再生水农业灌溉利用现状及影响研究_郑锦涛

130 中国农村水利水电 ·2021 年第 6 期 www.irrigate.com.cn

郑锦涛 1，2，马

涛 1，3，刘九夫 1，3，邓晰元 1，3，郑

1，3

( 1. 南京水利科学研究院，南京 210029；2. 河海大学水文水资源学院，南京 210029；

3. 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029 )

摘 要：针对再生水农业灌溉对土壤物理性质、土壤肥力质量、土壤环境质量、农作物品质、人体健康与地下水等 6 方 面的影响，系统总结了近年来国内外学者的研究进展，现有研究表明：再生水灌溉对土壤物理性质、土壤肥力、土壤环境 与农作物品质的影响存在分歧，主要原因在于试验对比性差，相关概念尚未统一等；普遍认为对人体健康风险处于可接 受水平；长期再生水灌溉将对地下水环境造成一定影响。针对我国再生水农业灌溉的问题与不足，今后应加强再生水农 业灌溉的理论机制研究，开展长期、系统的监测工作，以期对我国再生水农业灌溉利用提供更加科学的理论指导。

关键词：再生水；农业灌溉；研究进展

中图分类号：TV93；S27 文献标识码：A

郑锦涛，马 涛，刘九夫，等. 再生水农业灌溉利用现状及影响研究[J] . 中国农村水利水电，2021(6)：130-136.

ZHENG J T，MA T，LIU J F，et al. Reclaimed water irrigation：a review[J] . China Rural Water and Hydropower，2021(6)：130-136.

Reclaimed Water Irrigation：A Review

ZHENG Jin-tao1，2，MA Tao1，3，LIU Jiu-fu1，3，DENG Xi-yuan1，3，ZHENG Hao1，3

( 1. Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210029，Jiangsu Province，China；

2. College of Hydrology and Water Resources，Hohai University，Nanjing 210029，Jiangsu Province，China；

3. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering，Nanjing 210029，Jiangsu Province，China) Abstract：In view of the influence of agricultural irrigation of reclaimed water on soil physical properties，soil fertility，soil environment， crop quality，human health and groundwater，this paper has systematically summarized the research advances by domestic and foreign schol ⁃ ars . The study results show that the effects of reclaimed water irrigation on soil physical properties，soil fertility，soil environment and crop quality are different，mainly due to the poor contrast of experiments，the connotation and extension of related concepts have not been uni ⁃ fied，etc. It is generally believed that the risk to human health is at the acceptable level；and long-term reclaimed water irrigation will have a certain impact on groundwater environment. In order to provide more scientific theoretical guidance for agricultural irrigation of reclaimed water in China，this paper strengthens the research on the theoretical mechanism of reclaimed water for agricultural irrigation and carries out long-term and systematic monitoring work .

Key words：reclaimed water；agricultural irrigation；research advances

0 引 言

再生水灌溉是指排入污水收集系统的污水经再生处理，水

收稿日期：2020-09-07

基金项目：国家重点研发计划项目(2017YFC0403501 )；水利部水 资源节约项目(126302001000190006)。

作者简介：郑锦涛(1993- )，男，博士研究生，主要从事水文学与水 资源研究。E-mail：2261669514@qq.com。

质达到灌溉标准后，按照作物生长的需要，利用工程设施送到 田间，以满足作物用水需求。因再生水中富含作物生长需要的 N、P 等营养物质，可减少化肥使用量，降低耕作成本，提高资源 利用率，因此再生水农业灌溉利用常被认为是提高水资源循环 利用率的一种积极方式。 20 世纪 80 年代，我国开始大规模发 展城市污水再生利用技术，但当时污水处理再生技术尚不成 熟，处理成本较高，使得再生水灌溉局限于绿地利用，较少用于 农田灌溉[ 1 ] 。随着《国务院关于加强城市供水节水和水污染防

