城鎮(zhèn)再生水灌溉后重金屬對(duì)作物的安全性研究

南 海

（侯馬市水務(wù)局，山西侯馬043000）

根據(jù)2011年《中國(guó)水資源公報(bào)》[1]，2011年全國(guó)總用水量為6107.2億m3，農(nóng)業(yè)用水3 743.5億m3，占總用水量的61.3%，與2010年相比，農(nóng)業(yè)用水增加54.5億m3；生活用水789.9億m3，占總用水量的12.9%，比2010年增加24.1億m3。2008年全國(guó)城鎮(zhèn)生活污水排放量達(dá)330.0億m3。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，2011年生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境四大類總用水量中，農(nóng)業(yè)用水占我國(guó)用水量的1/2以上，水資源的缺乏導(dǎo)致作物灌溉缺水，從而導(dǎo)致作物歉收。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市進(jìn)程的加快，生活用水量逐年增加，生活污水排放量也十分驚人。

城鎮(zhèn)再生水一般是指城市污水經(jīng)過(guò)處理，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，即達(dá)到處理水質(zhì)和用水水質(zhì)[2-4]。再生水一般用于綠地灌溉、道路噴灑、景觀用水、農(nóng)田灌溉及工業(yè)冷卻用水等。這種再生水經(jīng)過(guò)處理后已經(jīng)消除了大部分有害物質(zhì)，水中含有較高的氮磷元素，是農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[5-6]。且城鎮(zhèn)污水可以就近取得，水量穩(wěn)定，易于收集。如果將這部分水用于農(nóng)業(yè)灌溉中，可以緩解農(nóng)業(yè)灌溉缺水的情況。

單純生活污水經(jīng)過(guò)處理后作為再生水用于農(nóng)業(yè)用水是可行的[7-11]，但是并非污水處理廠的二級(jí)出水都源于生活污水。因此，再生水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水的安全性有待研究。本研究重點(diǎn)探討使用經(jīng)過(guò)處理的再生水灌溉作物，水體中重金屬物質(zhì)本身在灌溉后對(duì)土壤和作物造成的安全隱患，從而影響作物的食品安全性。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)選擇鳳翔縣水土保持工作站大田作為城鎮(zhèn)再生水農(nóng)業(yè)灌溉基地。鳳翔縣位于陜西省寶雞市東北角，距寶雞市區(qū)44 km。該區(qū)地處陜西省關(guān)中平原西部，海拔595～1 678m，屬大陸性暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫11.5℃，年均降水量609mm，無(wú)霜期207 d，光照充足，土壤肥沃。

再生水主要來(lái)源于鳳翔縣污水處理廠，其由生活污水和少量工業(yè)廢水組成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為冬小麥，品種為小偃22。示范基地面積為1 334m2，其中，667m2澆灌用水為再生水，另外的667m2澆灌用水為自來(lái)水。試驗(yàn)從2011年9月開(kāi)始到2013年6月結(jié)束，為期2 a。小麥灌溉期為每年10月中旬底墑水，11月下旬越冬水，第2年3月中下旬澆返青水，4月下旬拔節(jié)水，5月中旬灌漿水。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

2012年10月至2013年5月先后20次在儲(chǔ)存塘采樣進(jìn)行再生水水質(zhì)監(jiān)測(cè)。再生水檢測(cè)的毒理學(xué)指標(biāo)為Cr（VI），總Cd，As，Hg，Pb，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu，Zn。

再生水灌溉地土壤采樣時(shí)間為2011年9月、2012年10月、2013年6月。土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位采取隨機(jī)布點(diǎn)的方法，土壤取樣深度為0～20 cm，采取S型布點(diǎn)法布設(shè) 10個(gè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為 pH，Cr，As，Cd，Pb，Cu，Zn，Ni。

農(nóng)作物采取隨機(jī)布點(diǎn)的方法，布設(shè)10個(gè)點(diǎn)位，與土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位相同，且按食用習(xí)慣取可食部分，各取樣1～2 kg。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為小麥作物中Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr含量。采樣時(shí)間為 2012年 5月和2013年5月。

2 結(jié)果與分析

2.1 再生水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

本試驗(yàn)共檢測(cè)了2012年10月至2013年5月先后 20次的儲(chǔ)存塘再生水樣品的 Cr，Cu，Zn，As，Cd，Pb和Hg這7種重金屬含量，以監(jiān)測(cè)再生水水質(zhì)的穩(wěn)定性。農(nóng)業(yè)灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)采用GB 5084—2005。

試驗(yàn)結(jié)果（表1）表明，再生水中7種重金屬的含量全部低于我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)，其中，Cd含量接近于我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)值的上限，在灌溉時(shí)應(yīng)特別注意。

表1 再生水重金屬含量 mg/kg

生活污水經(jīng)過(guò)處理后，灌溉用再生水的重金屬含量低于農(nóng)業(yè)灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)，符合農(nóng)業(yè)旱作。因此，從灌溉角度上水源安全性較高。然而，在長(zhǎng)期灌溉過(guò)程中，重金屬積累是否會(huì)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝，還需要根據(jù)土壤和農(nóng)作物本身重金屬含量進(jìn)行判斷。

2.2 灌溉區(qū)土壤重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果

將再生水灌溉區(qū)和清水灌溉對(duì)照區(qū)土壤重金屬含量[12-13]進(jìn)行整理，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。其中，灌溉示范區(qū)內(nèi)土壤標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（適用于一般農(nóng)田及菜地土壤）及國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 391—2000。

