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。     

再生水和养殖废水灌溉下生物质炭和果胶对土壤盐碱化的影响

再生水和养殖废水作为农业灌溉替代水源会对土壤盐碱性产生影响,而生物质炭和果胶由于其对土壤结构和性质的影响而有可能对2种水源灌溉下造成的土壤盐碱化产生调控作用。【目的】揭示再生水和养殖废水灌溉下生物质炭和果胶对土壤盐碱化的影响及其差异性。【方法】利用根箱试验的方法测定了土壤pH值、EC、盐分离子等指标,计算了土壤钠吸附比和碱化度。【结果】与养殖废水灌溉相比,再生水灌溉增加了土壤pH值、EC、盐分、钠吸附比和碱化度,有引发土壤次生盐渍化和碱化的风险。生物质炭和果胶的添加对土壤pH值无显著影响。在蒸馏水和再生水灌溉时生物质炭处理土壤的电导率和盐分与不添加处理无显著差异,但在养殖废水灌溉时生物质炭处理非根际土壤电导率和盐分分别比不添加处理显著增加了34.9%和40.4%。灌溉水源相同时,果胶处理土壤电导率和盐分与不添加处理无显著差异。果胶处理土壤的钠吸附比和碱化度高于生物质炭处理和不添加处理。【结论】生物质炭增加了养殖废水灌溉下土壤发生次生盐渍化的风险,而果胶增加了再生水和养殖废水灌溉下土壤发生碱化的风险。     

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。     

再生水滴灌土壤和植物中重金属积累分布研究

对白菜和萝卜进行再生水滴灌大棚试验,与地下水滴灌为对照,分析研究了再生水滴灌后土壤和植物地下及地上部分中重金属积累分布情况。结果表明:重金属主要在土壤表层(0~40 cm深度处)积累,浓度随深度降低,40~80 cm深度处无明显差异,80~100 cm深度处重金属含量突增,浓度最高,100~180 cm深度处重金属含量急剧降低,180~220 cm深度处重金属浓度无差异。对植物地下及地上部分进行研究,发现再生水滴灌使白菜和萝卜地上部和根系中Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)的含量增加显著。     

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。     

再生水灌溉过程中土壤盐分及重金属运移研究

采用污水处理厂再生水,以自来水为对照,通过土柱模拟试验,研究了2种灌溉方式下土壤盐分及重金属的积累分布规律,同时分析了土壤淋滤液中重金属的质量浓度。结果表明,除0～20cm土层全盐量增加外,20～60cm土层盐分积累与自来水灌溉无明显差异;重金属在土壤中累积不明显,与自来水灌溉相比,重金属质量分数无显著差异;土壤淋滤液...     

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。     

滴灌条件下酿酒葡萄园土壤速效养分和水分迁移特征

为了寻求红寺堡地区酿酒葡萄园的最佳灌水量,解决葡萄园合理灌水问题,以4年生酿酒葡萄"赤霞珠"为供试材料,以滴灌为灌水方式,设计6个不同灌水量梯度,分析不同灌水量下葡萄园土壤刨面水分含量、碱解氮、有效磷、速效钾含量变化趋势,研究不同灌水量对土壤速效养分和水分在土壤迁移中的影响。结果表明,酿酒葡萄园土壤养分的空间迁移受不同灌水量的影响较为明显,随着灌水量的增加,土壤中速效养分向深层迁移的量也随之增加。在灌水量为2.85×10~3m~3/hm~2时,酿酒葡萄的产量最高,土壤养分向下迁移的量相对较少,为最优处理。     

再生水灌溉对作物和土壤的影响

由于水资源短缺问题日益严峻,处理废水作为新的水资源加以利用是有效手段之一。农业灌溉用水占据了水资源利用的巨大比重,尤其对于水资源利用效率低的发展中国家,再生水灌溉也就成为缓解水资源压力的有效节水技术。以往的研究主要集中于再生水灌溉对单独某种作物的影响,现在从再生水灌溉对作物产量、品质的影响,再生水灌溉对土壤的影响以及再生水灌溉存在的问题,总结了再生水在草本作物和木本作物灌溉中应用的优劣,并提出几点建议,以期再生水灌溉对农业生产的节水增产更加高效。     

