中國農田污水灌溉研究進展

摘要:介紹了中國污水灌溉的發展狀況，分析了污水灌溉的益處和危害，并就如何科學合理發展污水灌溉提出健全監管、控制水質、加強污灌技術研究等建議。

關鍵詞:水資源;污水灌溉;污灌技術

中圖分類號:S273.5 文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.04.022

Advance of Research on Sewage Irrigation in Farmland in China

WANG Yong-qiang， LI Shi-yin， CAI Xin-de

(South China Institute of Environmental Science，Ministry of Envionmental Protection， Guangzhou 510655， China)

Abstract:The development situation of sewage irrigation in China was introduced .The advantages and disadvantages of sewage irrigation were analyzed. Finally， the suggestions on how to develop sewage irrigation rationally were put forward.

Key words: esource; sewage irrigation ; wastewater irrigation technology

中國淡水總資源名列世界第4位，但中國人均水資源量僅為世界水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。進入21世紀以來，水資源問題已經成為制約中國經濟迅速發展的瓶頸。隨著國民經濟的快速發展和人民生活水平的提高，灌溉用水不斷被工業和城市生活用水擠占，農業缺水日趨嚴重，因而大量污水被用于直接灌溉。合理的污水灌溉有利于中國農業的發展，也可減輕大量污水對環境的污染。然而由于人們環保意識薄弱，將大量未經處理或缺少必要預處理的污水用于灌溉農田，水質嚴重超標。同時目前污水處理技術水平較低，污水灌溉理論與技術研究薄弱，有關監控、管理體系嚴重滯后，致使農民盲目灌溉， 將會帶來一系列的水土環境、生態安全等問題。

1污水灌溉的可行性分析

污水灌溉通常是指人們有意識、有目的地利用土壤環境自凈功能將適當處理后的各類污水灌溉農田、草地園林以及回灌地下水等污水資源化的工程措施[1]。大多數污水中含有較豐富的N、P、K、Cu、Zn 等，能為作物提供多種營養元素，且在一定范圍內能使作物增產。美國舊金山將污水回收后輸送到加利福尼亞州其他地區， 用于農業生產， 并達到保護環境的目的[2]。日本從1997年開始實行農村污水處理計劃， 已建成約2 000個污水處理廠， 多數采用日本農村污水處理協會研制的JA-RUS小型污水處理系統， 各項指標都達到污水處理水質標準。處理后的污水水質穩定， 多數引入農田灌溉。極度缺水的以色列污水處理率達90%以上， 57%的污水經過凈化處理后可用于農業灌溉和園林草地灌溉[3]。

日本、美國、以色列等國家的實踐證明，經過適當處理的生活污水和有機工業廢水灌溉農田，可以變廢水為良好的水源，還可以提高土壤肥力，既保護了水環境，又緩解了水資源供需之間的矛盾。中國目前污水處理技術已經比較成熟， 污水處理廠的二級出水可以滿足農業灌溉的水質要求。

2中國污水灌溉的發展概況

中國的污水農業灌溉正式起步較晚，大致可以劃分為3個階段[4]。即:1957年以前是自發使用污水灌溉時期，從20世紀40年代起，在北京附近開始利用工業和生活廢水進行農田灌溉;1957—1972年為初步發展時期，1957年當時的建工部聯合農業部、衛生部把污水灌溉列人國家科研計劃，從此開始興建污水農業灌溉工程，污水灌溉得到了初步發展;1972年至今為污水灌溉迅速發展時期，目前 ，中國污水灌溉農田面積為330 余萬hm2，占全國總灌溉農田面積的7.3 %，主要分布在中國北方水資源嚴重短缺的海、遼、黃、淮四大流域，約占全國污水灌溉面積的85%。從污水農業利用特點考慮，中國污水灌溉可劃分為2類:一是北方水肥并重污灌區，沿大興安嶺西側、內蒙古高原東部和南部邊緣、黃土高原西部邊緣直至祁連山東緣，在這條線以東以南，秦嶺、淮河以北的地區，污灌面積達76.2萬hm2，占全國污灌面積的86.6%，是全國污灌面積最集中的地區;二是南方重肥污灌區，秦嶺、淮河以南，青藏高原以東地區，污灌面積為9.27萬hm2，青藏高原以北的廣大地區，污灌面積為2.59萬hm2，占全國污灌面積的2.94%。中國污水灌溉面積還在不斷擴大，污水正成為一些地區灌溉用水的寶貴資源[3]。由此可以看出，污水灌溉在中國農業發展中的地位不容忽視。

