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摘要再生水灌溉是解决农业用水短缺的有效方式之一。总结了目前国内外学者关于再生水灌溉对土壤质量影响的研究进展，指出再生水灌溉使土壤微生物数量增加；再生水灌溉土壤存在盐碱化的风险；短期再生水灌溉对土壤重金属含量的影响较小。但目前对再生水灌溉对土壤盐分、重金属、N、P等元素以及有机物污染的迁移规律研究较少。在今后的研究中，应侧重于利用模型模拟再生水灌溉条件下主要污染物的迁移规律，评估再生水灌溉对土壤环境影响的风险，建立合理的灌溉制度，为再生水灌溉提供可行性和安全性。
关键词 再生水；灌溉；土壤质量
中图分类号 S273.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）27-0133-04
Abstract Reclaimed water irrigation is one of the effective measures to deal with the lack of irrigation water resources.The research progress on the impact of reclaimed water irrigation on soil quality was summarized by domestic and foreign scholars.The results showed that the soil irrigated with reclaimed water increased the amount of soil microbes，and had salinization harmfulness；the heavy metal concentration in the soil irrigated with shortterm reclaimed water had little negative effect on the soil.But there was little research on the transfer and migration rule of soil salinity，heavy metal，phosphorus ， nitrogen and organism in reclaimed water irrigation at present.The future research should concentrate on using model to simulate the migration of major pollutants under the condition of reclaimed water，assessing the potential risks，establishing a reasonable irrigation system，providing the feasibility and safety of reclaimed water irrigation.
Key words Reclaimed water；Irrigation；Soil quality
我国水资源严重缺乏，是世界13个贫水国之一。人均水资源占有量少，2014年全国水资源总量为27 266.9亿m3，人均水资源量仅为2 018 m3[1-2]。另外我国水资源时空分布不均，2015年全国水资源总量为27 962.6亿m3，南方四区水资源总量为23 229.1亿m3，占全国的83.1%；北方六区水资源总量4 733.5亿m3，占全国的16.9%。我国又是一个农业大国，农业用水比重较大，2015年全国总用水量6 103.2亿m3，其中农业用水占63.1%[3]。随着经济的发展，传统水源开发方式（开发地表水、开采地下水等）已不能满足各方面用水需求，而在非传统水源中，再生水灌溉是解决农业用水短缺的有效方式之一。
再生水是指生活污水、工业废水经过适当的处理，达到一定的水质标准，满足某种使用功能，可以回收利用的水。再生水可以用作农业灌溉、景观用水、城市杂用、工业用水等方面。再生水用于农业灌溉一方面可以减少淡水或地下水的使用量，有效缓解水资源短缺形势；再生水中含有氮、磷等营养物质，可以促进植物的生长，减少化肥的使用量。但另一方面再生水中含有较高的全盐量以及较多的有毒有害物质（重金属、有机污染物等），不合理的灌溉可能会使土壤中盐分以及有毒物质积累，对作物的生长乃至人类健康产生不利影响。该研究从目前国内外再生水灌溉对土壤物理性状、化学性质以及微生物等方面的影响进行探讨。
1 国内外再生水灌溉现状
1.1 國外再生水灌溉现状
国外应用再生水灌溉已经有近1个世纪的历史，美国、澳大利亚、日本、以色列等国家利用再生水灌溉时间较久，技术也比较成熟。美国加利福尼亚州20世纪后期开始大量使用再生水，到2009年再生水年使用量已是1970年的4倍，达到8.94亿m3，47%的再生水回用于城市绿地或农业灌溉[4]。截至2012年，美国再生水利用量达2.6×106 m3/d，其中62%用于农业灌溉，其余则主要用于工业用水、城市杂用等方面。澳大利亚再生水利用始于20世纪90年代，2012年澳大利亚再生水回用总量为2.50亿m3，其中41%的再生水用于农业灌溉，35%用于市政回用[5]。日本早在1955年就开始了再生水利用[6]，据日本2009年国土交通省统计结果显示，全国污水处理厂年均总处理量为143亿m3，再生水产量为2.042 3亿m3，约占总处理量的1.43%[2]。以色列是再生水回用最具特色的国家之一，100%的生活污水和72%的城市污水得到了回用，处理后46%的污水用于农业灌溉[7]。预计到2040年，以色列再生水年利用量将达8.7亿m3，70%将用于农业灌溉。除上述国家和地区外，世界各国越来越重视再生水的利用和推广，如亚洲的新加坡、约旦，非洲的突尼斯，南美洲的巴西、智利以及欧洲的法国、意大利、荷兰。 1.2 国内再生水灌溉现状