再生水灌溉对黑麦草生长及重金属分布特征的影响

为了阐明再生水灌溉对重金属富集植物黑麦草生长及重金属分布特征的影响,以自来水灌溉为对照,研究了再生水灌溉下黑麦草生物量、黑麦草及土壤中重金属分布特征的变化。结果表明：再生水灌溉显著增加了黑麦草生物量,地上部、根系和总生物量分别增加了26.79%、10.55%、24.91%。再生水灌溉下,黑麦草地上部和根系中Pb、Cu、Zn、Cd的含量显著增加,土壤重金属没有积累,土壤中Pb和Zn含量降低明显。再生水灌溉显著降低土壤pH、增加土壤有机质含量会对土壤重金属的活性有一定的影响。     

再生水灌溉下草地早熟禾耗水特征及灌溉制度研究

以再生水充分灌（A1）、再生水适宜灌（A2）、再生水轻微干旱胁迫（A3）、再生水中度干旱胁迫（A4）4种水分处理的田间试验为基础,结合水量平衡方程、Penman-Monteith公式、作物系数（KfC）和需水系数（A）的计算方法及当地1955--2002年气象资料,研究了再生水灌溉条件下早熟禾的耗水特性、结构组成和灌溉制度。结果表明,再生水灌水量与早熟禾（Poapratensis L.）生育期的总耗水量、耗水强度、灌溉水的消耗比例呈明显正相关,与降水消耗比例和灌溉水利用效率呈负相关,与剪草量和水分利用效率呈开口向下的二次抛物线关系;4种水分处理下,早熟禾的耗水量60％以上来自降水,A4处理的降水消耗比例达69．09％;作物系数与作物需水系数的变化规律相似,与灌水量呈明显正相关,在7、8月份最大达1.91～1．73（4种水分处理）。最后推荐出了25％、50％、75％和95％4种水平年的灌溉制度。     

再生水灌溉土壤Cd累积的模拟和预测

假定灌溉用再生水是土壤中重金属污染主要来源,并且土壤中重金属主要通过作物收获离开土壤,对北京东南郊再生水灌溉小麦土壤中Cd的累积进行模拟和预测。以土壤中Cd的质量分量为预测变量,作物茎叶和籽粒中Cd的质量分量为响应变量,分别进行拟合,结果表明,随着作物收获而离开土壤的重金属Cd量相对于灌溉水带入土壤的量非常小,但土壤中Cd含量较低时,随作物收获离开土壤的Cd量相对较大。预测结果显示,如果按当前实测数据污水处理厂二级出水Cd含量10mg/m3、土壤Cd的质量分量背景值0.1333mg/kg计,土壤中Cd含量将在40年后超过国家土壤环境质量标准。如果假定灌溉水Cd含量降到5mg/m3,土壤中Cd含量将在100年后达到国家土壤环境质量标准的临界值。     

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。     

山西省汾河再生水灌区土壤重金属污染及分布特征

以山西省汾河再生水灌区为研究对象,分析土壤重金属的分布特征;采用内梅罗综合污染指数法,分析土壤重金属的污染程度。结果表明,长期再生水灌溉导致灌区农田土壤受到不同程度的镉污染;各重金属以土壤表层分布较多,且总体随土壤深度的增加而呈降低趋势。     

养猪废水灌溉对冬小麦作物-土壤系统影响研究

采用大田试验研究养殖废水灌溉对作物-土壤系统各因子的影响。结果表明,灌水定额为900 m3/hm2有利于产量的增加,灌水定额为600 m3/hm2有利于水分利用效率提高。冬小麦叶水势随生育阶段的推移而减小,养殖废水处理的叶水势较清水处理的小。表层0~40 cm为水分交替变化的敏感土层,随深度的增加,变化幅度减小。     

氮肥溶液磁化灌溉下土壤入渗特征和水氮迁移规律研究

为探明不同浓度氮肥溶液磁化前后土壤入渗特征和水氮迁移规律,采用恒定磁场强度300 mT对质量浓度分别为0、0.4、0.7、1.1 g/L的硝酸钾溶液进行磁化处理,以未磁化处理为对照,测定各处理溶液的电导率、pH值、溶氧量、表面张力、累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗后不同土壤剖面水氮迁移分布。试验结果表明：磁化处理溶液溶氧量显著提高,电导率和表面张力显著减小,并随溶液浓度变化有显著影响,但对pH值无显著影响。氮肥溶液磁化入渗增大了相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,Philip、Green-Ampt、一维代数入渗模型拟合所得参数土壤吸渗率S、饱和导水率K_s以及有效土壤水扩散率■均增大,湿润峰处的土壤水吸力S_f、土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数m均减小,增渗效果随氮肥溶液浓度增大而增大。磁化氮肥溶液可提高土壤持水能力,且随溶液浓度增大持水能力增强,一维代数入渗公式可较好描述不同磁场强度下各浓度溶液土壤入渗结束时的土壤含水率分布情况。氮肥溶液和磁化作用对土壤硝态氮含量的影响呈显著正相关关系,二者共同作用下,磁化高浓度溶液硝态氮含量...     

