再生水資源在缺水地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用
——以天津市為例

都清坤，葛梅

（1.天津華博檢測(cè)技術(shù)有限公司，天津300300；2.天津?yàn)I海合佳威立雅環(huán)境服務(wù)有限公司，天津300350）

雖然我國(guó)水資源豐富，但是人均水資源占有率卻相對(duì)較低，且個(gè)別地區(qū)還表現(xiàn)出不同程度的缺水狀況?；诂F(xiàn)有水資源局限情況，如何高效、安全、合理地分配水資源，是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展利用的重要基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)灌溉用水一直以來(lái)都是水資源消耗重要領(lǐng)域。因此，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉用水可持續(xù)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用重要基礎(chǔ)。近年來(lái)再生水農(nóng)業(yè)灌溉應(yīng)用逐步興起，并伴隨著再生水處理技術(shù)水平進(jìn)一步提升，再生水在農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域應(yīng)用廣度與深度必定將進(jìn)一步強(qiáng)化。再生水在農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域成功應(yīng)用，不僅有效實(shí)現(xiàn)水資源合理利用，同時(shí)也使土壤中氮磷等養(yǎng)分含量也得以改善，對(duì)于農(nóng)作物生長(zhǎng)具有一定促進(jìn)作用。同時(shí)，針對(duì)再生水對(duì)農(nóng)作物重金屬含量影響，文中將進(jìn)行具體試驗(yàn)論證，并就再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中的更好應(yīng)用提出相應(yīng)建議。

1 天津市再生水利用現(xiàn)狀

為切實(shí)響應(yīng)國(guó)家關(guān)于再生水資源利用的相關(guān)指導(dǎo)意見(jiàn)，天津市一方面積極強(qiáng)化再生水綜合利用課題研究，先后由天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站、天津大學(xué)等承擔(dān)了相應(yīng)的課題研究，積極推進(jìn)相關(guān)項(xiàng)目研究，并取得了一系列的研究成果。另一方面，天津市積極推行成果轉(zhuǎn)化及應(yīng)用，先后在北辰區(qū)、河西區(qū)、武清區(qū)等建立再生水利用示范基地，成功將再生水應(yīng)用到城市綠化、園林建設(shè)、公廁用水、供熱用水、環(huán)衛(wèi)用水及綠地灌溉等諸多領(lǐng)域。針對(duì)再生水農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的應(yīng)用，天津市武清區(qū)依托區(qū)域內(nèi)污水處理廠，實(shí)現(xiàn)了污水處理再利用的目標(biāo)，再生水通過(guò)存儲(chǔ)塘實(shí)現(xiàn)對(duì)武清區(qū)近150 hm2農(nóng)田灌溉。同時(shí)，武清區(qū)環(huán)保部門采購(gòu)安裝先進(jìn)環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)備，并配以嚴(yán)格監(jiān)測(cè)管理制度，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)2年數(shù)據(jù)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，農(nóng)田土壤及農(nóng)產(chǎn)品各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)達(dá)標(biāo)率100%，充分說(shuō)明再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的可行性。

2 再生水灌溉農(nóng)作物重金屬檢測(cè)

2.1 試驗(yàn)用水

此次試驗(yàn)選取的再生水為天津市某污水處理廠二沉池出水，借助連續(xù)微過(guò)濾技術(shù)+臭氧消毒工藝對(duì)再生水進(jìn)行二次深度處理；清水選用當(dāng)?shù)鼐?。通過(guò)檢測(cè)，再生水與清水均符合國(guó)家及天津市相關(guān)的農(nóng)業(yè)灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 供試作物

選取黃瓜、西紅柿、蘿卜、圓白菜、小麥及玉米作為試驗(yàn)農(nóng)作物。上述試驗(yàn)農(nóng)作物種子全部選用京津冀地區(qū)相關(guān)的研究所，且具備上市銷售5年時(shí)間。

2.3 方法

（1）針對(duì)試驗(yàn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，分為大棚種植和農(nóng)田種植兩種方式。黃瓜、圓白菜、西紅柿、蘿卜采用大棚種植的方式，玉米和小麥采用農(nóng)田種植的方式。其中，大棚采用塑料薄膜覆蓋以避免雨水影響。同時(shí)，大棚內(nèi)分為2 個(gè)灌溉區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)與對(duì)比區(qū)，二者之間的距離保持在2 m 以上，以避免水源相互影響。玉米與小麥種植農(nóng)田同樣分為2 個(gè)灌溉區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)與對(duì)比區(qū)，二者之間距離保持在2 m 以上。上述相應(yīng)的種植區(qū)域均采用相同的灌溉標(biāo)準(zhǔn)，即確保灌溉時(shí)長(zhǎng)與水量一致。等這些農(nóng)作物成熟的時(shí)候，分別選其食用部分作為樣本進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

