再生水資源在缺水地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉中的應用
——以天津市為例

都清坤，葛梅

（1.天津華博檢測技術有限公司，天津300300；2.天津濱海合佳威立雅環(huán)境服務有限公司，天津300350）

雖然我國水資源豐富，但是人均水資源占有率卻相對較低，且個別地區(qū)還表現(xiàn)出不同程度的缺水狀況。基于現(xiàn)有水資源局限情況，如何高效、安全、合理地分配水資源，是實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展利用的重要基礎。農(nóng)業(yè)灌溉用水一直以來都是水資源消耗重要領域。因此，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉用水可持續(xù)發(fā)展是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用重要基礎。近年來再生水農(nóng)業(yè)灌溉應用逐步興起，并伴隨著再生水處理技術水平進一步提升，再生水在農(nóng)業(yè)灌溉領域應用廣度與深度必定將進一步強化。再生水在農(nóng)業(yè)灌溉領域成功應用，不僅有效實現(xiàn)水資源合理利用，同時也使土壤中氮磷等養(yǎng)分含量也得以改善，對于農(nóng)作物生長具有一定促進作用。同時，針對再生水對農(nóng)作物重金屬含量影響，文中將進行具體試驗論證，并就再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中的更好應用提出相應建議。

1 天津市再生水利用現(xiàn)狀

為切實響應國家關于再生水資源利用的相關指導意見，天津市一方面積極強化再生水綜合利用課題研究，先后由天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測站、天津大學等承擔了相應的課題研究，積極推進相關項目研究，并取得了一系列的研究成果。另一方面，天津市積極推行成果轉(zhuǎn)化及應用，先后在北辰區(qū)、河西區(qū)、武清區(qū)等建立再生水利用示范基地，成功將再生水應用到城市綠化、園林建設、公廁用水、供熱用水、環(huán)衛(wèi)用水及綠地灌溉等諸多領域。針對再生水農(nóng)業(yè)灌溉領域的應用，天津市武清區(qū)依托區(qū)域內(nèi)污水處理廠，實現(xiàn)了污水處理再利用的目標，再生水通過存儲塘實現(xiàn)對武清區(qū)近150 hm2農(nóng)田灌溉。同時，武清區(qū)環(huán)保部門采購安裝先進環(huán)保監(jiān)測設備，并配以嚴格監(jiān)測管理制度，經(jīng)過長達2年數(shù)據(jù)檢測與監(jiān)測，農(nóng)田土壤及農(nóng)產(chǎn)品各項檢測指標達標率100%，充分說明再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的可行性。

2 再生水灌溉農(nóng)作物重金屬檢測

2.1 試驗用水

此次試驗選取的再生水為天津市某污水處理廠二沉池出水，借助連續(xù)微過濾技術+臭氧消毒工藝對再生水進行二次深度處理；清水選用當?shù)鼐Ｍㄟ^檢測，再生水與清水均符合國家及天津市相關的農(nóng)業(yè)灌溉用水標準。

2.2 供試作物

選取黃瓜、西紅柿、蘿卜、圓白菜、小麥及玉米作為試驗農(nóng)作物。上述試驗農(nóng)作物種子全部選用京津冀地區(qū)相關的研究所，且具備上市銷售5年時間。

2.3 方法

（1）針對試驗農(nóng)作物的生長環(huán)境，分為大棚種植和農(nóng)田種植兩種方式。黃瓜、圓白菜、西紅柿、蘿卜采用大棚種植的方式，玉米和小麥采用農(nóng)田種植的方式。其中，大棚采用塑料薄膜覆蓋以避免雨水影響。同時，大棚內(nèi)分為2 個灌溉區(qū)域，試驗區(qū)與對比區(qū)，二者之間的距離保持在2 m 以上，以避免水源相互影響。玉米與小麥種植農(nóng)田同樣分為2 個灌溉區(qū)域，試驗區(qū)與對比區(qū)，二者之間距離保持在2 m 以上。上述相應的種植區(qū)域均采用相同的灌溉標準，即確保灌溉時長與水量一致。等這些農(nóng)作物成熟的時候，分別選其食用部分作為樣本進行試驗檢測。

