（植物营养学专业论文）生活污水农用对作物及环境影响的研究.pdf

致钳 本安墨在导师罗名程教疆的舀一指导下宝威钓。从论主瞧题、祓 鲐缇针、方案雾施厦论支豹撰写都倾注了导师的天量灯幺和智慧。 羞导师的渊博知识、开囱的兽路、严馑的循学鑫虚、劾勉的磁业精神 话了硪很太的启瞳，使破叠羞镪售。值此论支舅嵌之豫，耐导师奄 ) 畜 锆募敷表矛由衷的喜彩。 在三军钓学习、雾骀加写竹程中樗到了浙住大学饵碴与谤活学 弦备佳媚号、谚活科学孽鲁位老师的关心和穑易，在北匍他们袁孑= 当 心的宓钳。 特；0 露科住福乒、李采夫、雠旭国、犟丹、饧建主、俞雷辨筹固 亏在嫉雾骀的雾施也张中语了破熬d 的帮助，是他们劬若a _ 才位癌的 雾骀碍彬顺利钓醴转。瘩钳鹰刽碑、铅并华、纠绳、畲亲伟、于承岩、 都韶旁每固亏，帘章与他们铭识最缓足佳审匿太的救艇，和他们相互上 的幻予傍辱币姜拜，级辑永远珍惜通分真挚钓左儒。 此外深深摩钎皱伪父母，多年来他们无磁币重钓关一皱，爱护皱， 立糖破，钮皱在厶4 豹逝路l - 得顺射的前c 苎。夸后镀县微钓豆毋， 蟛掘答父母的磊翥2 鐾。 枣钳参加本彳苦吏弭向和答辑的老师砰敬请批评鸽丘。 夏伟互 2 0 0 5 年5 月于浙住天学 生活污水农用对作物及环境影响的研究 摘要 随着城市化的快速进程，城市生活污水的排放日益增大，对污水处理和环境 都造成严重的压力。污水农用既降低了污水处理成本，减少对环境的污染，同时 也提高了农业效益，因此污灌被国内外许多地方所采纳。本课题以经处理后的城 市污水为灌溉用水，通过温室栽培试验研究污灌对蔬菜生长、品质安全和土壤重 金属积累的影响，通过淋洗试验研究在淹水条件下污水和施肥对氮、磷行为以及 土壤中有效铜、有效锌浓度的影响。 1 城市污水灌溉对蔬菜生长和品质以及土壤重金属含量的影响 通过对大白菜和菠菜一个生长期的栽培，采用污水、2 3 污水+ i 3 清水、i 3 污水+ 2 3 清水、清水四个不同浓度污水的比较，结果表明在短期的盆栽实验中， 部分稀释后的污水可提高这两种蔬菜的产量，但未稀释污水灌溉反而降低了蔬菜 的产量，对其生长有抑制作用。从营养品质来看污水灌溉影响不大，菠菜和大白 菜的粗蛋白、v c 和可溶性糖等营养物质的含量在各浓度污水处理之间差异不显 著。但污水在一定程度上提高蔬菜硝态氮含量，这对于蔬菜的安全生产不利，应 迸一步加强研究。从大白菜中重金属含量来看，污灌对蔬菜体内的重金属含量并 没有显著的提高，可见污水中的重金属很难被植物吸收利用。实验所用污水中重 金属含量不高，短期的污水灌溉没有在土壤中发现重金属的累积。 2 淹水土壤中污灌与施肥对氮、磷的影响 污水处理对土壤养分下渗与清水相比，差异不大，处理后污水对土壤的影响 在短期内与清水相似。在淋洗过程中n h 。一n 在土壤里可以向下移动，且旖用有机 肥后，其迁移速率降低，在各种土壤中，迁移速度为小粉土 红壤 青紫泥。肥料 施入土壤后其中的磷快速生成磷酸盐，但篪用猪粪比尿素形成的磷酸盐少。在青 紫泥和红壤中以生成铁磷酸盐为主，铝磷酸盐次之。肥料中的磷可向下移动，猪 粪比化肥下移的量大，且距离远；磷在土壤中的移动距离小粉土 红壤 青紫泥： 本实验中污水灌溉对土壤n h 。一n 和无机磷的影响不大。 3 污灌淹水土壤有效铜、有效锌的浓度变化 本实验说明使用处理过的污水短期灌溉不影响土壤有效锌有效铜的浓度。在 生活污水农用对作物及环境影响的研究 污灌淹水土壤中，施肥对土壤有效铜、有效锌含量具有显著的提高作用，且猪粪 的作用比化肥显著；在不同土壤中肥料对土壤有效铜、锌的增加效果青紫泥 红 壤 小粉土。受淋洗作用施肥还可影响下层土壤的有效铜、有效锌，且猪粪的作 用大于化肥 关键词：污水灌溉旌肥氮磷盆栽淋洗重金属有效态 生活污水农用对作物及环境影响的研究 a b s t r a c t r a p i dd e v e l o p m e n t o fu r b a n i z a t i o na n d i n c r e a s i n g o fu r b a nd o m e s t i c w a s t e w a t e r h a v em a d e g r e a tp r e s s u r e o nt h ew a s t ew a t e rt r e a t m e n ta n d e n v i r o n m e n t a g r i c u l t u r a la p p l i c a t i o n ，a sa ne f f i c i e n tw a y o fs e w a g ed i s p o s a l ，h a s b e e na d o p t e di nw o r l d w i d es c a l ed u et oi t sa d v a n t a g e so fd e c r e a s i n gt h ec o s to f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，r e d u c i