校园生活污水灌溉对农田土壤的影响

郭彦涵

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

校园生活污水灌溉对农田土壤的影响

郭彦涵

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

以非污灌区土壤为空白对照，分别就距污水口不同距离、同一样点不同深度的土样进行土壤理化性质分析及重金属浓度变化监测。结果发现，取山西农业大学校园生活污水直接灌溉校园试验田后，污灌区土壤pH值变化不大，肥力增强，作物长势良好，但土壤易板结，含盐量增大，出现部分重金属富集现象，且重金属迁移会受土壤深度及距离污水源远近的影响，其中，土壤中重金属浓度会随土壤深度的递增而逐级递减。

污水灌溉；理化分析；距离；深度；监测

现今，日益匮乏的水资源迫使个别缺水地区以生活污水作为农业灌溉用水。因污水中富含N，P，K等多种农作物生长所需的元素[1]，合理利用污水灌溉，可以提高作物的产量、节省水资源，同时也能解决生活污水的排放问题[2]。然而，污水中一般都含有一些有害重金属元素，这些元素会随着灌溉分散、富集在土壤中，且毒性强、降解难，具有积累效应，进而进入食物链，危害人体健康[3-8]，影响和制约农业的可持续发展。20世纪以来，已发生多起不合理污水灌溉致使农田生态系统遭受严重破坏、作物颗粒无收的极度恶性事件[9]。因此，研究污水灌溉农田对土壤的影响，可为高效安全利用污水、节约水资源、保护土壤及保障粮食安全提供依据，也可为土壤的可持续利用及发展提供保障。

1 材料和方法

1.1 试验材料

采集山西农业大学校园试验田中非污灌区土壤和污灌区土壤。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计试验于2015年7—8月在山西农业大学校园试验田进行。试验地主要种植冬春两季小麦。取试验田中污灌区土样，分别就污灌区距污水口不同距离、同一点不同深度的土样进行土壤理化分析，并对其重金属浓度变化进行监测。以山西农业大学校园试验田中非污灌区土壤为空白对照。试验田采用大水漫溉方式进行浇灌，为观测污水中物质的富集程度是否会随距污水源距离的远近有所变化，分别取距污灌区出水口0，20，40，60，80，100 m处作为采样点，每样点选取5～10个分样点，采样深度为0～20 cm；为测定不同深度土壤中的重金属含量并分析其变化，距污灌区出水口5个距离的采样点，每个采样点在0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm处采样，每个采样点同样选取5～10个分样点。样品采集后在实验室风干，剔除杂质，过筛，用四分法取舍后装瓶待测[10]。

1.2.2 测定项目及方法土壤检测项目及方法如表1所示。

表1 土壤分析项目及测定方法[10-15]

2 结果与分析

2.1 非污灌区土壤成分测定结果

取山西农业大学校园试验田中非污灌区的土壤作为空白对照，土壤成分分析结果如表2所示。

表2 非污灌区土壤成分分析测试结果

山西农业大学地处山西省晋中市太谷县县城南城区，属于干旱缺水区，呈典型黄土高坡地质特点，土质发黄，偏碱，土地不甚肥沃，土壤蓄水性较差，未见重金属离子富集。

2.2 污水灌溉对距污水源不同距离的土壤肥力的影响

由图1可知，污水漫溉大田，试验田表层土壤的pH值不会随距污水源距离的增大而有明显变化，但与非污灌区土壤pH值相比，污水灌溉区pH值较高，土质稍偏碱性。与非污灌区土壤成分检测结果相比，污水灌溉区土壤中的有机质、有效磷、阳离子代换量浓度明显提高，土壤肥力提高，但同时土壤中的含盐量增加，离子浓度增大，土壤易变碱，且易板结。污灌区土壤中的有机质、有效磷、阳离子代换量随距污水源距离的增加而增大，这可能与土壤中肥力的富集有关。

2.3 污水灌溉对距污水源不同距离的土壤重金属含量的影响

从图2可以看出，污灌区土壤中的Cd，Cr，Cu，Zn，Pb，Ni，As，Hg等重金属含量随距污水源距离的增加而减小，这可能与土壤本身对污水中的重金属有蓄积作用有关。

2.4 污灌区不同深度土样重金属富集情况

由污灌区土壤中不同深度重金属的富集情况可知，污灌区土壤中重金属的富集主要在0～20，20～40 cm土层（表3）。土壤中重金属有向根际土壤迁移的趋势，且根际土壤中部分重金属的离子含量高于土体重金属含量，主要是由于根系生理活动引起的变化，可能与植物根系的特性和分泌物有关。

