校園生活污水灌溉對農(nóng)田土壤的影響

郭彥涵

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

校園生活污水灌溉對農(nóng)田土壤的影響

郭彥涵

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

以非污灌區(qū)土壤為空白對照，分別就距污水口不同距離、同一樣點(diǎn)不同深度的土樣進(jìn)行土壤理化性質(zhì)分析及重金屬濃度變化監(jiān)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，取山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園生活污水直接灌溉校園試驗田后，污灌區(qū)土壤pH值變化不大，肥力增強(qiáng)，作物長勢良好，但土壤易板結(jié)，含鹽量增大，出現(xiàn)部分重金屬富集現(xiàn)象，且重金屬遷移會受土壤深度及距離污水源遠(yuǎn)近的影響，其中，土壤中重金屬濃度會隨土壤深度的遞增而逐級遞減。

污水灌溉；理化分析；距離；深度；監(jiān)測

現(xiàn)今，日益匱乏的水資源迫使個別缺水地區(qū)以生活污水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水。因污水中富含N，P，K等多種農(nóng)作物生長所需的元素[1]，合理利用污水灌溉，可以提高作物的產(chǎn)量、節(jié)省水資源，同時也能解決生活污水的排放問題[2]。然而，污水中一般都含有一些有害重金屬元素，這些元素會隨著灌溉分散、富集在土壤中，且毒性強(qiáng)、降解難，具有積累效應(yīng)，進(jìn)而進(jìn)入食物鏈，危害人體健康[3-8]，影響和制約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。20世紀(jì)以來，已發(fā)生多起不合理污水灌溉致使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞、作物顆粒無收的極度惡性事件[9]。因此，研究污水灌溉農(nóng)田對土壤的影響，可為高效安全利用污水、節(jié)約水資源、保護(hù)土壤及保障糧食安全提供依據(jù)，也可為土壤的可持續(xù)利用及發(fā)展提供保障。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

采集山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園試驗田中非污灌區(qū)土壤和污灌區(qū)土壤。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計試驗于2015年7—8月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園試驗田進(jìn)行。試驗地主要種植冬春兩季小麥。取試驗田中污灌區(qū)土樣，分別就污灌區(qū)距污水口不同距離、同一點(diǎn)不同深度的土樣進(jìn)行土壤理化分析，并對其重金屬濃度變化進(jìn)行監(jiān)測。以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園試驗田中非污灌區(qū)土壤為空白對照。試驗田采用大水漫溉方式進(jìn)行澆灌，為觀測污水中物質(zhì)的富集程度是否會隨距污水源距離的遠(yuǎn)近有所變化，分別取距污灌區(qū)出水口0，20，40，60，80，100 m處作為采樣點(diǎn)，每樣點(diǎn)選取5～10個分樣點(diǎn)，采樣深度為0～20 cm；為測定不同深度土壤中的重金屬含量并分析其變化，距污灌區(qū)出水口5個距離的采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)在0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm處采樣，每個采樣點(diǎn)同樣選取5～10個分樣點(diǎn)。樣品采集后在實驗室風(fēng)干，剔除雜質(zhì)，過篩，用四分法取舍后裝瓶待測[10]。

1.2.2 測定項目及方法土壤檢測項目及方法如表1所示。

表1 土壤分析項目及測定方法[10-15]

2 結(jié)果與分析

2.1 非污灌區(qū)土壤成分測定結(jié)果

取山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園試驗田中非污灌區(qū)的土壤作為空白對照，土壤成分分析結(jié)果如表2所示。

表2 非污灌區(qū)土壤成分分析測試結(jié)果

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)地處山西省晉中市太谷縣縣城南城區(qū)，屬于干旱缺水區(qū)，呈典型黃土高坡地質(zhì)特點(diǎn)，土質(zhì)發(fā)黃，偏堿，土地不甚肥沃，土壤蓄水性較差，未見重金屬離子富集。

2.2 污水灌溉對距污水源不同距離的土壤肥力的影響

由圖1可知，污水漫溉大田，試驗田表層土壤的pH值不會隨距污水源距離的增大而有明顯變化，但與非污灌區(qū)土壤pH值相比，污水灌溉區(qū)pH值較高，土質(zhì)稍偏堿性。與非污灌區(qū)土壤成分檢測結(jié)果相比，污水灌溉區(qū)土壤中的有機(jī)質(zhì)、有效磷、陽離子代換量濃度明顯提高，土壤肥力提高，但同時土壤中的含鹽量增加，離子濃度增大，土壤易變堿，且易板結(jié)。污灌區(qū)土壤中的有機(jī)質(zhì)、有效磷、陽離子代換量隨距污水源距離的增加而增大，這可能與土壤中肥力的富集有關(guān)。

