農田灌溉水質對農作物質量的影響因素及有效改善措施

本文從灌溉水中化學元素、微生物、物理特性和灌溉方式等方面分析了灌溉水質對農作物質量的影響因素并提出了改善灌溉水質的措施，包括加強水質監測評估、采用水質處理技術和優化農業生產管理，以期為保障灌溉農業的可持續發展提供參考。

近年工農業快速發展，灌溉水源日益緊缺，水質不斷惡化給農業生產帶來嚴重威脅。灌溉水質的好壞直接關系到農作物的品質亦關系到人民群眾的身體健康。因此，深入分析灌溉水質對農作物的影響因素，采取有效措施改善灌溉水質可以促進農業的可持續發展。

一、農田灌溉水質的現狀

據統計，我國灌溉面積已達7.4億畝，占耕地總面積的52%，灌溉用水量占農業用水量的94%以上。然而，隨著經濟社會的快速發展和用水需求的不斷增長，我國灌溉水資源形勢日益嚴峻，灌溉水質問題日益突出。灌溉水質的好壞直接關系到農作物的生長發育、產量品質和農產品的安全衛生，關系到農業生產的可持續發展和糧食安全。因此，加強灌溉水質管理，改善灌溉水質狀況，已成為當前農業面臨的一項重要而緊迫的任務。

據相關監測數據顯示，我國灌溉水質總體為輕度污染，部分地區灌溉水質已不能滿足農業灌溉用水要求。其中，南方地區灌溉水質優于北方地區，西部地區優于東部地區。灌溉水質主要污染指標為氨氮、總磷、化學需氧量等，部分地區重金屬和農藥污染也較為突出。造成灌溉水質問題的原因既有工業和城鎮生活污水直排、農藥化肥過量施用等人為因素，也有地質背景差異、氣候變化等自然因素。

當前我國灌溉水質面臨諸多問題。一是，工農業污染問題仍較突出。部分企業偷排偷放，超標排污現象時有發生，工業廢水和城鎮生活污水對灌溉水源構成嚴重污染。與此同時，農業面源污染問題日益凸顯，農田徑流、排水攜帶大量氮磷等營養物質進入水體，導致灌溉水源富營養化。二是，過度開采導致水資源短缺。為滿足農業灌溉用水需求，一些地區過度開采地下水，導致水位下降、水質變差，灌溉水源面臨枯竭風險。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，干旱、洪澇等災害對灌溉水源質量影響加劇，灌溉水質問題更加復雜多變。

二、灌溉水質對農作物質量的影響因素

1、水中化學元素對農作物的影響

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，可通過農作物的根系被吸收積累進入作物體內，并在植株內遷移轉運，最終在各器官尤其是可食用部分（如籽粒、果實等）富集。重金屬在作物體內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，引起細胞損傷進而影響農作物的生長發育，導致農作物產量下降和品質變劣，甚至完全失去食用和經濟價值。例如，汞和鎘等重金屬可抑制農作物光合作用，降低葉綠素含量，削弱作物的生長勢；鉛會抑制農作物的細胞分裂，導致生長緩慢、矮小、葉片發黃等癥狀；砷會影響植物的根系發育，造成營養吸收不良。另一方面，水中還含有一些植物生長所必需的營養元素，如氮、磷、鉀等。適量的氮、磷、鉀等元素能促進作物的生長發育，提高產量和品質。但過量的氮磷會引起農作物徒長，導致延遲成熟并降低抗病能力和儲藏品質。如過量施用氮肥會導致作物葉片脆弱、倒伏、影響農作物品質；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、水中微生物對農作物的影響

水中存在的微生物與農作物的生長發育息息相關。一些病原微生物如細菌、真菌、病毒可通過灌溉水侵染農作物，引發各種病害導致農作物減產甚至絕收。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。水體污染還可能導致一些產毒微生物大量繁殖，其釋放的毒素可污染農田土壤和作物，危害人畜健康。例如，藍藻門、裸藻門的藻類會產生微囊藻毒素、魚腥藻毒素等，這些毒素具有肝毒、神經毒作用，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農作物的生長發育，提高農作物的抗逆性。例如，根瘤菌可與豆科作物形成共生關系，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抑制病原菌的生長繁殖。

3、水的物理特性對農作物的影響

水的物理特性如溫度、pH值等也會影響農作物生長發育。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育，高于40℃則會影響水稻的開花結實和籽粒充實。再如馬鈴薯生長的適宜水溫為15℃—20℃，超過25℃會導致塊莖變形、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，導致作物出現燒根、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，水稻會出現根系發育不良、分葉力差、葉片發黃等缺鈣癥狀。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、電導率、濁度等指標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，導致根系生長不良、養分吸收能力下降。而電導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、灌溉方式對農作物的影響

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

噴灌具有布水均勻、用水量少、效率高等優點，但噴灌設備投資和能耗較高，噴水質量要求也高，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，具有精確補水、高效節水、不打濕葉面等優點，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，導致土壤通氣性差，不利于作物根系生長和養分吸收；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分淋失，造成水肥資源浪費，而灌水定額不足則會使作物面臨水分虧缺的風險。

三、改善農田灌溉水質的有效措施

1、水質監測與評估

水質監測與評估是農田灌溉水質管理的前提。準確掌握灌溉水源的水質狀況才能有針對性地制定水質改良措施，保障農田灌溉用水安全。建立完善的灌溉水質監測體系應根據灌溉水源類型、水質特點、農田作物種類等因素，科學設置監測點位，合理確定監測指標和頻次。對于地表水灌溉水源，應重點監測水溫、pH值、溶解氧、電導率、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總磷、重金屬等指標；而對于地下水灌溉水源，除了上述指標外，還應關注氟化物、砷、硒、硫酸鹽等特征污染物。監測頻次應根據水質變化的季節性規律和灌溉用水的時間分布來確定，在作物生長關鍵時期和用水高峰期應適當增加監測頻次。