我国再生水灌溉起步较晚，大体可分为3个发展阶段[8]：1957年以前为自发灌溉时期；1957—1972年为迅速发展时期；1972年至今为积极慎重发展阶段。目前，我国再生水灌溉面积已达361.8万hm2，占全国总农田灌溉面积的7.3%，并且主要分布在我国北方水资源严重短缺的黄淮海辽四大流域，约占全国再生水灌溉面积的85%[9]。北京市从2003年开始规模化使用再生水，截至2014年再生水年利用量达8.6亿m3，农业利用1.24亿m3。为扩大再生水的利用，“十三五”期间，北京市提出“把再生水用起来”的目标，规划到2020年再生水利用量将达到12亿m3[10]。天津市再生水利用起步早于北京，2002年就建成了第1个国家污水回用试点项目。大连市1991年建立了我國第1个污水利用示范工程——春柳河污水处理厂，截至2015年底，中心城区已建成12座污水处理厂，污水处理率达95%[11]。近年来南方地区也开始重视再生水的开发和利用，截至2013年5月，深圳市再生水利用量达6.46亿m3，成为城市“第二水源”。此外，昆明、南京、无锡等地也建成了一定规模的再生水设施。
2 再生水灌溉对土壤物理性状的影响
再生水灌溉对土壤质量物理性状影响的指标包括土壤质地及粒径分布、土壤容重和紧实度、孔隙度及孔隙分布、土壤结构、土壤含水量、土壤持水性等多个方面，现从以下几个方面对土壤的物理性状进行分析。
2.1 再生水灌溉对土壤孔隙度的影响
孔隙度反映土壤孔隙状况和松紧程度，与土壤的透水性、透气性、导热性和紧实度有关，是土壤最重要的物理性质。有学者认为再生水灌溉土壤可以增加土壤孔隙度。郑汐等[12]研究表明，与清水灌溉相比，中水灌溉下的土壤孔隙度有增加趋势。Sekaran[13]研究表明，再生水灌溉能增加土壤有机质，降低土壤容重，增加土壤孔隙度。但也有学者认为再生水灌溉会降低土壤孔隙度。孙吉雄等[14]通过对自来水和再生水灌溉草坪进行对比研究发现，再生水中的一些悬浮物会堵塞土壤气孔，降低土壤孔隙度。李晓娜等[15]研究认为，再生水中Na+含量较高，灌溉后会增加土粒分散程度，从而会增加土壤容重，土壤毛管孔隙度有所降低。Lado等[16]的研究表明，由于再生水中含有悬浮固体，采用再生水灌溉会堵塞土壤孔隙。
上述研究结果并不相同，主要是由于再生水灌溉对孔隙度的影响与再生水水质、土壤类型等因素有关。此外，以上学者的研究还表明，土壤孔隙度的变化与土壤容重呈正相关性，说明再生水灌溉对土壤容重也有影响，但关于这方面的研究较少。
2.2 再生水灌溉对土壤结构的影响
土壤结构是指土壤中的土粒相互团聚形成大小、形状各不相同的团聚体。国内外学者关于再生水灌溉对土壤结构的影响做了很多研究，一些学者认为再生水中的悬浮固体、盐分离子等会堵塞土壤孔隙，带来固结、结皮等问题，对土壤结构产生不利影响。Bedbabis等[17]利用再生水灌溉农田4年后发现，再生水中的悬浮固体会使表层土壤结皮，透水性降低。李晓娜等[15]认为再生水中的Na+含量较高，灌溉后会增加土粒分散程度，从而使土壤结构发生恶化。Sou等[18]的研究表明，工业废水中的盐分会使灌区土壤结构恶化，导致土壤排水不畅。但有些学者的研究认为，再生水用于灌溉可以改善土壤结构。李玉明等[19]研究认为，再生水灌溉条件下土壤有机质、细菌总数、总氮等的升高，改善了土壤结构，有利于作物的生长。
土壤结构是土壤重要的物理性质之一，再生水灌溉条件下土壤结构的变化会改变土壤物理、化学和生物性质。目前，国内外关于再生水灌溉对土壤结构影响规律方面的研究较少，很多规律也尚不明确。
3 再生水灌溉对土壤化学性质的影响
土壤质量化学指标对土壤养分有效性有非常大的影响，再生水灌溉对土壤质量化学指标如有机质、全氮、全磷、pH、Ca2+、Mg2+、N+、K+、Cl-、Na+、SO2-4、CO2-3等产生影响。现对以下指标进行讨论。
3.1 再生水灌溉对土壤肥力的影响
一般来讲，土壤肥力有2方面的含义：一是土壤中营养物质的供应能力；二是土壤保持植物生长的适宜的环境条件。有学者认为由于污水处理后含有有机质、氮、磷等元素，采用再生水灌溉会增加土壤中有机质以及氮、磷等的含量，从而提高土壤肥力，促进植物生长。李中阳等[20]采用再生水和混灌方式种植黑麦草，结果表明再生水灌溉下土壤有机质含量显著增加，对黑麦草的生长有促进作用。韩烈保等[21]试验表明，采用不同水质灌溉绿地土壤，除全氮含量变化不明显外，水解氮、速效磷、速效钾和有机质含量均有所增加，从而提高了土壤肥力。Maas等[22]利用再生水和自来水分别灌溉莴苣地块，结果表明灌溉3年后，再生水灌溉地块的氮、磷含量明显高于自来水灌溉。郑汐等[12]对大田草坪进行试验，结果表明长期中水灌溉下土壤全氮、全磷、全钾与清水灌溉相比均有显著增加。但是有些学者也认为再生水灌溉对土壤肥力的影响并不显著。张洪生等[23]利用再生水和自来水分别灌溉3种草坪草、3种乔木和3种灌木，结果表明土壤全氮、全磷含量均无明显变化。焦志华等[24]利用再生水灌溉大豆，结果表明再生水灌溉可提高土壤有机质、有效磷的含量，但对土壤中的全钾含量影响不大。郭魏等[25]的研究认为，短期内合理采用再生水灌溉不会使大量氮素残留于土壤，不会明显提高土壤的供磷水平。雷琼等[26]利用城市二级污水灌溉万寿菊、五彩石竹、鸡冠花、百日早、高羊茅5种植物的试验表明，在短期内采用再生水合理灌溉不会使大量氮素残留于土壤，也不会明显提高供磷水平。