治工作的通知(国发〔2000〕36 号)》《中华人民共和国水法》《中 华人民共和国循环经济促进法》等政策法规相继颁布，对再生 水利用、管理、激励措施等进行方向性指导，尤其是 2017 年《水 利部关于非常规水源纳入水资源统一配置的指导意见(水资源 〔2017〕274 号)》颁布以来，明确“做好顶层设计，将再生水纳入 水资源统一配置体系”作为重要内容，我国再生水利用事业迎 来了跨域式发展，开发利用规模得到快速提升，并逐渐替代原 污水或初级处理污水进行农业灌溉。北京市作为我国再生水 利用率最高的城市之一，于 2003 年开始推广使用再生水进行农 业灌溉，并对多个灌区进行水网改造，2010 年再生水灌区面积 达到 3.887 万 hm2，再生水农业灌溉利用量近 3.0 亿 m3，占农业 用水总量的 26%。随着再生水处理工艺的快速发展，出水水质 不断提高，再生水越来越多的为缺水地区农田灌溉提供水源保 障，对于缓解城乡水资源短缺矛盾、助力乡村振兴、改善水生态 环境等具有十分重要的意义。

目前，我国再生水农业灌溉利用尚处于发展阶段，关于再 生水中盐分、重金属、人畜致病菌、药物和内分泌干扰物等污染 物在灌溉中对农作物、土壤、地下水、消费者等产生的潜在环境 和健康影响的研究尚不充分，制约着再生水农业灌溉的发展。 因此，本文收集了近 20 年国内外再生水农业灌溉的相关文献， 系统归纳总结再生水灌溉对土壤物理性质、土壤肥力质量、土 壤环境质量、农作物品质、人体健康与地下水等 6 个方面影响的 研究进展，并剖析不同方面的研究重点与存在的问题，提出针 对性改进建议，以期为再生水农业灌溉高效、安全利用提供科 学依据。

1 再生水灌溉对土壤物理性质的影响

关于再生水灌溉对土壤影响的研究取得了许多进展，但集 中于水质对农作物生长机理和产量的影响、对土壤营养元素转 化与迁移的影响、对土壤及作物重金属累积量影响等方面，关 于再生水灌溉对土壤物理性质，包括土壤基本物理特性、力学 特性与水动力学特性等方面的研究报道较少。土壤物理性质 与土壤水、气、肥、热循环联系密切，探求再生水灌溉对土壤物 理性质的作用与影响，对完善再生水灌溉技术理论与保护农田 土壤质量等具有重要意义。

再生水灌溉对土壤物理性质影响主要表现在土壤孔隙 度[ 2 ] 、结持性、渗透速率等方面的变化，物理性质的变化将导致 土壤生态平衡失稳，生物群落结构受到破坏，进而可能产生更 为严重的环境问题[ 3，4 ] 。

对于再生水灌溉是否会导致土壤板结，结论尚不统一。 Sharma[ 5 ] 认为水中较高的 Na+会导致土壤颗粒膨胀分散，团聚体 分离，从而导致土壤板结，降低土壤透气性。但裴亮等[ 6 ] 得出相 反结论，通过采用大田试验法，分析农村生活污水再生水灌溉 对菠菜根际土壤的影响，认为再生水灌溉使土壤有机质与微生 物数量均有不同程度增加，微生物代谢对土壤呼吸有明显促 进，较清水滴灌对照组土壤呼吸作用提升 20%~57.8%。刘帆[ 7 ] 通过采用大田试验法，分析了再生水灌溉对玉米、小麦等经济 作物及土壤的影响，得出了类似结论，认为再生水灌溉区与对

照区土壤理化指标对比发现再生水处理土壤总孔隙度、细菌总 数和有机质等均显著高于清水处理，增加了土壤呼吸度指标。 对于结论的差异，初步认为与再生水中有机质含量相关，当再 生水中 BOD/CODcr≥0.45 时，难降解有机物含量处于较低水平， 将有利于微生物代谢促进土壤呼吸。另外，再生水长期灌溉可 能导致土壤黏性增加，有效含水率下降，导致作物汲水困难，土 壤可耕性下降。王婷慧等[ 8 ] 通过实验得出相似结论，灌溉水中 高钠吸附比(SAR＞ 14)会造成土壤分散性与膨胀性增强，表层 土壤坚实度增加 42%~55%，从而降低土壤持水性和土壤水力传 导度。郭魏等[ 9 ] 通过盆栽试验，研究了不同施氮水平再生水灌 溉对土壤的影响，认为再生水灌溉使土壤毛管孔隙度增加，但 土壤容重和土壤田间持水量与清水对照差异不显著。