在獲取灌溉水質監測數據的基礎上，還應開展科學的水質評價，判斷灌溉水質是否適宜農田灌溉。目前，我國已制定了《農田灌溉水質標準》（GB 5084-2021），規定了農田灌溉水的水質分類和評價指標限值。根據灌溉水的pH值、礦化度、堿化度、氯化物毒害、污染物毒害等指標可將灌溉水質分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類，其中Ⅰ類和Ⅱ類水質優良，適宜作物灌溉，Ⅲ類水質一般，需根據具體情況和作物種類謹慎使用，而Ⅳ類和Ⅴ類水質較差或極差，不宜直接用于農田灌溉，應采取必要的水質改良措施。在進行灌溉水質評價時應全面考慮各項評價指標，綜合判斷水質類別。如果某些指標超標，但其他指標均達標，不能簡單地將水質定為劣Ⅳ類或Ⅴ類，而應從實際情況出發分析超標指標對作物生長的影響程度，必要時可開展專項試驗或示范觀測，以科學評估灌溉水質的適用性。水質評價結果應及時反饋給灌溉水源管理部門和農田種植人員，以便采取相應的水質改良和灌溉管理措施。對于水質良好的灌溉水源應加強水源保護，防止水質惡化；對于水質一般或較差的灌溉水源應因地制宜地開展水質處理，如絮凝、過濾、吸附、離子交換、膜分離等，提高灌溉水質；而對于水質極差的灌溉水源，則應禁止用于農田灌溉，避免污染農田環境和農產品，危害人體健康。

2、農田灌溉水質處理技術

針對灌溉水質存在的問題，可采用物理、化學、生物等方法進行水質處理，以改善灌溉水質，滿足農作物生長需求。物理處理法主要利用水質顆粒物與水的物理性質差異，通過重力沉降、過濾、吸附等作用去除水中的懸浮物、膠體等。常見的物理處理設施有沉淀池、砂濾池、多介質過濾器等。這些設施操作簡單、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。

化學處理法通過投加化學藥劑，利用凝聚、吸附、氧化、絡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物，并具有消毒作用；EDTA、檸檬酸等絡合劑，可鈍化重金屬離子，減輕毒害作用。化學法去污能力強，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污染物、氮磷營養鹽等的方法。常見的生物處理設施有人工濕地、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、植物和微生物的協同作用凈化污水的生態系統，具有運行費用低、景觀效果好等優點，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器，但易產生板結堵塞，需定期反沖洗。曝氣生物濾池是生物濾池與曝氣充氧相結合的一種處理設施，具有供氧充足、生物活性高、處理效率高等特點，但能耗較大且運行成本高。在實際應用中應根據灌溉水的水質特征、污染程度、處理要求、投資運行成本等因素，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；對于有機污染嚴重、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施；而對于重金屬等有毒污染物超標的灌溉水，則需采用化學法深度處理。必要時還可將不同處理方法聯用組合，優化工藝路線，提高處理效率。

3、農業生產管理措施

除了改善灌溉水質外，在農業生產管理中還可采取其他措施減輕灌溉水質問題對農作物生長的不利影響。可以通過合理選擇農作物品種應對灌溉水質問題。不同作物品種對水質條件的適應性差異很大，一些品種耐鹽堿、耐重金屬、抗逆性強，而另一些品種則對水質條件要求較高，抗逆性差。在灌溉水質不理想的地區應優先選擇與當地水質條件相適應的耐逆品種，通過適地適作實現農業生產與灌溉水質的協調。例如，在鹽堿地區可選擇耐鹽堿的水稻品種，如南海優系列、青引系列等；在重金屬污染地區可選擇富集植物，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。

不當施肥會加劇灌溉水質問題。過量施用氮肥、磷肥等化學肥料，會增加灌溉回歸水的氮磷流失，引起水體富營養化。不合理使用農家肥、污泥等有機肥料，也可能導致重金屬、病原菌等污染物進入農田水環境。因此，應根據作物需肥規律和土壤養分狀況制定科學的施肥方案，實施精準施肥。在施肥種類上要優先使用符合標準或有機認證的優質肥料，避免劣質肥料污染農田；在施肥數量上，要嚴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。

傳統的大水漫灌，不僅浪費水資源，而且易造成養分淋失和鹽分積累，加劇灌溉水質惡化。因此，要根據作物需水規律和土壤墑情，采用噴灌、滴灌等先進灌溉技術，實現精準灌溉、定額灌溉。在灌溉定額上，要嚴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、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問題。保持農田排水系統通暢能夠及時排除農田積水，防止水體污染和鹽堿化。但排出的農田退水若直接排入河道或湖泊又可能污染地表水體。因此，要建立農田尾水收集和處理系統，將農田排水引入沉淀池、人工濕地等設施進行凈化處理回用于農業灌溉，實現農田水資源的循環利用。

綜上，加強農田灌溉水質管理，既要做好灌溉水質監測評估，科學判斷水質狀況，也要采取有效的工程技術和農藝管理措施，從源頭上控制和治理水質污染。同時，還要轉變農業發展方式，走節水、環保、高效、優質的現代農業發展道路。標本兼治，才能不斷改善灌溉水質，保障農田生態環境安全，促進農業的可持續發展，為建設生態文明和實現農業現代化提供堅實保障。

（作者單位：271000山東省泰安市水文中心）