城镇再生水灌溉后重金属对作物的安全性研究

南 海

（侯马市水务局，山西侯马043000）

根据2011年《中国水资源公报》[1]，2011年全国总用水量为6107.2亿m3，农业用水3 743.5亿m3，占总用水量的61.3%，与2010年相比，农业用水增加54.5亿m3；生活用水789.9亿m3，占总用水量的12.9%，比2010年增加24.1亿m3。2008年全国城镇生活污水排放量达330.0亿m3。我国作为农业大国，2011年生活、工业、农业和生态环境四大类总用水量中，农业用水占我国用水量的1/2以上，水资源的缺乏导致作物灌溉缺水，从而导致作物歉收。随着经济发展和城市进程的加快，生活用水量逐年增加，生活污水排放量也十分惊人。

城镇再生水一般是指城市污水经过处理，达到一定标准，即达到处理水质和用水水质[2-4]。再生水一般用于绿地灌溉、道路喷洒、景观用水、农田灌溉及工业冷却用水等。这种再生水经过处理后已经消除了大部分有害物质，水中含有较高的氮磷元素，是农作物生长所需的营养物质[5-6]。且城镇污水可以就近取得，水量稳定，易于收集。如果将这部分水用于农业灌溉中，可以缓解农业灌溉缺水的情况。

单纯生活污水经过处理后作为再生水用于农业用水是可行的[7-11]，但是并非污水处理厂的二级出水都源于生活污水。因此，再生水作为农业灌溉用水的安全性有待研究。本研究重点探讨使用经过处理的再生水灌溉作物，水体中重金属物质本身在灌溉后对土壤和作物造成的安全隐患，从而影响作物的食品安全性。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验选择凤翔县水土保持工作站大田作为城镇再生水农业灌溉基地。凤翔县位于陕西省宝鸡市东北角，距宝鸡市区44 km。该区地处陕西省关中平原西部，海拔595～1 678m，属大陆性暖温带季风气候区，年平均气温11.5℃，年均降水量609mm，无霜期207 d，光照充足，土壤肥沃。

再生水主要来源于凤翔县污水处理厂，其由生活污水和少量工业废水组成。

1.2 试验设计

供试作物为冬小麦，品种为小偃22。示范基地面积为1 334m2，其中，667m2浇灌用水为再生水，另外的667m2浇灌用水为自来水。试验从2011年9月开始到2013年6月结束，为期2 a。小麦灌溉期为每年10月中旬底墒水，11月下旬越冬水，第2年3月中下旬浇返青水，4月下旬拔节水，5月中旬灌浆水。

1.3 监测指标

2012年10月至2013年5月先后20次在储存塘采样进行再生水水质监测。再生水检测的毒理学指标为Cr（VI），总Cd，As，Hg，Pb，Mn，Fe，Ni，Cu，Zn。

再生水灌溉地土壤采样时间为2011年9月、2012年10月、2013年6月。土壤监测点位采取随机布点的方法，土壤取样深度为0～20 cm，采取S型布点法布设 10个点。监测项目为 pH，Cr，As，Cd，Pb，Cu，Zn，Ni。

农作物采取随机布点的方法，布设10个点位，与土壤监测点位相同，且按食用习惯取可食部分，各取样1～2 kg。监测项目为小麦作物中Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr含量。采样时间为 2012年 5月和2013年5月。

2 结果与分析

2.1 再生水水质监测结果

本试验共检测了2012年10月至2013年5月先后 20次的储存塘再生水样品的 Cr，Cu，Zn，As，Cd，Pb和Hg这7种重金属含量，以监测再生水水质的稳定性。农业灌溉用水标准采用GB 5084—2005。

试验结果（表1）表明，再生水中7种重金属的含量全部低于我国农业灌溉标准，其中，Cd含量接近于我国农业灌溉标准值的上限，在灌溉时应特别注意。

表1 再生水重金属含量 mg/kg

生活污水经过处理后，灌溉用再生水的重金属含量低于农业灌溉用水标准，符合农业旱作。因此，从灌溉角度上水源安全性较高。然而，在长期灌溉过程中，重金属积累是否会影响农作物生长发育和新陈代谢，还需要根据土壤和农作物本身重金属含量进行判断。

2.2 灌溉区土壤重金属监测结果

将再生水灌溉区和清水灌溉对照区土壤重金属含量[12-13]进行整理，并与标准值进行对比。其中，灌溉示范区内土壤标准采用国家土壤环境质量标准（GB 15618—1995）的二级标准（适用于一般农田及菜地土壤）及国家农业行业标准NY/T 391—2000。

