再生水是指將城市污水或生活污水經(jīng)處理后達到一定的水質(zhì)標準，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水。即再生水的水質(zhì)低于生活飲用水的水質(zhì)，但又高于允許排放大污水水質(zhì)標準。水資源的匱乏推動了再生水的利用，其中再生水在農(nóng)業(yè)方面的利用始終是國內(nèi)外科研及生產(chǎn)者共同關(guān)注的焦點。再生水用于農(nóng)業(yè)可以采用直接灌溉或排至湖泊灌區(qū)等自然水體進行間接回用兩種方式。再生水灌溉可以緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺形勢，但再生水灌溉也存在一定的風(fēng)險，再生水灌溉對作物及土壤的影響成為近年來研究的熱點。本文主要闡述了再生水灌溉對作物生長、土壤和及地下水的影響，再生水和相關(guān)領(lǐng)域研究進展、存在的問題與今后的研究重點。
1、再生水灌溉對作物生長影響的研究
相對于使用地表水、地下水等常規(guī)的灌溉用水，再生水的營養(yǎng)物質(zhì)（N、P、K）較豐富，總固體含量較高并含有大量的微生物（含各種致病菌）及一定的重金屬殘留，豐富的營養(yǎng)物質(zhì)可以促進作物生長、減少化肥施用量，但是各種致病菌及重金屬又有可能對作物造成不利影響，因此有必要對再生水灌溉進行各種對照實驗，來研究再生水對植物生理特性的影響。
國外關(guān)于再生水灌溉對作物的影響研究起步較早，相對也較多，采用不同處理級別的再生水對包括谷子、小麥等糧食作物，西紅柿、茄子等蔬菜類進行灌溉，對其產(chǎn)量、外觀形狀、常規(guī)營養(yǎng)、微量元素和重金屬含量以及蔬菜中的微生物殘留等指標進行研究。國內(nèi)進行的關(guān)于再生水灌溉的研究主要集中在再生水灌溉對蔬菜、作物等的生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，研究大多集中在重金屬殘留方面。參考近年來有關(guān)方面的研究成果，再生水灌溉對冬小麥、夏玉米、苜蓿產(chǎn)量沒有顯著影響，再生水灌溉平均增加蔬菜產(chǎn)量達到20%以上，再生水對蔬菜總糖、粗蛋白、維生素等營養(yǎng)成分沒有顯著影響。馬敏等對玉米和大都品質(zhì)影響研究的試驗表明用再生水灌溉的玉米和大都籽粒中的重金屬含量均低于國家標準的規(guī)定，但是有少量的累積。但不同灌區(qū)小麥籽粒的重金屬含量之間沒有明顯差異。與《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》相比，北京市城市污水處理廠再生水重金屬濃度平均值和加權(quán)平均值均遠遠低于農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準。
通過再生水灌溉途徑帶入的重金屬與地下水灌溉相當，低于大氣沉降和有機肥施用等輸入途徑帶入的重金屬。當前再生水灌溉導(dǎo)致土壤重金屬污染的風(fēng)險較小，并不會導(dǎo)致農(nóng)作物重金屬超標。
再生水對牧草、草坪草的灌溉也較為普遍，試驗表明，再生水灌溉促進草坪草的生長，再生水灌溉在灌溉的同時輸入作物所需的營養(yǎng)元素，保證草坪草的正常生長，而在不施肥的情況下采用清水灌溉難以維持草坪草的正常生長。草坪草再生水灌溉可以節(jié)肥32%-81%。
再生水在果園得到成功利用，再生水中磷、鉀、鎂、鐵等營養(yǎng)元素可以滿足葡萄生長的需要，但是磷、鉀含量增加會對葡萄生長存在潛在危害，再生水灌溉將促進養(yǎng)分的吸收，盡管土壤鹽分有所增加，但是并不影響作物生長。
由此可見，雖然再生水灌溉對作物生理狀況有一定影響，但還不足以構(gòu)成極大風(fēng)險，與有機肥料污染，大氣污染等相比，再生水灌溉對植物的影響并不明顯。
2、再生水灌溉對土壤的影響研究
再生水灌溉對土壤質(zhì)量影響程度直接關(guān)系到土壤的生產(chǎn)能力和土壤生態(tài)平衡。有研究表明再生水灌溉具有增加表土鹽度的趨勢，也有研究發(fā)現(xiàn)再生水灌溉導(dǎo)致土壤鹽堿度程度顯著增加。國外對再生水灌溉的研究較為深入，但是國內(nèi)在再生水灌溉對土壤的影響規(guī)律研究方面還不充分。目前國內(nèi)外研究重點包括再生水灌溉對土壤結(jié)構(gòu)、孔隙率、導(dǎo)水率等物理性質(zhì)、對重金屬、持久性有機污染物、鹽分、養(yǎng)分等化學(xué)性質(zhì)與土壤微生物群落的影響等方面。
