再生水灌溉对甘蓝品质和重金属累积特性影响研究

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甘蓝栽培大田灌溉试验,研究了再生水灌溉对甘蓝品质、微量元素和重金属累积特性的影响。结果表明:再生水灌溉对甘蓝维生素C含量、粗蛋白含量、可溶性糖含量影响与自来水灌溉相比,各处理间检验差异未达到显著性水平;短期再生水与自来水混灌或轮灌对甘蓝微量元素Na、Mg、K、Ca和Zn含量与自来水灌溉间无显著性差异;甘蓝地上部中重金属镉、铅、砷、铬含量虽均低于国家卫生标准(GB 15201—1994、GB 14935—1994、GB 4810—1994和GB 14961—1994)规定,且与自来水灌溉对照间不存在显著性差异。     

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。     

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。     

再生水灌溉对植物根际土壤特性和微生物数量的影响

采用盆栽试验方法,以自来水灌溉为对照,分析研究了不同水质灌溉下对不同园林植物根际土壤特性的影响.结果表明:在土壤理化性状方面,再生水灌溉情况下,几种园林植物的土壤pH与对照相比无显著差异;土壤全盐量、水溶性钠和氯离子含量均高于自来水灌溉,多种植物土壤中含量与自来水灌溉相比达到了显著差异或极显著差异;在土壤养分方面,与对照相比,碱解氮、有效磷、速效钾含量差异不显著;在土壤微生物方面,再生水灌溉不同程度的促进了土壤微生物数量的增加,其中,细菌增加显著,放线菌和真菌数量与对照相比虽有所升高,但并未达到显著水平.     

再生水灌溉对根菜类蔬菜产量及品质影响的试验研究

再生水安全灌溉利用可以有效缓解我国北方农业水资源短缺.研究表明,再生水灌溉条件下根菜类蔬菜产量总体呈现增加趋势,5茬(3种)根菜类蔬菜平均增幅达到21.66%,再生水灌溉对蔬菜水分、可溶性总糖、维生素C、粗蛋白、氨基酸、粗纤维、粗灰分含量等品质指标无显著影响.再生水灌溉条件下根菜类蔬菜硝酸盐含量为63.8～687 mg/kg,亚硝酸盐含量为0.02～0.084 mg/kg,再生水灌溉具有增加试验根菜亚硝酸含量的趋势,但再生水灌溉的蔬菜硝酸盐、亚硝酸盐含量均低于标准限值.     

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。     

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。     

再生水灌溉对玉米产量、品质及重金属影响的试验研究

以龙口市和高密市污水处理厂的再生水为灌溉水源,进行玉米再生水灌溉试验,研究了不同灌水定额对玉米产量、品质、含重金属量的影响。研究表明,再生水灌溉条件下,玉米品质及产量有不同程度的提高,籽粒含重金属量与清水灌溉并无差异,重金属在植株体内的累积表现为:根>茎>籽粒,籽粒含重金属量符合《粮食卫生标准》(GB2715—2005)和《食品中污染物限量》(GB2762—2005)的要求。     

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。     

再生水在不同灌溉方式下对玉米生长的影响

采用北京市高碑店污水处理厂生产的二级水、三级水,以纯灌、混灌、轮灌等方式灌溉盆栽玉米,设置7种处理研究对玉米生长的影响。结果表明:不同水质的再生水在不同灌溉方式下对玉米生殖生长阶段的株高、叶面积、干重、产量和水分利用效率影响差异不显著,影响主要体现在营养生长阶段。苗期再生水轮灌比混灌和纯灌较好,二级水相对于清水和三级水对玉米苗期的干重有一定影响。同一水质在纯灌、混灌和轮灌不同方式下对玉米生殖生长和产量影响很小。     

再生水灌溉对草坪草生长的影响

在北京市北小河污水处理厂进行了再生水灌溉草坪草试验,选用3种再生水(二级处理水、一般三级处理水超滤、深度三级处理水反渗透)灌溉6种草坪草(草地早熟禾、高羊茅、多年生黑麦草、匍匐翦股颖、结缕草、野牛草),再加上自来水灌溉作为对比。研究表明：在草坪草生理方面,与自来水对比,二级处理水和一般三级处理水超滤灌溉能显著促进草坪草的生长,较明显地增强草坪草抗性,而深度处理的三级处理水反渗透则不显著,这表明草坪草在再生水灌溉中有非常良好的优势;在草坪草矿质元素含量上,自来水灌溉与再生水灌溉差异很小。土壤中有害的矿质元素,如重金属、氯化物、氟化物等被草坪草大量吸收,通过修剪被移走,从而有效地减轻有害矿质元素对土壤和环境的不良影响。这表明草坪草在修复污染土壤上可能有良好的应用前景。     

再生水对蔬菜种子萌发、幼苗生长及抗氧化系统的影响

在水培实验条件下,研究了再生水对油菜、大白菜和萝卜种子萌发、生长发育及其活性氧清除系统的影响。结果表明,再生水对萝卜种子发芽率有明显的促进作用,对油菜种子无显著影响,而大白菜种子表现出一定的抑制作用;再生水对各物种幼苗生长发育有一定促进作用,但对根系生长抑制作用显著。再生水灌溉可激活油菜和萝卜体内抗氧化因子,提高了油菜和萝卜清除体内自由基的能力,对油菜和萝卜生长有一定的促进作用。再生水灌溉大白菜叶片MDA含量与对照组相比显著增加,POD酶活力显著降低,指示大白菜受到一定程度的生理胁迫。各作物叶绿素含量也显著高于对照。     