由图1可知，7种重金属含量均低于灌溉标准。可以认为，用再生水进行灌溉对土壤中这7种重金属含量影响不明显，且符合灌溉标准，暂时不会污染土壤，不会影响作物的生长以及新陈代谢过程。再生水灌溉区土壤中 Cu，Zn，Ni，Cr，Cd这 5种重金属含量高于清水灌溉区土壤中含量。再生水灌溉区土壤中As，Pb含量和清水灌溉区土壤含量无差别，说明对于灌溉来讲，再生水和清水灌溉对土壤As，Pb含量影响不大。

需要指出的是，土壤中Ni含量为灌溉标准的1/2以上；土壤中Cu，Zn，Cd含量为灌溉标准的1/3；土壤中As和Cr含量为灌溉标准的1/5。由于监测时间较短，对土壤中重金属含量增长规律尚未完全清楚，无法确定使用城镇再生水长期灌溉农田是否会影响人的食品安全。

2.3 作物重金属监测结果

土壤中的重金属会影响植物的生长发育和生理生化过程，并通过食物链转移，最终影响人类食品和生命安全，监测重金属物质转移和累积有着重要的安全意义。在再生水灌溉区小麦籽粒的样品监测中，统计2次采样即2013年5月和2012年5月样品中的 Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr重金属含量。

由表2可知，在小麦样品监测中，各重金属含量均无超标现象，样品的重金属含量均符合相应的食品卫生标准。对再生水灌溉区和清水灌溉区内小麦重金属含量的统计结果表明，再生水灌溉区内小麦重金属含量略高于清水灌溉区内的小麦重金属含量，但都在小麦重金属标准值范围内，可以认为，再生水灌溉方式属于安全灌溉方式。

表2 灌溉区小麦样品重金属含量 mg/kg

对于小麦种植过程中，土壤中的重金属未表现出明显的残留规律，这主要是试验期较短、灌溉水量较少、再生水水质较好等原因所致，重金属超出小麦自身所需量较少，所以，再生水灌溉残留在土壤中的重金属含量较少。说明短期灌溉不会使土壤中重金属发生严重的积累。

再生水灌溉区小麦作物中 Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr这7种重金属含量均低于相应的食品卫生标准与国家食品卫生标准。比较不同灌溉区小麦重金属含量结果可以发现，除Ni元素含量相当外，再生水灌溉区小麦作物中的重金属含量普遍比清水灌溉区小麦作物中的重金属含量高，其中，Cu，Zn，Cd，As含量区别明显。值得注意的是，再生水灌溉区小麦作物中检测到Cu，Zn，Cd含量的平均值已达到卫生标准的50%。虽然再生水灌溉区内农作物均达到卫生品质，但如果该地区经过再生水多年灌溉后，土壤和作物中重金属含量是否超标的问题仍需要进一步研究。

3 结论与讨论

短期使用再生水对作物进行灌溉，不会破坏土壤的安全指数。再生水灌溉与清水灌溉对土壤中7种重金属含量影响不明显，且符合灌溉标准，暂时不会污染土壤，不会影响作物的生长以及新陈代谢过程。小麦种植期间，使用再生水进行灌溉，土壤中重金属含量较少，主要原因为试验期较短、灌溉水量较少、再生水水质较好，短期灌溉不会使土壤中重金属发生严重的积累。

再生水灌溉后作物重金属含量没有超过国家规定的食品安全标准[15]，可以放心食用。小麦籽粒的样品监测中，Cu，Zn，Ni，Cd，As，Pb，Cr这 7种重金属均低于相应的食品卫生标准与国家食品卫生标准。再生水灌溉区小麦作物中的重金属含量普遍比清水灌溉区小麦的重金属含量高，其中，Cu，Zn，Cd，As区别明显。但Cu，Zn，Cd平均值已达到卫生标准的50%。因此，灌溉区内农作物如果继续使用再生水灌溉，作物重金属含量是否超标的问题仍需要进一步关注。

本研究只考虑了短期灌区小麦食品安全，未对土壤中的重金属残留规律进行长期监测，建议延长试验周期，以确定再生水长期灌溉条件下是否会使作物体内重金属含量超标。试验只验证了小麦种子中重金属含量的安全性，并未考虑农耕灌溉过程中其他途径导致的人与重金属元素的接触情况。如果全面考虑，将有可能超过食用卫生标准，因此，有待进一步全面研究再生水灌溉作物中重金属含量对人体的健康风险。

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