再生水灌溉下重金属在植物-土壤-地下水系统迁移的研究进展

再生水灌溉作为解决水资源紧缺的重要途径之一日益受到人们的重视。然而其水源中含有的重金属可能会对生态环境造成影响。回顾了国内外再生水灌溉下重金属在植物-土壤-地下水系统中的运移、分布、积累规律的研究现状与问题,在归纳分析的基础上提出了今后的研究方向。短期再生水灌溉一般不会增加植物体内重金属含量,再生水灌溉显著增加植物生物量对重金属所形成的"稀释效应"可能是其原因之一;不同的植物品种对不同重金属在植物、土壤中运移、分布和积累的影响有很大的差异;再生水短期灌溉往往不会降低土壤的环境质量,但长期灌溉再生水有可能会使土壤质量恶化,造成地下水重金属污染。     

再生水灌溉对稻田重金属分布的影响

以南方稻田为研究对象,以再生水安全灌溉调控为目标,基于田间试验,研究了不同灌溉水源(农村生活污水一级处理水R1、二级处理水R2、生态塘净化水R3和河道清水R4)、不同灌溉调控(低水位W1、中水位W2和高水位W3)对土壤-作物典型重金属(镉Cd、铅Pb、铬Cr、铜Cu、锌Zn)质量比变化的影响,分析了农村生活再生水灌溉调控对土壤重金属生态风险.研究表明,农村生活污水再生灌溉稻田Cd,Pb质量比略有升高,Cr,Cu,Zn含量下降;水稻植株各部分器官重金属质量比按植株器官排序从大到小依次为茎,稻米≈叶,重金属组成从大到小依次为Zn,Cr,Pb,Cd,相对灌溉水源,水位调控对水稻植株各部分器官重金属质量比累积影响较小,再生水灌溉条件下水稻籽粒重金属质量比并未明显增加,符合稻谷污染物的限量要求;农村生活污水再生灌溉稻田Cd生态风险系数最高,Cu和Pb次之,Cr和Zn风险系数锌较低,R3水源灌溉下土壤重金属污染潜在生态风险最低,总体上,再生水灌溉并未对土壤造成严重污染,但长期进行再生水灌溉是否会造成重金属污染风险持续增加有待研究.     

再生水灌溉对土壤盐分和重金属累积分布影响的研究

再生水是农业灌溉的重要水资源。为了合理利用城市污水处理后的再生水资源,采用天津市纪庄子污水处理厂二级出水作为再生水,以自来水为对照进行叶类蔬菜小区种植试验,研究了再生水灌溉对菜地土壤次生盐渍化及盐分离子和重金属离子累积分布规律的影响。结果表明:除0~15 cm土层全盐量增加外,15~45 cm土壤层盐分累积现象与自来水灌溉相比无明显差异。与自来水灌溉相比,短期内采用再生水灌溉不会显著增加土壤阳离子含量。重金属在土壤中的累积也不明显,同时,不同再生水灌溉水量条件下,土壤中重金属含量无显著差异,且土壤中的重金属含量都远低于国家标准规定的允许值,表明再生水短期灌溉对土壤环境不会造成污染影响。     

再生水和养殖废水灌溉下土壤-植物系统养分和重金属迁移特征

再生水和养殖废水作为农业替代水源对土壤-植物系统养分和重金属迁移规律影响的研究已有很多,但在同等试验条件下对比二者优劣的研究相对较少。【目的】研究再生水和养殖废水灌溉对土壤-植物系统重金属迁移特征。【方法】利用根箱试验比较了再生水和养殖废水灌溉下土壤-植物系统养分和重金属迁移规律的差异。【结果】养殖废水灌溉处理植物生长状况优于再生水灌溉处理;再生水和养殖废水灌溉都可以增加土壤养分和植株养分,养殖废水灌溉增加幅度更大。与对照相比,土壤全N、全P、全K、全Mg、有效Fe、有效Mn、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质量分别增加了4.78%、8.76%、4.33%、7.62%、19.04%、8.99%、3.55%、29.40%、14.14%、21.63%,植株根的N、P、K、Ca、Mg量分别增加了49.83%、23.90%、15.44%、4.09%、8.65%;同时,养殖废水比再生水向土壤和植物体中带入了更多的重金属,尤其是Cu和Zn,其中养殖废水处理植株根和茎Zn量显著增加了102.35%和244.49%;但再生水灌溉相比于养殖废水提高了土壤电导率。【结论】养殖废水灌溉增加土壤养分和植株养分量的幅度大于再生水灌溉,但再生水灌溉会增加土壤发生次生盐渍化的风险,而养殖废水灌溉会增加土壤和植物累积重金属的风险。     