（2）選擇農(nóng)作物樣本時(shí)，應(yīng)從不同灌溉區(qū)域同一部分中抽取蔬菜；同一灌溉區(qū)域作物，應(yīng)同時(shí)從多株農(nóng)作物上取樣，然后將所采集的同一灌溉區(qū)域所有樣品均勻混合成一個(gè)樣品，放入聚乙烯樣品袋中，送往實(shí)驗(yàn)室檢查。樣品用蒸餾水和自來(lái)水反復(fù)沖洗，洗滌后瀝干水分等待測(cè)定檢驗(yàn)。需要注意取樣時(shí)應(yīng)采集成熟的農(nóng)作物。

（3）把玉米和小麥碾碎，首先通過(guò)20 目篩篩選，然后用聚乙烯樣品袋包裝密封存儲(chǔ)。如果是植物樣品，應(yīng)使用食品加工機(jī)將其加工成單一的植物懸浮液，并儲(chǔ)存在聚乙烯袋中以待檢測(cè)。如果使用干泡沫法消化作物樣品，應(yīng)采取以下步驟：取1～5 g 樣品，小火加熱使其碳化直至無(wú)煙產(chǎn)生，隨后轉(zhuǎn)至到500 ℃馬弗爐中使其灰化；冷卻8 h，將灰分溶于硝酸中，準(zhǔn)備25 mL清潔的容量瓶，吸入一滴樣品消化液，用少量蒸餾水沖洗玻璃杯數(shù)次，將洗滌液放入容量瓶中，用攪拌棒充分?jǐn)嚢?，使其攪拌均勻，待檢。

2.4 檢測(cè)結(jié)果

在對(duì)上述農(nóng)作物樣本進(jìn)行重金屬含量檢測(cè)時(shí)，可以參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)方法，具體檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 井水和再生水灌溉的樣本作物中重金屬含量mg·kg-1

由結(jié)果可以看出，采用再生水和清水的農(nóng)作物中所含的重金屬量都是符合國(guó)家相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的。與清水灌溉檢測(cè)結(jié)果不同，使用再生水灌溉農(nóng)作物，其重金屬的含量一定程度上呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)，但是其含量也都在國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全指標(biāo)范圍之內(nèi)，且統(tǒng)計(jì)學(xué)無(wú)差異。因此推斷，使用再生水對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，對(duì)農(nóng)作物的重金屬含量并沒(méi)有什么影響，具備使用再生水對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉的條件。

3 天津市再生水灌溉存在的問(wèn)題及對(duì)策

3.1 天津市再生水問(wèn)題分析概述

3.1.1 水資源的開(kāi)發(fā)利用是最突出問(wèn)題

天津是水資源匱乏型城市，水資源嚴(yán)重短缺。根據(jù)政府多年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，天津市近幾年平均地表水資源量約為10.65 億m3，淺層地下水資源量590 億m3。經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證計(jì)算，水資源總量?jī)H為15.69 億m3，人均水資源不足160 m3，即使計(jì)算外調(diào)及入境水資源，人均水資源也不足370 m3，相對(duì)而言，我國(guó)人均水資源占有量約為2 100 m3，而世界公認(rèn)的缺水警戒線為每人1 000 m3。

