再生水灌溉小麦的可行性分析与评价

杨 璞

（邯郸市农业科学院 河北 邯郸 056001）

河北省是我国的农业大省，小麦的种植面积与总产量均居全国第3位[1]，在国家的粮食安全中起着至关重要的作用[2]。由于河北省处于水资源低的流域[3]，长期以来的水资源匮乏成为小麦发展的限制因子。为保障小麦的主体地位，沧州、衡水等市过度开采地下水用于农业灌溉，引起地下漏斗的产生[4]，存在安全隐患，出现水资源危机现象。因此，解决水资源匮乏、保障小麦主体地位成为当前亟待解决的问题。

目前，省内许多学者主要考虑通过节水技术及节水品种的推广来解决水资源危机。众所周知，节水品种的推广种植势必会以牺牲产量为代价，与提升小麦地位背道而驰；而节水技术在一定时期内能起到缓解水资源危机的优点，但在水资源有限条件下，节水技术的推广应用不可能长期、有效的发展。只有寻求新的灌溉水源才是解决水资源危机的切实可行途径。

随着工业的发展、城市的扩展以及人口剧增，污水的产量与日俱增。污水经处理后形成再生水，回用于小麦灌溉可缓解河北省水资源匮乏的风险。然而，再生水中含有许多重金属离子，会对小麦及土壤系统产生不利影响。分析与评价再生水回用于麦田灌溉对再生水的合理利用具有重要的指导意义。

1 再生水对小麦的影响

1.1 对小麦萌发的影响。种子萌发的优劣决定着播种后成苗的质量以及植株的生长发育状况。运用水培模拟实验研究了再生水对小麦种子萌发的影响，结果表明，再生水可显著促进小麦种子萌发及根系生长[5，6]。当再生水中含有低浓度的Pb和Cd时，也可促进种子萌发以及根系生长；但中、高浓度的Pb和Cd会表现出抑制作用，且重金属浓度越高抑制作用越强[5]。此外，低浓度的Cr(Ⅵ，＜1 mg/L)对小麦各发芽指标无显著影响；而高浓度的Cr会抑制小麦种子萌发，显著降低芽长、根长和鲜重，且表现出浓度效应，其中，根对Cr的反应最敏感[7]。

1.2 对小麦生长发育的影响。再生水中含有一些营养元素，对小麦幼苗的生长发育具有一定促进作用[6，8]。经再生水灌溉后的小麦株高及叶面积在拔节期后无显著差异[9]，而抽穗后再生水处理能引起小麦株高提高2.2%～6.1%。此外，再生水也可显著提高小麦叶绿素和蛋白质含量，于拔节至抽穗期可使小麦叶绿素含量提高6.70%～16.75%，且经三级水灌溉处理的小麦光合及蒸腾速率也得到了较好提高[6，8，10]。孟雷和左强[11]研究了根长密度及根系吸水速率对再用水灌溉的响应，污水经二级处理后(电导率1.14 mS/cm)灌溉小麦，地表根长密度有所增加，下部土层中的根密度分布变化不大，小麦平均根系吸水速率表现出明显降低趋势。但再生水灌溉下的小麦耗水规律及水分利用效率与对照清水灌溉相比差异不显著[12]。

1.3 对小麦保护酶的影响。体内保护酶的变化能反映小麦受再生水伤害的程度。郭逍宇等[6]利用再生水培养小麦，然后检测小麦抗氧化系统的变化，发现再生水对小麦叶片活性氧清除系统无不利影响。而李康[10]进一步研究表明，再生水灌溉影响小麦的抗氧化酶系统主要表现在幼苗阶段，越冬期经再生水处理的小麦叶片SOD活性较对照灌溉提高了14.54%～16.44%，而对后期无显著影响。

1.4 对小麦产量的影响。再生水灌溉后小麦的产量效应是农业生产者所关注的核心问题。研究表明，经再生水灌溉可促使小麦产量提高[13，14]。徐秀凤等[15]研究了不同再生水灌水量对小麦产量的影响，75%再生水灌溉定额、100%再生水灌溉定额及125%再生水灌溉定额均能使小麦产量略有提高[15](与对照清水灌溉相比)。万亮婷和齐学斌[16]研究了相同灌水量条件下，不同处理的污水对小麦产量的影响。在低灌水定额时，污水、稀释污水及再生水可使小麦产量较对照分别增产12.71%、9.57%和1.14%；高灌水定额条件下，污水、稀释污水及再生水能使小麦分别增产12.22%、5.05%及2.12%(与对照清水灌溉相比)。

1.5 对小麦品质的影响。籽粒蛋白质的含量是评价小麦品质的重要指标[17]。再生水灌溉能提高小麦的品质[13]，在灌水定额相同条件下，污水、稀释污水和再生水处理的小麦籽粒粗蛋白含量均高于对照清水灌溉，不同水质处理的粗蛋白含量为污水＞稀释污水＞再生水[16]。相同水质条件下，75%、100%和125%再生水灌溉定额均能使小麦品质略有提高[15](与对照清水灌溉相比)。此外，再生水灌溉后小麦籽粒粗蛋白、粗灰分、粗淀粉、可溶性总糖以及还原型Vc含量等品质指标与对照清水处理相比无显著差异[14]。