n gt h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n di m p r o v i n gt h e a g r i c u l t u r a lb e n e f i t h o w e v e r 1 0 n g t e r ms e w a g ei r r i g a t i o nh a si n d u c e dac r u c i a l n e g a t i v ej m p a c to nt h ec r o pg r o w t ha n dq u a l i t y ，a n dh a sa l s oc a u s e ds o m ep r o b l e m s o ff a r m l a n dp o l l u t i o n d u et os c a r c ec o n t r o lo ft h eq u a l i t yo fs e w a g ed u r i n gt h e p r e v i o u sa p p l i c a t i o no fs e w a g e r e s u l t sf r o mal o to fr e s e a r c h e ss h o w e dt h a tc r o p g r o w t ha n dq u a l i t ya n df a r m l a n dp o l l u t i o nw a s r e l a t e dt on i t r o g e n p h o s p h o r u sa n d h e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n sj nt h es e w a g e i nt h ep r e s e n ts t u d y ，p o te x p e r i m e n ti n t h eg r e e n h o u s ew a sc a r r i e do u tt oe v a l u a t et h ee f f e c to fs e w a g ei r r i g a t i o no nt h e v e g e t a b l eg r o w t ha n dq u a l i t ya n dh e a v ym e t a la c c u m u l a t i o ni nt h es o i l ，a n ds o i l c o l u m nl e a c h i n ge x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt o s t u d yt h ee f f e c t so fs e w a g e i r r i g a t i o na n df e r t i l i z e ra p p l i c a t i o n o nn ，pb e h a v i o r sa n da v a i l a b l ec ua n dz n c o n c e n t r a t i o n si nt h es o i l ，w h i c hw o u l dp r o v i d et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n ds c i e n t i f i c b a s i st ot h ep o s s i b i l i t yo fl o n g t e r ma g r i c u l t u r a la p p l i c a t i o no fu r b a ns e w a g ea f t e r p r e l i m i n a r yt r e a t m e n t t h er e s u l t so b t a i n e dw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 ) e f f e c to fu r b a ns e w a g ei r r i g a t i o no nt h ev e g e t a b m sg r o w t ha n dq u a l i t ya n dh e a v y m e t a lc o n t e n ti nt h es o i l p o te x p e r i m e n ti nt h eg r e e n h o u s ei r r i g a t e dw i t hf o u rl e v e l so fs e w a g e ， i n c l u d i n gs e w a g ee n t i r e l y ，2 3s e w a g e + 1 3t a pw a t e r ，1 3s e w a g e + 2 3t a pw a t e r ， a n d t a pw a t e re n t i r e l y ，w a sc a r r i e do u t c h i n e s ec a b b a g ea n ds p i n a c hw e r eu s e di n t h ep o te x p e r i m e n t r e s u l t ss h o w e dt h a td i l u t e ds e w a g ei r r i g a t i o ni n c r e a s e dt h e y i e l do ft h et w ov e g e t a b l e s ，h o w e v e r ，u n d i l u t e ds e w a g ei r r i g a t i o nh a dn e g a t i v e i n f l u e n c eo nt h ev e g e t a b l eg r o w t ha n dd e c r e a s e dt h ey i e l d so ft h ev e g e t a b l e s s e w a g ei r r i g a t i o nd i dn o ts h o ws i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nt h eq u a l i t yo ft h ev e g e t a b l e s t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nt h ec o n t e n t so fc r u d ep r o t e i n v ca n ds o l u b l e s u g a ro fc h i n e s ec a b b a g ea n ds p i n a c ha m o n gt h ef o u rl e v e l so fs e w a g ei r r i g a t i o n t h en i t r a t ec o n t e n ti nv e g e t a b l e si n c r e a s e db yt h es e w a g ei r r i g a t i o nw o u l dh a v e n e g a t i v ei m p a c to nt h es a f e t yi np r o d u c t i o no fv e g e t a b l e s ，w h i c hn e e d e df u r t h e r s t u d y s e w a g ei r r i g a t i o nd i dn o tj n c r e a s et h eh e a v ym e t a lc o n t e n to fc h i n e s e c a b b a g e ，w h i c hi n d i c a t e dt h a th e a v ym e t a l sj nt h es e w a g ec o u l dn o tb eu t i l i z e db y t h ec h i n e s ec a b b a g ee a s i l y s h o r t t e r ms e w a g ei r r i g a t i o nd i dn o ts h o wh e a v y m e t a la c c u m u l a t i o ni nt h es o i lp r o b a b l yb e c a u s et h eh e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o nj n t h es e w a g ew a sn o tv e r yh i g h 2 ) e f f e c t so fs e w a g ei r r i g a f i o na n df e r t i l i z a t i o no nn i t r o g e na n dp h o s p h o r u si n s u b m e r g e ds o i l t h ed i f f e r e n c eo fn u t r i e n tl e a c h i n gb e t w e e ns e w a g et r e a t m e n ta n dc l e a nw a t e r w a sn o tr e m a r k a b l e t h ee f f e c to ft r e a t e ds e w a g eo nt h es o i lw a st h es a m ea s c l e a nw a t e ri nas h o tt e r m n h a nc a nb el e a c h e dd o w n w a r dd u r i n gt h e1 e a c h i n g e x p e r i m e n t ，a n dt h el e a c h i n gr a t ed e c r e a s e di nt r e a t m e n tw i t hm a n u r ea p p l i c a t i o n - 3 - 生望望查堡旦翌堡塑墨堑塑墅堕塑! 