针对再生水灌溉对土壤斥水性影响，普遍认为是由于再生 水中一些长链、具有斥水性的有机化合物填补了土壤的孔隙或 在土壤颗粒周围形成包衣或富集于土壤表层，导致水分较难湿 润土壤颗粒表面造成的[ 10，11 ] 。宏观研究中，陈俊英[ 12 ] 发现斥水 性强的土壤较易形成优先流(指流)，加剧了土壤水分分布不均 匀，使灌溉水中携带的溶质更快地流入地下，降低土壤持水能 力，甚至造成土壤水蚀，从而影响农作物生长，降低土壤可耕 性。商艳玲[ 13 ] 等通过多元回归分析发现再生水有机质含量与 土壤斥水时间变化值呈正向相关关系，且黏粒含量高的土壤斥 水性受再生水灌溉的影响高于含黏粒低的砂土，因此推荐在砂 质土壤上进行再生水灌溉。微观研究中，Ma′shum[ 14 ] 等研究发 现土壤斥水性程度与土壤有机碳及矿物基质的比值密切相关， 当比值较高时，土壤有机质分子被强迫形成直角方向，亲水基 朝外，土壤具有较高的可湿性，反之，有机质亲水基朝向矿物表 面，疏水基朝外，土壤则具有较强斥水性。

2 再生水灌溉对土壤肥力质量的影响

土壤肥力质量是指生物物质的优质适产、可持续供给植物 养分以及抵御侵蚀的能力[ 15 ] ，是土壤物理、化学和生物学等指 标性质的综合反映。郭海松[ 16 ] 、唐海明[ 17 ] 认为土壤肥力是土壤 内在物质、结构和理化性质与外界环境条件综合作用的结果， 有机质、氮磷钾等营养元素是衡量土壤肥力的重要指标[ 18 ] 。

对于再生水灌溉对土壤肥力影响的研究结果不一致，但多 数学者认为，再生水灌溉能够提高土壤肥力。裴亮等[ 19，20 ] 通过 采用大田试验法，在黄瓜生长季的一个灌水周期内开展再生水 滴灌与地下水滴灌对照试验，分析土壤中营养元素的动态变 化，结果表明，再生水灌溉可显著提高土壤有机质和速效 P 含 量，硝态 N 在土壤中有一定富集现象。郑顺安等[ 21 ] 比较分析了 再生水灌溉年限分别为 3 年与 8 年的土壤中有机碳、氮、磷等分 布情况及化学形态，研究发现再生水灌溉可增加砂质土壤的有 机碳、氮和磷的含量，使砂质紫色土土壤中交换态磷及钙结合 态磷比例上升，而铁铝结合态磷比例下降，长期再生水灌溉可 减少土壤人工施肥量。程先军等[ 22 ] 采用土柱实验对不同碳含 量的再生水灌溉黑麦草发现，再生水中碳含量较高时，随灌溉 水进入系统的氮素更有利于被作物吸收利用。通过短期再生 水灌溉试验，研究者[ 23-25 ] 发现再生水灌溉能够增加根际土壤养

分、酶活性及微生物数量，显著增加土壤中有机质含量并促进 土壤对矿物元素的吸收，提高植物对矿物元素的利用效率。这 主要是由于再生水中丰富的营养元素有利于根际微生物生长 繁殖，加快根系层营养元素循环速率和能量流动速率，使土壤 微生态环境更有利于微生物繁殖和植物生长，形成了土壤—微 生物相互影响、相互促进的过程，从而进一步改善了土壤环境， 提升了土壤肥力水平[ 26，27 ] 。但也学者认为再生水灌溉对土壤肥 力的影响并不明显。韩烈保等[ 28 ] 通过开展污水处理厂厂区内 再生水对月季、大叶黄杨等植物的灌溉研究工作，结果表明，再 生水灌溉对土壤有机质和全氮的影响并不显著。张娟等[ 29 ] 采 用盆栽试验方法，对比 2 年期再生水灌溉下的不同园林植物根 际土壤，发现短期再生水灌溉不会使土壤的供磷水平、速效钾 水平增加。叶澜涛等[ 30 ] 开展 2 年再生水灌溉对苜蓿影响的小区 试验，结果表明，再生水灌溉土壤硝态氮、碱解氮、有效磷含量 平均高于清水灌溉，但差异不显著。造成结论不一致的原因， 可能是由于不同植物与农作物对再生水营养元素的不同吸收 利用能力、土壤种类、再生水灌溉制度等因素对土壤肥力产生 的不同影响造成的[ 31 ] 。