上述学者关于再生水灌溉对土壤肥力的影响研究，结果各不相同。除了再生水中的营养元素会对土壤肥力产生影响外，不同灌溉方式及灌溉时间、不同土壤类型、植物种类等因素均会对土壤肥力产生影响。在今后的研究中应考虑引起土壤肥力指标变化的综合因素，考虑多变量因素对土壤肥力的影响。 3.2 再生水灌溉对土壤pH的影响
土壤pH即土壤酸碱度，对土壤肥力及植物生长具有重要影响。国内外学者对再生水灌溉引起土壤pH变化做了大量研究，有些学者认为，由于土壤本身具有缓冲能力，采用再生水灌溉对土壤pH的影响并不明显。王志超等[27]研究认为，由于土壤的缓冲能力，短期再生水灌溉对不同深度土层和同层土壤的pH影响均不明显。Chen等[28]研究表明，再生水灌溉条件下土壤pH变化不显著。但有些学者研究认为，由于研究区土壤不同，再生水灌溉可以引起土壤pH的降低。孟建林等[29]研究表明，再生水灌溉土壤pH呈降低趋势，主要原因是试验土壤为碱性红壤土（pH=8.2）。夏江宝等[30]采用室内土柱模拟试验，在不同灌溉方式下土壤pH均呈下降趋势，清水灌溉、清废轮灌、再生水灌溉分別下降4.9%、4.4%、1.3%，主要是由于灌溉水的pH均小于当地土壤环境的本底值（pH=8.95），灌溉有一定的稀释作用。另外，再生水灌溉时间长短也会引起土壤pH发生变化。Stewart等[31]研究表明，由于再生水pH较高，在采用再生水灌溉4年后土壤pH升高。
由于灌溉时间长短、灌水量、研究区域土壤性质不同等，上述学者在再生水灌溉对土壤pH影响方面的结果并不相同，甚至出现相反的结果。目前，国内外对再生水灌溉对土壤pH影响的原因并不清楚，还不能解释造成pH变化的关键原因，再生水灌溉对土壤pH的影响还需进一步研究。
3.3 再生水灌溉对土壤盐碱化的影响
再生水中含有较多的盐分，特别是Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、HCO-等含量较多，长期不合理的灌溉可能会引起土壤盐分积累，产生盐碱化危害。土壤盐碱化包括盐害和碱害，盐害多以含盐量（矿化度）或电导率（EC值）为指标，碱害以碱化度（ESP）或钠吸附比（SAR）为指标。郑伟等[32]研究表明，再生水灌溉2年后钠吸附比（SAR）出现增加的趋势，说明再生水连续多年灌溉后会发生次生盐碱化危害。Qian等[33]研究表明，与用地表水灌溉的草地相比，利用再生污水灌溉的草地EC值和SAR都显著增加，分别高达187%和481%。王昌俊等[34]用清水、清水再生水混合水、再生水3种水灌溉绿地，结果表明清水、混合水灌溉土壤含盐量较低，但再生水灌溉土壤已介于非盐化和轻度盐化之间，并且再生水灌溉土壤碱化度与清水灌溉相比已出现轻度碱化，说明再生水灌溉土壤会发生盐碱化。左海涛等[35]研究表明，利用再生水灌溉会使土壤Na+增加，如果长期使用可能会导致次生盐碱化危害。张娟等[36]连续3年对再生水灌溉7年的5种园林植物进行研究，发现随着灌溉年限的增加，土壤全盐量均表现出增加的趋势。吕斯丹等[37]运用ENVIRO-GRO模型模拟了不同土壤性质、植被条件下土壤盐分的分布规律及累积趋势，结果表明不同情景模拟下，除了砂壤土外，壤土和黏壤土都会出现轻度盐渍化，但均不会影响植物的生长。
上述学者对再生水灌溉的研究均表明，再生水灌溉土壤存在盐碱化的潜在风险。利用再生水进行灌溉时，再生水水质、土壤类型、灌溉年限以及作物类型等不同，发生盐碱化风险的大小也就不一样。因此，应长期进行田间再生水灌溉试验，研究再生水灌溉水盐运移和累积规律，确定再生水灌溉发生盐碱化风险的大小，保障再生水灌溉的安全性，提出合理的再生水灌溉制度。
4 再生水灌溉对土壤生物学指标的影响
土壤中含有大量的微生物，土壤细菌、放线菌、真菌是土壤中的三大类重要的微生物，与植物生长有着密切关系。由于微生物类群受各种环境因素的影响较大，各地区土壤类型、气候条件各不相同，以及再生水水质、灌溉时间、灌溉方式等有所不同，所以微生物的数量、种类也不一致。大多数学者认为再生水灌溉可以提高土壤中微生物的数量。张洪生等[23]认为，与自来水灌溉相比，再生水灌溉1年后，草坪中的细菌、放线菌和真菌数量均呈增加趋势，尤其细菌数量增加比较明显，说明再生水灌溉有利于土壤微生物的繁衍。焦志华等[24]对大豆的研究表明，再生水灌溉增加了土壤中细菌和放线菌的数量，但对真菌的影响不大。龚雪等[38]采用室内灌溉土柱模拟试验，结果表明再生水灌溉条件下，表层0～20 cm土壤中细菌和放线菌数量有所增加。但一些学者认为再生水灌溉对土壤微生物数量影响不大。韩烈保等[39]对城市草坪绿地的试验表明，短期再生水灌溉下土壤细菌、真菌、放线菌总数都没有显著变化。
目前，关于再生水灌溉对土壤微生物的研究主要集中在微生物数量、种类的变化上，而对微生物种群结构的影响以及致病性病原微生物的影响研究较少，利用再生水灌溉是否对人类健康存在风险尚不清楚。
5 再生水灌溉对土壤重金属含量的影响
