮(zhèn)生活污水直排、農(nóng)藥化肥過量施用等人為因素，也有地質(zhì)背景差異、氣候變化等自然因素。

當(dāng)前我國灌溉水質(zhì)面臨諸多問題。一是，工農(nóng)業(yè)污染問題仍較突出。部分企業(yè)偷排偷放，超標(biāo)排污現(xiàn)象時有發(fā)生，工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水對灌溉水源構(gòu)成嚴(yán)重污染。與此同時，農(nóng)業(yè)面源污染問題日益凸顯，農(nóng)田徑流、排水?dāng)y帶大量氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體，導(dǎo)致灌溉水源富營養(yǎng)化。二是，過度開采導(dǎo)致水資源短缺。為滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水需求，一些地區(qū)過度開采地下水，導(dǎo)致水位下降、水質(zhì)變差，灌溉水源面臨枯竭風(fēng)險。三是，氣候變化帶來新的不確定性。氣候變暖、極端天氣事件頻發(fā)，干旱、洪澇等災(zāi)害對灌溉水源質(zhì)量影響加劇，灌溉水質(zhì)問題更加復(fù)雜多變。

二、灌溉水質(zhì)對農(nóng)作物質(zhì)量的影響因素

1、水中化學(xué)元素對農(nóng)作物的影響

一方面，水中存在的一些有毒有害的重金屬元素，如汞、鎘、鉛、砷等，可通過農(nóng)作物的根系被吸收積累進(jìn)入作物體內(nèi)，并在植株內(nèi)遷移轉(zhuǎn)運(yùn)，最終在各器官尤其是可食用部分（如籽粒、果實(shí)等）富集。重金屬在作物體內(nèi)過量累積會影響作物的生理生化過程，干擾光合作用、呼吸作用等代謝活動，引起細(xì)胞損傷進(jìn)而影響農(nóng)作物的生長發(fā)育，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降和品質(zhì)變劣，甚至完全失去食用和經(jīng)濟(jì)價值。例如，汞和鎘等重金屬可抑制農(nóng)作物光合作用，降低葉綠素含量，削弱作物的生長勢；鉛會抑制農(nóng)作物的細(xì)胞分裂，導(dǎo)致生長緩慢、矮小、葉片發(fā)黃等癥狀；砷會影響植物的根系發(fā)育，造成營養(yǎng)吸收不良。另一方面，水中還含有一些植物生長所必需的營養(yǎng)元素，如氮、磷、鉀等。適量的氮、磷、鉀等元素能促進(jìn)作物的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。但過量的氮磷會引起農(nóng)作物徒長，導(dǎo)致延遲成熟并降低抗病能力和儲藏品質(zhì)。如過量施用氮肥會導(dǎo)致作物葉片脆弱、倒伏、影響農(nóng)作物品質(zhì)；過多的磷會與土壤中的鐵、錳等形成難溶性化合物，反而影響作物對這些微量元素的吸收利用。

2、水中微生物對農(nóng)作物的影響

水中存在的微生物與農(nóng)作物的生長發(fā)育息息相關(guān)。一些病原微生物如細(xì)菌、真菌、病毒可通過灌溉水侵染農(nóng)作物，引發(fā)各種病害導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。如水中的軟腐病菌可引起馬鈴薯、番茄等作物的莖基部腐爛。瘟霉病菌可導(dǎo)致辣椒等茄科作物葉斑、枯萎等癥狀。黃萎病病毒則可危害多種蔬菜瓜果的根系和維管束，造成植株萎蔫死亡。水體污染還可能導(dǎo)致一些產(chǎn)毒微生物大量繁殖，其釋放的毒素可污染農(nóng)田土壤和作物，危害人畜健康。例如，藍(lán)藻門、裸藻門的藻類會產(chǎn)生微囊藻毒素、魚腥藻毒素等，這些毒素具有肝毒、神經(jīng)毒作用，可引起急性中毒甚至致死。但并非所有的微生物都是有害的，水中還存在一些有益微生物能夠促進(jìn)農(nóng)作物的生長發(fā)育，提高農(nóng)作物的抗逆性。例如，根瘤菌可與豆科作物形成共生關(guān)系，固定空氣中的氮素供作物吸收利用。而假單胞菌、芽孢桿菌等能分泌抗生物質(zhì)抑制病原菌的生長繁殖。