3 再生水灌溉对农作物品质的影响

为缓解我国严重的水资源短缺问题，再生水灌溉粮食作物 的规模迅速扩大。再生水灌溉对作物产量的影响主要是通过 穗长、秃尖长、穗重、株高、穗粒数、百粒重等指标进行评估。作 物产量是否提高与作物类型、再生水的营养水平有关，Mok 等[ 32 ] 报道了类似结论，此外，作物生长和产量也受到再生水灌 水量与灌溉年限的影响，研究表明[ 33，34 ] 灌水量充足条件下再生 水灌溉玉米的株高具有数据优势，而且籽粒重金属含量较清水 灌溉无差异，符合《粮食卫生标准》(GB 2715-2005)和《食品中 污染物限量》(GB 2762-2017)规定，但刘阳等[ 35 ] 通过盆栽试验 模拟 1、3、5、10 年再生水灌溉对玉米幼苗抗性累积效应影响，研 究发现，短期再生水灌溉可促进玉米幼苗的生长，但长期(10 年)灌溉后，累积的有害物质会对幼苗生长产生一定抑制作用。 因此，在再生水灌溉条件下，养分供应— 吸收— 产量之间的关 系较为复杂，需进一步研究再生水中所含营养物质的转化和 吸收。

不同比例再生水或不同化学处理(加氯和加酸)等灌溉措 施对于作物品质改良及再生水高效利用具有积极意义。郭利 君等[ 36 ] 认为随灌溉水中再生水所占比例的提高，玉米叶面积指 数和叶绿素含量均有增大趋势，但综合考虑不同灌溉水质对玉 米生长、叶片相对叶绿素含量和氮肥吸收利用等指标的影响， 认为再生水与地下水体积比 5∶1 混合滴灌最为适宜。再生水加 氯或加酸可有效减缓灌水器堵塞的发生，但可能造成盐分在土 壤中累积，氯的强氧化性可能影响根区土壤养分转化和微生物 活性，进而对作物根系生长产生影响。郝锋珍等[ 37 ] 通过两年再 生水灌溉玉米田间试验发现，加氯措施历时延长，株高呈现一 定的减小趋势，但未达到显著水平，并且再生水加氯灌溉并未 造成植株生育期内叶面积指数的降低。

再生水不同灌溉时期对于水分利用效率(Water Use Effi⁃

ciency，WUE)也会产生不同影响，侯利伟等[ 38 ] 研究发现拔节期 后灌溉再生水均会促进玉米生长并提高水分利用率，可能是由 于玉米植株长大后抗性增强，有利于对再生水中养分的吸收 转化。

4 再生水灌溉对土壤环境质量的影响

广义的“土壤环境质量”根据保护对象不同大致分为三 类[ 39 ]：一是基于人体健康风险，旨在保护暴露于污染物中的人 体健康安全；二是基于生态风险，旨在保护土壤的生态功能；三 是基于污染土壤的环境风险，旨在保护与土壤相邻的介质不受 污染。狭义的“土壤环境质量”是指土壤容纳、吸收和降解土壤 媒介中各种污染物的能力。我国现行的土壤环境质量标准               ( GB 15618-2018)基于生态环境效应，根据土壤应用功能、保护 目标和土壤主要性质，规定检测具体污染物指标包括：8 种生物 毒性显著的重金属(Hg、Cd、Pb、As、Cu、Zn、Cr、Ni )、2 种有机氯 类致癌物(六六六总量、滴滴涕总量)和 1 种多环芳香烃类致癌 物(苯并[a]芘)。

国内外针对再生水农业灌溉对土壤环境质量的影响研究， 集中于对农田土壤重金属、抗生素、土壤病原菌、有机污染物以 及土壤微生物活性等方面。

再生水长期灌溉使土壤重金属含量累积趋势显著。 Klay 等[ 40 ] 的研究结果表明，14 年再生水灌溉使得重金属 Pb 和 Cd 有 明显的残留蓄积。 Kalavrouziotis[ 41 ] 称再生水灌溉下土壤中少量 重金属含量超出了安全标准，说明再生水灌溉存在残留效应。 Gwenzi[ 42 ] 在砂壤土上灌溉再生水发现土壤 Cr 显著累积，但 Zn、 Cu 和 Cd 含量却显著降低，说明再生水灌溉不仅有残留效应，还 可能存在多元生物— 土壤联合的重金属修复作用。此外，不同 灌水技术和灌溉制度对土壤中重金属的迁移转化影响也已见 报道，研究表明[ 43 ] 充分灌溉土壤 Cd、Pb 含量高于分根交替灌 溉，分根交替沟灌土壤 Cd、Pb 残留累积含量小于分根交替地下 滴灌土壤。较完全再生水灌溉，再生水与地下水轮灌方式可缓 解重金属对土壤和作物的污染[ 44 ] ，将其与地下水按不同比例混 合滴灌后，土壤重金属含量出现降低趋势，表明适当浓度的再 生水滴灌或可缓解重金属污染[ 45，46 ] 。对北京市通州区新河灌 区[ 47 ] 调查采样分析可知，再生水灌溉已经成为土壤重金属污染 的重要影响因素，但土壤具有一定自净能力，采用低频率周期 灌溉是可行的。

