污水灌溉對土壤環(huán)境的影響及防治對策

污水灌溉對土壤環(huán)境的影響及防治對策

主講人：李雷

200702893概述

土壤是組成環(huán)境的主要部分，是人類生存的基礎(chǔ)和活動的場所。人類的衣、食、住、行都離不開土壤。土壤污染也是環(huán)境污染的重要組成部分。由于土壤組成、結(jié)構(gòu)、功能、特征以及土壤在環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中的特殊地位和作用，使得土壤污染不同于大氣污染，也不同于水體污染，而且比它們要復(fù)雜得多。隨著工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，全國各大城市排放的污水中含有大量的各類污染物，如果用不經(jīng)過處理的城市污水灌溉農(nóng)田，將會造成土壤的嚴(yán)重污染，后果將不堪設(shè)想。一、污水灌溉的概念污水灌溉：一般指使用經(jīng)過一定處理的城市污水灌溉農(nóng)田、森林和草地。污水灌溉可分為純污水灌溉、清污混灌和間歇污水灌溉。二、國內(nèi)外污水灌溉現(xiàn)狀2.1中國的污水灌溉現(xiàn)狀我國自1957年開始污水灌溉試驗工作，北京、天津、西安、撫順、石家莊等城市先后開辟了大型污水灌區(qū)。隨著廢污水排放量El益增多，以及農(nóng)業(yè)用水日漸緊張，許多大、中城市近郊和工礦區(qū)附近的農(nóng)田越來越多地利用污水灌溉。由于污水灌溉管理工作跟不上，大部分灌區(qū)灌溉的廢污水（特別是來自鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)）未經(jīng)處理即直接利用，造成了部分農(nóng)田嚴(yán)重污染，對土壤生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了威脅。污水灌溉的農(nóng)田主要集中在水資源嚴(yán)重短缺的海、遼、黃、淮四大流域，約占全國污水灌溉面積的85％。大型污水灌區(qū)有北京污灌區(qū)、天津武寶寧污灌區(qū)、遼寧沈撫污灌區(qū)、山西惠明污灌區(qū)及新疆石河子污灌區(qū)。污水灌區(qū)占耕地面積的比例雖然不大，但往往是我國人口密度最大的地區(qū)，是糧食、蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品的主產(chǎn)區(qū)。2.2國外的污水灌溉現(xiàn)狀國外一些缺水國家把城市污水再生利用作為解決水資源短缺的重要途徑。城市污水處理后，用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)田灌溉、牧草灌溉、市政綠化、生活雜用、回灌地下水及補(bǔ)充地表水源等方面。美國、日本和以色列等國家污水灌溉技術(shù)相對比較成熟。美國是污水再利用最早的國家之一，20世紀(jì)70年代初開始大規(guī)模建設(shè)污水處理廠，隨后即開始回用污水。美國城市污水處理等級基本在二級以上，再生水已成為城市水資源的重要組成部分。為了改進(jìn)農(nóng)村生活環(huán)境和水源水質(zhì)，日本從1977年開始實行農(nóng)村污水處理計劃，并高度重視污水灌溉。日本在鄉(xiāng)鎮(zhèn)建有許多小型污水處理廠，處理系統(tǒng)多為日本農(nóng)村污水處理協(xié)會研制的JATUS模式，其出水各項指標(biāo)都達(dá)到污水處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。將處理過的污水排入河流作為河流的基流或排入灌排系統(tǒng)中進(jìn)行淡化后再引入農(nóng)田灌溉農(nóng)作物。并且對灌溉的水質(zhì)要求很嚴(yán)格，必須不傷害作物和土壤。以色列是嚴(yán)重缺水國家，為緩和水資源短缺對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，采取了一系列措施推進(jìn)城市污水再生利用。目前，91％的工業(yè)和生活污水由下水道收集，57％的污水經(jīng)過凈化處理后通過國家輸水管道用于農(nóng)業(yè)灌溉和園林草地灌溉。其中大約有3億立方米處理過的再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉，計劃2010年全國三分之一的農(nóng)業(yè)灌溉將使用處理過的廢污水。由于擁有污水處理、回用經(jīng)驗和先進(jìn)的灌溉方法，以色列已成為污水回用于農(nóng)業(yè)灌溉的領(lǐng)先者。三、污水灌溉的效益污水灌溉的效益可以歸納為3個方面，即提供灌溉水源、提高土壤肥力和凈化污水。（一）提供灌溉水源污水灌溉能滿農(nóng)作物的需水要求，已成為干旱、半干旱地區(qū)的穩(wěn)定灌溉水源。（二）提高土壤肥力污水中含有大量的各種營養(yǎng)元素，如：氮、磷、鉀、銅、鋅等元素。這些營養(yǎng)元素能被作物吸收和利用，可以節(jié)省大量的化肥和有機(jī)肥。處此之外，污灌能增加土壤肥力、改善土壤物理性質(zhì)、增強(qiáng)土壤微生物活性、增加作物產(chǎn)量等。（三）凈化污水污水灌溉的另一個重要作用就是凈化污水。利用農(nóng)田灌溉比其他措施對污水的凈化能力強(qiáng)。污灌能除去水體中的有機(jī)污染物和重金屬。四、污水灌溉凈化的主要機(jī)制為：①物理化學(xué)吸附和交換吸附作用。土壤具有很大的活性表面，能吸附污水中的有機(jī)和無機(jī)污染物。土壤膠體還對離子有吸附交換作用。②生物氧化作用。每克耕作土壤含有幾億個細(xì)菌，幾十萬個真菌和多種微型動物。它們可氧化分解多種有機(jī)污染物，使有機(jī)污染物失去活性。③化學(xué)和光化學(xué)降解作用。污染物在土壤中經(jīng)水解、氧化、異構(gòu)化等作用，使一些化學(xué)污染物降解。土壤表面受太陽輻射，特別是紫外線輻射后，能使DDT、除草劑發(fā)生光化降解。④植物的吸收和代謝作用。五、污水灌溉對土壤的影響土壤是天然的凈化器，但是土壤的凈化和緩沖能力是有一定限度的，長期引用未經(jīng)任何處理的不符合標(biāo)準(zhǔn)的污水灌溉農(nóng)田，土壤中的有機(jī)污染物及重金屬含量超過了土壤吸持和作物吸收能力，必然造成土壤污染，出現(xiàn)土壤板結(jié)、肥力下降、土壤的結(jié)構(gòu)和功能失調(diào)，使土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡受到破壞，引起土壤環(huán)境惡化，土壤生物群落結(jié)構(gòu)衰退，多樣性下降，產(chǎn)生環(huán)境生態(tài)問題。5.1