3、水的物理特性對農(nóng)作物的影響

水的物理特性如溫度、pH值等也會影響農(nóng)作物生長發(fā)育。水溫會直接影響作物的生理代謝活動，如光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等。一般來說過高或過低的水溫都會抑制作物的正常生長。例如，水稻生長的適宜水溫為20℃—35℃，低于15℃時會延緩水稻的生長發(fā)育，高于40℃則會影響水稻的開花結(jié)實(shí)和籽粒充實(shí)。再如馬鈴薯生長的適宜水溫為15℃—20℃，超過25℃會導(dǎo)致塊莖變形、空洞、褐變等問題。灌溉水的pH值也會影響作物對養(yǎng)分的吸收利用。作物生長的適宜pH值范圍為5.5—7.5。過低的pH值會增加鋁、錳等金屬元素的活性，導(dǎo)致作物出現(xiàn)燒根、生長緩慢等癥狀，而過高的pH值則會降低磷、鐵、鋅、硼等元素的有效性，從而引起作物缺素。如在pH值低于5.0的酸性條件下，水稻會出現(xiàn)根系發(fā)育不良、分葉力差、葉片發(fā)黃等缺鈣癥狀。而在pH值高于8.5的堿性條件下，大豆會表現(xiàn)出缺鐵性葉綠素癥，新葉黃化、葉脈變綠。水中溶解氧的含量、電導(dǎo)率、濁度等指標(biāo)也會在一定程度上影響作物的生長。溶解氧含量過低會抑制作物根系的呼吸作用，導(dǎo)致根系生長不良、養(yǎng)分吸收能力下降。而電導(dǎo)率過高則意味著水中鹽分含量偏高，可能引起作物鹽害。濁度過大則會影響水中光照的透射，降低水中溶解氧含量，不利于作物的光合作用和呼吸作用。

4、灌溉方式對農(nóng)作物的影響

灌溉方式的選擇和管理會直接影響農(nóng)作物水分狀況和養(yǎng)分供給，進(jìn)而影響農(nóng)作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)。常見的農(nóng)田灌溉方式有漫灌、溝灌、噴灌、滴灌等，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。漫灌是傳統(tǒng)的地表灌溉方式，操作簡單但用水量大，水分利用率低易造成土壤板結(jié)、鹽堿化等問題，且會加劇農(nóng)田養(yǎng)分的流失。溝灌則是在農(nóng)田內(nèi)開挖灌溉溝渠灌溉，與漫灌相比用水量略有降低，但仍存在水分利用率不高、深層滲漏嚴(yán)重等缺陷。

噴灌具有布水均勻、用水量少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但噴灌設(shè)備投資和能耗較高，噴水質(zhì)量要求也高，否則易堵塞噴頭，且部分作物葉面澆水可能引起病害。滴灌通過管道和滴頭將水緩慢、均勻地滴入作物根部土壤，具有精確補(bǔ)水、高效節(jié)水、不打濕葉面等優(yōu)點(diǎn)，但易受堵塞影響，管理要求高且不宜用于大田作物。

灌溉頻率和灌水定額也會影響農(nóng)田水分狀況與作物生長。過于頻繁的灌溉會使土壤長期處于濕潤狀態(tài)，導(dǎo)致土壤通氣性差，不利于作物根系生長和養(yǎng)分吸收；而灌溉頻率過低則難以滿足作物需水引起作物干旱脅迫。灌水定額過大會加劇水分下滲和養(yǎng)分淋失，造成水肥資源浪費(fèi)，而灌水定額不足則會使作物面臨水分虧缺的風(fēng)險。

三、改善農(nóng)田灌溉水質(zhì)的有效措施

1、水質(zhì)監(jiān)測與評估

水質(zhì)監(jiān)測與評估是農(nóng)田灌溉水質(zhì)管理的前提。準(zhǔn)確掌握灌溉水源的水質(zhì)狀況才能有針對性地制定水質(zhì)改良措施，保障農(nóng)田灌溉用水安全。建立完善的灌溉水質(zhì)監(jiān)測體系應(yīng)根據(jù)灌溉水源類型、水質(zhì)特點(diǎn)、農(nóng)田作物種類等因素，科學(xué)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)位，合理確定監(jiān)測指標(biāo)和頻次。對于地表水灌溉水源，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總磷、重金屬等指標(biāo)；而對于地下水灌溉水源，除了上述指標(biāo)外，還應(yīng)關(guān)注氟化物、砷、硒、硫酸鹽等特征污染物。監(jiān)測頻次應(yīng)根據(jù)水質(zhì)變化的季節(jié)性規(guī)律和灌溉用水的時間分布來確定，在作物生長關(guān)鍵時期和用水高峰期應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測頻次。