模拟再生水、养殖废水灌溉对农田温室气体排放的影响

【目的】探究不同水源灌溉对农田温室气体排放的影响,【方法】采用室内培养的方法研究再生水与养殖废水灌溉对土壤CO₂、N₂O、CH₄排放通量的影响(以地下水灌溉为对照),同时监测土壤pH值、土壤孔隙含水率(WFPS)、NH₄⁺-N、NO₃^--N的变化,分析培养期间土壤CO₂、N2O、CH4排放特征及相关影响因子变化。【结果】与地下水相比,再生水与养殖废水灌溉均显著增加土壤CO₂、N₂O、CH₄排放(P<0.05),再生水促进N2O排放的效果更明显,养殖废水促进CO₂、CH₄排放的效果更明显;从全球增温潜势(GWP)来看,与地下水相比,再生水与养殖废水均显著增加GWP,二者无显著差异;试验结束时,养殖废水处理土壤pH值低于地下水对照,而再生水处理高于地下水对照;再生水与养殖废水均显著增加了土壤中无机氮量。...     

长期再生水灌溉后土壤孔隙分布的多重分形特征

土壤结构是表征土壤质量的重要指标之一.为了定量表征长期再生水灌溉后土壤孔隙分布的非均匀性,以不同年限再生水灌溉后的土壤为研究对象,采用KYKY-2800B型扫描电子显微镜获取土壤数字图像,利用数字图像处理技术测定了土壤的孔隙分布特征,运用多重分形谱参数描述了土壤孔隙分布的非均质性,探讨了土壤孔隙分布多重分形曲线对称性的意义.结果表明:多重分形谱可以定量描述土壤孔隙分布的非均质性,土壤孔隙分布的多重分形奇异谱函数α-f(α)表现为非对称连续性分布,奇异谱宽度Δα表征了土壤孔隙分布的非均质特征,大兴区北野厂灌区农田土壤孔隙分布的多重分形谱宽度Δα普遍大于石景山衙门口灌区土壤,即具有30 a再生水灌溉历史的土壤其孔隙分布的非均匀性较50 a再生水灌溉历史的土壤孔隙分布的非均匀性大,且北野厂灌区土壤小孔隙的数目小于石景山衙门口灌区土壤小孔隙数目.多重分形参数可以作为定量表征土壤孔隙分布非均匀性的重要指标.     

池塘养殖废水灌溉与减量施肥对水稻产量及土壤氮磷迁移的影响

采用大田试验,以常规施肥量下普通水源灌溉为对照(CK),研究了减量施肥条件下,池塘养殖废水灌溉后对水稻产量、养分吸收和0~60 cm土壤剖面中氮磷分布的影响。结果表明,池塘养殖废水灌溉条件下,水稻产量以常规施肥量下处理最高,较CK处理增产2.3%,氮磷吸收量分别增加了4.4和2.0 kg/hm~2,80%常规施肥时其产量和氮磷吸收量与CK处理相似,而60%常规施肥量下产量和氮吸收量较CK处理显著降低;在水稻生长期内,100%常规施肥(100%CF)、80%CF和60%CF处理耕层土壤全氮含量分别平均增加3.8%、-2.3%和-10.1%,全磷含量分别平均增加3.3%、-4.2%和-10.7%;土壤全氮、碱解氮、全磷和速效磷含量在0~60 cm土层深度随着土壤深度的增加而呈现降低的趋势,在同一土层深度下,会随着施肥量的减少而减少,因此,减量施肥下池塘养殖废水灌溉不会导致土壤剖面中氮磷量的增加。综合考虑作物的产量效应和土壤氮磷素累积的环境风险,水稻全生育期池塘养殖废水灌溉,可节约化肥20%和清水灌溉量5 700 m3/hm2。