塞 t h el e a c h i n gr a t ei nt h r e es o i l sw e r ef o l l o w e db y l o a m ys o i l r e ds o i l b l u ep a d d y s o i l t h ep h o s p h a t ei nf e r t i l i z e r sw a sr a p i d l yc h a n g e di n t op h o s p h a t e si ns o f ta f t e r f e r t i l i z a t i o n t h es p e c i e so fp h o s p h a t ew e i et h em a i no fr e - p h o s p h a t ea n da i p h o s p h o r u s f e r t i l i z e rc a nb ei e a c h e dd o w n w a r d t h ea m o u n ta n dt h ed i s t a n c eo f p h o s p h o r u si np i gf e c e st r e a t m e n tw e r ef a rm o r et h a nt h a tw i t hc h e m i c a lf e r t i l i z e r t h ed i s t a n c eo fp h o s p h o r u s l e a c h i n gi nt h r e es o i lw e r er e s p e c t i v e l yi nt h ef o l l o w i n g o r d e r ：l o a m ys o i l r e ds o l l b l u ep a d d ys o i l ；t h ee f f e c t so fs e w a g ei r r i g a t i o no n n h 3 一na n dp h o s p h o r u si sn o to b v i o u s l y 3 ) e f f e c t so fs e w a g ei r r i g a t i o na n d s u b m e r g e ds o i lo nt h ec o n c e n t r a t i o no f a v a i l a b l ec ua n dz n f e r t i l i z e rg r e a t l ye n h a n c e dt h ea m o u n to ft h ea v a i l a b l ec ua n dz ni n s e w a g e i r r i g a t i o na n d s u b m e r g e ds o i l ，m e a n w h i l et h ee f f e c to fp i gf e c e si sm o r eo b v i o u s t h a nf e r t i l i z e r t h ee f f e c to ff e r t i l i z e ri nd i f f e r e n tk i n d so fs o f ti sb l u e p u r p l ec l a y r e ds o i l l o a m ys o i lf e r t i l i z e rw i t hl e a c h i n gc a na l s oe f f e c to nt h ea v a i l a b l ec u a n dz nj nd e e p e rl a y e rs o i l t h ep i gf e c e si st h eb e s t k e yw o r d s ：s e w a g e i r r i g a t i o nf e r t i l i z e r n i t r o g e np h o s p h o r u sp o t t e dp l a n t l e a c h i n gh e a v ym e t a la v a i l a b l e 4 生话污水农用对作物及环境影响的研究 文献综述 1 我国水资源现状与污水农用 11 我国水资源现状 我国平均年降水量约6 6 0 r n m ，平均年河川径流量为2 7 2 4 3 1 0 8 m 3 ，地下水资 源量约为8 6 9 7 x 1 0 8 i i l 3 ，水资源总量约2 8 2 6 1 1 0 8 m 3 ，位居世界的第六位，列在巴 西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼之后f 中华人民共和国水利部，2 0 0 2 ) 。