2.1再生水灌溉對土壤酸堿度的影響研究
pH值對土壤中養(yǎng)分存在的形態(tài)和有效性，對土壤的理化性質(zhì)、有機質(zhì)的合成與分解、氮磷等營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放，以及植物的生長發(fā)育都有很大影響。分析發(fā)現(xiàn)再生水一般不會導(dǎo)致土壤pH值顯著上升，可能會出現(xiàn)輕微上升，主要原因是再生水中含有豐富的營養(yǎng)元素和鹽分導(dǎo)致pH值增加。耕層土壤pH值浮動范圍在作物適宜生長范圍內(nèi)。
土壤堿化作用取決于土壤溶液中的鈉吸附比，它表示鈉離子與土壤中存在黏粒反應(yīng)時的相對活性，是第一個用于評估由鈉離子引起的潛在損傷的指標。試驗表明，再生水灌溉土壤的鈉吸附比明顯比井灌高，說明再生水灌溉對土壤堿性有一定影響。同時，再生水灌溉土壤中鈉離子的累積效應(yīng)比較明顯。總體而言，再生水灌溉土壤中堿性的危害程度較低。
2.2再生水灌溉對土壤肥力影響研究
長期再生水灌溉對土壤孔隙率和鎂含量造成影響，造成土壤密實度增加，對營養(yǎng)物的吸持能力下降。但是，再生水灌溉土壤有機質(zhì)的平均含量要遠遠高于河水與井灌土壤的有機質(zhì)含量。土壤陽離子交換量（CEC）是評價土壤保肥供肥能力的而一個重要指標，取決于土壤中存在的黏粒和有機質(zhì)的類型和數(shù)量，是土壤緩沖性能的主要來源，也是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，再生水灌溉土壤的保肥能力要高于井灌土壤。
2.3再生水灌溉對土壤主要重金屬元素含量影響研究
分別使用再生水和自來水進行灌溉，對樣地土壤中主要重金屬元素的含量進行檢測，結(jié)果表明，再生水灌溉不會造成銅、砷、鎳、鉻等金屬元素在土壤中的富集，但會造成鋅、鉛、汞、鎘等重金屬元素在土壤中的富集。雖然到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)由于鋅、鉛、汞、鎘等重金屬元素在土壤中富集而造成植物的生長發(fā)育出現(xiàn)異常變化現(xiàn)象，但這種重金屬元素富集對植物生長發(fā)育的影響是存在的，其影響結(jié)果還需繼續(xù)通過試驗作更進一步的觀察和驗證。
2.4再生水灌溉條件下土壤氮、磷元素的研究
再生水灌溉條件下土壤氮素的利用效率研究也不斷受到重視，土壤中氮素的含量隨灌溉水中氮素濃度的增加成比例增加，隨灌水量的增長而增長。因此再生水灌溉導(dǎo)致硝酸根例子濃度的增加、土壤含氧量減少，更有利于發(fā)生反硝化作用，反硝化作用增強2-50倍。再生水灌溉會增加土壤中有效磷的額含量，土壤中磷的含量主要與土壤的吸附量、作物提取量與污水帶入量密切相關(guān)，通過收獲可以把磷帶出土壤-植物系統(tǒng)。采用污水土地處理與污水回用相結(jié)合系統(tǒng)，污水中的氮素經(jīng)過作物吸收以及氮素的硝化、反硝化等各種遷移轉(zhuǎn)化過程后，排水中的氮素可以滿足環(huán)境要求的排放標準。
3、再生水灌溉對地下水質(zhì)量影響的研究
對再生水灌溉的利用應(yīng)該防止其對地下水的污染，再生水灌溉過程中可能會深入地下水，應(yīng)當通過研究建立科學(xué)的灌溉制度和灌區(qū)建設(shè)模式。灌區(qū)地下水的房屋性能與包氣帶巖性、地下水力學(xué)特征、再生水灌溉制度、灌區(qū)工程布置等有關(guān)，當前研究主要關(guān)注再生水對地下水鹽分、氮素、重金屬含量等的影響。
對北京市不同再生水來源的水樣進行調(diào)查可大致得出，再生水的As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb濃度與地下水重金屬濃度無明顯差異，僅Zn濃度差異較大。在同等灌溉條件下，除Zn外，調(diào)查區(qū)域再生灌溉帶入的重金屬并不一定比地下水灌溉帶入的重金屬多。
再生水中鈉含量較高，灌溉入滲補給的過程中，鈉離子與鈣離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，導(dǎo)致地下水中鹽分增加。采用元素示蹤方法研究可以得出污水灌溉導(dǎo)致地下水中硝氮含量增加，由于黏土土壤通透性較差，再生水灌溉時反硝化速率顯著增加，土壤氮素利用率下降，但這可以減少氮素滲漏對地下水的威脅。土壤對磷具有較強的吸附能力，避免了P在深層包氣帶的遷移。在地下水埋深淺、包氣帶滲透性好的地下水不宜進行再生水灌溉。
