污水灌溉条件下重金属分布规律的研究
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摘要
近年来，水资源的短缺和人类对水的污染日益加剧，以污水为水源的灌溉方法成为节约水资源的重要手段，已被人们广泛应用。但随着污水灌溉的发展，污水中的各种微量元素，特别是重金属离子对作物、土壤环境的影响也成为人们日益关注的对象。本研究在国内外研究的基础上，通过小麦、玉米的田间小区试验研究了污水中重金属对农田土壤及农作物生长发育的影响，发现：
1）总体上，作物产量与灌水量成正比，且污水灌溉处理大于清水灌溉处理，说明适度的污水灌溉对作物生长发育有一定的促进作用。
2）重金属Cd、Hg、As、Pb在小麦、玉米中的残留随部位不同而有差异，玉米体中的残留大于小麦。重金属残留量与灌水量呈现一定正相关性，但不同灌水量对其影响并不大。
3）灌溉后，除Hg外土壤中重金属都有所增加，且多集中于表层土壤中。不同灌水方式对玉米、小麦生长发育产生了不同影响，玉米受到的影响较大。
此外，本研究还在室内进行了重金属Cd离子淋洗的模拟实验，发现：
线性吸附模式能够描述Cd在土壤中的吸附特征。运用对流－弥散方程对Cd离子的运移进行数值模拟，与实测结果吻合较好。
In recent years, both the shortage and the pollution of water resources are deteriorating gradually. Therefore, the irrigation with sewage has become an important way to save water, which is widely used now. However, with the development of sewage irrigation, people are becoming more and more concerned about the effect of the minimum element in the sewage, especially the heavy metal ion on the crops and soil environment. Based on the researches both at home and abroad, the paper studied on the influence of heavy metal such as Cd、Hg、As、Pb on the field and crop’s growth by means of field experiments on wheat and maize, the result shows that:
First, the crop’s production is in proportion to watering; also, the one using sewage is higher than that using fresh water, as a conclusion, appropriate sewage irrigation can improve the crop’s growth.
Secondly, the investigation on the heavy metal content inside crops shows that the number inner spring wheat are like the following, Pb> As> Cd>Hg, while the number is largest in root. As far as the maize is concerned, the corresponding order is that, Pb> As> Cd, Hg is too small to be taken into account. Besides that, there is much more heavy metal in the parts of flower、leaf and root than in the stem an seed.
Third, the tests on the fields indicated that the heavy metal content decreased as the increasing in depth at soil, but varied not much. Heavy metal increased and Hg slightly decreased after irrigation. In addition, the content of Cd and Pb grows with the watering, while As is on the contrary.
Moreover, the simulant experiments are performed indoors, which used heavy metal such as Cd, the discovery is listed below:
The linear adsorb－model that can describe adsorbent characteristic of Cd in the soil; we used a mathematical simulate to describe the movement of Cd through the convection－dispersion model(), the calculation conform to the mensuration, so it is a good method to describe the rule of Cd’s movement in the soil.
1）总体上，作物产量与灌水量成正比，且污水灌溉处理大于清水灌溉处理，说明适度的污水灌溉对作物生长发育有一定的促进作用。
2）重金属Cd、Hg、As、Pb在小麦、玉米中的残留随部位不同而有差异，玉米体中的残留大于小麦。重金属残留量与灌水量呈现一定正相关性，但不同灌水量对其影响并不大。
3）灌溉后，除Hg外土壤中重金属都有所增加，且多集中于表层土壤中。不同灌水方式对玉米、小麦生长发育产生了不同影响，玉米受到的影响较大。
此外，本研究还在室内进行了重金属Cd离子淋洗的模拟实验，发现：
线性吸附模式能够描述Cd在土壤中的吸附特征。运用对流－弥散方程对Cd离子的运移进行数值模拟，与实测结果吻合较好。
In recent years, both the shortage and the pollution of water resources are deteriorating gradually. Therefore, the irrigation with sewage has become an important way to save water, which is widely used now. However, with the development of sewage irrigation, people are becoming more and more concerned about the effect of the minimum element in the sewage, especially the heavy metal ion on the crops and soil environment. Based on the researches both at home and abroad, the paper studied on the influence of heavy metal such as Cd、Hg、As、Pb on the field and crop’s growth by means of field experiments on wheat and maize, the result shows that:
First, the crop’s production is in proportion to watering; also, the one using sewage is higher than that using fresh water, as a conclusion, appropriate sewage irrigation can improve the crop’s growth.
Secondly, the investigation on the heavy metal content inside crops shows that the number inner spring wheat are like the following, Pb> As> Cd>Hg, while the number is largest in root. As far as the maize is concerned, the corresponding order is that, Pb> As> Cd, Hg is too small to be taken into account. Besides that, there is much more heavy metal in the parts of flower、leaf and root than in the stem an seed.
Third, the tests on the fields indicated that the heavy metal content decreased as the increasing in depth at soil, but varied not much. Heavy metal increased and Hg slightly decreased after irrigation. In addition, the content of Cd and Pb grows with the watering, while As is on the contrary.
Moreover, the simulant experiments are performed indoors, which used heavy metal such as Cd, the discovery is listed below:
The linear adsorb－model that can describe adsorbent characteristic of Cd in the soil; we used a mathematical simulate to describe the movement of Cd through the convection－dispersion model(), the calculation conform to the mensuration, so it is a good method to describe the rule of Cd’s movement in the soil.