目前，天津市主要供水資源來(lái)源于引灤入津和引黃濟(jì)津兩大水利民心工程。城市供水的獨(dú)特性和脆弱性是顯而易見(jiàn)的。灤河供水難以滿足城市工業(yè)和生活用水需求，農(nóng)村供水主要由地下水、內(nèi)河和當(dāng)?shù)氐乇硭M成，農(nóng)業(yè)缺水嚴(yán)重。基本生態(tài)用水難以管理。即使南水北調(diào)工程實(shí)施后，農(nóng)業(yè)生態(tài)缺水的局面也難以改變。近幾年供水供需平衡后，全市用水量缺口高達(dá)13 億m3，其中城鎮(zhèn)缺口為4 億m3，農(nóng)業(yè)生態(tài)缺口9 億m3。天津市水資源分布不均，導(dǎo)致天津市水資源短缺問(wèn)題愈發(fā)凸顯。作為經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的南部區(qū)域，水資源人均占有量明顯低于北部區(qū)域。當(dāng)?shù)氐乇硭磕陜H占全市的35%，可利用地下水占全市的21%，已成為全市最稀缺的區(qū)域。南部區(qū)域包括濱海新區(qū)、靜?？h、寧河縣等9 個(gè)區(qū)組成，農(nóng)業(yè)灌溉面積270 萬(wàn)m3。根據(jù)需水量預(yù)測(cè)，南部農(nóng)業(yè)灌溉需求約10 億m3。生態(tài)需水量不低于2.09 億m3，但目前農(nóng)業(yè)需水量?jī)H為3.45 億m3，缺水量為668 m3，生態(tài)供水量?jī)H為2 億m3，占比需水量不足10%。其中，農(nóng)業(yè)生態(tài)水資源緊缺近9 億m3，南部已成為天津市農(nóng)業(yè)生態(tài)水資源最緊缺的地區(qū)，如表2所示，天津市供水將“橫縱并舉”，水資源量和水安全水平將大大提高，中心城區(qū)缺水問(wèn)題將得到解決，新區(qū)和濱海城原則上將得到解決。但由于河流水資源的限制，農(nóng)業(yè)生態(tài)供水難以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有供水系統(tǒng)不變，可用水量沒(méi)有增加，現(xiàn)狀水位基本不變，缺水問(wèn)題將繼續(xù)存在。

表2 天津市南部地區(qū)各區(qū)縣農(nóng)業(yè)、生態(tài)水資源情況調(diào)查表

3.1.2 滯后的再生水回用配套工程

長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)廢水資源的性質(zhì)和再利用的潛力、廢水處理與再利用之間不平衡以及水資源再利用配套項(xiàng)目落后發(fā)展等問(wèn)題認(rèn)識(shí)不清，缺乏協(xié)同效應(yīng)，影響了再生水的大規(guī)模利用。天津地區(qū)新建了紀(jì)莊子、東郊、咸陽(yáng)路三座污水處理廠，日處理能力139 萬(wàn)t，經(jīng)處理的再生水水質(zhì)基本滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水的標(biāo)準(zhǔn)和要求。但是，由于缺乏對(duì)再處理用水項(xiàng)目的支持，河道的形成和二次污染治理的措施仍然滯后。因此，生態(tài)效應(yīng)導(dǎo)致天津市難以實(shí)現(xiàn)再生水再利用的被動(dòng)局面和生態(tài)真空。同時(shí)，居民樓存在入住率較低、水管空置等不正?，F(xiàn)象，導(dǎo)致用水量低的尷尬局面，市區(qū)已建成的回采水管不到三分之一，難以恢復(fù)供水能力。

3.1.3 鼓勵(lì)和促進(jìn)的扶持政策未能落實(shí)

天津的再生水資源尚未納入單一的水資源管理框架。國(guó)家沒(méi)有強(qiáng)制管理制度，農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水的戰(zhàn)略地位沒(méi)有確立，缺乏可信的投資保障和有效的落實(shí)措施，直接影響該地區(qū)免費(fèi)用水的積極性。農(nóng)業(yè)再生水和生態(tài)再生水的主要利用方式尚未開(kāi)放。根據(jù)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，對(duì)于使用再生水企業(yè)，可以考慮給予財(cái)政補(bǔ)貼及稅收優(yōu)惠等政策安排。

3.2 發(fā)展對(duì)策

雖然短期再生水灌溉下，作物中重金屬的含量符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但長(zhǎng)期使用再生水灌溉農(nóng)田，土壤和農(nóng)作物中重金屬殘留超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，還需要進(jìn)一步檢驗(yàn)。同時(shí)，為進(jìn)一步規(guī)范再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用，應(yīng)該重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善。

3.2.1 加大再生水農(nóng)業(yè)灌溉配套設(shè)施投入

伴隨著目前農(nóng)田種植范圍的逐漸增加，再生水農(nóng)業(yè)灌溉的輸送距離逐漸加大，甚至已經(jīng)超出現(xiàn)有再生水灌溉設(shè)備的輻射范圍。為此，一方面應(yīng)該積極優(yōu)化現(xiàn)有再生水灌溉設(shè)備，增設(shè)中轉(zhuǎn)設(shè)備，對(duì)再生水進(jìn)行儲(chǔ)存及遠(yuǎn)距離輸送。另一方面，積極提升再生水灌溉設(shè)備的節(jié)水率，例如增設(shè)噴灌、滴灌等灌溉節(jié)水設(shè)備，實(shí)現(xiàn)再生水的高效利用。此外，針對(duì)再生水農(nóng)業(yè)灌溉規(guī)范知識(shí)與使用標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該強(qiáng)化知識(shí)宣傳與技術(shù)指導(dǎo)，提升農(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識(shí)和生產(chǎn)技能。