3种污水对小麦和黄瓜幼苗生长发育的影响

通过水培试验,研究了天津市3个主要污水处理厂的进水在不同清污比例处理下对小麦和黄瓜幼苗发芽率、生物量、根质量和根长的影响。结果表明,与对照相比,3种污水对小麦和黄瓜的发芽率影响不大,但是对根长有明显的抑制作用,各个处理间根长差异显著(P0.05),小麦和黄瓜的根长抑制率变化范围分别为20%~64%和6%~48%。3种污水对黄瓜的生物量均表现为不同程度的促进作用,但Ⅲ号污水对小麦的生物量和根质量表现为抑制作用。根对污水中污染物响应最敏感,根据污水对根长的影响程度得出3个污水处理厂的进水对小麦和黄瓜的毒害作用依次为:Ⅲ号Ⅱ号Ⅰ号。     

再生水分类处理及精细化配置技术研究

为推进污水资源化利用、提高再生水利用配置水平,研究针对目前再生水利用配置过程存在的问题,提出了包含再生水用户市场调查、再生水水质综合评估、确定分类处理技术、制定精细化配置方案等步骤的城市再生水分类处理及精细化配置技术框架体系,然后以江苏省宿迁市为例进行分析。根据宿迁市中心城区再生水用户利用需求、污水处理厂出水水质调查结果,按照工业用水、城市杂用、景观环境、灌溉用水的利用途径提出了符合宿迁市实际情况的再生水分类处理技术,制定了针对典型污水处理厂的精细化配置方案。研究成果可为宿迁市推动再生水利用配置试点工作提供支撑,对国内其他城市再生水利用配置具有一定的借鉴意义。     

Surface topographic characteristics of suspended particulates in reclaimed wastewater and effects on clogging in labyrinth drip irrigation emitters

Drip irrigation is the most effective and reliable method for reclaimed wastewater irrigation. Emitter clogging is the major problem for extending the drip irrigation technology. The existence of suspended particulates in irrigation water is the main reason for the emitter clogging. However, the reclaimed wastewater quality is extremely complex, and there is a series of physical, chemical, and biological reactions between suspended particulates and other materials contained such as microorganisms, which make the characteristics of suspended particulates in reclaimed wastewater complicated. In this paper, two types of widely used wastewaters treated with fluidized-bed reactor (FBR) and biological aerated filter (BAF) processes respectively were selected. The scanning electron microscope (SEM) technology and fractal theory were used to quantitatively describe the characteristics of the surface topography of suspended particulates. The results showed that the suspended particulates in two reclaimed wastewater were flocculent and porous. The pore system mainly consisted of solid suspended particulates, and most areas between the particulates were filled with microbes and extracellular polymers (EPS). The complex structure of biofilms was formed. That the biofilms grew and detached in irrigation system and deposited continuously at the inlet and outlet of labyrinth path was the major reason for the emitter clogging. The surface topography of suspended particulates in both reclaimed wastewaters showed fractal and multifractal characteristics, and the fractal dimension could not characterize the local and microsingularity of particulates but multifractal dimension could. The uniformity of the distribution of sediment pores increased with the size. Comparatively, the uniformity of suspended particulates in reclaimed wastewater treated by FBR was lower. With operation of reclaimed wastewater irrigation system, the average discharge of emitters decreased continuously with obvious fluctuations. The clogging degree of emitters was low during the first 256 h, and the clogging degree of the two types of reclaimed water was similar. But then, the degree of clogging increased greatly, and the FBR treatment on the emitters discharge were more obvious than BAF. It was closely related to the growth, detachments and sediment of biofilms in the irrigation system. Hence, using the reclaimed wastewater treated by BAF for drip irrigation is more suitable.     

再生水灌溉对果菜类蔬菜产量及品质的影响

为推动再生水灌溉作物的适宜性分类，该文研究了再生水灌溉对果菜类蔬菜产量与品质的影响。结果表明，再生水处理与对照处理相比可显著增加果菜类蔬菜产量，其中，西红柿、黄瓜平均增产15.1%、23.6%。茄子、豆角增产60.7%、7.4%。再生水灌溉对果实含水率、粗蛋白、氨基酸含量、可溶性总糖、维生素C、粗灰分、硝酸盐、亚硝酸盐等品质或营养指标无显著影响，再生水灌溉处理硝酸盐、亚硝酸盐含量低于标准限值。研究为再生水适宜灌溉的作物筛选提供了技术依据。     

Assessing environmental impacts of reclaimed wastewater irrigation in paddy fields using bioindicator

Irrigation water quality influences many aspects of agroecosystems, but less is known about how complex microbial and biological communities respond to changing water quality due to causes such as reuse irrigation. The objectives of this study are to monitor and assess the environmental impacts of reclaimed wastewater irrigation on water quality and soil that might cause potential health hazards and to assess its agro-environmental effects. Two sites, which are irrigated by filtered wastewater after UV (Ultraviolet) treatment and from an agricultural reservoir that satisfied the agricultural water quality standards of Korea, were selected as treatment and control, respectively. The environmental impacts of irrigation water quality on paddy soil, microorganisms, and arthropods were investigated. Monitoring results for water, soil, health risks, and eco-environments of the reclaimed wastewater irrigation site demonstrated no adverse effects in the paddy field. This research showed that reclaimed wastewater irrigation did not present significant environmental risks for the rice paddy agroecosystem, although long-term monitoring is needed to fully characterize its effects.