但我国 幅员辽阔、人口从多，水资源人均占有量仅为2 2 0 0m 3 ，仅为世界平均水平的1 4 。 预计至1 j 2 0 3 0 年人口达到高峰时，人均水资源占有量仅为1 7 6 0m 3 ，接近国际上一 般承认的少于1 7 0 01 1 1 3 的用水紧张国家的标准( 张学武，2 0 0 4 ) 。据中国工程院“2 l 世纪中国可持续发展水资源战略研究”项目组估计，目前我国每年缺水总量约为 3 0 0 1 0 8 1 1 t 3 4 0 0 1 0 8 m 3 。据统计当前全国6 6 9 个城市中有4 0 0 多个城市常年供水不 足，其中又有1 0 0 多个城市水资源严重匮乏，自2 0 0 0 年5 月至i j 2 0 0 3 年上半年全国有 1 1 个省( 市) 的1 0 3 万座县级以上城市供水短缺，农作物因干旱受灾面积达0 2 8 x 1 0 8 公顷，有2 2 6 0 万农村人口和1 4 5 0 万头大牲畜发生饮水困难( 李国强，2 0 0 4 ) 。 水资源的匮乏已经严重影响到人们的日常生活和农业生产。 随着城市的不断扩容，工业的迅猛发展，在创造了现代文明的同时也制造了 大量的污水。目前，全国有8 0 左右的污水未经处理直接排入水域，导致l 3 以上的河段受到污染，对本以严重紧缺的水资源无疑是雪上加霜( 庞鹏沙等， 2 0 0 4 ) 。面对日益严重的缺水和水污染问题，合理开发和利用水资源，加强水资 源的保护和统管理，提高水的利用率，积极开辟新的水源，发展水的重复利用 和再生利用等手段对解决我国目前的缺水问题显得尤为重要。目前，主要有以下 措施来提高水资源的利用效率，达到节约用水的目的。 1 ) 工业节水。随着我国社会经济的发展，工业对用水的需求增长迅速。由于 工业用水排放量大，污染严重，工业节水的意识必须加强。采用先进的节水管理 和节水操作，利用废水作次要用途、避免不必要的排水、冲洗水、将水循环使用 等是工业节水的有效途经。在工业用水的重复利用方面一些欧美国家已有丰富的 经验，以美国为例1 9 7 8 年制造工业的需水量为4 9 0 x1 0 8 m 3 ，每立方米的水循环使 用3 4 2 次，这就相当于减少1 2 0 0 x1 0 8 i l l 3 的需水量，至u 1 9 8 5 年其制造工业用水重复 生活污水表用对作物及环境影响的研究 利用次数为8 6 3 次，2 0 0 0 年达到1 7 0 8 次，制造工业的需水量不但没有增加，反 而比1 9 7 8 年的需水量减少4 5 ，工业总需水量由1 9 7 5 年2 0 3 3 1 0 8 m 3 降至2 0 0 0 年的 1 5 2 8 1 0 8 m 3 ( 袁志彬，2 0 0 1 ) 。而新型节水技术的使用也是节水的有效方式，如 天津石化公司乙烯厂第一循环水场水循环系统通过成套节水技术的应用，年节水 就可达6 0 1 0 5 ( 张俊玲等，2 0 0 4 ) 。可见通过工业节水对水的保护具有很大的 潜力。 2 ) 节约生活用水。据统计我国每年生活污水的排放达1 8 3 8 3 1 0 8 t ，占污水 排放的3 1 ( 中国工程院“2 1 世纪中国可持续发展水资源战略研究”项目组， 2 0 0 0 ) 。对城市居民进行计划用水，推广节水生活器具的使用和节水生活方式的 推广等都是有效的节水方式。如在生活用水中约有三分之一的水用于冲厕，如果 用生活中的洗衣、洗菜等用水用于洁厕，每年就可节水6 0 1 0 h ，相当于1 个太 湖的蓄水量。 3 ) 新水源的开发利用。在节约用水的同时可开辟新的水源，如在沿海地区 工业上可大量利用海水作为冷却水。在美国1 9 8 5 年海水利用量已经达到了5 2 3 1 0 3 ，在日本1 9 8 2 年利用量也有1 6 0 1 0 b m 3 ( 陈志恺，2 0 0 0 ) 。而我国的青岛，大 连等城市利用海水也已有较为丰富的经验。我国沿海线绵长，海水的工业利用是 一个切实可行的节水途经。 4 ) 农业节水。在农业生产方面推广节水耕作方式，从传统的粗放型灌溉农 业转变为节水高效的现代灌溉农业，推广轮作、连片种植等节水栽培方式；通过 喷灌和滴灌等技术的使用，使节水技术同农业技术相巨结合，提高单位面积的产 量，减少土壤的蒸发量；完善沟渠水库的建设，大量利用第二水源，如生活污水 的利用等。 农业用水是水资源消耗大户，据中国工程院“2 l 世纪中国可持续发展水资源 战略研究”项目组估计，农业用水约占总用水量的7 5 。如何提高农业用水效率、 开发新的水源是节约用水的一个重要途径。污水的农业利用是一个有效又切之可 行的方法。目前，我国大部分城镇生活污水未经处理排放入河道，既浪费了资源， 又污染了环境，而另一方面经处理后的污水绝大部分排入河道，也未加利用。