工业废水处理后存在痕量元素锌（Zn）、镉（Cd）、铜（Cu）、汞（Hg）等，灌溉后会对作物产生影响，甚至会影响人类健康。国内外大量学者对再生水灌溉土壤重金属含量进行了试验研究，一些学者认为短期再生水灌溉不会引起土壤重金属含量的积累。巫常林等[40]对再生水灌溉4年的田间小区进行试验研究，结果表明再生水灌溉1、3、4年的土壤重金属含量均随着土层的增加而降低，并且不同再生水灌水量与清水灌溉相比，各层土壤重金属含量均无明显差异，因此短期再生水灌溉不会造成土壤环境重金属含量积累。Smith等[41]也认为，处理后的污水灌溉4年和17年各层土壤重金属含量均随着土层深度增加而降低，重金属含量与土壤背景值差异不明显。但也有学者认为再生水灌溉会造成土壤重金属积累。杨军等[42]对北京市再生水灌区土壤、作物重金属含量的研究表明，再生水灌区土壤均出现了不同程度的重金属积累。Zhao等[43]认为，再生水灌溉条件下一些重金属元素如 Cr、Cd、Pb 在土壤表层有一定的累积。杜娟等[44]通过土柱模拟试验发现，使用含有重金属的再生水灌溉时，As、Ca、Cu和Zn在0～10 cm土层积累现象明显，加量分别占其总输入量的93%、90%、92%、90%。 由于廢水处理后重金属含量并不高，短期灌溉重金属含量的变化不明显，另外由于利用再生水灌溉时间不长，长期的再生水灌区并不存在，因此，关于再生水灌溉重金属含量风险的研究并不透彻。目前，国内关于工业废水灌溉对土壤重金属含量影响的研究，还侧重于重金属含量在表层土壤的积累方面，今后应将模型有效利用于再生水灌溉对土壤的研究中，研究重金属在土壤中的空间迁移规律，控制再生水灌溉重金属污染风险性，为以后大规模开展再生水灌溉提供依据。
6 再生水灌溉对土壤有机污染物的影响
土壤中有机污染物来源非常广泛，包括农药施用、污水灌溉、污染物泄露等，污染物种类也非常多，常见的土壤有机污染物包括农药、多环芳烃（PAHs）、持久性有机污染物（POPs）、多氯联苯（PCBs）等。研究表明，工业废水、生活废水经过一系列处理后得到的再生水中仍含有许多有机污染物，其中PAHs浓度较高，主要是二环芳烃（萘、二氢烃等）、三环芳烃（菲、蒽）。国内外学者对再生水灌区土壤的研究表明，表层土壤是PAHs的主要累积区域。金爱芳[45]对不同灌溉条件下多环芳烃的迁移规律研究表明，污灌区、再生水灌区、清水灌区PAHs均在地表处浓度最高，随着深度的增加而下降，并且再生水灌区PAHs总量达206 .75 μg/kg，已超过临界值200 μg/kg，属于中度污染。陈素暖等[46]对不同灌区的试验表明，PAHs主要在表层土壤积累，再生水灌区多环芳烃污染已达临界值200 μg/kg，说明再生水灌溉对土壤质量安全存在一定威胁。Mahjoub等[47]认为，再生水灌区土壤PAHs会发生积累现象。何江涛等[48]试验表明，再生水灌区表层土壤PAHs总量已达206.7 μg/kg，与污染临界值相当。
目前，国内外有关再生水灌溉对土壤有机物污染的研究时间较短，对有机物污染迁移规律研究较少。应加强对引起污染物在土壤中迁移的影响因素、有机物种类等方面的研究，评估再生水灌溉的健康风险，为再生水安全灌溉提供可行性方案。
7 结论与展望
从以上国内外研究现状可以看出，许多学者在再生水灌溉方面已经做了大量的研究工作。再生水灌溉对土壤质量的影响因素较多，不同再生水水质、不同土壤类型、不同灌溉方式以及灌溉时间长短等条件下土壤的反应各不相同，综合考虑几个因素共同作用下再生水灌溉对土壤质量影响方面的研究较少。另外，再生水灌溉对土壤环境影响的风险评价体系的研究需进一步加强。
在今后的研究中，在再生水灌溉对土壤N、P等营养元素含量变化、盐碱化危害、病原微生物种、重金属污染以及有机污染物等方面，应侧重于利用模型模拟再生水灌溉条件下主要污染物的迁移规律，评估再生水灌溉条件下土壤发生盐碱化的风险程度，提出合理的调控手段，建立合理的灌溉制度，为再生水灌溉提供可行性和安全性。
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关键词 再生水；灌溉；土壤质量
中图分类号 S273.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）27-0133-04
Abstract Reclaimed water irrigation is one of the effective measures to deal with the lack of irrigation water resources.The research progress on the impact of reclaimed water irrigation on soil quality was summarized by domestic and foreign scholars.The results showed that the soil irrigated with reclaimed water increased the amount of soil microbes，and had salinization harmfulness；the heavy metal concentration in the soil irrigated with shortterm reclaimed water had little negative effect on the soil.But there was little research on the transfer and migration rule of soil salinity，heavy metal，phosphorus ， nitrogen and organism in reclaimed water irrigation at present.The future research should concentrate on using model to simulate the migration of major pollutants under the condition of reclaimed water，assessing the potential risks，establishing a reasonable irrigation system，providing the feasibility and safety of reclaimed water irrigation.