（2）選擇農(nóng)作物樣本時，應從不同灌溉區(qū)域同一部分中抽取蔬菜；同一灌溉區(qū)域作物，應同時從多株農(nóng)作物上取樣，然后將所采集的同一灌溉區(qū)域所有樣品均勻混合成一個樣品，放入聚乙烯樣品袋中，送往實驗室檢查。樣品用蒸餾水和自來水反復沖洗，洗滌后瀝干水分等待測定檢驗。需要注意取樣時應采集成熟的農(nóng)作物。

（3）把玉米和小麥碾碎，首先通過20 目篩篩選，然后用聚乙烯樣品袋包裝密封存儲。如果是植物樣品，應使用食品加工機將其加工成單一的植物懸浮液，并儲存在聚乙烯袋中以待檢測。如果使用干泡沫法消化作物樣品，應采取以下步驟：取1～5 g 樣品，小火加熱使其碳化直至無煙產(chǎn)生，隨后轉(zhuǎn)至到500 ℃馬弗爐中使其灰化；冷卻8 h，將灰分溶于硝酸中，準備25 mL清潔的容量瓶，吸入一滴樣品消化液，用少量蒸餾水沖洗玻璃杯數(shù)次，將洗滌液放入容量瓶中，用攪拌棒充分攪拌，使其攪拌均勻，待檢。

2.4 檢測結果

在對上述農(nóng)作物樣本進行重金屬含量檢測時，可以參考國家標準規(guī)定的檢測方法，具體檢測結果如表1所示。

表1 井水和再生水灌溉的樣本作物中重金屬含量mg·kg-1

由結果可以看出，采用再生水和清水的農(nóng)作物中所含的重金屬量都是符合國家相關檢測標準的。與清水灌溉檢測結果不同，使用再生水灌溉農(nóng)作物，其重金屬的含量一定程度上呈現(xiàn)增高的趨勢，但是其含量也都在國家相關標準規(guī)定的安全指標范圍之內(nèi)，且統(tǒng)計學無差異。因此推斷，使用再生水對農(nóng)作物進行灌溉，對農(nóng)作物的重金屬含量并沒有什么影響，具備使用再生水對農(nóng)作物進行灌溉的條件。

3 天津市再生水灌溉存在的問題及對策

3.1 天津市再生水問題分析概述

3.1.1 水資源的開發(fā)利用是最突出問題

天津是水資源匱乏型城市，水資源嚴重短缺。根據(jù)政府多年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，天津市近幾年平均地表水資源量約為10.65 億m3，淺層地下水資源量590 億m3。經(jīng)過反復驗證計算，水資源總量僅為15.69 億m3，人均水資源不足160 m3，即使計算外調(diào)及入境水資源，人均水資源也不足370 m3，相對而言，我國人均水資源占有量約為2 100 m3，而世界公認的缺水警戒線為每人1 000 m3。