关于再生水中抗生素对土壤的影响，国内外研究学者进行 了统计学分析，Wang 等[ 48 ] 研究长期再生水灌溉对绿地中抗生 素的影响，从土壤中检测出 5 种四环素类抗生素及其 9 种代谢 产物，且抗生素总检出浓度范围为 12.7~145.2 µg/kg，氟喹诺酮 类抗生素最高浓度为 79.2 µg/kg，高于本地物浓度，因此认为再 生水灌溉时会因其较高抗生素浓度，造成土壤残留检出浓度处 于偏高水平。但 Grossberger[ 49 ] 用再生水对胡萝卜进行单生育 期灌溉时，不同类型土壤中磺胺甲恶唑的浓度范围仅为 0. 12~ 0.28 µg/kg，Kinney 等[ 50 ] 在美国科罗拉多州再生水灌溉土壤中红 霉素检出水平也仅为 0.02~15 µg/kg。国外检验结果与国内差 异显著，初步认为与再生水处理工艺及再生水水源水质有关。

再生水中通常含有一定量的病原菌，如致病性大肠杆菌、 沙门氏菌等卫生指示菌，进入农田土壤后可存活相当长一段时 间并不断繁殖，对人类健康构成严重威胁[ 51 ] 。病原菌在表层土 和底层土中的动态变化可作为环境响应指标，但再生水中病原 菌迁移特性信息的缺失将造成生物污染的不确定性，为此 Qiu 等[ 52 ] 进行田间试验研究了不同埋深、灌溉水平等对大肠杆菌淋 洗影响，结果表明再生水灌溉对土壤大肠杆菌生存无显著影 响，土壤渗滤液中也未检测到大肠杆菌，并认为 15 cm 滴灌埋深 有利于降低大肠杆菌污染风险。此外，Benami[ 53 ] 也得到相似结 论，认为再生水灌溉对土壤中的病原菌多样性与丰富度没有显 著影响，细菌学分析结果表明再生水与清水灌溉相比，土壤需 氧菌总数基本相同，再生水灌溉并未促进或抑制土著微生物， 但也有研究者[ 54 ] 发现再生水灌溉增加了土壤中不动杆菌、军团 菌、分枝杆菌和假单胞菌数量。目前针对再生水灌溉传播病原 菌的风险难以估算，主要由于风险因素过于庞杂，见诸报道的 常见病原菌风险因子包括[ 55 ] ：病原菌在环境中的存活量、感染 剂量和宿主免疫能力、与土著微生物的拮抗能力、土壤含水量、 有机质、pH 值、温度等。

针对再生水灌溉对土壤微生物的影响，一些学者[ 56，57 ] 认为 再生水灌溉使土壤中有机质、氮磷钾等养分含量增加，植物根 系可溢泌更多有机物，释放无机离子，可为土壤微生物繁殖提 供更佳生存条件，因此再生水灌区表层土壤微生物多样性增 加，丰富度较清水灌区偏大，对土壤质量的提高具有积极作用。 但 Elifantz 等[ 58 ] 发现，灌溉期再生水灌溉可以显著增加土壤微生 物活性，而非灌溉期，微生物活性与清水灌溉模式相比变化不 显著。并且不同土地利用方式(旱田、蔬菜、水田)再生水灌溉 对土壤微生物数量和生物多样性产生影响不同[59] 。此外，研究 表明[ 60 ] 可用较易检测的理化指标代替土壤微生物量指标，如土 壤总 PLFA、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、放线菌含量与 土壤速效钾、硝酸盐氮、萝卜 Pb 含量呈极显著正相关，因此可用 这三种的理化指标代替土壤微生物量的指标。

