再生水指污水經(jīng)水處理工藝處理后具有一定功能的可以回用的水。地球上水資源短缺推動(dòng)了污水再生利用，預(yù)計(jì)到2030年，我國缺水量將達(dá)130億m3，再生水可利用量將達(dá)到767億m3［2］。美國、日本、以色列等已將再生水回用作為緩解水資源危機(jī)的重要舉措，其中以色列再生水回用總量將達(dá)到水資源總需求量的四分之一左右［3－4］。農(nóng)業(yè)灌溉是再生水利用的主要形式，澳大利亞的Werribee農(nóng)場從1897年開始利用再生水灌溉［5］，美國再生水回用量中42%的水量用于農(nóng)業(yè)灌溉［6－7］。近半個(gè)世紀(jì)以來，隨著再生水灌溉區(qū)域范圍增加，其安全性及對(duì)環(huán)境的影響引起廣泛關(guān)注［8－10］，國外相關(guān)研究主要集中在灌溉用的再生水對(duì)植物生長、土壤質(zhì)量、地下水質(zhì)量的影響以及安全灌水技術(shù)方面，中國對(duì)于再生水灌溉技術(shù)的研究起步較晚［11］。近幾年，污水資源化循環(huán)利用成為緩解我國水資源短缺的主要途徑之一［12］，特別是我國北方區(qū)域，農(nóng)業(yè)灌溉缺水日趨嚴(yán)重，再生水灌溉得到越來越多的重視［13］。再生水灌溉一方面能避免利用污水直接灌溉所引起的嚴(yán)重的面源污染問題，并為植物生長提供所需養(yǎng)分，增加土壤有機(jī)質(zhì)，從而提高土壤肥力和生產(chǎn)力水平［14］。另一方面，能避免過量的養(yǎng)分、有毒化學(xué)物質(zhì)和病原體等物質(zhì)同時(shí)輸入環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，也會(huì)一定程度的減緩環(huán)境污染［15］，降低對(duì)環(huán)境和人類健康的危害。因此，研究再生水灌溉環(huán)境生態(tài)效應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染控制及污水資源化利用具有重要科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值［16］。本文分別綜述了近年來國內(nèi)外對(duì)再生水灌溉環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的研究，并對(duì)我國再生水灌溉技術(shù)研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1再生水灌溉對(duì)地下水質(zhì)量影響研究

長期利用再生水進(jìn)行灌溉的地區(qū)普遍都存在地下水質(zhì)量變差的問題。通過研究建立科學(xué)合理灌溉制度和灌區(qū)建設(shè)模式，防治再生水灌溉導(dǎo)致的地下水的污染［17］。灌區(qū)地下水的防污性能與包氣帶巖性、地下水力學(xué)特征、再生水灌溉制度、灌區(qū)工程布置等有關(guān)，當(dāng)前研究主要聚焦于再生水灌溉對(duì)地下水鹽分、氮素、重金屬含量等的影響［11］。在再生水灌溉中由硝化作用產(chǎn)生的NO－2和NO－3會(huì)進(jìn)入地下水，并不斷隨水從表層向下逐層滲透，造成地下水的NO－2-N和NO－3-N污染［18－19］。關(guān)于地下水的另一個(gè)最嚴(yán)重的問題就是水資源的迅速鹽化，再生水灌溉是水鹽化的一個(gè)主要原因［20］。KassA等［21］研究表明，飽和含水層地下水的鹽分和成分隨距離變化非常大，主要由灌溉水源和非飽和層的推移控制。再生水灌溉中的高土壤鈉吸附比(SAR)導(dǎo)致土壤中鈉的吸收和鈣釋放到充填水中，地下水中的NO－3主要來源于再生水中NH+4的硝化［17］。MüllerK［22］等進(jìn)行了含有農(nóng)藥再生水灌溉對(duì)地下水污染影響的研究，但是僅限于室內(nèi)試驗(yàn)，還沒有長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)來支持模擬結(jié)論。MenahemR等［23］研究表明再生水中鈉含量較高，灌溉入滲補(bǔ)給地下水的過程中，Ca2+與Na+發(fā)生離子交換反應(yīng)，導(dǎo)致地下水中鹽分增加。ChenJY等［24］采用δ15N示蹤方法研究得出再生水灌溉導(dǎo)致地下水中硝氮含量增加，由于黏土土壤通透性較差，再生水灌溉時(shí)反硝化速率顯著增加，土壤氮素利用率下降，HoodaAK［25］等的研究解釋說，這可以減少氮素滲漏對(duì)地下水的威脅。陸桂華［26］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，再生水灌溉對(duì)土壤下層及地下水中NH4+影響較小，但對(duì)NO－3影響較大，尤其是長期用再生水灌溉的土壤。李勇等［26］結(jié)合我國淺水湖泊的特點(diǎn)，利用土槽試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬方法，模擬了兩種典型潛水含水層中地下水及其營養(yǎng)物質(zhì)入湖的規(guī)律，揭示了滲流速度和營養(yǎng)物質(zhì)濃度在湖泊岸坡和湖底兩個(gè)交界面上的分布形式，并將模型應(yīng)用到我國的滇池污染治理。宋曉焱等［27］針對(duì)焦作市南部新河沿岸灌溉區(qū)的污染情況，分別用再生水和大氣降水進(jìn)行了土柱淋濾模擬實(shí)驗(yàn)，分析了氯離子、總硬度及TDS在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滲出液中的污染物濃度最初較小，隨后出現(xiàn)最大值，最后開始下降，表明當(dāng)?shù)販\層地下水中氯離子、總硬度及TDS污染與再生水灌溉有關(guān)。吳文勇等［28］為了對(duì)再生水灌溉灌區(qū)調(diào)蓄工程選址提供依據(jù)，通過建立5個(gè)不同深度監(jiān)測井研究了再生水灌溉對(duì)地下水鹽分的影響，再生水經(jīng)包氣帶入滲后滲濾液氯離子、全鹽、總硬度含量有所增加，12m包氣帶厚度對(duì)總氮、總磷去除率達(dá)到97．3%和99．0%以上，但是滲濾液中全鹽、總氮、氮磷、總硬度等含量指標(biāo)接近地下水背景值，未發(fā)現(xiàn)再生水灌溉導(dǎo)致地下水水質(zhì)發(fā)生明顯變化，說明研究區(qū)域再生水滲濾進(jìn)入地下水對(duì)鹽分的影響與其他補(bǔ)給水源的影響效果無顯著差異，再生水灌溉灌區(qū)調(diào)蓄工程應(yīng)建設(shè)在具有包氣帶巖性粗細(xì)相間、防污性能較好的區(qū)域。