在獲取灌溉水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)開展科學(xué)的水質(zhì)評價，判斷灌溉水質(zhì)是否適宜農(nóng)田灌溉。目前，我國已制定了《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084-2021），規(guī)定了農(nóng)田灌溉水的水質(zhì)分類和評價指標(biāo)限值。根據(jù)灌溉水的pH值、礦化度、堿化度、氯化物毒害、污染物毒害等指標(biāo)可將灌溉水質(zhì)分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類，其中Ⅰ類和Ⅱ類水質(zhì)優(yōu)良，適宜作物灌溉，Ⅲ類水質(zhì)一般，需根據(jù)具體情況和作物種類謹(jǐn)慎使用，而Ⅳ類和Ⅴ類水質(zhì)較差或極差，不宜直接用于農(nóng)田灌溉，應(yīng)采取必要的水質(zhì)改良措施。在進(jìn)行灌溉水質(zhì)評價時應(yīng)全面考慮各項評價指標(biāo)，綜合判斷水質(zhì)類別。如果某些指標(biāo)超標(biāo)，但其他指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，不能簡單地將水質(zhì)定為劣Ⅳ類或Ⅴ類，而應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)分析超標(biāo)指標(biāo)對作物生長的影響程度，必要時可開展專項試驗(yàn)或示范觀測，以科學(xué)評估灌溉水質(zhì)的適用性。水質(zhì)評價結(jié)果應(yīng)及時反饋給灌溉水源管理部門和農(nóng)田種植人員，以便采取相應(yīng)的水質(zhì)改良和灌溉管理措施。對于水質(zhì)良好的灌溉水源應(yīng)加強(qiáng)水源保護(hù)，防止水質(zhì)惡化；對于水質(zhì)一般或較差的灌溉水源應(yīng)因地制宜地開展水質(zhì)處理，如絮凝、過濾、吸附、離子交換、膜分離等，提高灌溉水質(zhì)；而對于水質(zhì)極差的灌溉水源，則應(yīng)禁止用于農(nóng)田灌溉，避免污染農(nóng)田環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品，危害人體健康。

2、農(nóng)田灌溉水質(zhì)處理技術(shù)

針對灌溉水質(zhì)存在的問題，可采用物理、化學(xué)、生物等方法進(jìn)行水質(zhì)處理，以改善灌溉水質(zhì)，滿足農(nóng)作物生長需求。物理處理法主要利用水質(zhì)顆粒物與水的物理性質(zhì)差異，通過重力沉降、過濾、吸附等作用去除水中的懸浮物、膠體等。常見的物理處理設(shè)施有沉淀池、砂濾池、多介質(zhì)過濾器等。這些設(shè)施操作簡單、見效快，適用于處理渾濁度高、懸浮物含量大的地表水。但物理法去除效果有限，不能有效去除水中溶解性污染物。

化學(xué)處理法通過投加化學(xué)藥劑，利用凝聚、吸附、氧化、絡(luò)合等作用去除水中污染物。常用的藥劑有明礬、聚合氯化鋁（PAC）、硫酸亞鐵等無機(jī)絮凝劑能夠去除水中膠體和懸浮顆粒；活性炭、沸石、膨潤土等吸附劑，可去除水中有機(jī)污染物、重金屬、氨氮等；漂白粉、次氯酸鈉等氧化劑，可氧化分解水中有機(jī)物，并具有消毒作用；EDTA、檸檬酸等絡(luò)合劑，可鈍化重金屬離子，減輕毒害作用?；瘜W(xué)法去污能力強(qiáng)，適用范圍廣，但成本較高，且可能引入二次污染。生物處理法則是利用微生物的新陳代謝活動去除水中有機(jī)污染物、氮磷營養(yǎng)鹽等的方法。常見的生物處理設(shè)施有人工濕地、生物濾池、曝氣生物濾池等。其中人工濕地是模擬天然濕地，利用基質(zhì)、植物和微生物的協(xié)同作用凈化污水的生態(tài)系統(tǒng)，具有運(yùn)行費(fèi)用低、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)，但占地面積大、處理效率易受氣候影響。生物濾池是利用生物膜法在濾料表面形成附著生物膜去除水中污染物的一種生物反應(yīng)器，但易產(chǎn)生板結(jié)堵塞，需定期反沖洗。曝氣生物濾池是生物濾池與曝氣充氧相結(jié)合的一種處理設(shè)施，具有供氧充足、生物活性高、處理效率高等特點(diǎn)，但能耗較大且運(yùn)行成本高。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)灌溉水的水質(zhì)特征、污染程度、處理要求、投資運(yùn)行成本等因素，選擇合適的處理工藝路線。對于污染程度輕、以懸浮物為主要污染物的灌溉水，可采用沉淀、過濾等物理法處理；對于有機(jī)污染嚴(yán)重、氮磷含量高的灌溉水，可采用人工濕地、生物濾池等生物處理設(shè)施；而對于重金屬等有毒污染物超標(biāo)的灌溉水，則需采用化學(xué)法深度處理。必要時還可將不同處理方法聯(lián)用組合，優(yōu)化工藝路線，提高處理效率。

