再生水灌溉利用的生态风险研究进展

污水再生回用因其具有显著的社会、经济及生态效益,已成为缓解水资源危机的一项重要举措.城市绿地和农业灌溉作为再生水的主要利用途径之一,在国内外已经得到广泛推广实践.为了解国内外在再生水灌溉利用风险方面的研究进展,本文围绕再生水典型污染物包括盐、氮、重金属和新型污染物、病原菌等,从对土壤质量、植物生长、地下水质量和公众健康等几方面,对再生水灌溉利用的生态风险进行了系统分析.结果表明,盐分及盐离子是再生水灌溉利用的主要风险,灌溉利用导致疾病传播的风险始终存在,而新型污染物的生态风险是科学研究热点.借鉴国外经验,分别就城市绿地和农业的灌溉提出了风险管理措施.最后,提出了加强长期定位研究和模型研究,建立再生水水质、灌溉管理与生态风险的有机关联,进行再生水灌溉土壤承载力评价和建立风险管理体系等5项建议,以促进再生水安全利用.     

模型模拟土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响

为推动再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟了不同土壤性质、植被条件下土壤盐分的分布规律及累积趋势,探讨了土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响.研究发现,不同土壤初始含盐量下,经多年重复模拟后最终达到统一的平衡状态;而不同土壤质地下,随着灌溉年份的增加,壤土、黏壤土中的土壤ECe年均值逐渐增加直到平衡,砂壤土中的土壤ECe年均值逐渐减少直到平衡,平衡时土层中的ECe值砂壤土〈壤土〈黏壤土.3种植被下,大叶黄杨、油松的土壤ECe值增加量小于早熟禾;土壤盐分在土层中的空间、时间分布也均有所不同.此外,不同模拟情景下,土壤盐分累积都不会影响植被的生长（黏壤土除外）,但均出现轻度盐渍化（砂壤土除外）.     

模型模拟再生水灌溉对土壤水盐运动的影响

随着水资源供需矛盾日益尖锐,污水再生利用成为了缓解北京水资源紧缺的重要举措.为推动北京再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟缺水城市北京再生水灌溉土壤水盐运动规律,并对土壤盐分累积进行预测,探讨了不同灌溉措施对土壤水盐运动规律和盐分累积的影响.结果表明,高水量、常规、低水量灌溉,平衡时土壤含盐量（ECe）年均值分别增加了29.5%、97.2%、197.8%;灌溉频率对土壤水盐运动规律影响不大,但低频灌溉下土壤中盐分的累积有减少的趋势;灌溉水含盐量（ECw）为0.6、1.2、2.4 dS.m-1灌溉条件下,平衡时ECe的年均值分别增加了23.7%、97.2%、208.5%,自来水灌溉下土壤盐分虽有增加,但土壤未出现盐渍化.总的来说,目前北京常规再生水灌溉,平衡时土壤盐分累积不会影响早熟禾的生长,但土壤会出现轻度盐渍化.     

河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

Treated wastewater irrigation effect on soil, crop and environment： Wastewater recycling in the loess area of China

A study was carried out at the Loess Plateau in Dongzhi,China,to test the feasibility of using secondary treatment sewage effluent and to determine whether the water quality would then meet the recommended irrigation norm.Seven crops,including celery,wheat, maize,millet,apples,rapeseed and yellow beans,were tested in the study.Physical and chemical properties of the soil,crop yield and quality and leachate at different soil depths were measured.In most cases,the quality of the crops that made use of treated sewage was not distinctively different from those that did not use treated sewage.However,yields for the former were much higher than they were for the latter.Leachates at different soil depths were analyzed and the results did not show alarming levels of constituents.For a period of approximately 14 months,the treated sewage irrigation had no significant effect on the loess soil and no cases of illness resulting from contact with the treated sewage were reported.With treated sewage irrigation,a slight increase in the organic content of the soil was observed.     

枣庄市生态足迹动态研究

应用生态足迹模型对山东省枣庄市1995-2008年生态足迹进行了计算,分析该市14年来各类土地生态足迹消费和供给的动态变化趋势,研究了该市土地资源利用的可持续性发展状况。结果表明,枣庄市生态足迹消费从1995年的2.926 4 hm2/人增加到2008年的6.880 1 hm2/人,增加了2.25倍;生态足迹消费大于土地生态系统的承载力表现为生态赤字,赤字水平由1995年的2.630 4hm2/人上升到2008年的6.529 0 hm2/人,增加了2.48倍,区域内的土地利用处于不可持续发展状态。计算表明该市的资源利用方式仍处于消耗型、粗放型阶段,发展模式是不可持续的,其生态环境具有不安全性,社会经济发展与生态环境的协调性很差。     