2再生水灌溉對(duì)地表水質(zhì)量影響研究

在再生水灌溉情況下，徑流一方面把土壤殘留污染物帶出農(nóng)田、流匯水域，另一方面再生水灌溉退水，也將部分排入水域，加之再生水灌溉區(qū)域中，N、P等營養(yǎng)物質(zhì)更為豐富，因此，灌區(qū)徑流對(duì)地表水體有很大的影響。DianeS等［29］利用200m3/hm2的厭氧消化污泥對(duì)東北部蘇格蘭Monaughty森林1．33hm2的試驗(yàn)地進(jìn)行污水處理和再生水灌溉，研究成熟的歐洲赤松林中土壤排水的化學(xué)性質(zhì)，污水處理中施入了大約400kg/hm2的N和200kg/hm2的P，施用3個(gè)月和17個(gè)月后，對(duì)有機(jī)層和礦質(zhì)層的水文學(xué)平衡、凈降水量、土壤排水中N和P通量與對(duì)照地區(qū)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)由于污泥中含大量營養(yǎng)物質(zhì)的液體占了95%，所以污水處理地區(qū)有機(jī)土層內(nèi)可溶性的銨和磷酸鹽、礦質(zhì)層的磷酸鹽增加較快，由于污泥在晚秋施入，最初僅含0．05kg/hm2的NO－3，所以礦化增加不明顯，只有少量的NO－3被淋洗，1年半后，水處理地區(qū)N和P總通量仍然要比對(duì)照大，在有機(jī)層和礦化層觀察到大量的NO－3損失，土壤排水中NH+4、NO－3的濃度與對(duì)照相比明顯增加了，從最低的土層測得土壤排水中N的總通量超過了整個(gè)研究階段隨污泥施入總量的2．5%。HuXD等［30］利用田間測量方法，調(diào)查長期再生水灌溉條件下N和P的富集情況，選擇位于湯斯維爾、昆士蘭州的3個(gè)再生水灌溉地點(diǎn)測定N和P濃度，并且已經(jīng)分別進(jìn)行了5年、20年和30年的再生水灌溉，不同地點(diǎn)的再生水質(zhì)量不同。從灌區(qū)地點(diǎn)抽取樣品分析N、P濃度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在土壤分析深度內(nèi)，大約有19．5%的磷和36．4%的氮已經(jīng)脫離了土壤植物系統(tǒng)，并總結(jié)出了對(duì)地表水有污染的威脅的結(jié)論［31］。