将 这一部分污水资源化，合理用于农业生产，即可增加水源解决农业缺水问题，又 可起到治理污染的作用。 生活污水农用对作物及环境影响的研究 l _ 2 污水农业利用现状 城市污水的再利用作为一种节约用水、解决污水出路的有效途经已经被许多 国家和地区所重视( 李丽华等，2 0 0 3 ) 。将污水资源用于农田灌溉，既可以在一 定程度上缓解农业水资源紧缺的局面，又可以利用土壤微生物和农作物的净化能 力，消除污水中的污染物，减少环境污染( 王德荣，1 9 9 6 ) 。污水中含有丰富的 氮、磷、钾等作物生长必需的养分，能提供植物生长所需，增加作物的产量，同 时污水中所含的碳水化合物、蛋白质等在土壤微生物的作用下被分解成各类营养 物质可改善土壤养分状况和土壤结构( 孟春香等，1 9 9 9 ；党志良等，1 9 9 7 ) 。污 水的合理灌溉在增加作物产量、改善土壤理化性质、提高土壤肥力的同时也增加 了农业可供用水的总量，减少因缺水而造成的经济损失。目前国内外生活污水再 利用的主要方式有：农业灌溉、工业用水、景观用水、园林用水、生活杂用水、 地下水回灌及利用现有坑塘储存再生水等( 李国强等，2 0 0 4 ) 。污水灌溉作为一 种农业用水的来源符合我国用水的现状和水资源利用的发展，生活污水的农用将 资源利用和环境保护有机的结合，在提高经济效益的同时还增进了生态效益。 我国污水灌溉始于5 0 年代。随着国民经济的快速增长和城市及工业规模的 扩大污水的排放日益增长，全国污水灌溉的面积从6 0 年代初的4 2 万公顷发展 到1 9 9 1 年已达3 0 6 7 万公顷( 李炬等，2 0 0 0 ) ，尤其在我国北方少水干旱的地区， 污灌被大面积利用。污水回用技术也被世界许多地方采用，如美国有许多城市利 用污水，污水的回用总量中有6 2 用于农业灌溉，6 用于地下水回灌，1 9 7 5 年美 国用于灌溉的污水总量就己达到了1 5 0 1 0 4 m 3 d ；以色列作为水资源严重短缺的 国家，其污水处理率高达9 1 2 ，灌溉利用污水量占总灌溉水量的4 6 f 张展 羽，2 0 0 4 ) 。除了美国和以色歹0 ，俄罗斯、日本、英国、南非等国家的污水回用事业 也很发达。 2 ，污水农业利用的效果 2 1 污水农用对作物的影响 城市污水以居民污水为主，还含有一定：垦的工业污水。居民污水包括厨房污 水、环卫污水、冲洗污水等，主要污染物有污泥、洗涤剂、油污、食物残渣及粪 便等。生活污水中含有各类污染物质，如：悬浮物、重金属元素、致病微生物、 生活污水农用对作物及环境影响的研究 过量氮、磷等。污水中的这些物质对农田环境、人体健康、土壤含水层和农作物 等都有一定的污染和毒害作用。一般认为二壤中氮含量与蔬菜硝酸盐含量关系密 切，据研究土壤氮浓度同蔬菜体内硝酸盐含量成正相关，土壤氮含量越高，蔬菜 对硝酸盐的累积也越高( 张新明等，2 0 0 2 ；艾绍英等，2 0 0 0 ) 。如果农用污水含氮 量超过作物吸收利用的限度，就会使土壤硝酸盐聚集( 刘凌等，2 0 0 2 ) ，增加作 物体内硝酸盐积累的风险。污水中含有的各类重金属元素及有毒有害物质也会对 作物产生危害。过量或长期使用金属含量过高的污水灌溉都会影响农作物的正常 生长，造成蔬菜粮食的重金属含量超标，降低安全性( 王宏等，2 0 0 3 ：韩爱民等， 2 0 0 3 ；腾葳等，2 0 0 3 ) ，同时重金属还会在土壤中累积，对农业生产和农田环境 造成续发的危害和污染( 刘凌等，2 0 0 2 ；赵菲佚等，2 0 0 3 ) 。据研究过高的土壤 铜含量可使小麦的生长收到抑止，小麦子实铜含量过高( 王秀丽等，2 0 0 2 ) ，水 稻根系的生长受到抑制，分蘖减少，造成水稻的减产( 李惠英等，1 9 9 4 ) ，同时 土壤铜含量过高会干扰植物对磷的代谢；而土壤镉过高不但增加植物体内镉的含 量，而且还可通过食物链对人畜造成危害( 蒋家焕等，2 0 0 2 ) 。生活污水还有很 大的一部分污染物就是洗涤剂。合成洗涤剂中含有大量的烷基苯磺酸，在水体里 不易分解而造成蓄积，对农作物造成危害，影响作物幼苗的生长发育( 黄士忠等， 1 9 9 4 ) ；土壤钾、硫等物质含量过高会对蔬菜的产量以及v c 、糖分的提高造成影 响( 郭亚芬等，1 9 9 9 ；许前欣等，1 9 9 9 ) 。 2 2 污水农用与重金属在土壤中的积累 一般农田中的重金属主要来自肥料的带入，含重金属农药的使用等。重金属 在污水中较为常见，尤其在工业污水中含量相对较高。由于重金属元素本身的特 点使其在土壤中不被降解，长期利用金属含量较高的污水容易造成土壤重金属累 积而造成污染。据统计，用含锌污水污灌5 年后土壤表层的z n 可提高3 倍，且有 效锌的比例也随着污灌年份的增加而增加；土壤中c d 的含量很低，但随污灌年 份的增加增长也很显著( w a t e r ，1 9 9 3 ) i 用富含p b 的污水灌溉，在污灌区土壤、 河水及农作物等铅含量均可明显高于对照区( 吕毅等，1 9 9 7 ) 。土壤重金属含量 过高除对作物造成伤害，同时也会毒害土壤微生物，降低和破坏土壤微生物的活 动，从而影响到土壤中各养分、有机物的代谢，破坏土壤的平衡。