引文
1 李韵珠，李保国. 土壤溶质运移[M ]. 北京: 科学出版社，1998. 213-293
2 史海滨，陈亚新. 饱和—非饱和溶质传输的数学模型与数值方法的评价，水利学报，1993 (8): 49-55
3 史海滨. 考虑土壤吸附及不动水体影响饱和—非饱和溶质运移的数值模拟，硕士学位论文，内蒙古农牧学院，1990. 1-15
4 张蔚臻. 地下水与土壤水动力学，北京：中国水利水电出版社，1996. 189-243
5 雷志栋. 土壤水动力学[M]. 北京：清华大学出版社，1998. 56-108
6 呼和浩特市污水灌溉试验调查研究报告. 呼和浩特：内蒙古农牧业环境保护监测管理站、呼和浩特市水利管理站，1992. 1-9
7 呼和浩特市污水回用规划. 呼和浩特：呼和浩特市水务局、水利部牧区水利科学研究所，2001. 1-22
8 呼和浩特市污废水整治与开发利用规划. 呼和浩特：呼和浩特市计划委员会、呼和浩特市国土规划办公室，1999. 2-17
9 李森照. 中国污水灌溉与环境质量控制. 北京：气象出版社，1995. 8-34
10 杨景辉，土壤污染与防治. 北京: 科学出版社，1995. 2-18
11 陈竹君，周建斌. 污水灌溉在以色列农业中的应用. 农业环境保护，2001，20(6): 462-464
12 曾令芳，吴小亮. 国外污水灌溉新技术. 节水灌溉，2002(3):34-42
13 赵海泉，洪法水. 汞毒害对小麦幼苗生长的影响. 农业环境保护，1998，17(1): 18-19
14 陈亚新，灌溉试验设计原理与成果分析方法（自编教材）. 2000: 1-12
15 齐志明，冯绍元等. 清、污水灌溉对夏玉米生长影响的田间试验研究. 灌溉排水学报，2003（2）：36－38
16 邵洪波. 污水灌溉条件下冬小麦生长及重金属分布规律的试验研究. 北京：中国农业大学，2002.1-39
17 韩晋仙. 开封市化肥河污灌区土壤－小麦系统重金属污染及其迁移. 河南：河南农业大学，2003.1-26
18 孙志强，张灵芝. 污水灌溉对农业环境影响的研究. 生态农业研究，1998，6(4): 68-71
19 郭克贞，程龙胜.. 试论呼和浩特市开展污水农灌资源化关键技术研究的重要意义. 内蒙古水利， 2001(3): 42-45
20 魏新平. 非饱和土壤水动力弥散系数确定方法述评. 土壤通报，1999，30(4): 168-170
21 杨继富. 污水灌溉农业问题与对策. 水资源保护，2000，60(2): 1-8
22 孟春香，郭建华. 污水灌溉对作物产量及土壤质量的影响. 河北农业科学，1999，3(2): 15-17
23 王贵玲，蔺文静. 污水灌溉对土壤的污染及其防治. 农业环境科学学报，2003(2): 163-166
24 宋运良，许广森. 污灌污染系统整体数学模型. 水利水电技术 ，1996(.7): 37－41
25 魏束强，李栓群. 污水灌溉技术. 河北水利水电技术，2001(4): 17-18
26 何乱水，杜文奎. 兰州市土壤环境的污染. 甘肃地质学报，1997，6: 109-114
27 张德生，沈冰. 土壤中反应溶质运移的对流-弥散模型及其解析解. 西安理工大学学报，2001，17(2): 122-125
28 乔云峰，沈冰. 土壤溶质运移的微观机理模型研究. 西北水资源与水工程，2001(1): 5-7
29 杜恩昊，张佳宝. 一种溶质运移数学模型的应用研究. 干旱区研究 ，2001(1): 29-33
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37 刘凌，王瑚. 土壤与水环境间离子交换过程模拟研究. 土壤学报，1996(3): 268-279
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40 何光渝. visual basic常用数值算法集[M]. 北京：科学出版社，2002. 13-15
41 刘挨刚. 土力学实验指导书. 呼和浩特: 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，2002.1-11
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43 程先军，高占义. 污水资源灌溉利用的有关问题，节水灌溉论坛，2003. 1-5
44 马耀光，马柏林. 废水的农业资源化利用. 北京：化学工业出版社，2002. 1-26
45 南忠仁， 程国栋. 干旱区污灌农田作物系统重金属Cd、Pb生态行为研究. 农业环境保护，2001，20(4): 210-213
46 石辉，郑纪勇. 土壤溶质运移CDE模型参数估计的一种新方法－截距法. 土壤学报，2003(1)：136-138
47 朱红霞，马立望. 土壤学报，1998(4): 517-525
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52 J.J.B.Bronswjlk，W,Hamminga. Field—solute transport in a heavy clay soil. Water Resources Research，
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53 Geogria, Destouni. Wendy Graham, Solute transport through an integrated heterogeneous soil –groundwater system. Water Resource Research，1995, 31(8): 1935-1944
54 Tang Y, Aral M M. Contaminant transport in layered porous media -Ι, General solution. Water Resources Research，1992, 28(5): 1389-1397
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56 Valocchi. Solute transport. Water Resources Research，1981, 17(5): 1517-1527
57 Phytochelatin. cadmium accumulation in wheat J.P. Stolt、F.E.C. Sneller 、T. Bryngelsson、T. Lundborg、H. Schat. Environmetal and Experimetal Botany，2003, 49: 21-28
58 Chaudri, A.M, Zhao, F.J. The cadmium content of British wheat grain. Environ，1995(24): 850－855
59 Wojcik, M, Tukendorf, A. Cd-tolerance of maize, rye and wheat seedlings. Acta Physiol Plant , 1999(21)：99-107
60 Reddy.C.N， W.H.Patrick.Jr. Effect of redox potential and PH on the uptake of cadmium and lead by rice plants. Environ Qual，1977(6): 259-262
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