目前，天津市主要供水資源來源于引灤入津和引黃濟津兩大水利民心工程。城市供水的獨特性和脆弱性是顯而易見的。灤河供水難以滿足城市工業(yè)和生活用水需求，農(nóng)村供水主要由地下水、內(nèi)河和當?shù)氐乇硭M成，農(nóng)業(yè)缺水嚴重。基本生態(tài)用水難以管理。即使南水北調(diào)工程實施后，農(nóng)業(yè)生態(tài)缺水的局面也難以改變。近幾年供水供需平衡后，全市用水量缺口高達13 億m3，其中城鎮(zhèn)缺口為4 億m3，農(nóng)業(yè)生態(tài)缺口9 億m3。天津市水資源分布不均，導致天津市水資源短缺問題愈發(fā)凸顯。作為經(jīng)濟相對發(fā)達的南部區(qū)域，水資源人均占有量明顯低于北部區(qū)域。當?shù)氐乇硭磕陜H占全市的35%，可利用地下水占全市的21%，已成為全市最稀缺的區(qū)域。南部區(qū)域包括濱海新區(qū)、靜海縣、寧河縣等9 個區(qū)組成，農(nóng)業(yè)灌溉面積270 萬m3。根據(jù)需水量預測，南部農(nóng)業(yè)灌溉需求約10 億m3。生態(tài)需水量不低于2.09 億m3，但目前農(nóng)業(yè)需水量僅為3.45 億m3，缺水量為668 m3，生態(tài)供水量僅為2 億m3，占比需水量不足10%。其中，農(nóng)業(yè)生態(tài)水資源緊缺近9 億m3，南部已成為天津市農(nóng)業(yè)生態(tài)水資源最緊缺的地區(qū)，如表2所示，天津市供水將“橫縱并舉”，水資源量和水安全水平將大大提高，中心城區(qū)缺水問題將得到解決，新區(qū)和濱海城原則上將得到解決。但由于河流水資源的限制，農(nóng)業(yè)生態(tài)供水難以實現(xiàn)。現(xiàn)有供水系統(tǒng)不變，可用水量沒有增加，現(xiàn)狀水位基本不變，缺水問題將繼續(xù)存在。

表2 天津市南部地區(qū)各區(qū)縣農(nóng)業(yè)、生態(tài)水資源情況調(diào)查表

3.1.2 滯后的再生水回用配套工程

長期以來，人們對廢水資源的性質(zhì)和再利用的潛力、廢水處理與再利用之間不平衡以及水資源再利用配套項目落后發(fā)展等問題認識不清，缺乏協(xié)同效應，影響了再生水的大規(guī)模利用。天津地區(qū)新建了紀莊子、東郊、咸陽路三座污水處理廠，日處理能力139 萬t，經(jīng)處理的再生水水質(zhì)基本滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水的標準和要求。但是，由于缺乏對再處理用水項目的支持，河道的形成和二次污染治理的措施仍然滯后。因此，生態(tài)效應導致天津市難以實現(xiàn)再生水再利用的被動局面和生態(tài)真空。同時，居民樓存在入住率較低、水管空置等不正常現(xiàn)象，導致用水量低的尷尬局面，市區(qū)已建成的回采水管不到三分之一，難以恢復供水能力。

3.1.3 鼓勵和促進的扶持政策未能落實

天津的再生水資源尚未納入單一的水資源管理框架。國家沒有強制管理制度，農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水的戰(zhàn)略地位沒有確立，缺乏可信的投資保障和有效的落實措施，直接影響該地區(qū)免費用水的積極性。農(nóng)業(yè)再生水和生態(tài)再生水的主要利用方式尚未開放。根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策，對于使用再生水企業(yè)，可以考慮給予財政補貼及稅收優(yōu)惠等政策安排。

3.2 發(fā)展對策

雖然短期再生水灌溉下，作物中重金屬的含量符合國家相關標準的要求，但長期使用再生水灌溉農(nóng)田，土壤和農(nóng)作物中重金屬殘留超標的風險，還需要進一步檢驗。同時，為進一步規(guī)范再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中的應用，應該重點從以下幾個方面進行完善。

3.2.1 加大再生水農(nóng)業(yè)灌溉配套設施投入

伴隨著目前農(nóng)田種植范圍的逐漸增加，再生水農(nóng)業(yè)灌溉的輸送距離逐漸加大，甚至已經(jīng)超出現(xiàn)有再生水灌溉設備的輻射范圍。為此，一方面應該積極優(yōu)化現(xiàn)有再生水灌溉設備，增設中轉(zhuǎn)設備，對再生水進行儲存及遠距離輸送。另一方面，積極提升再生水灌溉設備的節(jié)水率，例如增設噴灌、滴灌等灌溉節(jié)水設備，實現(xiàn)再生水的高效利用。此外，針對再生水農(nóng)業(yè)灌溉規(guī)范知識與使用標準，應該強化知識宣傳與技術指導，提升農(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識和生產(chǎn)技能。

