第五节-污水灌溉与土壤质量.ppt

李江林醴陵市土壤肥料工作站,污水灌溉与土壤环境质量,引言污水灌溉的发展现状国内外主要研究进展研究展望污水灌溉“堵”与“疏”的思考,主要内容,一、引言,人口、资源和环境，当今世界面临的三大问题。灌溉在我国农业生产中占有着特殊重要的地位在约占全国耕地面积45%的灌溉面积上，生产了占总产量约70%以上粮食、80%以上棉花和90%以上蔬菜。,经济发展,远距离调水？发展节水农业？劣质水利用？,人口增长,灌溉效率,用水比例,灌溉是用水大户，随着工业化、城市化和农业现代化的发展，水资源“农转非”现象越来越严重。缺水、水污染和农业用水生产率偏低等问题相互交织，在短时间内不可能得到根本解决。水资源危机已成为农业持续发展的重要制约因素。,水源污染,江水变黑,污水横流,河水固化,河水变臭,水体污染严重,每年污水排放量：约650亿t，80直接排入江河和地下水。全国受到不同程度污染的水域：2/3,污水经过无害化处理后作为灌溉的替代性水源，对缓解我国农业水资源的危机具有重要意义。2002年全国废污水排放总量631亿m3，处理率20%左右。预计到2050年，污水排放量将达1370亿m3，处理率为95%，按照回用率50%计算，则可替代的水资源量为650亿m3，基本上与黄河的年径流量相当。污水灌溉:指对城市生活污水和工业废水进行无害化处理后，直接或间接地用于农田灌溉、园林灌溉和地下水回灌。,污水灌溉是解决水污染与灌溉水资源短缺的有效途径水量较稳定，保证率高；投资和运行费较低，增水增肥；需水量大，规模效益；减轻排放后对水体的污染。利用不当会带来一系列的水土环境、生态安全问题。,蔬菜、大米、水产品重金属超标监测结果,摘自2005年4月18日人民日报,监测单位：工商总局,全国粮食重金属超标率：10；沈阳、江西镉米；浙江重金属污染区；京、津、沪、广州、南宁、昆明城市蔬菜中农药超标率50。,在建设“资源节约型、环境友好型社会”的今天，污水灌溉面临着“灌与停”的选择。能否应用污水进行灌溉？怎样进行合理的污水灌溉？,二、污水灌溉的发展现状,国内发展状况,1958年：开始规模化的引污灌溉研究与应用20世纪50年代末至60年代初：起步20世纪60年代后期到70年代初中期：稳定发展20世纪70年代后期：快速发展,截止2004年，全国的污水灌溉面积已达361.84万hm2，占灌溉总面积的7.3%，其中90%左右分布在水资源严重短缺的黄、淮、海、辽四大流域。,美国加利福尼亚污水利用比例,美国佛罗里达污水利用比例,从世界范围来看：污水灌溉是水资源匮乏的国家开辟第二水源的重要途径之一污水灌溉是发达国家治理污染的一个重要方向污水灌溉也是发达国家污水资源的主要利用形式，占污水资源化的60%以上。,目前很多国家的城市都有污水回用工程,利用污水进行地下滴灌示意图,成功案例,美国：90%的州开展了污水回用于农业工作，60%的再生水用于农业灌溉。利用生活污水进行地下滴灌（SDI），已成为近年来美国SDI研发重点。以色列：91%的工业和生活污水由下水道收集，每年大约有亿3处理过的污水用于农业灌溉，全国有28500hm2的棉花用处理后的污水进行灌溉，城市园林80%以上是采用处理后的污水结合现代灌溉技术进行灌溉。日本：日本的污水回用以有较多的“中水道”供生活杂用而著称，约占污水回用总量的40。目前2000个污水处理厂，处理后的污水用于灌溉水稻或果园。