施磷水平对再生水灌溉小白菜Cd质量分数和土壤Cd活性的影响

为阐明施用磷肥水平对再生水灌溉下小白菜吸收Cd的影响,以清水为对照,研究了3种施磷水平(80、110、140mg/kg)对3种再生水灌溉方式(清水再生水混灌、清水再生水轮灌、全再生水)下小白菜生物量和Cd质量分数以及土壤活性Cd质量分数的影响。结果表明,全再生水灌溉显著增加小白菜生物量,也显著增加小白菜地上部Cd质量分数,在3个磷处理下Cd质量分数分别增加了54.4%、51.5%、31.7%。高量施磷(110、140mg/kg)显著降低了小白菜地上部Cd质量分数,和施磷80mg/kg处理相比分别降低了16.5%、33.8%。随着施磷水平的提高,土壤活性Cd质量分数降低,施磷140mg/kg处理下降低最为显著,和施磷80mg/kg相比,在3种再生水灌溉方式下分别降低13.5%、16.3%、15.1%。磷肥适量施用能减少再生水灌溉下小白菜对重金属Cd的吸收,有利于保障食品安全。     

再生水灌溉对土壤盐渍化与重金属累积影响研究

再生水是农业灌溉重要的水资源,为了合理利用城市污水处理后的再生水资源,采用包头南郊污水厂二级出水作为再生水,以自来水为对照进行土柱试验,研究再生水灌溉下对土壤盐渍化以及重金属离子累积分布的影响。结果表明,除0~15 cm土壤中全盐量、电导率会增加外,其余土壤深度全盐量、电导率均无显著差异。重金属在土壤中累积不明显,同时,不同再生水灌溉重金属差异不大,且土壤中重金属含量均远低于国家标准规定的允许值,表明再生水灌溉短期内不会对土壤环境造成污染。     

土壤钝化剂对施用沼渣的黑麦草中重金属积累的影响

沼渣可以替代黑麦草种植中部分化肥的使用,但沼渣中残留的重金属会被黑麦草吸收,并传递到食物链的下端。通过沼渣和土壤钝化剂的混合施用可以实现废弃物资源化利用的同时减少黑麦草对重金属的吸收。实验发现:单独施用沼渣,黑麦草中Pb,As,Cr,Zn和Cu的含量分别提高了107.0%,54.5%,40.0%,15.2%和13.7%;混合施用中,Zn和Pb含量随贝壳粉施用量上升先增加后减少,Cu含量随贝壳粉施用量上升而增加;Zn和Pb含量随氧化镁施用量上升而增加,Cu含量随氧化镁施用量上升先减少后增加;通过正交试验研究不同沼渣和钝化剂混合施用量对黑麦草中Cu,Zn和Pb含量的影响,发现沼渣、贝壳粉和氧化镁施用量分别为10 g,4 g和2 g的处理为最佳组合。该结果为以猪粪为发酵原料的沼渣施用于黑麦草提供了安全施用的参考。     

再生水分根交替地下滴灌对马铃薯品质和重金属积累影响

以大田马铃薯为试验材料,研究了再生水地下滴灌充分灌溉(FSI)、分根交替灌溉(APRSI)、沟灌充分灌溉(FFI)和分根交替灌溉(APRFI)4种灌水方式对马铃薯块茎品质、重金属积累和产量等的影响。结果表明,APRSI可显著提高马铃薯块茎中淀粉和有机酸含量,与清水对照和再生水充分滴灌相比,淀粉含量分别增加0.37%和0.15%,有机酸含量分别提高4.17%和8.70%;APRSI处理的马铃薯块茎中Cr、Pb、Cu含量较清水对照降低12.5%、5.56%、3.15%,而比FSI降低了20%、10.53%、10.4%;地下滴灌不同灌水处理对马铃薯产量影响不显著,但对水分利用效率较清水和充分灌溉分别提高21.01%和21.90%。因此,再生水地下分根交替滴灌滴灌可提高块茎品质,减轻重金属Cr、Pb和Cu在块茎中的积累,达到二级处理以上要求的再生水对马铃薯进行地下滴灌是一种实用的安全高效灌溉技术。     