Key words Reclaimed water；Irrigation；Soil quality
我国水资源严重缺乏，是世界13个贫水国之一。人均水资源占有量少，2014年全国水资源总量为27 266.9亿m3，人均水资源量仅为2 018 m3[1-2]。另外我国水资源时空分布不均，2015年全国水资源总量为27 962.6亿m3，南方四区水资源总量为23 229.1亿m3，占全国的83.1%；北方六区水资源总量4 733.5亿m3，占全国的16.9%。我国又是一个农业大国，农业用水比重较大，2015年全国总用水量6 103.2亿m3，其中农业用水占63.1%[3]。随着经济的发展，传统水源开发方式（开发地表水、开采地下水等）已不能满足各方面用水需求，而在非传统水源中，再生水灌溉是解决农业用水短缺的有效方式之一。
再生水是指生活污水、工业废水经过适当的处理，达到一定的水质标准，满足某种使用功能，可以回收利用的水。再生水可以用作农业灌溉、景观用水、城市杂用、工业用水等方面。再生水用于农业灌溉一方面可以减少淡水或地下水的使用量，有效缓解水资源短缺形势；再生水中含有氮、磷等营养物质，可以促进植物的生长，减少化肥的使用量。但另一方面再生水中含有较高的全盐量以及较多的有毒有害物质（重金属、有机污染物等），不合理的灌溉可能会使土壤中盐分以及有毒物质积累，对作物的生长乃至人类健康产生不利影响。该研究从目前国内外再生水灌溉对土壤物理性状、化学性质以及微生物等方面的影响进行探讨。
1 国内外再生水灌溉现状
1.1 國外再生水灌溉现状
国外应用再生水灌溉已经有近1个世纪的历史，美国、澳大利亚、日本、以色列等国家利用再生水灌溉时间较久，技术也比较成熟。美国加利福尼亚州20世纪后期开始大量使用再生水，到2009年再生水年使用量已是1970年的4倍，达到8.94亿m3，47%的再生水回用于城市绿地或农业灌溉[4]。截至2012年，美国再生水利用量达2.6×106 m3/d，其中62%用于农业灌溉，其余则主要用于工业用水、城市杂用等方面。澳大利亚再生水利用始于20世纪90年代，2012年澳大利亚再生水回用总量为2.50亿m3，其中41%的再生水用于农业灌溉，35%用于市政回用[5]。日本早在1955年就开始了再生水利用[6]，据日本2009年国土交通省统计结果显示，全国污水处理厂年均总处理量为143亿m3，再生水产量为2.042 3亿m3，约占总处理量的1.43%[2]。以色列是再生水回用最具特色的国家之一，100%的生活污水和72%的城市污水得到了回用，处理后46%的污水用于农业灌溉[7]。预计到2040年，以色列再生水年利用量将达8.7亿m3，70%将用于农业灌溉。除上述国家和地区外，世界各国越来越重视再生水的利用和推广，如亚洲的新加坡、约旦，非洲的突尼斯，南美洲的巴西、智利以及欧洲的法国、意大利、荷兰。 1.2 国内再生水灌溉现状
我国再生水灌溉起步较晚，大体可分为3个发展阶段[8]：1957年以前为自发灌溉时期；1957—1972年为迅速发展时期；1972年至今为积极慎重发展阶段。目前，我国再生水灌溉面积已达361.8万hm2，占全国总农田灌溉面积的7.3%，并且主要分布在我国北方水资源严重短缺的黄淮海辽四大流域，约占全国再生水灌溉面积的85%[9]。北京市从2003年开始规模化使用再生水，截至2014年再生水年利用量达8.6亿m3，农业利用1.24亿m3。为扩大再生水的利用，“十三五”期间，北京市提出“把再生水用起来”的目标，规划到2020年再生水利用量将达到12亿m3[10]。天津市再生水利用起步早于北京，2002年就建成了第1个国家污水回用试点项目。大连市1991年建立了我國第1个污水利用示范工程——春柳河污水处理厂，截至2015年底，中心城区已建成12座污水处理厂，污水处理率达95%[11]。近年来南方地区也开始重视再生水的开发和利用，截至2013年5月，深圳市再生水利用量达6.46亿m3，成为城市“第二水源”。此外，昆明、南京、无锡等地也建成了一定规模的再生水设施。
2 再生水灌溉对土壤物理性状的影响
再生水灌溉对土壤质量物理性状影响的指标包括土壤质地及粒径分布、土壤容重和紧实度、孔隙度及孔隙分布、土壤结构、土壤含水量、土壤持水性等多个方面，现从以下几个方面对土壤的物理性状进行分析。