生物炭添加和灌溉对温室番茄地土壤反硝化损失的影响

生物炭添加和灌溉是番茄地常用的田间管理措施,然而其对反硝化的影响还不清楚.本研究种植试验设置3个灌溉量水平分别为估算作物生育期需水量ET0的50%(W50%)、75%(W75%)、100%(W100%)和3个生物炭添加水平分别为B0(折合纯碳,0)、B25(折合纯碳,25 t·hm-2)、B50(折合纯碳,50 t·hm-2),在2014年和2015年番茄收获后,每个试验小区采集具有代表性的土样进行室内培养试验,采用乙炔抑制法来研究土壤的反硝化损失和不加乙炔研究N_2O的排放量.结果表明生物炭和灌溉量显著改变了土壤的理化性质.与B0相比,添加生物炭能够提高土壤全碳、全氮含量和pH值,降低铵态氮、硝态氮含量,而灌水量降低了土壤中全氮和全碳的含量.因此,与B0/W50%相比,B25/W75%和B50/W100%处理显著减少了反硝化损失量(P0.05).生物炭和灌溉量的交互作用对土壤无机氮含量和反硝化损失的影响均达到显著水平(P0.05),且对硝态氮的影响表现为灌溉量生物炭添加量两者交互作用,对铵态氮的影响表现为生物炭添加量灌溉量两者交互作用,对反硝化损失的影响表现为灌溉量生物炭添加量两者交互作用.反硝化损失量与土壤中无机氮含量、(CO_2-C)矿化量与N_2O排放量均呈正相关关系.不同生物炭添加量和灌溉量处理后明显影响了N_2O/DN(P0.05),培养结束时,各处理下的N_2O累积排放量/DN累积排放量差异较大,介于0.31%~1.88%.     

淠河灌区集中式饮用水源地水质健康风险等级研究

为了解淠河灌区集中式饮用水源地水质健康风险状况,选取Cr6+、As、Cd、Pb、Mn、Cu、Zn、Fe、F、NH+4-N等10项污染因子作为健康风险指标,运用三角模糊集理论和α-截集技术,确立置信度为0.8,得到各污染指标的健康风险区间值;同时建立模糊化特征的风险等级判别标准和判别方法.结果表明,该水源地水质总健康风险值为4,风险等级为Ⅳ级(一般).3种化学致癌物Cr6+、As、Cd合计风险区间值介于5.586×10-5~9.365×10-5之间,风险由高到低的顺序依次为:Cr6+AsCd,浓度在空间上变化不大,具有一定的负面效应,但均未超过美国环保署推荐的最大可接受水平1.0×10-4;Cr6+风险区间值较大,风险等级较高,应将Cr6+作为首要的健康风险管理控制指标.其余7种非致癌化学有毒物没有风险,不存在负面效应,非致癌健康风险明显低于致癌风险.     

陕北某化工企业周围污灌区土壤-作物系统重金属积累特征及评价

对陕西北部某化工企业污灌区土壤-作物系统的重金属积累状况及空间分布进行了深入研究.结果表明,污水排放导致了周围农田土壤中Cd和Cu的聚集,其中Cd的积累量超过国家土壤环境二级标准;土壤Cu、Zn和Pb的单因子污染指数均小于1,Cd的单因子污染指数为1.21,属轻度污染,4种重金属综合污染指数为0.74,属警戒线等级.在剖面上,所有重金属元素均表现出明显的表聚现象,主要聚集在土壤表层0~10 cm范围内,在空间分布上,污水排放企业污灌区土壤和作物重金属Cu、Zn和Cd的强烈聚集区出现在企业排污口附近100 m范围内,而Pb集中在200 m范围内,并随着距企业距离的增加重金属含量呈降低趋势.在企业污水灌溉的影响下,玉米籽粒中Cu、Pb和Cd的平均含量分别为4.74、0.129和0.036 mg·kg-1,明显高于对照区,其中Pb达到5.7%的超标率.玉米籽粒中重金属单因子污染指数均小于1,大小为PbCuZnCd,综合污染指数为0.53,属安全清洁等级;4种重金属元素中,除Cd在作物中与土壤中有效态和全量之间均呈现极显著的正相关关系外,其余元素作物中和土壤中含量相关性均未达到显著水平.因此,该化工企业周围,尽管由于污灌引起重金属在土壤中的累积,但由于在农作物中的积累有限,暂时未对人体健康造成威胁,但由于交通及烟尘引起的Pb的超标应引起重视.     

龙口市污水灌溉区农田重金属来源、空间分布及污染评价

采集龙口市污水灌溉区农田土壤,分析测定土壤pH和重金属含量,以采集的70个土壤样点为研究对象,根据多元统计中的相关分析和主成分分析探究研究区重金属的来源;采用地统计理论与GIS空间插值相结合的方法研究重金属元素的空间结构和分布特征;最后利用内梅罗指数法和改进的模糊综合评判法做重金属污染评价.结果表明,研究区内9种重金属元素在土壤中均有一定程度的富集,其中重金属Cd的均值是当地背景值的3.06倍,富集情况最为明显;指数法进行的污染评价显示Cu、Cd和Pb的综合污染指数分别为7.06、6.10和5.54,三者均属重度污染;相关分析和主成分分析结果显示,Cu、Zn和Pb、Cd主要受人为因素影响,污水灌溉是它们的共同污染因素,前两者为农业生产中化肥农药的过量使用与长时间的累积作用,而北部煤矿开采和煤矸石的堆积产生的污染以及电镀、机械制造等工业污染是后两者的污染来源;Co、Cr、Mn、Ni和As主要是受成土母质等自然因素的影响;据模糊综合评判的结果,研究区70个样点,有13个是中污染程度,23个属于轻污染,28个是警戒程度,6个样点处在安全范围内;从空间分布上看,重金属含量的高值区主要集中在黄水河下游的诸由观镇和徐福镇,说明污水灌溉给当地土壤造成了一定程度的重金属污染.