对污水进行处 理，降低其重金属的含量则可明显降低或消除对土壤和作物的影响。郑鹤龄等 生活污水农用对作物及环境影响的研究 ( 2 0 0 1 ) 研究表明，对土壤和大白菜的重金属污染，原污水 污水厂二级出水 氧 化塘水 清水。可见，严格控制污水中重金属的浓度可有效降低污灌对土壤和作 物的危害。 污水中各类物质浓度过高是污水灌溉引起各类问题的主要原因，也是我国目 前许多污灌地区出现的土壤和作物的污染的主要原因。从环境和农产品的安全考 虑，用于农业回用的污水不能含有过量的污染物质、有毒有害物质等。城市污水 经初步处理后可去除了大部分有害物质，并降低了污水中的氮、磷等污染物质的 浓度。但污水中许多物质在土壤中的降解都需要一个特定的过程，虽然浓度降低， 但因作物对其吸收利用能力、灌溉强度等原因依旧存在着污染和毒害的隐患。在 以往的研究中多偏向于污染物含量过高的污水和长期灌溉对作物和土壤造成的 影响，而对此类污水的利用研究报道教少。本课题针对处理后城市污水，通过盆 栽实验研究其对蔬菜和土壤的影响。 2 3 污水对施肥后氮、磷在土壤中的行为的影响 水体中氮、磷含量过高会造成水体的富营养化。随着工农业的发展，越来越 多的氮、磷排入到水体，使水体污染日益严重。联合国环境规划署( u n e p ) 的一 项水体富营养化调查结果表明：在全球范围内3 0 4 0 的湖泊和水库遭受不同 程度富营养化影响。据监测，我国湖泊水库突出的一个环境问题就是严重的富营 养化，其中农业排放是氮、磷的主要来源。肥料结构和施肥方法不当引起肥料大 量流失，造成水体总氮、总磷超标。肥料旌入土壤后除一部分被植物利用带走外， 其余部分以各种形式残留在土壤中，通过地表流失、地下渗漏等方式侵入到水体 中，对深层土壤和水体造成污染。污水中除含有氮、磷外还含有各种盐类、金属 元素、有机物、颗粒及微生物等，用予农田后通过各种化学、物理的过程影响农 田土壤的各项理化性状，从而影响氮、磷等在土壤中的行为。 国家允许可排放的生活污水的p h 一般在6 9 之间，由于污水组成不稳定，p h 波动也较大，农用后对土壤p h 具有一定的影响，从而影响肥料中氮、磷等在土 壤中的行为。硝态氮的流失和氨的逃逸是土壤氮肥损失的主要途经，在酸性土壤 污水灌溉可导致土壤p h 值升高，据研究在酸性土壤里p h 上升有利于硝化微生物 的生长的，从而加快肥料在土壤里的硝化过程( s a h a w a t ，k l ，1 9 8 2 ) ，而在 生活污水农用对作物及环境影响的研究 p h 7 的土壤中土壤溶液中n h 3 + 一n 的含量随着p h 值的提高而增加，从而使氨的 逃逸和铵的流失相应增加( 钟玲玲，2 0 0 2 ) 。同时土壤p h 的变化可直接也可通 过对其他矿物的作用间改变磷的形态，影响磷的流失。据研究，土壤中的铝氧化 合物可随着土壤p h 的下降增加溶解量，从而增加对磷酸根的吸附；而土壤碱土 金属如钾含量的增大可增加磷的吸附，当土壤里有大量的钾离子存在时就可能发 生磷和钾以及其它阳离子形成各种沉淀的化合物。在淹水土壤中随着p h 的增大 并趋于中性后，土壤无定型铁的含量增加( 李庆达，1 9 9 9 ) ，对磷的吸附量也随 之增大。除此之外土壤p h 的变化还会影响到肥料在土壤中的分解过程。如尿素 在的水解过程中可提高土壤的p h ，土壤p h 过高不利于尿素的分解；硝酸钾的施 用以及有机肥在分解过程都会降低土壤p h ( 蔡祖聪，2 0 0 3 ) ，土壤p h 的提高则 有助于这些肥料的分解，从而进一步影响肥料在土壤中的代谢过程。 同时污水中还含有大量阳离子，如a 1 3 、c 酽+ 、m g ”、k + 和n a + 等，长期灌溉或 施用含阳离子浓度较高的污水对农田土壤的阳离子含量有一定的影响。一般情况 下肥料旆于土壤后最终分解成n o 。一一n ，而n o , 。n 具有随水移动的特点，是农田中 氮流失的主要途径之一。研究表明土壤a 1 ”对n 0 3 具有较强的吸附作用，土壤中 a 1 ”的增加可明显减少n o 。一的淋失( w i i d a ，1 9 7 2 ) 。而在淹水土壤中而土壤中 土壤空气含量下降，硝化细菌的活动减弱( 殷士学等，2 0 0 3 ) ，硝化过程被抑制， 氮肥的分解以n h 4 。n 为主( 李庆达，1 9 9 2 ) 。淹水土壤中n h 。n 的流失被普遍关 注。一般认为n h 4 * - n 容易被土壤固定而不易流失，但土壤中若有含量较高的c a ”、 m 矿、k + 等离子时，通过对n h 。+ 的代换作用从而可增加n h 。+ 的流失( 沈仁芳等，1 9 9 5 ) ， 同时土壤c a “、m g ”、k + 和n a + 等阳离子也可通过对磷酸根的解吸影响到磷在土壤 中的有效性( b a r r o w 等，1 9 7 9 ) 。 除此以外生活污水中还含有大量的有机物。有机物在分解过程中会产生各类 有机酸。