再生水灌溉小麥的可行性分析與評價

楊 璞

（邯鄲市農(nóng)業(yè)科學院 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)水資源危機現(xiàn)象。因此，解決水資源匱乏、保障小麥主體地位成為當前亟待解決的問題。

目前，省內(nèi)許多學者主要考慮通過節(jié)水技術及節(jié)水品種的推廣來解決水資源危機。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，與提升小麥地位背道而馳；而節(jié)水技術在一定時期內(nèi)能起到緩解水資源危機的優(yōu)點，但在水資源有限條件下，節(jié)水技術的推廣應用不可能長期、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的切實可行途徑。

隨著工業(yè)的發(fā)展、城市的擴展以及人口劇增，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險。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。運用水培模擬實驗研究了再生水對小麥種子萌發(fā)的影響，結果表明，再生水可顯著促進小麥種子萌發(fā)及根系生長[5，6]。當再生水中含有低濃度的Pb和Cd時，也可促進種子萌發(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[5]。此外，低濃度的Cr(Ⅵ，＜1 mg/L)對小麥各發(fā)芽指標無顯著影響；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，其中，根對Cr的反應最敏感[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[11]研究了根長密度及根系吸水速率對再用水灌溉的響應，污水經(jīng)二級處理后(電導率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 對小麥保護酶的影響。體內(nèi)保護酶的變化能反映小麥受再生水傷害的程度。郭逍宇等[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)量效應是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者所關注的核心問題。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，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)的含量是評價小麥品質(zhì)的重要指標[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，土壤有機質(zhì)及總孔隙度有所升高，土壤中細菌、真菌、固氮菌及亞硝化細菌增多，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注的熱點問題。由于各地的生活習慣以及工業(yè)發(fā)展狀況不同，導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，運用盆栽試驗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準，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)定標準。進一步研究還發(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，遠低于大氣沉降與有機肥施用而帶入的重金屬量，不會引起農(nóng)作物重金屬超標[21]。鄧金鋒等[22]對北京市東南郊再生水灌溉后土壤中Cd的積累進行了模擬和預測，如果按再生水Cd含量10 mg/m3、土壤Cd含量為0.1333 mg/kg計算，土壤中的Cd含量將在40年之后超出國家土壤環(huán)境標準；如果再生水Cd含量降到5 mg/m3時，土壤中Cd含量將會在100年之后達到國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準的閾值。在天津，應用再生水進行小麥灌溉，土壤及小麥中的重金屬含量均符合國家安全標準，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現(xiàn)象，但卻存在潛在風險[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準。杜娟等[25]通過土柱模擬實驗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)生標準》和 《食品污染物限量》標準。數(shù)據(jù)顯示，重金屬累積與再生水灌水量無顯著相關性[13，15]。

4 再生水用于麥田灌溉的評價

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的優(yōu)點。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注的焦點，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研究。可以看出，無論是經(jīng)濟欠發(fā)達的縣級市還是經(jīng)濟實力強大的一線城市均把再生水回用于小麥灌溉作為一項重點工作來開展。從各地的研究進展可知，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)境安全標準。通過預測分析，長期應用再生水灌溉會導致重金屬超標現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，污水的處理應廣泛應用先進的處理技術，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，為國家的產(chǎn)糧事業(yè)做出了重要貢獻。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，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，重點開展適合本省實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與提升小麥主體地位的有效措施。