北京市典型再生水灌区土壤质量现状研究

摘要 选择北京市典型再生水灌区，对再生水、井渠混合、井水3 种灌溉类型的土壤进行布点监测，分析研究再生水灌溉对土壤质量的影响。结果表明，再生水灌溉后土壤盐分、钠离子、氯离子等含量略有增加，但与作物适宜范围相比仍处于较低范围，危害程度较低；对重金属含量及土壤pH 值含量影响很小，且显著提升了土壤的有机质及保肥能力。

关键词 再生水 南红门灌区 土壤质量 调查研究

中图分类号X703  文献标志码B  文章编号1673 - 4637（2011）02 - 0024 - 04

北京市再生水因其资源丰富、成本低廉、就地可取等优势条件，加上污水处理厂技术改造，再生水品质大幅提高，目前已经成为北京水资源的重要组成部分，大大缓解了极度缺水的局面，对保障首都经济社会的稳定发展起到了非常重要的作用，意义深远。世界上一些发达国家如美国、以色列、加拿大等广泛利用再生水灌溉农作物[1]，由于再生水研究方面的复杂性，几十年来国外对其经济可行性、危害性等方面开展了长期大量的深入研究[2-3]。

北京市污水灌溉已有30 余年历史，研究结果表明，污水灌溉对农作物有明显增产作用[4]，但是长期灌溉会导致农作物有害物质含量的积累，直接威胁人体健康[5-6]。国内再生水回用起步较晚，北京市2002 年率先在大兴区建成北野厂（现称南红门灌区）再生水灌区，同时开展了再生水方面的研究。笔者在南红门灌区选择具有代表性的典型农田，对土壤质量变化情况进行分析研究，以期为再生水相关研究提供借鉴。

1 采样点布置

为了突出对比效果，采样时针对灌溉水来源不同，选取3 种典型灌溉方式的地块进行取样（见图1），即：再生水灌溉、井渠混灌、井水灌溉，每种灌溉方式取2 个不同样点进行分析，并且在每个采样点取2 个样品做重复实验，以保证测试结果的准确性。在大兴南红门灌区共选择6 个行政村的农田作为样点进行采样（见表1），采样时用GPS 定位样点坐标，同时记录样点周围地物分布特征，以便进行对比分析。采样时间为10 月中旬小麦出苗后的农田。

结合灌区实际情况，在选定的田块中利用对角线采样法进行样点布置：从10 m×10 m的正方形4 个顶点和中心点共5 处各采取样品进行混合。在各采样点取耕层（0~20） cm 深土壤，将各样点样品充分混合后采用四分法留取1000 g土壤样品。

表1 大兴南红门再生水灌区采样表

2 样品处理及测试

土壤样品取回后及时进行风干，然后采用四分法分取250 g样品，放在木板上用圆木棍辗碎，使土样全部通过2 mm孔径的尼龙筛，封存备用，其中重金属测试要通过0.5 mm孔径的尼龙筛。

重金属测试称取0.5 g土样微波消解、定容并适当稀释，采用德国斯派克等离子体发射光谱仪SPECTROCIROS VISION 进行分析；电导率采用带自动温度补偿功能的上海雷磁DDS-307A 型台式电导率仪，用常规方法以5∶1 的水土质量比浸提过滤，过滤的浸提液进行测试；pH 值采用带自动温度补偿功能、精度为0.01的雷磁PHS-3D 型台式pH 计测试；阴离子采用美国戴安DX320 专业型离子色谱仪进行测试。分析过程所用试剂均为优级纯，所用的水均为超纯水。

3 结果分析

3.1 土壤盐分分析

土壤盐分过高会不同程度地影响作物生长、产量、品质，破坏土壤结构，加快土壤盐渍化，这是因为人类开发利用不当，导致土壤形态向不利于人类的方向发展，尤其是发展灌溉事业以来[7]。当前，全球盐碱地面积已达9.5 亿hm2，中国盐渍土面积约1.0 亿hm2，并且潜在盐渍化土壤约0.17 亿hm2 [8]，形势非常严峻。因此国内外学者对灌溉水的盐分十分重视。