3、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施

除了改善灌溉水質(zhì)外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中還可采取其他措施減輕灌溉水質(zhì)問題對農(nóng)作物生長的不利影響?？梢酝ㄟ^合理選擇農(nóng)作物品種應(yīng)對灌溉水質(zhì)問題。不同作物品種對水質(zhì)條件的適應(yīng)性差異很大，一些品種耐鹽堿、耐重金屬、抗逆性強(qiáng)，而另一些品種則對水質(zhì)條件要求較高，抗逆性差。在灌溉水質(zhì)不理想的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先選擇與當(dāng)?shù)厮|(zhì)條件相適應(yīng)的耐逆品種，通過適地適作實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與灌溉水質(zhì)的協(xié)調(diào)。例如，在鹽堿地區(qū)可選擇耐鹽堿的水稻品種，如南海優(yōu)系列、青引系列等；在重金屬污染地區(qū)可選擇富集植物，如印度芥菜、向日葵等，這些植物可大量富集重金屬，有利于污染修復(fù)。

不當(dāng)施肥會加劇灌溉水質(zhì)問題。過量施用氮肥、磷肥等化學(xué)肥料，會增加灌溉回歸水的氮磷流失，引起水體富營養(yǎng)化。不合理使用農(nóng)家肥、污泥等有機(jī)肥料，也可能導(dǎo)致重金屬、病原菌等污染物進(jìn)入農(nóng)田水環(huán)境。因此，應(yīng)根據(jù)作物需肥規(guī)律和土壤養(yǎng)分狀況制定科學(xué)的施肥方案，實(shí)施精準(zhǔn)施肥。在施肥種類上要優(yōu)先使用符合標(biāo)準(zhǔn)或有機(jī)認(rèn)證的優(yōu)質(zhì)肥料，避免劣質(zhì)肥料污染農(nóng)田；在施肥數(shù)量上，要嚴(yán)格按照推薦用量施用避免過量施肥；在施肥時間和方法上，要采取分次施肥、穴施等措施提高肥料利用率，減少流失。

傳統(tǒng)的大水漫灌，不僅浪費(fèi)水資源，而且易造成養(yǎng)分淋失和鹽分積累，加劇灌溉水質(zhì)惡化。因此，要根據(jù)作物需水規(guī)律和土壤墑情，采用噴灌、滴灌等先進(jìn)灌溉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、定額灌溉。在灌溉定額上，要嚴(yán)格控制單位灌溉用水量，既滿足作物需水，又避免過量灌溉；在灌溉頻次上，要增加灌水次數(shù)、減小灌水定額，避免長時間大量灌溉引起深層滲漏。在條件允許的情況下，還可采取交替灌溉的方式，輪換使用地表水和地下水、淡水和微咸水等不同水源，避免單一水源引起的水質(zhì)問題。保持農(nóng)田排水系統(tǒng)通暢能夠及時排除農(nóng)田積水，防止水體污染和鹽堿化。但排出的農(nóng)田退水若直接排入河道或湖泊又可能污染地表水體。因此，要建立農(nóng)田尾水收集和處理系統(tǒng)，將農(nóng)田排水引入沉淀池、人工濕地等設(shè)施進(jìn)行凈化處理回用于農(nóng)業(yè)灌溉，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水資源的循環(huán)利用。

綜上，加強(qiáng)農(nóng)田灌溉水質(zhì)管理，既要做好灌溉水質(zhì)監(jiān)測評估，科學(xué)判斷水質(zhì)狀況，也要采取有效的工程技術(shù)和農(nóng)藝管理措施，從源頭上控制和治理水質(zhì)污染。同時，還要轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，走節(jié)水、環(huán)保、高效、優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。標(biāo)本兼治，才能不斷改善灌溉水質(zhì)，保障農(nóng)田生態(tài)環(huán)境安全，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為建設(shè)生態(tài)文明和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供堅實(shí)保障。

（作者單位：271000山東省泰安市水文中心）