,目前世界上比较著名的污水灌溉大型工程,美国密执安市污灌工程，日回用水量15.9104m3；以色列达恩地区污灌工程，日回用水量27.4104m3；波兰费罗茨瓦夫市污灌工程，日回用水量17.0104m3；墨酉哥联邦区花园灌溉工程，日回用水量15.5104m3；沙特阿拉伯利亚德市石油提炼灌溉工程，日回用水量12.0104m3。,三、污水灌溉主要研究进展,我国污水灌溉的研究与应用现状,污水灌溉对环境影响污水灌溉对作物的影响及其机理研究污染物在土壤的迁移、转化规律氮磷有机物重金属污水灌溉技术研究灌水技术研究灌溉制度研究,主要研究内容,主要包括污染物在土壤中的残留、累积和对地下水的污染研究方法田间调查+小区试验研究结论表层土壤次生盐渍化。李恋卿等处理后的污水外排时，污染地表水。尉元明等污灌易造成地下水中NO3-污染。刘凌等对生物群落的影响细菌、放线菌及真菌等各微生物类群的数量无明显差异。袁耀武等稻区水栖无脊椎动物的生物多样性降低。江云珠等含油污水灌溉刺激土壤中好氧异养细菌(AHB)和真菌的生长。李慧等,污水灌溉对环境影响,主要包括污染物在作物体的积累，污灌对作物品质、生态指标以及作物体内叶绿素含量、酶活性的影响等研究结论支持:污水灌溉对冬小麦茎叶的生长发育有一定的促进作用，产量提高。冯绍元等生活污水灌溉可促进茄子根的生长，单株果数、果径、产量增加。齐广平污灌对作物吸收重金属的能力不产生显著影响，作物吸收土壤中Cd、Cu、Zn较容易，对Pb、Cr的吸收能力相对较弱。黄俊友等污水灌溉氮的利用效率高于清水灌溉氮的利用效率。查贵锋等灌水量、灌溉水质、施肥量对冬小麦株高的影响很小。黄冠华等,污水灌溉对作物的影响及其机理研究,污水灌溉对作物的影响及其机理研究,反对:污水灌溉影响夏玉米株高和叶面积指数，产量和干物质量明显减少。齐志明等二级处理污水灌溉冬小麦，促进近地表处的根系生长，降低冬小麦的平均根系吸水速率。孟雷，左强污灌胁迫加速小麦幼苗绿叶和根系的衰亡，并使根系活力明显下降。张永清等污水培养的小麦幼苗植株矮小，可溶性蛋白含量、叶片色素含量下降，MDA水平上升，SOD、POD和CAT活性下降。刘登义等不同作物对污水胁迫的反应并不一致，叶片色素含量对污水胁迫的反应尤为明显。王友保等污灌作物叶片色素含量降低、膜结构损伤、电导率增大，SOD，POD，CAT活性表现不同程度降低，MDA含量显著上升。王友保等,污灌对农作物品质的影响,技持:污灌后粮食内蛋白质增加，在田间管理不当或水质较差的情况下可能引起粮食内蛋白质下降。灌溉水质对蔬菜含N量有明显影响，Fe、Zn、Mn的含量则主要取决于蔬菜品种。周纪侃等生活污水对大白菜和菠菜的生长、品质以及养分吸收没有明显的负面影响。夏伟立等反对:污灌降低麦稻蛋白质含量，随着污灌年限的增加，麦稻品质逐年下降。处理后的生活污水灌溉柠檬果实着色较差。谢深喜等污灌导致重金属Pb、As和Cd在小麦植物体中残留。冯绍元等,N的迁移转化对污水中的氮的迁移转化研究是污水灌溉研究的重点之一。最初的研究多是集中在污水灌溉提高土壤肥力，改善土壤结构方面。有资料表明，城市混合污水平均含铵氮8.119.6mgL、五氧化二磷3.04.0mgL，工业废水平均含铵氮14.lmgL、五氧化二磷4.0mgL。污灌作物产量通常比清水灌溉增加1020。近年来，研究的方向又转向硝态氮淋溶对地下水的影响。