2.1 再生水灌溉对土壤孔隙度的影响
孔隙度反映土壤孔隙状况和松紧程度，与土壤的透水性、透气性、导热性和紧实度有关，是土壤最重要的物理性质。有学者认为再生水灌溉土壤可以增加土壤孔隙度。郑汐等[12]研究表明，与清水灌溉相比，中水灌溉下的土壤孔隙度有增加趋势。Sekaran[13]研究表明，再生水灌溉能增加土壤有机质，降低土壤容重，增加土壤孔隙度。但也有学者认为再生水灌溉会降低土壤孔隙度。孙吉雄等[14]通过对自来水和再生水灌溉草坪进行对比研究发现，再生水中的一些悬浮物会堵塞土壤气孔，降低土壤孔隙度。李晓娜等[15]研究认为，再生水中Na+含量较高，灌溉后会增加土粒分散程度，从而会增加土壤容重，土壤毛管孔隙度有所降低。Lado等[16]的研究表明，由于再生水中含有悬浮固体，采用再生水灌溉会堵塞土壤孔隙。
上述研究结果并不相同，主要是由于再生水灌溉对孔隙度的影响与再生水水质、土壤类型等因素有关。此外，以上学者的研究还表明，土壤孔隙度的变化与土壤容重呈正相关性，说明再生水灌溉对土壤容重也有影响，但关于这方面的研究较少。
2.2 再生水灌溉对土壤结构的影响
土壤结构是指土壤中的土粒相互团聚形成大小、形状各不相同的团聚体。国内外学者关于再生水灌溉对土壤结构的影响做了很多研究，一些学者认为再生水中的悬浮固体、盐分离子等会堵塞土壤孔隙，带来固结、结皮等问题，对土壤结构产生不利影响。Bedbabis等[17]利用再生水灌溉农田4年后发现，再生水中的悬浮固体会使表层土壤结皮，透水性降低。李晓娜等[15]认为再生水中的Na+含量较高，灌溉后会增加土粒分散程度，从而使土壤结构发生恶化。Sou等[18]的研究表明，工业废水中的盐分会使灌区土壤结构恶化，导致土壤排水不畅。但有些学者的研究认为，再生水用于灌溉可以改善土壤结构。李玉明等[19]研究认为，再生水灌溉条件下土壤有机质、细菌总数、总氮等的升高，改善了土壤结构，有利于作物的生长。
土壤结构是土壤重要的物理性质之一，再生水灌溉条件下土壤结构的变化会改变土壤物理、化学和生物性质。目前，国内外关于再生水灌溉对土壤结构影响规律方面的研究较少，很多规律也尚不明确。
3 再生水灌溉对土壤化学性质的影响
土壤质量化学指标对土壤养分有效性有非常大的影响，再生水灌溉对土壤质量化学指标如有机质、全氮、全磷、pH、Ca2+、Mg2+、N+、K+、Cl-、Na+、SO2-4、CO2-3等产生影响。现对以下指标进行讨论。
3.1 再生水灌溉对土壤肥力的影响
一般来讲，土壤肥力有2方面的含义：一是土壤中营养物质的供应能力；二是土壤保持植物生长的适宜的环境条件。有学者认为由于污水处理后含有有机质、氮、磷等元素，采用再生水灌溉会增加土壤中有机质以及氮、磷等的含量，从而提高土壤肥力，促进植物生长。李中阳等[20]采用再生水和混灌方式种植黑麦草，结果表明再生水灌溉下土壤有机质含量显著增加，对黑麦草的生长有促进作用。韩烈保等[21]试验表明，采用不同水质灌溉绿地土壤，除全氮含量变化不明显外，水解氮、速效磷、速效钾和有机质含量均有所增加，从而提高了土壤肥力。Maas等[22]利用再生水和自来水分别灌溉莴苣地块，结果表明灌溉3年后，再生水灌溉地块的氮、磷含量明显高于自来水灌溉。郑汐等[12]对大田草坪进行试验，结果表明长期中水灌溉下土壤全氮、全磷、全钾与清水灌溉相比均有显著增加。但是有些学者也认为再生水灌溉对土壤肥力的影响并不显著。张洪生等[23]利用再生水和自来水分别灌溉3种草坪草、3种乔木和3种灌木，结果表明土壤全氮、全磷含量均无明显变化。焦志华等[24]利用再生水灌溉大豆，结果表明再生水灌溉可提高土壤有机质、有效磷的含量，但对土壤中的全钾含量影响不大。郭魏等[25]的研究认为，短期内合理采用再生水灌溉不会使大量氮素残留于土壤，不会明显提高土壤的供磷水平。雷琼等[26]利用城市二级污水灌溉万寿菊、五彩石竹、鸡冠花、百日早、高羊茅5种植物的试验表明，在短期内采用再生水合理灌溉不会使大量氮素残留于土壤，也不会明显提高供磷水平。
上述学者关于再生水灌溉对土壤肥力的影响研究，结果各不相同。除了再生水中的营养元素会对土壤肥力产生影响外，不同灌溉方式及灌溉时间、不同土壤类型、植物种类等因素均会对土壤肥力产生影响。在今后的研究中应考虑引起土壤肥力指标变化的综合因素，考虑多变量因素对土壤肥力的影响。 3.2 再生水灌溉对土壤pH的影响