随着土层深度的增加，土壤中重金属含量大部分呈逐级递减趋势，甚者有些元素如Cd，Hg，As几乎检测不到。几种重金属在不同深度土壤中的富集作用强度不同，土壤不同深度对其重金属离子富集作用的影响程度（即随着土壤深度变化，重金属离子浓度变化强弱）为Cd＞Hg＞As＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn＞Pb。其中，Pb元素在浅层土壤中的浓度较大，富集较明显，是因为Pb进入土壤中会很快转化为难溶性化合物如Pb（OH）2等[16-17]，因此，Pb的吸附量较大。可见，长期用污水灌溉会导致旱地土壤中离子态有害物质在土壤中积累，从而影响土壤质量。

表3 污灌区不同深度土壤重金属富集情况mg/kg

3 结论与讨论

本试验取山西农业大学校园生活污水直接灌溉校园试验田，分别就距污水出口处不同距离、同一点不同深度的土样进行土壤理化分析，着重就重金属含量变化进行监测。结果发现，污灌区土壤pH值变化不大，肥力增强，作物长势良好，但土质易板结，含盐量增大，出现部分重金属富集现象。

而污水中一般都含有大量的悬浮物，长期用污水灌溉土壤，会增加容重，堵塞孔隙，破坏土壤的结构，使土壤出现板结现象等[18-19]。因为重金属在土壤中移动性差，滞留时间长，不能被微生物降解，所以，容易引起土壤中重金属的富集。常使用含酸、碱、盐的污水灌溉会改变土壤的pH值，引起土壤次生盐渍化、碱化等问题，致使土壤结构被破坏[19]。土壤pH值的变化容易加速土壤养分尤其是Cu，Zn等植物生长必需元素的淋失，而对于受重金属污染的土壤，pH值的变小会引起Hg，As等重金属离子的活性提高，从而增加对作物的毒害。但是土壤本身的净化缓冲能力有限，因此，长期不合理地用污水灌溉农田，有机污染物及重金属离子含量超过土壤的吸持能力和作物的吸收能力，会造成土壤污染，使土壤板结、肥力降低、结构及功能失调，土壤生态系统失去平衡，土壤环境恶化，土壤生物群落结构衰退，多样性减少，进而产生环境生态问题。

土壤中重金属离子的富集作用与土壤有机质、阳离子代换量有关，而土壤pH值并不是影响重金属离子富集的关键因素，土壤对重金属的吸附富集也不是某个理化因子能控制的，很有可能是理化因子的联合控制；土壤重金属的解吸量随土壤中重金属离子吸附量的增加而增加[20]。土壤重金属的吸附解吸与土壤类型和土壤理化性质密切相关，此外，还受到诸多因子的影响。

本试验中，重金属迁移会受土壤深度及距离污水源远近的影响，其中，土壤中重金属浓度会随土壤深度的递增而逐级递减。土壤中重金属的迁移运动主要是受到对流、扩散、弥散、吸附作用的影响。最初的重金属在土壤中的迁移主要受到对流作用的影响，随着时间的推移，对流作用减弱，扩散和弥散的作用增强，重金属离子浓度在土壤溶液中逐渐趋于均匀[21]。另外，土壤及土壤溶液的吸附作用，及植物对土壤溶液中重金属元素的吸收作用也是引起重金属元素在土壤中迁移的原因。

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Influence of Campus Life Sewage Irrigation on Farmland Soil

GUOYan-han
（College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

To understand the effects of sewage irrigation on soil in the campus life,the paper took the soil in non sewage irrigation area as a blank,and the soil samples with the different distance from sewage source,and the different depth were used to monitor the soil physical and chemical analysis.The results showed that after the campus life sewage of the Shanxi Agricultural University was taken directly to the campus experiment field,the pH value little changed,fertility enhanced,and crops were growing well,but the soil hardened,salt content increased,part of the heavy metals enrichment phenomenon appearred.The soil migration of heavy metals was influenced bydepth and distance fromthe source ofsewage,and was accompanied bya gradual decline with increasingsoil depth.

sewage irrigation;physical and chemical analysis;distance；depth;monitoring

X53

A

1002-2481（2016）04-0513-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.04.23

2015-12-23

郭彦涵（1986-），女，山西文水人，助理实验师，主要从事环境检测等相关试验及教学工作。