2.3 污水灌溉對距污水源不同距離的土壤重金屬含量的影響

從圖2可以看出，污灌區(qū)土壤中的Cd，Cr，Cu，Zn，Pb，Ni，As，Hg等重金屬含量隨距污水源距離的增加而減小，這可能與土壤本身對污水中的重金屬有蓄積作用有關(guān)。

2.4 污灌區(qū)不同深度土樣重金屬富集情況

由污灌區(qū)土壤中不同深度重金屬的富集情況可知，污灌區(qū)土壤中重金屬的富集主要在0～20，20～40 cm土層（表3）。土壤中重金屬有向根際土壤遷移的趨勢，且根際土壤中部分重金屬的離子含量高于土體重金屬含量，主要是由于根系生理活動引起的變化，可能與植物根系的特性和分泌物有關(guān)。

隨著土層深度的增加，土壤中重金屬含量大部分呈逐級遞減趨勢，甚者有些元素如Cd，Hg，As幾乎檢測不到。幾種重金屬在不同深度土壤中的富集作用強(qiáng)度不同，土壤不同深度對其重金屬離子富集作用的影響程度（即隨著土壤深度變化，重金屬離子濃度變化強(qiáng)弱）為Cd＞Hg＞As＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn＞Pb。其中，Pb元素在淺層土壤中的濃度較大，富集較明顯，是因為Pb進(jìn)入土壤中會很快轉(zhuǎn)化為難溶性化合物如Pb（OH）2等[16-17]，因此，Pb的吸附量較大。可見，長期用污水灌溉會導(dǎo)致旱地土壤中離子態(tài)有害物質(zhì)在土壤中積累，從而影響土壤質(zhì)量。

表3 污灌區(qū)不同深度土壤重金屬富集情況mg/kg

3 結(jié)論與討論

本試驗取山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園生活污水直接灌溉校園試驗田，分別就距污水出口處不同距離、同一點(diǎn)不同深度的土樣進(jìn)行土壤理化分析，著重就重金屬含量變化進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污灌區(qū)土壤pH值變化不大，肥力增強(qiáng)，作物長勢良好，但土質(zhì)易板結(jié)，含鹽量增大，出現(xiàn)部分重金屬富集現(xiàn)象。

而污水中一般都含有大量的懸浮物，長期用污水灌溉土壤，會增加容重，堵塞孔隙，破壞土壤的結(jié)構(gòu)，使土壤出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象等[18-19]。因為重金屬在土壤中移動性差，滯留時間長，不能被微生物降解，所以，容易引起土壤中重金屬的富集。常使用含酸、堿、鹽的污水灌溉會改變土壤的pH值，引起土壤次生鹽漬化、堿化等問題，致使土壤結(jié)構(gòu)被破壞[19]。土壤pH值的變化容易加速土壤養(yǎng)分尤其是Cu，Zn等植物生長必需元素的淋失，而對于受重金屬污染的土壤，pH值的變小會引起Hg，As等重金屬離子的活性提高，從而增加對作物的毒害。但是土壤本身的凈化緩沖能力有限，因此，長期不合理地用污水灌溉農(nóng)田，有機(jī)污染物及重金屬離子含量超過土壤的吸持能力和作物的吸收能力，會造成土壤污染，使土壤板結(jié)、肥力降低、結(jié)構(gòu)及功能失調(diào)，土壤生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，土壤環(huán)境惡化，土壤生物群落結(jié)構(gòu)衰退，多樣性減少，進(jìn)而產(chǎn)生環(huán)境生態(tài)問題。

土壤中重金屬離子的富集作用與土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量有關(guān)，而土壤pH值并不是影響重金屬離子富集的關(guān)鍵因素，土壤對重金屬的吸附富集也不是某個理化因子能控制的，很有可能是理化因子的聯(lián)合控制；土壤重金屬的解吸量隨土壤中重金屬離子吸附量的增加而增加[20]。土壤重金屬的吸附解吸與土壤類型和土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)，此外，還受到諸多因子的影響。

本試驗中，重金屬遷移會受土壤深度及距離污水源遠(yuǎn)近的影響，其中，土壤中重金屬濃度會隨土壤深度的遞增而逐級遞減。土壤中重金屬的遷移運(yùn)動主要是受到對流、擴(kuò)散、彌散、吸附作用的影響。最初的重金屬在土壤中的遷移主要受到對流作用的影響，隨著時間的推移，對流作用減弱，擴(kuò)散和彌散的作用增強(qiáng)，重金屬離子濃度在土壤溶液中逐漸趨于均勻[21]。另外，土壤及土壤溶液的吸附作用，及植物對土壤溶液中重金屬元素的吸收作用也是引起重金屬元素在土壤中遷移的原因。

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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

郭彥涵（1986-），女，山西文水人，助理實驗師，主要從事環(huán)境檢測等相關(guān)試驗及教學(xué)工作。