5 再生水灌溉对人体健康的影响

再生水用于农田灌溉最重要的问题是对人体健康的风险 问题[ 61 ] 。健康风险评价指人体暴露于环境介质，化学物质和微 生物等所导致的潜在健康风险的性质与量度的过程[ 62 ] 。20 世 纪 80 年代，随着剂量外推模型和健康风险评价方法的完善，人 体健康风险评价框架基本形成，但国内由于起步较晚，对健康 风险评价的研究还处于发展和完善阶段。针对再生水灌溉对 人体健康影响，国内外相关报道较少，多集中于再生水中残余 重金属、有机污染物的生物链传递导致摄食的人体健康风险， 健康风险评价方法普遍采用的是美国科学院(NAS)公布的四步 法，即危害鉴别、剂量反应关系评价、暴露评价和风险评定。王 春花等[ 63 ] 于 2016-2018 年通过对城市再生水中 16 种多环芳烃 的跟踪监测发现，再生水于城市绿化、农田灌溉和景观娱乐等 利用途径下，人体与再生水接触过程中致癌和非致癌风险均低 于美国国家科学院推荐阈值，健康风险处于可接受水平，但未 对潜在健康风险进行评价。王晨晨[ 64 ] 检测再生水中 9 种重金

属指标，针对不同再生水利用的职业暴露和非职业暴露途径， 分别进行了致癌风险和非致癌风险的评价，结果表明不同利用 模式下的致癌风险均在可接受水平以内，但未达到可忽略水 平，非致癌风险达到可忽略水平。申峥[ 65 ] 针对城市再生水多种 利用途径下的职业和非职业暴露情况，分别计算萘、蒽、苯并               [a]蒽与苯并[a]芘等四种多环芳烃致癌与非致癌风险，结果表 明各种利用模式下的致癌风险均处于可接受水平，但职业暴露 情况下，非致癌风险超过最大可接受水平，需要采取有效防护 措施。

6 再生水灌溉对地下水的影响

地下水回灌是再生水应用的前沿领域[ 66 ] ，再生水用于农业 灌溉时会使得再生水通过土壤含水层渗滤至地下水系统，可视 为地表回灌。虽然再生水经过深度处理后可达到特定水质标 准，但其中污染物并未完全去除，仍可释放较高浓度的痕量物 质(重金属、有机污染物等)、盐度、营养物质与微生物等，从而 引发地下水污染问题[ 67，68 ] 。

再生水中常见有机污染物[ 69 ] 包括多环芳烃(PAHs)、药物 及个人护理品(PPSPs)与分泌干扰物(EDCs)等。其中低环芳 烃[ 70 ] 迁移性相对较强，并且经土壤介质长距离运输后，仍可长 期存留，对人类健康和地下水环境造成潜在威胁。药物及个人 护理品[ 71 ] 包括各种抗生素、激素、香料等，由于在常规污水处理 工艺中很难被去除，且绝大多数具有亲水性，因此在持续的下 渗水流作用下易于从土壤迁移至地下水中。再生水中部分盐 分可被植物或土壤微生物吸收利用，多余盐分会出现残留累积 效应，对土壤和地下水造成一定影响[ 72 ] ，又由于再生水受纳区 蒸发率、浸出率、土壤类型等因素不同，导致残留盐分对土壤与 地下水的影响程度不同[ 73 ] 。此外，再生水经土壤淋滤发生阳离 子交换反应会加剧地下水盐分污染，土壤渗流区结构对于盐分 分布也密切相关，Shang 等[ 74 ] 在北京市大兴区和通州再生水受 纳区观察到地下水的高电导率，说明地下水盐度已有相当程度 累积，并且由于渗流区结构的不同，同等条件下通州地下水污 染 风 险 较 大 兴 区 高 。再 生 水 pH 值 也 会 导 致 一 系 列 连 锁 反 应[ 75 ] ，影响作物对于营养元素的吸收，多余的营养物质会残留 在土壤中，随之淋滤至地下水系统，其次再生水中的污染物协 同作用，如 NO3-N 氧化、有机物降解、金属离子价态变化等，会 加剧 pH 值的影响。再生水中部分重金属会渗滤至含水层[ 76，77 ] ， 但研究多局限于地下水中所含重金属浓度的统计学分析。迁 移性较强的病原微生物会随着再生水淋滤，从土壤迁移至受纳 区地下水，对饮用水安全造成威胁，但目前相关报道较少。