目前，對于再生水回灌地下水的研究也日益受到關(guān)注。再生水補充地下水，能夠有效改善北京市地下水資源匱乏的狀況，使循環(huán)開采和試用地下水成為可能。再生水補給地下水在國外已有較長的歷史，美國1972年興建了當時世界上最大的深度處理廠。隨著全球性水資源短缺和水污染的加劇，美、法、德、以色列等發(fā)達國家都在推行再生水回灌技術(shù)。具有廣闊的發(fā)展前景。
4、再生水灌水技術(shù)研究
再生水灌溉時一個系統(tǒng)工程，需要通過優(yōu)化選型與系統(tǒng)配套建立再生水安全灌溉系統(tǒng)，保障對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、消費者與公眾的健康。該領(lǐng)域重點研究不同的再生水灌溉方式，其中研究最為廣泛的是再生水微灌技術(shù)。
由于再生水是將城市生活污水及工業(yè)污水經(jīng)過處理得到的，考慮到技術(shù)和成本因素，里面的一些有機物和病菌不可能完全除盡。如果采用地面灌水方式，可能會影響環(huán)境及人體健康。為此，選用以地下滴灌為主，結(jié)合地面微灌的微灌技術(shù)，可以減少灌溉水與人群接觸的機會，實現(xiàn)再生水的安全灌溉。病毒可以再滴灌管周邊10cm范圍內(nèi)存活28d，地下滴灌可以有效減少細菌在葉片的累積，應(yīng)注意作物選擇與灌溉方式選擇。同時，再生水滴灌技術(shù)對設(shè)備的要求要更高，對滴頭的抗堵塞性能要更好，由于再生水的應(yīng)用使得堵塞過程更加難以預(yù)測、堵塞沉積物的組成和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，研究發(fā)現(xiàn)滴頭堵塞過程的發(fā)生往往是以微生物富集開始的，微生物、胞外多聚物以及顆粒物質(zhì)混合形成的絮狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了滴頭流道內(nèi)的主要沉積物，對該方面的研究試驗有助于進一步提高再生水灌溉的應(yīng)用水平。
5、再生水灌水安全性的技術(shù)研究
為推動再生水安全灌溉利用，有關(guān)國家和國際組織制定了嚴格的水質(zhì)標準與再生水灌溉技術(shù)規(guī)范，標準規(guī)范的建立促進了再生水的安全利用。以水質(zhì)標準為依據(jù)，是判斷再生水灌溉安全性的基本方法之一。再生水灌溉水質(zhì)主要包括物理指標、化學(xué)指標和微生物指標三大類。對北京市主要污水處理廠的再生水常規(guī)水質(zhì)指標、持久性有毒有機污染物進行檢測，結(jié)合國外再生水灌溉作物類型、發(fā)達國家的水質(zhì)標準進行分析，得出北京再生水的水質(zhì)指標符合相關(guān)標準，持久性有毒有機污染物的毒性較小，風(fēng)險很低。
6、總結(jié)
農(nóng)業(yè)用水是第一大用水，農(nóng)業(yè)再生水利用將有效緩解區(qū)域水資源短缺形式，應(yīng)當研究再生水作物安全灌溉技術(shù)體系，避免利用污水直接灌溉。國內(nèi)外對再生水灌溉領(lǐng)域已展開了大量研究。再生水灌溉對于農(nóng)作物的影響研究主要集中在果樹、牧草、草坪草、玉米等作物上，研究再生水灌溉對作物品質(zhì)、養(yǎng)分吸收、植物生理特征影響等方面。再生水灌溉對土壤影響主要集中在土壤重金屬、鹽分、養(yǎng)分、有機污染等含量變化特征與影響效應(yīng)研究。再生水對地下水質(zhì)的影響研究主要是利用失蹤元素法研究再生水中氮、磷等元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。再生水灌水方式主要是滴灌技術(shù)，其中最為安全的是地下滴灌，這也是以后研究的方向。
結(jié)合中國國情，由于技術(shù)水平和經(jīng)濟能力的限制，對污水的處理系統(tǒng)還不是特別完善，因此再生水應(yīng)用于灌溉還是受到一定的限制，再生水灌溉對作物、土壤、地下水的影響還需進一步研究。今后，應(yīng)建立我國再生水推薦灌溉的作物分類目錄，再生水安全灌溉區(qū)域劃分方法，制定適合中國國情的再生水安全灌溉標準與規(guī)范體系。