土壤盐度测定采用电导法，较之质量法具有简便、快速、工作量小等优点[7-8]，目前国外刊物直接用电导率表示土壤盐渍程度的情况较为常见[9]。

各种作物萌芽后对土壤盐分的耐盐性[10]有很大差距，常规作物耐盐性在（1.0 ~ 8.0） mS/cm，美国盐渍土分类标准给出作物适宜范围[1]为（0 ~ 2） mS/cm，划分盐土与非盐土的界限为4 mS/cm。

本次测试结果（见图2）表明，再生水灌溉土壤平均电导率（0.190 mS/cm）比混合灌溉（0.150 mS/cm）高26.75%，比井灌区土壤（0.119 mS/cm）高59.91%。虽然再生水灌溉盐分含量高出不少，但是分析采样点可以看出，本次采样的井水灌溉区域历史上一直是井水灌溉，未用污水灌溉过，而再生水灌溉的2 个采样点，经历了30 a的污水灌溉，已经是轻度盐渍土[11]，且结合当地地势地形条件，土壤盐渍化有可能是因为当时大水漫灌使地下水位上升引起的[4]，因此采样点所处的北野厂再生水灌区2002 年建成以来，土壤盐分已有明显下降，目前盐分即使比井灌区稍高，但是总体含量仍处于作物适宜范围内，且远低于作物耐盐临界值。

3.2 土壤碱性分析

pH 值对土壤中养分存在的形态和有效性，对土壤的理化性质、有机质的合成与分解、氮磷等营养元素的转化与释放，以及植物的生长发育都有很大影响。通过分析发现，再生水灌溉土壤的pH 值与井灌区土壤差距不明显，耕层土壤pH 值浮动范围在8.2 ~8.8 之间，呈弱碱性，平均值为8.6，均在作物适宜生长范围（6.0~9.0）内（见图3）。

土壤碱化作用取决于土壤溶液中的钠吸附比（SAR），它表示钠离子与土壤中存在黏粒反应时的相对活性，是第一个用于评估由钠离子引起的潜在损伤的指标。一般灌溉水中钙的含量及酸碱度都会影响SAR 的值（图4）。

由分析结果可以看出，再生水灌溉土壤的钠吸附比明显比井灌区高，与实验模拟结果一致[12]，平均比混合水灌溉土壤高49%，是井灌区土壤的2.78 倍，表明再生水灌溉对土壤碱性有一定影响，同时从表2 可以看出， 6 个采样点的钙、镁离子浓度差异不大，而钠离子有明显差异，表明再生水长期灌溉对钠离子的累积效应比较明显，实验室模拟与此取得了相似结果[13]。但总体而言， SAR 值与作物适宜范围0~10 相比仍处于较低范围，由此可见，再生水灌溉土壤中碱性的危害程度较低。

表2 采样点土壤阳离子浓度

3.3 土壤氯离子分析

氯是植物必需的7 种微量元素之一，是植物体中含量最高的微量元素，不同植物的耐氯能力不同，一般可以分为耐氯强（大于600 mg/kg）、中上〔（450～600） mg/kg〕、中下〔（300～450） mg/kg〕和弱〔（150～300） mg/kg〕4 个级别，土壤中氯离子浓度超过界限值，作物就会出现与钠离子过多一样的叶边缘和叶尖烧灼或坏死斑点。同时氯离子在土壤中迁移能力很强，易受土壤淋洗损失，对地下水质有一定的威胁，因此氯离子在土壤中的浓度常有很大的变异性（见图5）。

由分析测试结果可以看出，再生水灌溉的土壤氯离子浓度（80.65 mg / kg）有所升高，平均比混合灌溉土壤含量（49.07mg/kg）高出63.03%，比井灌区土壤（36.13mg/kg）高出123.22%，土壤氯离子浓度呈现出由井水灌溉到再生水灌溉逐渐升高的趋势，表明再生水灌溉仍不断有氯离子输入。但是总体来说，再生水土壤氯离子含量仍远低于敏感作物的临界含量范围，对作物影响程度很小。