有機(jī)污染氰、酚、多環(huán)芳烴、烷基苯、磺酸鹽、苯并(a)芘等都是有害的有機(jī)化合物，其中很多是三致(致癌、致畸、致突變)物質(zhì)。有機(jī)污染物的揮發(fā)性小，殘留期長，難以被生物降解，易通過食物鏈在生物體內(nèi)積累。目前某些污水灌區(qū)由于污水中含有有機(jī)污染物，已經(jīng)造成了土壤有機(jī)污染。5.2

重金屬污染土壤重金屬污染具有污染物在土壤中移動性差、滯留時間長、不能被微生物降解的特點。長期灌溉含有大量重金屬的污水會使土壤中的一些重金屬的含量增加。據(jù)我國農(nóng)業(yè)部進(jìn)行的全國污灌區(qū)調(diào)查，在約140萬平方公頃的污灌區(qū)中，遭受重金屬污染的土地占污灌區(qū)面積的64.8％，其中輕度污染的占46.7％，中度污染的占9.7％，嚴(yán)重污染的占8.4％。5.3

酸、堿、鹽污染經(jīng)常引用含酸、堿、鹽的廢污水灌溉會改變土壤的pH值，引起土壤次生鹽漬化、堿化等土壤退化問題，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞。污水中鈉離子過高還會引起土壤顆粒分散，物理性質(zhì)惡化。污水中的可溶性鹽分隨水進(jìn)入農(nóng)田土壤，愈靠近污水輸水干渠，土壤全鹽含量愈高。土壤酸度增加往往會加速土壤養(yǎng)分的淋失，特別是cu、zn等植物必需元素的淋失，而對于受重金屬污染的土壤，酸度增加會引起重金屬活性提高，從而增加對植物的毒害。5.4