3污水灌溉的利弊分析

污水具有水源、肥源、污染源3種屬性，這3種屬性決定了污水灌溉具有正負兩方面的生態效應[5]。

3.1污水灌溉的益處

3.1.1緩解水資源危機隨著社會經濟的快速發展，各類需水量在飛速增加。農業灌溉水資源日益短缺，嚴重制約了中國農業的快速與健康發展。據統計，中國農業每年缺水達300 億m3。20世紀90年代，因缺水造成的糧食減產達250億～400億kg。同時，工業和城市生活排放的污水量也相當巨大，加強污水的資源化利用[6]，利用污水灌溉農田可以在一定程度上緩解目前灌溉水資源短缺的嚴峻局面。

3.1.2消除污染，改善環境，降低污水處理成本未經處理的污水直接排放，其過量的氮、磷等成分會導致水體發生富營養化。各類農作物、土壤中的微生物以及土壤本身對污水都有一定程度的凈化能力。二級處理過的污水灌溉農田，農田對這些污水也進行了物理、化學以及生物凈化，降低了污水直接排放或污水處理程度不夠而引起水體嚴重污染的可能性，改善了生態環境。污水灌溉可以降低污水處理廠的投資[7]，經過氧化塘、氧化溝等二級處理后的污水進人農田后，農田會對這些污水進行更深層次的物理化學以及生物凈化，這一過程相當于更高級別的污水凈化處理，減少了污水處理的級數和復雜程度，從而降低污水處理成本。

3.1.3 提高土壤肥力，增加糧食產量污水中含有作物生長所需要的氮、磷、鉀等營養元素，其合理使用可減少肥料施用量，提高土壤肥力，改善土壤結構，削減農田投資，增加農民收入。陳竹君等[8]用城市污水灌溉棉花， 發現污水灌溉量為350，440，515 mm/hm2時棉花的產量與相應數量的淡水再分別加氮肥150，180，230 kg/hm2的效果相當。

3.2污水灌溉帶來的問題

直接采用未經處理的污水灌溉農田，灌溉水質嚴重超標。用劣于農灌水質標準的污水進行灌溉的土地面積為310.7 萬hm2[9]，占污灌面積的大部分。未經處理的污水可能含有大量重金屬污染物、致病微生物和難以降解的有毒化合物，灌入農田會引起一系列生態環境衛生等問題。同時，污水農業灌溉理論技術研究相對滯后，監督管理體制不健全，導致灌溉不合理，水資源浪費嚴重。

3.2.1污水灌溉對土壤的影響許多調查表明，常年不合理特別是使用未經處理的污水灌溉，將對灌區土壤產生嚴重污染[10]。由于污灌所用的水來源于城市污水、工業污水或混合污水，其中含有大量的有機污染物、無機污染物以及重金屬、有毒非金屬等。長期使用水質不符合標準的污水灌溉，土壤中的有機污染物、重金屬以及固體懸浮物含量超過了土壤吸持和作物吸收能力，必然造成土壤污染，使pH值、鹽分等發生變化，出現土壤板結、肥力下降、土壤結構和功能失調，土壤生態平衡受到破壞，引起土壤環境的惡化，土壤生物群落結構衰退，多樣性下降，產生環境生態問題[11]。如在甘肅的白銀市污水灌溉區已使土壤受到重金屬離子嚴重污染。再如江西的贛州和大余、廣東的韶關和曲江、湖南的株洲、陜西的西安等19個地區都有個別地塊產生“ 鎘米”， 總面積在1.07 萬hm2以上[12]。長期污灌導致土壤發生次生鹽漬化，土壤中生物酶的活性受到抑制，土壤環境質量下降，還可能導致土壤板結[13]。