再生水灌溉对小白菜生长发育与品质的影响研究

为了合理利用城市污水处理后的再生水资源,采用天津市纪庄子污水处理厂二级出水作为再生水,以自来水为对照进行叶菜类蔬菜小区种植试验,通过对蔬菜生长性状、微量元素和重金属含量等项目的测定分析,对再生水灌溉情况下的蔬菜生长及品质进行研究。结果表明:再生水灌溉对小白菜后期生长有促进作用,可显著提高小白菜产量;对小白菜维生素C含量、粗蛋白含量、可溶性糖含量无显著影响;在微量元素方面,再生水灌溉对Na在小白菜茎、叶中的影响同对照差异不显著,Mg和Ca有不同程度的下降,Zn在小白菜茎、叶中显著增加,根中Na、K、Mg含量显著增加,而Zn在根中含量同对照差异不显著;小白菜茎、叶和根中重金属镉、砷、铬、铅含量虽均低于国家卫生标准规定,但小白菜地上部中As、Cr含量随再生水灌溉表现出一定程度的累积现象。     

污水灌溉条件下作物对土壤重金属吸收特征比较

通过采样和化学测试，对污水灌溉条件下，小麦、水稻、蚕豆和油菜果实中Cu、Zn、Pb、Cr和Cd的含量及土壤中重金属本底浓度进行测定和分析。结果表明，污水灌溉对4种作物吸收土壤重金属的能力影响不显著，而不同作物种类对这种吸收能力的影响表现出显著的差异。     

长期畜禽养殖污水灌溉对土壤养分和重金属积累的影响

在浙北地区选择了16个样区(包括7个水田样区和9个蔬菜地样区),每个样区同时采集了畜禽养殖污水长期灌溉农田与无污水灌溉历史的对照农田土壤样品,比较分析了土壤中养分和重金属积累状况。结果表明,长期畜禽养殖污水灌溉可明显增加表层土壤(0~20 cm)有机C、全N、全P、Cu、Zn、As、Cd、盐分、NH4+-N、NO3--N、有效P和有效K的含量,但对土壤pH、全K、Pb、Ni、Cr、Hg的影响不明显。畜禽养殖污水灌溉对蔬菜地的影响明显大于水田。典型样区土壤垂直剖面分析结果表明,长期畜禽污水灌溉也可对剖面中20~60 cm土层的NH4+-N、NO3--N和有效P含量也产生一定的影响。     

Spatial variability of heavy metals in irrigated alfalfa fields in the upper Rio Grande River basin

Reduced quality of wastewater discharged into the Rio Grande River is reported to be the cause of crop contamination and heavy metal transport onto fertile soils. This study was conducted to characterize Cd, Pb, Ni, Zn, Cr, and Co concentrations in two alfalfa (Medicago saliva L.) fields irrigated with river water (in Texas) or wastewater mixed with river water (in Mexico) and to examine spatial variability of acid-extractable metal deposition in soil and in uptake by alfalfa. Multiple transects were established in both fields for intensive forage collection and soil sampling to depths of 1.2 m, with spacing every 7.6 or 15.2 m. Metal concentrations rarely exceeded 20 mg kg⁻¹ with the exception of Zn. Relative metal concentrations were in the order Zn > Cr > Ni > Pb > Co > Cd in both fields, and were highly correlated with clay content within the plow zone. Linear and spherical variogram models best described surface metal deposition with spatial dependence > 100 m with regard to irrigation delivery. However, increasing metal concentrations below the plow zone at the Texas site, inconsistent geostatistical trends for soil Zn and Ni, and no association of Pb with soil texture suggested that irrigation delivery was not the exclusive transport source. Estimated metal loads from river water over a 50-year period suggested that irrigation may account for up to 31 % of surface metals. It is likely that atmospheric fallout from a local ore smelter and indigenous background levels significantly contributed to observed soil metal levels. Metal concentrations in unwashed alfalfa forage tissue were at least five times less than those in soil and showed no consistent association with soil concentrations. Metal concentrations in alfalfa forage posed no toxicity threat to animals or public health. Blending wastewaters in the Rio Grande River and canal system has diluted heavy metals to low concentrations for irrigation, but not to more stringent levels for fish and wildlife. Degraded waters could be diverted from the river and directly used for irrigation under careful water and soil management.     