有机酸根具有与磷酸根离子竞争土壤吸附位点，减少土壤的固磷量，释 放土壤中磷酸钙、磷酸铝( 铁) 中磷酸根离子的能力( 赵晓齐等1 9 9 1 ) ，如草酸、 乙酸对钙磷有一定的效果，多数有机酸对a 1 一p 有活化效果，柠檬酸对f e - p 活化 效果更好( 莫淑勋等1 9 9 1 ) 。因此污水中若有机物含量过高，就会影响到土壤 有效磷的含量，同时有机阴离子的存在可增加对铵离子的吸附，提高铵的有效性。 有机物的分解又是一个耗氧的过程，在淹水土壤中氧气的含量本身就很低，污水 生活污水农用对作物及环境影响的研究 的灌溉将近一步抑制硝化过程。 生活污水还含有许多重金属、多环芳烃( 宋玉芳等，1 9 9 8 ) 以及合成洗涤剂 等。这些有毒有害物质在不能或不易分解，灌溉后容易造成蓄积，影响作物的正 常生长，同时还会影响土壤微生物的生长。土壤微生物的活动影响到土壤氮的转 化和磷的活化过程，因此污水中有毒有害物质含量过高也会影响土壤氮、磷的行 为。 2 4 污水对土壤有效性c u 、z n 的影响 重金属铜和锌即是植物生长的必需元素也是容易污染的元素。过高的土壤铜 会导致植物光合作用受到抑制，对植物根系造成毒害，导致根系新陈代谢过程紊 乱，从而影响植物的生长，阻碍根系的伸长、褐变畸形，叶片黄化，抑制种子的 萌发和籽粒发育等( 倪吾中等，2 0 0 3 ；宋玉芳等，2 0 0 3 ) 。锌也是作物生长所必须 的营养元素，但过量的锌也会对作物造成危害。土壤锌过高可使作物的生长受到 抑制，株高、分蘖和产量都呈下降趋势。农田土壤环境中的铜和锌主要通过含铜 肥料的施用、农药、畜禽粪便等方式带入。土壤中有效铜、有效锌是作物能够吸 收利用的主要形态，因此，土壤中有效态铜、锌的含量直接影响到作物的生长及 农产品的安全性。 污水农用后会改变各项土壤特性，也会影响到铜和锌的有效性。据研究，土 壤p h 从6 2 4 降到5 6 8 黑土中有效铜含量可升高一倍以上，p h 在6 6 2 降到6 2 0 时有 效锌的含量可提高1 5 倍：水稻土中易解吸态铜和锌的解吸量可随着土壤p h 的降 低而增大。因此污水通过对土壤p h 的改变从而会影响土壤有效铜、有效锌的含 量。污水中富含的盐类也会干扰土壤盐分的平衡，而土壤盐分对铜、锌的有效性 关系密切。如土壤中c l _ 浓度的增加可提高土壤水溶性铜和交换态铜含量( 黄岚 等，2 0 0 2 ) ；土壤碳酸钙可同锌生成不溶解的化合物，游离碳酸钙的增加则能降 低有效态锌的含量。另外有机酸可影响土壤水溶性铜、易解离态铜和可解离态铜 的含量变化，如柠檬酸对土壤铜吸附和抑制的双重作用，而草酸对吸附的促进作 用较弱，抑制作用较强。土壤中的有机物一方面通过有机质的分解改变土壤溶液 的p h 值，从而增加有效铜、锌的含量，另一方面通过有机酸对铜、锌的螯合作 用，使被吸附的铜不易被交换解吸而降低铜的活动性和生物有效性。有机肥的使 用可增加土壤有效锌和土壤锌的含量。有机物料对活性铁、活性硅的影响主要是 生括污水农用对作物及环境影响的研究 通过有机物料的分解产物阻碍活性氧化物胶体表面结晶老化过程来实现的土壤 交换态铜与活性铁、活性锰之间呈正相关，活性铁、活性锰含量的提高有利于土 壤交换态铜的形成( 陈建斌等，2 0 0 0 ：李剑超等，2 0 0 2 ) 。有机质同锌络合从而 提高有效锌的含量( 崔德杰，1 9 9 6 ) 土壤铜、锌的有效性影响作物的生长，而肥料的施用对土壤有效铜、有效锌 的含量可造成一定的影响。在污灌淹水土壤中，由于污水和肥料的共同作用，可 对土壤环境造成较大的改变，土壤有效铜、有效锌的含量也会受到一定的影响。 在以往的研究中对旱田的关注较多，对淹水土壤的相关报道却很少。 3 研究目的 综上所述，城市污水用于灌溉无论从节水省肥还是从环境保护方面来看都具 有重大的意义。但由于污水中含有各类重金属及有毒有害物质，作为灌溉用水， 其对作物生长、农产品的安全性以及对农田及环境的污染等方面都存在着潜在的 不定因索，因此其可行性一直受到人们的关注。 以温室盆栽的方式，用污水灌溉大白菜和菠菜在两种土壤中的整个生长周 期，通过对作物生长情况的观察和对作物主要营养成分、重金属含量、微量元素 含量等的检测，探讨短期城市污水灌溉对蔬菜品质及安全性的影响。通过对栽培 后土壤重金属的检测，探讨短期污灌对土壤重金属污染的程度。 以土柱淋洗的方式模拟淹水状态下的田间土壤特点，用城市污水灌溉土柱， 研究不同土壤中污水对淹水污灌状态下肥料中的氮、磷对土壤的影响以及对重金 属c u 、z n 有效态的影响，探讨污水用于淹水灌溉的可行性。 生活污水农用对作物及环境影响的研究 4 参考资料： 1 张学武当前我国面临的水问题及治水对策 j 山西水利2 0 0 4 8 ( 4 ) ：卜2 2 中国工程院“2 1 世纪中国可持续发展水资源战略研究”项目组中国可持续发展水资源 战略研究综合报告 j 中国工程科学2 0 0 0 8 ( 2 ) ：卜1 6 3 中华人民共和国水利部2 0 0 2 年水资源公报 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