污水灌溉对土壤环境的影响

污水灌溉对土壤环境的影响

【摘要】:近年来我国污水灌溉面积发展较快，但由于盲目灌溉引起严重后果。根据国内外污水灌溉的研究现状，分析了它对土壤环境的污染，就有机污染、重金属污染以及酸、碱、盐污染等方面，提出了相应的技术措施和防范对策，并针对目前我国污水灌溉存在的问题，探讨了科学污灌进一步研究发展的方向。

【关键词】:污水; 灌溉土壤; 污染土壤环境; 技术措施。

当今世界范围内，都面临着不同程度的用水危机，有些地方甚至严重制约着社会的正常发展。农业是用水大户，约占总用水量的60％-70％。在中国，灌溉农业用水占总用水量的7O％以上，随着社会发展、城市化进程加快和人口增加，水资源供需矛盾会更加尖锐。污水灌溉应用于农业将成为缓解水资源供需矛盾的重要方面。污水回用于农田灌溉具有很大的潜力，但容易造成重金属累积以及病原微生物污染的健康风险，而且灌溉土壤一旦被污染将难以治理，也会带来一系列的水土环境、生态安全等问题。因此，在当今建设资源节约型、环境友好型社会的形式下，不得不重新审视污水处理水灌溉这一问题，怎样进行合理的污水灌溉，成为当今的又一研究热点。

1. 研究背景及目的意义

污水灌溉就是人们有意识、有目的地利用土壤环境自净功能，解决水资源缺乏和污水资源化的重要应用工程措施[ 。由于大多数污水中含有较丰富的N、P、K、C u、z n等，能为作物提供多种营养元素，且在一定范围内能使作物增产，污水灌溉不仅为农业生产提供了灌溉水源，也为污水的处理提供了一条廉价的解决途径，既保护了水环境，又缓解了水资源供需之间的矛盾。但污水中也含有大量的有毒有害物质，盲目的污水灌溉导致了一些地区的土壤有毒有害物质积累，土壤受到不同程度的污染，造成作物减产，农产品质量变劣，土壤生态环境不断恶化，甚至弃耕。如何合理利用污水资源，对土壤污染进行防治，已成为当前急需解决的土壤环境问题污水灌溉应当因地制宜、合理利用，这对土地的可持续利用、保护土壤环境、缓解水资源的供需矛盾、保证农业的可持续发展有重要的意义。

2．国内外污水灌溉现状

2．1 国内污水灌溉现状

我国自l 9 5 7年开始污水灌溉试验工作，北京、天津、西安、抚顺、石家庄等城市先后开辟了大型污水灌区。随着废污水排放量日益增多，以及农业用水目渐紧张，许多大、中城市近郊和工矿区附近的农田越来越多地利用污水灌溉。据统计，1963年全国污水

灌溉面积仅有4．2万hm2，1978年为33．3万hm2，到1980年猛增到133．3万hm 2，到20世纪9O年代初已经达到300万hm2。据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计，目前我国利用污水灌溉的农田面积为361．84×104hm2，占我国总灌溉面积的7．33％，约占地表水灌溉面积的1O％【2】。污水灌溉面积中，直接引用工业城市下水道污水的面积为51．2万hmn 2【1-3】。其中大部分灌区灌溉的废污水(特别是来自乡镇企业)未经处理即直接利用，造成了部分农田严重污染，对土壤生态环境构成了威胁。

农产品中污染物含量超过卫生标准或引起减产l成以上为明显污染。资料表明，我国3 7个主要污灌区中有明显污染点22个，其中多半是积累性重金属超标【3】。根据农牧渔业部调查，目前受重金属污染的农田面积达90．6万hm2，其中以重金属cd和Hg的污染最突出【4】。

污水灌溉的农田主要集中在水资源严重短缺的海、辽、黄、淮四大流域，约占全国污水灌溉面积的8 5％。大型污水灌区有北京污灌区、天津武宝宁污灌区、辽宁沈抚污灌区、山西惠明污灌区及新疆石河子污灌区。污水灌区占耕地面积的比例虽然不大，但往往是我国人口密度最大的地区，是粮食、蔬菜、水果等农产品的主产区【5-6】。

2．2 国外污水灌溉现状

国外一些缺水国家把城市污水再生利用作为解决水资源短缺的重要途径。城市污水处理后，用于工业生产、农田灌溉、牧草灌溉、市政绿化、生活杂用、回灌地下水及补充地表水源等方面。美国、日本和以色列等国家污水灌溉技术相对比较成熟。美国是污水再利用最早的国家之一，2O世纪70年代初开始大规模建设污水处理厂，随后即开始回用污水。美国城市污水处理等级基本在二级以上，再生水已成为城市水资源的重要组成部分。全美城市污水回用总量每年约为94亿m3，其中灌溉用水为58亿m3，占污水总回用量的6O％以上【7】。自l980年起，美国一些地方已经将废水回用于风景区灌溉，同时用于回灌地下水含水层。