土壤pH即土壤酸碱度，对土壤肥力及植物生长具有重要影响。国内外学者对再生水灌溉引起土壤pH变化做了大量研究，有些学者认为，由于土壤本身具有缓冲能力，采用再生水灌溉对土壤pH的影响并不明显。王志超等[27]研究认为，由于土壤的缓冲能力，短期再生水灌溉对不同深度土层和同层土壤的pH影响均不明显。Chen等[28]研究表明，再生水灌溉条件下土壤pH变化不显著。但有些学者研究认为，由于研究区土壤不同，再生水灌溉可以引起土壤pH的降低。孟建林等[29]研究表明，再生水灌溉土壤pH呈降低趋势，主要原因是试验土壤为碱性红壤土（pH=8.2）。夏江宝等[30]采用室内土柱模拟试验，在不同灌溉方式下土壤pH均呈下降趋势，清水灌溉、清废轮灌、再生水灌溉分別下降4.9%、4.4%、1.3%，主要是由于灌溉水的pH均小于当地土壤环境的本底值（pH=8.95），灌溉有一定的稀释作用。另外，再生水灌溉时间长短也会引起土壤pH发生变化。Stewart等[31]研究表明，由于再生水pH较高，在采用再生水灌溉4年后土壤pH升高。
由于灌溉时间长短、灌水量、研究区域土壤性质不同等，上述学者在再生水灌溉对土壤pH影响方面的结果并不相同，甚至出现相反的结果。目前，国内外对再生水灌溉对土壤pH影响的原因并不清楚，还不能解释造成pH变化的关键原因，再生水灌溉对土壤pH的影响还需进一步研究。
3.3 再生水灌溉对土壤盐碱化的影响
再生水中含有较多的盐分，特别是Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、HCO-等含量较多，长期不合理的灌溉可能会引起土壤盐分积累，产生盐碱化危害。土壤盐碱化包括盐害和碱害，盐害多以含盐量（矿化度）或电导率（EC值）为指标，碱害以碱化度（ESP）或钠吸附比（SAR）为指标。郑伟等[32]研究表明，再生水灌溉2年后钠吸附比（SAR）出现增加的趋势，说明再生水连续多年灌溉后会发生次生盐碱化危害。Qian等[33]研究表明，与用地表水灌溉的草地相比，利用再生污水灌溉的草地EC值和SAR都显著增加，分别高达187%和481%。王昌俊等[34]用清水、清水再生水混合水、再生水3种水灌溉绿地，结果表明清水、混合水灌溉土壤含盐量较低，但再生水灌溉土壤已介于非盐化和轻度盐化之间，并且再生水灌溉土壤碱化度与清水灌溉相比已出现轻度碱化，说明再生水灌溉土壤会发生盐碱化。左海涛等[35]研究表明，利用再生水灌溉会使土壤Na+增加，如果长期使用可能会导致次生盐碱化危害。张娟等[36]连续3年对再生水灌溉7年的5种园林植物进行研究，发现随着灌溉年限的增加，土壤全盐量均表现出增加的趋势。吕斯丹等[37]运用ENVIRO-GRO模型模拟了不同土壤性质、植被条件下土壤盐分的分布规律及累积趋势，结果表明不同情景模拟下，除了砂壤土外，壤土和黏壤土都会出现轻度盐渍化，但均不会影响植物的生长。
上述学者对再生水灌溉的研究均表明，再生水灌溉土壤存在盐碱化的潜在风险。利用再生水进行灌溉时，再生水水质、土壤类型、灌溉年限以及作物类型等不同，发生盐碱化风险的大小也就不一样。因此，应长期进行田间再生水灌溉试验，研究再生水灌溉水盐运移和累积规律，确定再生水灌溉发生盐碱化风险的大小，保障再生水灌溉的安全性，提出合理的再生水灌溉制度。
4 再生水灌溉对土壤生物学指标的影响
土壤中含有大量的微生物，土壤细菌、放线菌、真菌是土壤中的三大类重要的微生物，与植物生长有着密切关系。由于微生物类群受各种环境因素的影响较大，各地区土壤类型、气候条件各不相同，以及再生水水质、灌溉时间、灌溉方式等有所不同，所以微生物的数量、种类也不一致。大多数学者认为再生水灌溉可以提高土壤中微生物的数量。张洪生等[23]认为，与自来水灌溉相比，再生水灌溉1年后，草坪中的细菌、放线菌和真菌数量均呈增加趋势，尤其细菌数量增加比较明显，说明再生水灌溉有利于土壤微生物的繁衍。焦志华等[24]对大豆的研究表明，再生水灌溉增加了土壤中细菌和放线菌的数量，但对真菌的影响不大。龚雪等[38]采用室内灌溉土柱模拟试验，结果表明再生水灌溉条件下，表层0～20 cm土壤中细菌和放线菌数量有所增加。但一些学者认为再生水灌溉对土壤微生物数量影响不大。韩烈保等[39]对城市草坪绿地的试验表明，短期再生水灌溉下土壤细菌、真菌、放线菌总数都没有显著变化。