,污染物在土壤中迁移转化规律,污染物在土壤中迁移转化规律,研究结论污灌对下层土壤及地下水中NH4+浓度影响较小，但对NO3-浓度影响较大。刘凌等污水灌溉促进了土壤中硝态氮的淋溶。万正成等污灌10d之内，由于淋溶和硝化作用产生的NO2-、NO3-会造成浅层地下水污染。姜翠玲等污灌草坪草根系层(030cm土层)土壤中的全氮、速效氮和铵态氮的含量低于清溉，但根系层及其以下土层硝态氮明显高于清水灌溉，草坪草植株中全氮的含量高。黄冠华等污水渗灌土壤硝态氮的含量显著高于污水滴灌。黄冠华等,污染物在土壤中迁移转化规律,P的迁移转化针对污水灌溉磷素在土壤中的运移研究较少。研究结论可溶态磷进入土壤后，在随水分作溶质迁移的同时，不断转化为吸附态磷，吸附态磷与可溶态磷一起发生化学沉淀反应生成沉淀态磷。王亚男等污灌后土壤水中的全P含量明显小于清灌含量，最大值均出现在0.60-0.90m处，且随污灌次数增多土壤水中全P含量越来越小。万正成等,污染物在土壤中迁移转化规律,重金属的迁移、转化目前研究比较深入的有Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu、Zn、Ni等。研究结论技持:城市废水污灌区与清灌区重金属无明显差异。王德厚生活污水短时间用于农业灌溉是安全的。申屠超，等反对:长期污水灌溉对作物、蔬菜均会造成不同程度的污染。郑鹤龄污灌区耕层土壤重金属铅、镉累积量随着污灌时间的推移而呈增加趋势。张乃明，等长期利用污水灌溉，土壤中汞会下移，从而对浅层地下水造成污染。张乃明等.,地下水污染,有机污染物的迁移,农药、洗涤剂等,污水灌溉技术研究,灌水技术研究发达国家较多采用滴灌或地下滴灌技术地下滴灌回用污水，可减少对健康危害的风险、恶臭、径流等。Gushiken（美国）美国堪萨斯州己将地下滴灌作为利用污水进行大田作物灌溉的一种主要灌水技术。与地面灌溉相比，地下灌溉可减少硝酸盐淋失率达70%以上。Kaluli等（加拿大）FILTER(FiltrationandIrrigatedcroppingforLandTreatmentandEffluentReuse)系统是一种具有灌溉与除污功能的新型污水灌溉技术。澳大利亚FILTER系统+增大土壤的排水量+高强度的作物种植，可以处理高负荷的污水。杨金忠，等由于经济、技术等条件限制，国内目前多采用地面灌水技术，提倡清、污混灌。,污水灌溉技术研究,灌溉制度研究冬小麦的播前水、冬灌水、返青水、拨节水均可用污水进行灌溉。玉米和谷子的播前水、拨节至抽穗期也可以用污水灌溉。胡焱北京污灌区小麦每年污灌2-4次，污灌水量11.7m3hm-2，占总灌水量的35%比较适宜。周艳丽等,四、研究展望,我国污水资源量丰富，据专家预测到2030、2050年经过处理可用于灌溉的再生水资源量将达767亿m3和1300亿m3。虽然污水灌溉面积在我国灌溉农田中目前所占的相对比例不大，但污水的总量在增加，污水灌溉在水资源配置中的地位也愈显重要。,污水的资源潜力,对于污水灌溉适宜性研究缺乏系统性，研究方法与手段需要改进；对污水的资源化利用以及污水灌溉对土壤及植物的影响讨论较多，并没有揭示污水中各成分与植物生长的关系；污染物在土壤中迁移、转化的研究，侧重于土柱淋洗试验，多是对单一污染物的分散、零碎、重复的研究，缺乏生态系统观念；污灌对地下水影响的野外可控试验研究较少；对主要常规水质指标灌溉适应性的研究较多，缺乏污水灌溉环境监测评价指标体系；对于区域污水水质的时空变化规律以及污水对土壤生态毒性效应的研究较少；还未发现污水灌溉对农产品品质与产量的系统研究报道；污水灌溉的相关技术也不成熟。