7 存在的问题

国内外对再生水灌溉已开展了大量研究，但相比常规水资 源，再生水应用于农田灌溉时间相对较短，应用范围受限，研究 尚不充分[ 78 ] 。

针对土壤物理性质影响的研究，多数学者通过室内试验结 合数值模型模拟再生水在土壤中运移过程，采取统计学方法分 析土壤单一物理特性，如土壤导水性、膨胀性、入渗率等，但再

生水灌溉对土壤的影响是复杂的物理—化学—生物过程，较常 规灌溉水，再生水中由于富含土壤团聚体形成及结构稳定相关 的物质，如有机质、矿物质、微生物等，从而影响土壤物理性质。 目前研究多采用因子相关分析法，仅体现了统计学意义，距解 释再生水灌溉对土壤物理学特征参数、力学性质等尚有较大 差距。

针对土壤土壤肥力质量影响的研究，缺乏对土壤肥力因子 特征全生育期定量描述，需重点研究再生水于不同灌溉制度 下、作物全生育期内土壤营养元素不同形态累积特征的响应， 厘清作物养分吸收—运输过程中对土壤肥力水平的反馈，从而 构建再生水灌溉下土壤—作物系统营养元素运移模型与土壤 肥力营养评价体系。

针对土壤环境质量影响的研究，重金属以背景值数据对比 分析为主，缺乏内在机理探讨。长期灌溉下土壤酶活性与土壤 肥力因子的响应特征尚不明确，激发效应的协同关系研究较 少。病原菌方面研究缺乏有效统计数据，采用传统计数方法一 定程度上未能实现精准计量，建议从分子学角度，如荧光定量 法对土壤病原菌展开更为细致的研究，并且现以大肠杆菌为主 要指标体系的管理措施，不能有效保证再生水灌溉风险管控要 求，因此开展再生水流行病学研究研究十分必要。土壤微生物 群落生物信息学分析对微生物基因和功能层面上探索不够深 入，物种鉴定深度研究不足，应加强宏基因组测序方法对土壤 微生物群落及功能性展开更为全面、深入的研究。

针对农作物生长与品质影响的研究，多集中于作物籽粒干 物质、重金属含量、有机酸等统计学方面研究，对作物超微结构 研究较少。事实上，再生水灌溉使得作物生长过程中组织结 构、细胞及亚细胞结构发生显著变化[ 79 ] ，因此深层分析再生水 灌溉下作物细胞结构和功能，探索超微结构变化造成作物生 长、品质改变的机理将是未来研究的重点。

针对再生水补给对地下水影响的研究，多集中在土壤近地 表层对再生水中可溶性有机污染物的去除效率、活性较强病原 微生物的监测等工作[ 67 ] 。目前国内缺乏长期、系统性研究，应 耦合田间试验、野外调查、模型模拟、同位素示踪等方法，建立 再生水长期灌溉的生态与环境效应定位监测，揭示再生水中污 染物的迁移转化规律及对地下水的影响，为再生水科学回灌地 下水提供有力支撑。

8 展 望

加强再生水用于农田灌溉基础理论和技术的研究，综合开 展对土壤、作物、人体健康与地下水的影响评价，科学指导再生 水农田灌溉，对缓解我国水资源短缺矛盾、改善城乡水生态环 境、助力实现乡村振兴战略具有十分重要的意义。为推动再生 水用于农业灌溉的实施进程，在系统总结国内外实验研究及典 型经验做法的基础上，提出如下建议：

在概念定义、标准统计制定方面，存在再生水灌溉水质处 理标准总体偏低、灌溉利用量统计口径不一致、再生水灌溉相 关定义与范畴不明确等问题，已成为加大再生水灌溉利用的重 大障碍。建议在充分考虑我国南北方差异、借鉴地方已有成果

和经验的基础上，重点研究再生水灌溉风险，提升再生水灌溉 水质的国家标准，明确再生水定义与统计口径，推进再生水灌 溉的科学管理。

在再生水灌溉风险管理方面，再生水中新型化学组分如药 物活性剂、家庭护理品等对人体的接触危害尚不明晰，物化性 质及毒理学数据缺乏，即使已知化学组分的危害毒性等参数也 主要引自于美国环保署公开数据或其他国外文献，对于评价国 内再生水健康风险存在一定的局限性。建议针对再生水中新 型化学组分的毒性效应进一步研究，明确影响再生水灌溉对人 体健康安全的目标污染物与其危害程度，为再生水用于灌溉的 调控策略提供理论支撑。 □

参考文献：

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