3.2.2 提升農(nóng)業(yè)環(huán)保人員技術水平和素質(zhì)建設

再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的重要基礎便是再生水水質(zhì)達標。為此，國家應該借助相應的獎勵措施及扶持政策，組織各級農(nóng)業(yè)部門積極開展專業(yè)人才培訓，建立完善的人才培養(yǎng)機制，不遺余力地提升農(nóng)業(yè)管理人員對再生水檢測與監(jiān)測綜合能力。例如，定期組織相關人員進行專業(yè)知識培訓，邀請廠家進行專業(yè)設備培訓與指導，強化相關技術與管理經(jīng)驗的交流與融合，以此提升相關管理人員的綜合技能，進而實現(xiàn)對再生水水質(zhì)的監(jiān)測與管理效力，充分保障再生水水質(zhì)符合農(nóng)業(yè)灌溉的標準與要求。

3.2.3 完善農(nóng)業(yè)再生水灌溉的運行機制

再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中的高效應用，需要多個政府部門的協(xié)同配合。為此，各地應該結合自身的具體情況，因地制宜地制定符合自身發(fā)展現(xiàn)狀的再生水運行管理機制。具體而言，農(nóng)業(yè)部門作為再生水農(nóng)業(yè)灌溉應用的主要管理部門，應該承擔更多的職責，例如再生水水源供給方面、再生水水價制定及補貼方面，只有在保障再生水供水能力充足的基礎之上，保障再生水水價明顯低于河水、地下水的前提之下，農(nóng)民選擇再生水的積極性方可有效提升。水利部門應配合農(nóng)業(yè)部門做好農(nóng)田再生水灌溉設施的建設、更新以及完善工作。環(huán)保部門應該將工作重點放在再生水水質(zhì)檢測與監(jiān)測方面，充分保障再生水水質(zhì)符合國家及地方相關標準。

3.2.4 發(fā)揮政府職能作用

為了進一步促進再生水的研究和應用，相關部門應在解決非技術性因素方面發(fā)揮重要作用，特別是制定適當?shù)姆龀终摺?/p>

（1）鼓勵廣大投資者積極參與我國水資源開發(fā)，這樣可以緩解國家資金不足的問題，支持水電工程建設。政府應在稅收、貸款等方面給予適當?shù)膬?yōu)惠或補貼，為這些項目提供適當?shù)男刨J或其他形式的贈款，以便更好地吸引各種參與資金。

（2）從政府的角度，宣傳和推廣再生水的使用，以及介紹再生水的使用對消費者的好處以及對環(huán)境的保護作用。這里的消費者指的是再生水的潛在用戶，如能源、化工、礦業(yè)等耗水量高的企業(yè)。更重要的是，政府應該采取積極的態(tài)度，在配套公共工程中使用再生水用于灌溉，如景觀用水、綠化用水、消防用水等。

（3）提高自來水使用成本或限制自來水使用。政府可以提高自來水價格，來提升消費者對再生水使用的積極性；也可以限制自來水的使用，例如為自來水的使用設定配額或上限，這樣多種舉措并行，就一定能夠有效地促進再生水的應用。

4 結語

隨著可再生水灌溉技術和方案不斷改進和完善，可再生水在灌溉領域得以迅速發(fā)展。此外，政府在污水處理設施方面的投入也在不斷加大，再輔以相應的政策扶持，可再生水資源的應用領域也在不斷擴大，這將是解決水資源短缺和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素。同時，堅信政府會加大科技方面投資，引導再生水資源的安全使用，完善其技術支撐體系建設，為天津市水資源再利用的發(fā)展奠定堅實的基礎。