由圖1可知，7種重金屬含量均低于灌溉標(biāo)準(zhǔn)。可以認(rèn)為，用再生水進(jìn)行灌溉對(duì)土壤中這7種重金屬含量影響不明顯，且符合灌溉標(biāo)準(zhǔn)，暫時(shí)不會(huì)污染土壤，不會(huì)影響作物的生長(zhǎng)以及新陳代謝過(guò)程。再生水灌溉區(qū)土壤中 Cu，Zn，Ni，Cr，Cd這 5種重金屬含量高于清水灌溉區(qū)土壤中含量。再生水灌溉區(qū)土壤中As，Pb含量和清水灌溉區(qū)土壤含量無(wú)差別，說(shuō)明對(duì)于灌溉來(lái)講，再生水和清水灌溉對(duì)土壤As，Pb含量影響不大。

需要指出的是，土壤中Ni含量為灌溉標(biāo)準(zhǔn)的1/2以上；土壤中Cu，Zn，Cd含量為灌溉標(biāo)準(zhǔn)的1/3；土壤中As和Cr含量為灌溉標(biāo)準(zhǔn)的1/5。由于監(jiān)測(cè)時(shí)間較短，對(duì)土壤中重金屬含量增長(zhǎng)規(guī)律尚未完全清楚，無(wú)法確定使用城鎮(zhèn)再生水長(zhǎng)期灌溉農(nóng)田是否會(huì)影響人的食品安全。

2.3 作物重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果

土壤中的重金屬會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育和生理生化過(guò)程，并通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移，最終影響人類食品和生命安全，監(jiān)測(cè)重金屬物質(zhì)轉(zhuǎn)移和累積有著重要的安全意義。在再生水灌溉區(qū)小麥籽粒的樣品監(jiān)測(cè)中，統(tǒng)計(jì)2次采樣即2013年5月和2012年5月樣品中的 Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr重金屬含量。

由表2可知，在小麥樣品監(jiān)測(cè)中，各重金屬含量均無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象，樣品的重金屬含量均符合相應(yīng)的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)再生水灌溉區(qū)和清水灌溉區(qū)內(nèi)小麥重金屬含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，再生水灌溉區(qū)內(nèi)小麥重金屬含量略高于清水灌溉區(qū)內(nèi)的小麥重金屬含量，但都在小麥重金屬標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，可以認(rèn)為，再生水灌溉方式屬于安全灌溉方式。

表2 灌溉區(qū)小麥樣品重金屬含量 mg/kg

對(duì)于小麥種植過(guò)程中，土壤中的重金屬未表現(xiàn)出明顯的殘留規(guī)律，這主要是試驗(yàn)期較短、灌溉水量較少、再生水水質(zhì)較好等原因所致，重金屬超出小麥自身所需量較少，所以，再生水灌溉殘留在土壤中的重金屬含量較少。說(shuō)明短期灌溉不會(huì)使土壤中重金屬發(fā)生嚴(yán)重的積累。

再生水灌溉區(qū)小麥作物中 Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr這7種重金屬含量均低于相應(yīng)的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。比較不同灌溉區(qū)小麥重金屬含量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，除Ni元素含量相當(dāng)外，再生水灌溉區(qū)小麥作物中的重金屬含量普遍比清水灌溉區(qū)小麥作物中的重金屬含量高，其中，Cu，Zn，Cd，As含量區(qū)別明顯。值得注意的是，再生水灌溉區(qū)小麥作物中檢測(cè)到Cu，Zn，Cd含量的平均值已達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的50%。雖然再生水灌溉區(qū)內(nèi)農(nóng)作物均達(dá)到衛(wèi)生品質(zhì)，但如果該地區(qū)經(jīng)過(guò)再生水多年灌溉后，土壤和作物中重金屬含量是否超標(biāo)的問(wèn)題仍需要進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論與討論

短期使用再生水對(duì)作物進(jìn)行灌溉，不會(huì)破壞土壤的安全指數(shù)。再生水灌溉與清水灌溉對(duì)土壤中7種重金屬含量影響不明顯，且符合灌溉標(biāo)準(zhǔn)，暫時(shí)不會(huì)污染土壤，不會(huì)影響作物的生長(zhǎng)以及新陳代謝過(guò)程。小麥種植期間，使用再生水進(jìn)行灌溉，土壤中重金屬含量較少，主要原因?yàn)樵囼?yàn)期較短、灌溉水量較少、再生水水質(zhì)較好，短期灌溉不會(huì)使土壤中重金屬發(fā)生嚴(yán)重的積累。

再生水灌溉后作物重金屬含量沒(méi)有超過(guò)國(guó)家規(guī)定的食品安全標(biāo)準(zhǔn)[15]，可以放心食用。小麥籽粒的樣品監(jiān)測(cè)中，Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr這 7種重金屬均低于相應(yīng)的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。再生水灌溉區(qū)小麥作物中的重金屬含量普遍比清水灌溉區(qū)小麥的重金屬含量高，其中，Cu，Zn，Cd，As區(qū)別明顯。但Cu，Zn，Cd平均值已達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的50%。因此，灌溉區(qū)內(nèi)農(nóng)作物如果繼續(xù)使用再生水灌溉，作物重金屬含量是否超標(biāo)的問(wèn)題仍需要進(jìn)一步關(guān)注。

本研究只考慮了短期灌區(qū)小麥?zhǔn)称钒踩?，未?duì)土壤中的重金屬殘留規(guī)律進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，建議延長(zhǎng)試驗(yàn)周期，以確定再生水長(zhǎng)期灌溉條件下是否會(huì)使作物體內(nèi)重金屬含量超標(biāo)。試驗(yàn)只驗(yàn)證了小麥種子中重金屬含量的安全性，并未考慮農(nóng)耕灌溉過(guò)程中其他途徑導(dǎo)致的人與重金屬元素的接觸情況。如果全面考慮，將有可能超過(guò)食用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，因此，有待進(jìn)一步全面研究再生水灌溉作物中重金屬含量對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)。

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