目前，关于再生水灌溉对土壤微生物的研究主要集中在微生物数量、种类的变化上，而对微生物种群结构的影响以及致病性病原微生物的影响研究较少，利用再生水灌溉是否对人类健康存在风险尚不清楚。
5 再生水灌溉对土壤重金属含量的影响
工业废水处理后存在痕量元素锌（Zn）、镉（Cd）、铜（Cu）、汞（Hg）等，灌溉后会对作物产生影响，甚至会影响人类健康。国内外大量学者对再生水灌溉土壤重金属含量进行了试验研究，一些学者认为短期再生水灌溉不会引起土壤重金属含量的积累。巫常林等[40]对再生水灌溉4年的田间小区进行试验研究，结果表明再生水灌溉1、3、4年的土壤重金属含量均随着土层的增加而降低，并且不同再生水灌水量与清水灌溉相比，各层土壤重金属含量均无明显差异，因此短期再生水灌溉不会造成土壤环境重金属含量积累。Smith等[41]也认为，处理后的污水灌溉4年和17年各层土壤重金属含量均随着土层深度增加而降低，重金属含量与土壤背景值差异不明显。但也有学者认为再生水灌溉会造成土壤重金属积累。杨军等[42]对北京市再生水灌区土壤、作物重金属含量的研究表明，再生水灌区土壤均出现了不同程度的重金属积累。Zhao等[43]认为，再生水灌溉条件下一些重金属元素如 Cr、Cd、Pb 在土壤表层有一定的累积。杜娟等[44]通过土柱模拟试验发现，使用含有重金属的再生水灌溉时，As、Ca、Cu和Zn在0～10 cm土层积累现象明显，加量分别占其总输入量的93%、90%、92%、90%。 由于廢水处理后重金属含量并不高，短期灌溉重金属含量的变化不明显，另外由于利用再生水灌溉时间不长，长期的再生水灌区并不存在，因此，关于再生水灌溉重金属含量风险的研究并不透彻。目前，国内关于工业废水灌溉对土壤重金属含量影响的研究，还侧重于重金属含量在表层土壤的积累方面，今后应将模型有效利用于再生水灌溉对土壤的研究中，研究重金属在土壤中的空间迁移规律，控制再生水灌溉重金属污染风险性，为以后大规模开展再生水灌溉提供依据。
6 再生水灌溉对土壤有机污染物的影响
土壤中有机污染物来源非常广泛，包括农药施用、污水灌溉、污染物泄露等，污染物种类也非常多，常见的土壤有机污染物包括农药、多环芳烃（PAHs）、持久性有机污染物（POPs）、多氯联苯（PCBs）等。研究表明，工业废水、生活废水经过一系列处理后得到的再生水中仍含有许多有机污染物，其中PAHs浓度较高，主要是二环芳烃（萘、二氢烃等）、三环芳烃（菲、蒽）。国内外学者对再生水灌区土壤的研究表明，表层土壤是PAHs的主要累积区域。金爱芳[45]对不同灌溉条件下多环芳烃的迁移规律研究表明，污灌区、再生水灌区、清水灌区PAHs均在地表处浓度最高，随着深度的增加而下降，并且再生水灌区PAHs总量达206 .75 μg/kg，已超过临界值200 μg/kg，属于中度污染。陈素暖等[46]对不同灌区的试验表明，PAHs主要在表层土壤积累，再生水灌区多环芳烃污染已达临界值200 μg/kg，说明再生水灌溉对土壤质量安全存在一定威胁。Mahjoub等[47]认为，再生水灌区土壤PAHs会发生积累现象。何江涛等[48]试验表明，再生水灌区表层土壤PAHs总量已达206.7 μg/kg，与污染临界值相当。
目前，国内外有关再生水灌溉对土壤有机物污染的研究时间较短，对有机物污染迁移规律研究较少。应加强对引起污染物在土壤中迁移的影响因素、有机物种类等方面的研究，评估再生水灌溉的健康风险，为再生水安全灌溉提供可行性方案。
7 结论与展望
从以上国内外研究现状可以看出，许多学者在再生水灌溉方面已经做了大量的研究工作。再生水灌溉对土壤质量的影响因素较多，不同再生水水质、不同土壤类型、不同灌溉方式以及灌溉时间长短等条件下土壤的反应各不相同，综合考虑几个因素共同作用下再生水灌溉对土壤质量影响方面的研究较少。另外，再生水灌溉对土壤环境影响的风险评价体系的研究需进一步加强。
在今后的研究中，在再生水灌溉对土壤N、P等营养元素含量变化、盐碱化危害、病原微生物种、重金属污染以及有机污染物等方面，应侧重于利用模型模拟再生水灌溉条件下主要污染物的迁移规律，评估再生水灌溉条件下土壤发生盐碱化的风险程度，提出合理的调控手段，建立合理的灌溉制度，为再生水灌溉提供可行性和安全性。
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