再生水及重金属Pb/Cd对种子萌发和成苗的影响

为了比较再生水及重金属铅(Pb)、镉(Cd)对作物种子萌发和成苗的影响,通过水培模拟实验,研究再生水,Pb、Cd单一和复合处理对小麦种子萌发和成苗的影响。结果表明,再生水对小麦种子萌发和根系生长具有显著促进作用。低浓度Pb和Cd可促进种子萌发和根系生长,而中、高浓度表现出抑制作用。根伸长抑制率与重金属浓度呈正相关,以复合处理最为明显。可以根伸长抑制率作为重金属Cd、Pb污染程度的评价指标。重金属复合污染对根伸长的生态毒性效应增强,可能因为重金属的协同作用。     

再生水根区交替灌溉对马铃薯中重金属累积和分布的影响

通过田间小区试验,研究了再生水根区交替灌溉对马铃薯重金属累积及分布的影响.结果表明,不同的灌溉条件处理下,4种重金属在马铃薯内积累趋势表现为:Zn>Cu>Pb>Cd;Cd在马铃薯内的分布趋势为茎>叶、根>果实;Pb在马铃薯内的分布趋势为叶>根>茎、果实;Cu在马铃薯内的分布趋势为茎>叶>根>果实;Zn在马铃薯内的分布趋...     

矿区复垦土壤种植小麦的重金属安全性

为分析矿区充填复垦土壤种植农作物的生态安全性,以中国徐州市柳新矿区复垦场地为例,对照当地农田土壤,对充填场地种植小麦不同部位As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn 7种重金属元素含量进行检测,分析了Cd、Cr在成熟小麦不同器官中的分布、富集情况,并利用单项污染指数法和综合指数法对小麦籽粒进行了风险评价。结果表明,三场地中Cd 和Hg在未成熟苗中的含量小于成熟茎中的含量,Cr、Cu和Zn则与之相反,Pb和As的含量规律性不太明显;复垦场地小麦未成熟根的重金属含量都小于成熟根中的含量;比照地中除Cr 和Zn之外,其余元素在未成熟根中的含量均大于成熟根的含量;参照粮食污染限量标准,小麦籽粒中Cd和Cr含量均超标。风险评价显示三场地小麦籽粒中Cd、Cr单项污染指数达到轻度至重度水平,综合污染指数处于轻度污染至中度污染水平之间。该研究对矿区粮食安全的监控具有重要的实际应用价值。     

微咸水和再生水对盆栽棉花土壤理化性质和根系的影响

为缓解华北水资源短缺问题,寻求代替水源,进行了微咸水和再生水灌溉条件下不同灌水量对盆栽棉花土壤理化性质和棉花根系影响的试验。试验设置灌水水质和灌水量2个试验因素,灌水水质设计为低、中、高矿化度微咸水和再生水,清水作为对照;灌水量设计为田间持水量的95%、85%、70%、55%。试验结果表明:微咸水和再生水处理增加土壤含盐量,微咸水处理的土壤含盐量随着矿化度的升高而增加;再生水处理提高土壤有机质和硝态氮的含量;微咸水和再生水促进棉花根系的生长,在盐分累积严重的情况下根系生长最快。     

污水灌溉对小麦和玉米的重金属积累和分布的影响

通过对邯郸市5种水质灌区的作物中重金属含量测定,结果发现:中水灌溉和井水灌溉对重金属在作物中积累影响最小,无论何种水质灌溉,4种重金属在作物中积累趋势为Zn>Pb>Cu>Cd,分布趋势基本为根大于茎和籽粒,作物体内铅和镉含量超标.分析表明,只要对污水进行铅和镉适当处理,用中水灌溉是可行的.