2 再生水对土壤养分的影响

再生水灌溉后会作用于土壤，影响土壤养分。研究表明，再生水中含有部分营养物质，能改善土壤养分，使土壤中的碱解氮、速效磷及速效钾含量得到提高。此外，经再生水处理后，土壤有机质及总孔隙度有所升高，土壤中细菌、真菌、固氮菌及亚硝化细菌增多，使土壤微生态系统组成丰富，这对土壤理化性质的改善起到了重要作用[10，18]。

3 再生水浇灌后小麦和土壤中重金属含量与分布

再生水中的重金属含量一直是社会所关注的热点问题。由于各地的生活习惯以及工业发展状况不同，导致所排放污水的水质存在差异，这势必引起污水中的重金属含量及成分不同。为充分利用污水这一宝贵财富，全国各地相继开展了污水处理后回用于农田灌溉的工作，评价了重金属在小麦及土壤中的含量、分布及动向变化。在北京，运用盆栽试验研究了再生水灌溉后小麦与土壤中的铅、镉含量，再生水灌溉后不会影响土壤的铅、镉含量，小麦籽粒中铅、镉含量符合国家安全食用标准，而镉含量较对照清水灌溉有所升高。小麦各器官铅、镉含量高低分别为叶＞根＞茎＞籽粒、根＞叶＞茎＞籽粒[19]。巫常林等[20]研究了短期内使用再生水灌溉后，重金属在土壤及作物中的分布状况。再生水短期灌溉不会引起土壤重金属的积累，且在土壤及小麦籽粒中的重金属含量均低于国家规定标准。进一步研究还发现，以再生水灌溉途径带入土壤的重金属与地下水灌溉相差不大，远低于大气沉降与有机肥施用而带入的重金属量，不会引起农作物重金属超标[21]。邓金锋等[22]对北京市东南郊再生水灌溉后土壤中Cd的积累进行了模拟和预测，如果按再生水Cd含量10 mg/m3、土壤Cd含量为0.1333 mg/kg计算，土壤中的Cd含量将在40年之后超出国家土壤环境标准；如果再生水Cd含量降到5 mg/m3时，土壤中Cd含量将会在100年之后达到国家土壤环境质量标准的阈值。在天津，应用再生水进行小麦灌溉，土壤及小麦中的重金属含量均符合国家安全标准，且农产品及小麦秸秆中的重金属含量受水质的影响不显著。值得注意的是，作物中重金属虽没有超标现象，但却存在潜在风险[18，23]。在新乡市，张麦生等[24]研究指出，重金属在根、茎及叶中存在累积现象，在受试元素铅、铬、镍及汞中，除汞外，其他重金属元素均未超出国家标准。杜娟等[25]通过土柱模拟实验研究了小麦的种植对As、Cd、Cu及Zn在徐州灌区土壤中迁移行为的影响，因作物的种植而加大了重金属向下迁移趋势，不同重金属在小麦中的累积趋势表现为Zn＞Cu＞As＞Cd，而分布趋势为根＞茎、粒。在龙口市及高密市，运用再生水灌溉小麦，小麦根、茎及籽粒中重金属含量均不会造成累积现象，符合 《粮食卫生标准》和 《食品污染物限量》标准。数据显示，重金属累积与再生水灌水量无显著相关性[13，15]。

4 再生水用于麦田灌溉的评价

4.1 污水经处理后回用于麦田灌溉具有缓解水资源危机的优点。但污水经处理形成的再生水中含有重金属离子，势必会影响小麦生产。分析表明，低含量重金属的再生水会促进小麦种子萌发及幼苗生长，且再生水能提高小麦抗性，在一定程度上有利于小麦产量的提高、品质及土壤环境的改善。

4.2 再生水回用于麦田后的重金属含量与分布成为社会关注的焦点，是再生水能否用于麦田灌溉的核心问题。为解决这一争端，全国各地相继开展了相关研究。可以看出，无论是经济欠发达的县级市还是经济实力强大的一线城市均把再生水回用于小麦灌溉作为一项重点工作来开展。从各地的研究进展可知，再生水灌溉后会引起小麦及土壤中出现重金属累积现象，但均符合国家食品及环境安全标准。通过预测分析，长期应用再生水灌溉会导致重金属超标现象的出现。因此，污水的处理应广泛应用先进的处理技术，尽可能的降低重金属离子含量。

4.3 河北省的小麦业有着雄厚的基础，为国家的产粮事业做出了重要贡献。水资源短缺是阻碍小麦发展的重要因素，寻求新的水源是解决这一局面的有效措施。再生水是工业及生活污水的产物，用于麦田灌溉能有效缓解水资源危机，且避免了污水随意排放而污染环境的局面。近年来，在园林绿化植物方面，河北省开展了许多再生水回用的工作[26，27]，而在再生水回用于小麦灌溉方面的研究相对较少，这对于一个水资源缺乏而小麦占主体地位的农业大省来说是不相符的。因此，今后应根据本省工业的发展现状和人民的生活水平，重点开展适合本省实际情况的再生水回用于小麦灌溉的研究，这将是一条解决水资源危机与提升小麦主体地位的有效措施。