3.4 土壤肥力分析

土壤有机质含量分析结果表明，再生水灌溉土壤有机质平均值为18.4 g/kg，远远超出永定河50 年代背景值（9.5 g/kg），比混合灌溉土壤（17.75 g/kg）有机质含量增加3.66%，比井水灌溉土壤（12.35 g/kg）增加48.98%，并且再生水与混合灌溉区土壤有机质均达到土壤肥力分级指标Ⅰ类标准，表明再生水灌溉显著提升了土壤有机质含量（见图6）。

土壤阳离子交换量（CEC）是评价土壤保肥供肥能力的一个重要指标，取决于土壤中存在的黏粒和有机质的类型和数量，是土壤缓冲性能的主要来源，也是改良土壤和合理施肥的重要依据。CEC 分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 个级别，本研究中再生水与混合灌溉土壤CEC 平均值处于Ⅱ级中等肥力，井水灌溉土壤为较差水平，同时再生水灌溉土壤CEC 平均值（155 mmol/kg）比井灌土壤（119.65 mmol/kg）高29.54%，表明再生水灌溉对土壤具有较好的保肥能力（见图7）。对比CEC 和有机质含量可以看出，6 个采样点的指标含量具有很好的一致性。

3.5 土壤重金属含量分析

重金属污染对土壤危害巨大，但是短期内再生水灌溉对土壤累积效应并不明显[13]。对不同灌溉水类型的土壤测试结果如表3 所示，可以看出，Cr 含量在不同土壤里含量差异很小，分布比较均匀，且含量均低于北京市土壤背景值范围；再生水灌溉土壤中Ni、Cu、Zn、Pb 含量比井水灌溉对照区的土壤含量均略高，分别高出7.2%，1.93%， 8.9%， 36.5%，且Ni、Cu、Zn 比北京市背景值略高，表明再生水灌溉区土壤比井灌区土壤这几种重金属有一定积累，但积累量值很小，且重金属也有可能是几十年的污水灌溉积累的。而所有采样点土壤的Cr、Pb、Cd 含量均低于北京市背景值。

表3 重金属分析测试结果

与20 世纪70 年代中期凉水河灌区的调查结果相比，采样点重金属Cu 平均含量增加了53%外，其余重金属平均含量均有不同程度下降。结果表明，南红门灌区停止污水灌溉后，采样区域土壤重金属的输入量应该是小于输出量，重金属含量总体未呈现上升趋势。

综合评价结果：所有监测点重金属铬、镍、锌、铅、镉含量全部达到土壤质量标准一级；铜元素达到土壤二级标准，总体来说，所有监测点土壤重金属均达到国家土壤二级标准。表明土壤重金属并未产生累积而对灌区产生不利影响。

4 结论与建议

通过对典型再生水灌区土壤样品的采集与对比分析，结果表明，再生水灌溉土壤平均电导率比混合灌溉高26.75%，比井灌区土壤高59.91%，但总体含量处于作物适宜范围内，且远低于作物耐盐临界值。

土壤钠吸附比在再生水灌溉条件下明显比井灌区高，再生水灌溉对钠离子与氯离子的累积效应相对比较明显，但SAR 及氯离子含量与作物适宜范围相比仍处于较低范围，其危害程度仍较低。

再生水灌溉显著提升了土壤有机质含量，比井水灌溉土壤增加48.98%，阳离子交换量相应增加了29.54%，表明再生水灌溉对土壤具有较好的保肥能力。

重金属分析除Ni、Cu、Zn 总体含量比北京市背景值略高外，其余均低于背景值，与20 世纪70 年代结果相比，除Cu 含量有增加外，其余重金属平均含量均有不同程度下降，所有监测点土壤重金属均达到国家土壤二级标准。表明土壤重金属并未产生累积而对灌区产生不利影响。

参考文献

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