其他污染5.4.1氮污染污水中所含大量氮磷化合物在土壤微生物的作用下，會轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和磷酸鹽。氮、磷在土壤中大量累積，會由于水的淋洗作用及地表徑流引起水體富營養(yǎng)化；土壤氮含量過高，會導(dǎo)致作物徒長、倒伏、貪青、晚熟，易遭受病蟲危害。5.4.2生物污染生物污染主要是病毒、病菌和寄生蟲卵等。利用含有致病菌的污水灌溉的土壤，很可能會成為某些疾病流行的媒介，污染地下水和作物，進(jìn)而危及人類及家畜的健康。5.4.3懸浮物污染污水含有大量懸浮物，土壤經(jīng)長期污灌，會增加土壤容重，堵塞土壤孔隙，破壞土壤結(jié)構(gòu)，使土壤出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象等，使土壤肥力降低。六、污水灌溉污染土壤的主要防治對策污水灌溉所帶來的諸多弊端已引起人們高度重視，必須采取科學(xué)對策，著手控制污染，改善水質(zhì)，以保障污水灌溉的可持續(xù)發(fā)展。6.1進(jìn)行預(yù)處理，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測污水灌溉水質(zhì)控制是實現(xiàn)污灌區(qū)污染防治的先決條件，必須對污水進(jìn)行預(yù)處理，使污水達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。為避免輸水過程中對沿線土壤和地下水的污染，應(yīng)采用管道輸水，并在管道起點處進(jìn)行消毒。還可利用低洼地修建各種氧化塘和人工濕地處理污水，使水質(zhì)達(dá)標(biāo)。6.2建立污水灌溉制度，加強(qiáng)科學(xué)管理污灌區(qū)的布局要進(jìn)行合理的規(guī)劃，根據(jù)污灌水質(zhì)、土壤類型、作物品種和氣候條件的不同，制定污水灌溉的管理辦法。根據(jù)土壤水分動態(tài)、土壤污染降解能力、作物耗水需肥量、污染物在作物中的殘留規(guī)律以及防滲要求，建立污水灌溉制度。污水灌溉對作物中有害元素殘留的影響一般是后期，按照作物生育特性和需水、需肥臨界期確定污水灌溉時期。一般作物在幼苗期與花穗期均不能進(jìn)行污灌。6.3調(diào)整污灌區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)污水的性質(zhì)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，氮、磷等養(yǎng)分含量較高、其他污染物含量很少的污水，用于蔬菜和糧食作物灌溉；重金屬含量較高的污灌區(qū)種植不可食用的且耐重金屬的植物，如草皮、花卉與觀賞性或綠化用的苗木；高污染地區(qū)不作農(nóng)業(yè)用地。同等污水灌溉條件下，糧食作物的污染物殘留量為：小麥>水稻>玉米，蔬菜作物：葉菜類>水生蔬菜>茄果類>根菜類，應(yīng)根據(jù)這個規(guī)律調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)。6.4改變污水灌溉方式傳統(tǒng)的淹灌、漫灌、溝灌，灌水分布不均，很容易造成灌水過量，致使局部地區(qū)土壤受到污染。噴灌、微灌、滴灌等灌水技術(shù)不僅節(jié)水節(jié)能，而且由于輸配水管道的防滲作用，對防止土壤污染作用明顯。6.5整治和改造受污地區(qū)對已經(jīng)受污染的農(nóng)地，可通過施加改良劑，如石灰、鐵鹽等，通過沉淀或吸附來降低重金屬的有效性；也可通過改變耕作制度，如深翻、水改旱等，減輕重金屬的危害。嚴(yán)重的地方，可采用排土法、客土法等工程措施。6.6進(jìn)一步加強(qiáng)污水灌溉技術(shù)科學(xué)研究為防治污水灌溉對土壤的污染，在污水的科學(xué)灌溉中有