3.2.2 提升農(nóng)業(yè)環(huán)保人員技術(shù)水平和素質(zhì)建設(shè)

再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的重要基礎(chǔ)便是再生水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。為此，國(guó)家應(yīng)該借助相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)措施及扶持政策，組織各級(jí)農(nóng)業(yè)部門積極開(kāi)展專業(yè)人才培訓(xùn)，建立完善的人才培養(yǎng)機(jī)制，不遺余力地提升農(nóng)業(yè)管理人員對(duì)再生水檢測(cè)與監(jiān)測(cè)綜合能力。例如，定期組織相關(guān)人員進(jìn)行專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，邀請(qǐng)廠家進(jìn)行專業(yè)設(shè)備培訓(xùn)與指導(dǎo)，強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)的交流與融合，以此提升相關(guān)管理人員的綜合技能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)再生水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與管理效力，充分保障再生水水質(zhì)符合農(nóng)業(yè)灌溉的標(biāo)準(zhǔn)與要求。

3.2.3 完善農(nóng)業(yè)再生水灌溉的運(yùn)行機(jī)制

再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中的高效應(yīng)用，需要多個(gè)政府部門的協(xié)同配合。為此，各地應(yīng)該結(jié)合自身的具體情況，因地制宜地制定符合自身發(fā)展現(xiàn)狀的再生水運(yùn)行管理機(jī)制。具體而言，農(nóng)業(yè)部門作為再生水農(nóng)業(yè)灌溉應(yīng)用的主要管理部門，應(yīng)該承擔(dān)更多的職責(zé)，例如再生水水源供給方面、再生水水價(jià)制定及補(bǔ)貼方面，只有在保障再生水供水能力充足的基礎(chǔ)之上，保障再生水水價(jià)明顯低于河水、地下水的前提之下，農(nóng)民選擇再生水的積極性方可有效提升。水利部門應(yīng)配合農(nóng)業(yè)部門做好農(nóng)田再生水灌溉設(shè)施的建設(shè)、更新以及完善工作。環(huán)保部門應(yīng)該將工作重點(diǎn)放在再生水水質(zhì)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)方面，充分保障再生水水質(zhì)符合國(guó)家及地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.4 發(fā)揮政府職能作用

為了進(jìn)一步促進(jìn)再生水的研究和應(yīng)用，相關(guān)部門應(yīng)在解決非技術(shù)性因素方面發(fā)揮重要作用，特別是制定適當(dāng)?shù)姆龀终摺?/p>

（1）鼓勵(lì)廣大投資者積極參與我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)，這樣可以緩解國(guó)家資金不足的問(wèn)題，支持水電工程建設(shè)。政府應(yīng)在稅收、貸款等方面給予適當(dāng)?shù)膬?yōu)惠或補(bǔ)貼，為這些項(xiàng)目提供適當(dāng)?shù)男刨J或其他形式的贈(zèng)款，以便更好地吸引各種參與資金。

（2）從政府的角度，宣傳和推廣再生水的使用，以及介紹再生水的使用對(duì)消費(fèi)者的好處以及對(duì)環(huán)境的保護(hù)作用。這里的消費(fèi)者指的是再生水的潛在用戶，如能源、化工、礦業(yè)等耗水量高的企業(yè)。更重要的是，政府應(yīng)該采取積極的態(tài)度，在配套公共工程中使用再生水用于灌溉，如景觀用水、綠化用水、消防用水等。

（3）提高自來(lái)水使用成本或限制自來(lái)水使用。政府可以提高自來(lái)水價(jià)格，來(lái)提升消費(fèi)者對(duì)再生水使用的積極性；也可以限制自來(lái)水的使用，例如為自來(lái)水的使用設(shè)定配額或上限，這樣多種舉措并行，就一定能夠有效地促進(jìn)再生水的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著可再生水灌溉技術(shù)和方案不斷改進(jìn)和完善，可再生水在灌溉領(lǐng)域得以迅速發(fā)展。此外，政府在污水處理設(shè)施方面的投入也在不斷加大，再輔以相應(yīng)的政策扶持，可再生水資源的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，這將是解決水資源短缺和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。同時(shí)，堅(jiān)信政府會(huì)加大科技方面投資，引導(dǎo)再生水資源的安全使用，完善其技術(shù)支撐體系建設(shè)，為天津市水資源再利用的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。