3.2.2污水灌溉對地下水的影響污水灌溉使用不當或者使用未經處理的污水灌溉，將造成灌區地下水污染。目前中國污灌區地下水污染的原因多是因為使用了未經處理的污水灌溉農田，水質不符合農田灌溉水質標準。另外，不合理的利用污水灌溉農田也是造成環境污染的原因，不適合污灌的地區不能進行污灌，如在土地滲透性強、地下水位高、含水層露頭處以及集中的飲用水源處不適合污水灌溉。劉凌等[14]在徐州用奎河水進行含N污水灌溉試驗研究，發現污水灌溉對地下水中NO3-濃度影響較大，尤其是長期進行污灌的土壤，易造成地下水中NO3-的污染。而NO3-反硝化產生的NO3-是致癌物質。石家莊市淺層地下水由于污水灌溉影響污染程度逐年加深[15]。地下水一旦受到污染將很難恢復，其后果將是非常嚴重的。

3.2.3污水灌溉對農作物的影響未經處理的污水中含有復雜的污染物，對不同的植物產生不同程度的傷害，植株葉綠素含量明顯減少[16]，活性氧清除系統各酶活性出現不同程度的降低，膜質過氧化，細胞膜透性增加，蛋白含量降低[17]。污水中含有大量的重金屬元素，在土壤中累積對植物造成傷害，一方面表現為影響植物養分的吸收和利用，另一方面打亂植物體內的代謝平衡[18]。用于農作物灌溉，作物中重金屬積累，農產品品質變壞并產生一定的遺傳毒理學效應等癥狀[19]。用未經處理的污水澆灌的糧食、蔬菜、水果味道一般較差， 維生素含量明顯降低。謝宗平等[20]發現用含N污水灌溉的蔬菜(如菠菜、甜菜等)內NH4+- N大量積累， 比世界衛生組織(WHO) 標準高好幾倍。污染物通過食物鏈的遷移，累積在農產品中。楊榮江[21]調查發現，污水灌溉后蔬菜重金屬含量明顯呈葉菜類 >茄果類 >根莖類的趨勢。黃玉源等[22]卻發現各種蔬菜中重金屬的吸收積累量表現為根 >莖 >葉。灌區新鮮蔬菜中根菜類蔬菜的亞硝酸鹽超標最嚴重，達7.90倍[23]。人們長期食用含有較多有害物質的農產品，容易引發很多疾病。

4對中國污水灌溉的建議

4.1加強環保宣傳力度，健全管理和監督體制

目前迫切需要建立健全污水灌溉管理體制，成立專門的污水灌溉管理部門，對污水灌溉進行科學的指導和管理。應加大環保宣傳力度，提高灌區農民的環保意識。成立專門的監督管理部門，對污水資源的規劃、排放、處理和灌溉全過程實行統一監管。

4.2健全污水灌溉的標準體系，控制水質

加強水質監測是實現灌區污染防治的先決條件，在污水灌溉實踐中必須按照《農田灌溉水質標準》和污水排放標準，嚴格監督和控制進入田間的污水水質。盡快整理出臺針對污水農業灌溉的標準、規范以及技術指南等，為污水灌溉提供必要的指導和保障。

4.3加強污水灌溉技術的研究

目前中國污水灌溉理論和技術研究十分薄弱， 且主要是研究污水灌溉對作物與土壤的影響[24] ，嚴重滯后于污水灌溉的發展和需要。今后應加強污水處理技術、土壤凈化能力、污染物在土壤中的遷移轉化規律、污水灌溉制度、滴灌技術、污水灌溉與地下水關系等內容的系統研究，為中國污水農業灌溉的進一步發展提供充分的理論和技術支持。

4.4因地制宜，科學合理，安全高效地利用污水灌溉

考慮污水種類和土壤、地質條件，合理選擇灌溉對象，制定合理的灌溉措施。醫藥、 生物制品、化學試劑、農藥、石油煉制、焦化和有機化工等行業排放的污水不可用作灌溉[1]。喀斯特地區或活動含水層低的沙地不宜污水灌溉， 因為污水容易滲漏， 污染地下水。食用根、莖、葉的作物不宜污灌。高粱、玉米等高稈植物與低稈植物相比不易受污染[25]。食用果實的作物在生殖生長階段不宜污灌。不同作物采用不同的污水灌溉制度:食用根、莖、葉的蔬菜和土豆等作物應杜絕污灌，小麥、玉米、谷子、棉花等作物可適量的引污灌溉[26] 。

5結語

污水灌溉是解決目前中國農業灌溉水資源短缺切實可行的途徑，也是實施中國水資源可持續發展的一個重要措施。污水灌溉利弊共存，因此如何去弊取利，實現水源利用的最大資源化將是今后研究的重點。

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