为了改进农村生活环境和水源水质，日本从1977年开始实行农村污水处理计划，并高度重视污水灌溉。日本在乡镇建有许多小型污水处理厂，处理系统多为日本农村污水处理协会研制的JATUS模式，其出水各项指标都达到污水处理水质标准。将处理过的污水排入河流，作为河流的基流或排入灌排系统中进行淡化后再引入农田灌溉农作物，并且对灌溉的水质要求很严格，必须不伤害作物和土壤【8】。

以色列是严重缺水国家，为缓和水资源短缺对经济发展的制约，采取了一系列措施推进城市污水再生利用。目前，9 1％的工业和生活污水由下水道收集，5 7％的污水经过净化处理后，通过国家输水管道用于农业灌溉和园林草地灌溉。在以色列几乎所有排出的污水都进行了二级处理，约有60％以上的污水用于农业灌溉，全国28500hm2。棉花几乎全部采用处理的污水进行灌溉【9】。由于拥有污水处理、回用经验和先进的灌溉方法，以色列已成为污水回用于农业灌溉的领先者【10】。目前发达国家污水灌溉主要用于园林、牧草、饲料作物，也有用于果树、棉花、甜菜等作物，而对蔬菜、粮食作物应用较少【11-12】

3．目前污水灌溉存在的问题

最早提出使用污水灌溉的目的，一是对污水中N、P等植物营养素的期望，二是借助灌溉通过土壤对污水进行净化处理。这在一定技术保障前提下是可行的，也是有利的，但由于近几年排污量及污染成份大量增加，且大部分未经任何处理直接排入河道、湖泊等天然水体，致使依靠地表水灌溉的农田被迫使用污水灌溉。

目前我国污水灌溉存在的主要问题有4个【13】：

(1)城市及工业废污水总体处理率低，排放水质不达标；

(2)污灌前普遍缺少必要的污水预处理措旌；

(3)有关污水灌溉技术目前的研究成果很少，难以全面地指导污水资源利用工作；

(4)污灌区缺乏污水灌溉技术标准与污水灌溉环境监测评价指标体系，基本上处于无人管理状态。

4．污水灌溉对土壤的影响

土壤是天然的净化器，土体通过对各种污染物机械吸收、阻留，土壤胶体的理化吸附、土壤溶液的溶解稀释、土壤中微生物的分解及利用，发生物理和生物化学作用，大部分有毒物质会分解、毒性降低或转化为无毒物质，有机物为作物生长发育所利用。但是土壤的净化和缓冲能力是有一定限度的，长期引用未经任何处理的不符合标准的污水灌溉农田，土壤中的有机污染物及重金属含量超过了土壤吸持和作物吸收能力，必然造成土壤污染，出现土壤板结、肥力下降、土壤的结构和功能失调，使土壤生态系统平衡受到破坏，引起土壤环境恶化，土壤生物群落结构衰退，多样性下降，产生环境生态问题。

4．1 有机污染

氰、酚、多环芳烃、烷基苯、磺酸盐、苯并(a)芘等都是有害的有机化合物，其中很多是三致(致癌、致畸、致突变)物质。有机污染物的挥发性小，残留期长，难以被生物降解，易通过食物链在生物体内积累。目前某些污水灌区由于污水中含有有机污染物，已经造成了土壤有机污染。沈抚灌区是我国最大的石油类污水灌区之一，污水灌溉历史己长达4O年。全区污水灌溉面积达0．87万hm2，由于长期采用抚顺市排放的富含石油烃、挥发酚、硫化物等污染物的工业、生活污水进行灌溉，已使该区域农田土壤遭受严重污染，土壤中毒物积累严重。上游地区石油类含量均值在5OOmg／kg以上，超过清灌区(对照点)6倍，中下游地区平均约20Omg／kg，超过清灌区2倍以上【14】。济南小清河污水灌区，在l 9 9 3年已检出土壤中有机化合物8类2 9种，以烷烃、酸类、酮类检出种数为多，2 9种有机化合物中，5种为致癌物，1种为致畸和致突变物，4种为刺激性物质【15】。

4．2 重金属污染

土重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点。长期灌溉含有大量重金属的污水，会使土壤中的一些重金属的含量增加，如广州市郊污灌区土壤中cd、Pb、Hg、zn、Cr、cu的浓度为清灌区的1．8～4．5倍，污灌区土壤Hg的浓度最高达2．3mg／kg，Zn的浓度最高达1320mg／kg，明显异常【16】。

据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约1 4O万hm 2的污灌区中，遭受重金属污染