,污水灌溉,技术研究与应用,宏观政策层面,污染源控制,流域规划,经济补偿机制,污染链快速诊断与监测系统,污水灌溉水质标准,污水灌溉技术研究,污水灌溉技术规范,有害物质在植物体中的转移,土壤环境容量,健全管理体制,健全污染防治的决策及补偿机制健全管理体制农业、水利和环保等各部门，边缘性工作，放任自流的状态。建立一套完整的污水灌溉管理体系。做好污染源控制严格执行国家颁布的农田灌溉水质标准从源头上严格控制污水水质达标排放做好流域污水灌溉规划对污灌水源、水质、污灌面积、灌溉作物及污水灌溉方式等进行一次全国性的调查，弄清全国污水灌溉的实际状况。以流域为研究对象，做好灌区水量调配规划、排灌工程规划及远期规划，从总体上保证污灌区水土环境平衡。完善经济补偿机制水价过低，污水回用没有价格优势。国家对污水资源化并没有任何经济上、政策上的优惠措施。充分利用经济杠杆，发挥市场导向作用，严格执行谁污染谁治理，施行上游排污企业对下游灌区一定的经济补偿政策。,深入开展污水灌溉理论与技术的科研工作，从技术研究与利用层面提供保证污水灌溉水质标准考虑作物种类、土壤类型(包括土壤质地和耕作方式)、土壤水分状况(如地下水深度)、气候条件(主要指降水)、灌溉水量、灌溉方式等因素相关的补充标准,污水灌溉的环境容量研究污水灌溉对环境的影响是长期积累的过程，为了实现土壤的可持续发展，不仅要强调达标排放，还应考虑水体、土壤的承载能力。定期监测各排污点的废水总量、污染物种类及浓度，测试污灌区土壤的背景值，对照监测结果，计算农田的环境容量，然后再制定污染物目标总量，确定主要污染物的种类和消减指标，并分配到各排污点中去实行，以减少污染物的排放总量。,污染物在土壤及植物体中转移研究设置长期定位观测试验，研究不同污水类型灌溉对作物生长、土壤理化性质和微生物活动的影响；研究有害物质在植物产品（人们所利用的根、茎、叶、果实）中的转移、分配规律，选育（转基因培育）耐污植物品种，偿试利用生物修复技术解决污水灌溉所引发的环境问题。,污水灌溉技术规范污染物在土壤中的迁移、转化、积累机理非常复杂，作物不同生育阶段对重金属的反映的敏感性也不同，给污水灌溉规范的制定带来难度。开展不同污水类型、不同土壤条件下，主要农作物的污灌方式、次数、最佳灌溉时间及灌溉定额研究，建立包括污灌区的选址、灌溉系统的布置、灌溉制度、灌水技术、作物种植比、灌区管理、灌区环境评价及预测等一系列内容的污水灌溉技术体系。各污灌区应根据本灌区的土壤特点和污水水质特点，找到制约污水利用的关键性污染物，据此选定合适的灌水技术。,污染链快速诊断与监测系统不同污水水质的处理方法及工艺与污水灌溉相适应的污水处理技术污水灌溉环境检测、监测系统包括城镇排放监测、排污小流域水质断面监测、河道污水监测及污灌区土壤、作物及地下水监测。污染预警预报与决策支持系统检测土壤、植株、水质的仪器设备研制主要研制污水水质，污灌后土壤、植株中污染物含量的快速测定仪器与设备。,五、污水灌溉“堵”与“疏”的思考,污水，是经过人类活动使水质在物理性质、化学性质及生物性质方面发生变化的水。未经处理的污水中含有