北京市农业再生水灌溉对食品安全风险的影响及管控措施

张雨凝 薛勇

摘 要：北京市水资源极度紧缺。为解决农业用水危机，再生水灌溉已成为解决北京市灌溉水源不足的一项有效举措。然而再生水灌溉可能存在安全风险，包括重金属超标、氮素超标、病原微生物、有机物污染等问题，影响土壤质量，对农作物安全造成威胁。针对以上问题，提出合理的应对措施，助力再生水科学利用，保障北京农产品安全。

关键词：再生水回用;农业灌溉;安全风险;改善措施

文章编号：1004-7026（2020）21-0067-03         中国图书分类号：X82        文献标志码：A

1    北京市水资源形势

北京是一座有2 170.7万常住人口的大都市（北京市统计局，2018），由于人口众多，水资源人均占有量低，供需矛盾十分突出。2017年统计数据显示，北京市人均水资源量为137.3 m3，仅为全国平均值的1/15，属于极度缺水的城市[1-2]。

1.1    降水特点

北京市大陆季风气候较为典型，属于水资源量短缺地区。1999—2008年北京市年降水量相比于多年均值递减18%，遭遇连续干旱年份，降水量仅473 mm。2009—2018年，北京市平均年降水量为581.9 mm。其中2012年降水量最大，达708 mm;2014年遭遇干旱，降水量最少，仅为439 mm。2017—2018年，北京市发生持续145 d的历史最长无雨日。

1.2    地理地形

永定河、潮白河、北运河、拒马河为北京境内流经的主要河流，多由西北部山地发源，向东南流经崇山峻岭，穿过平原地区，最后分别汇入渤海。

1.3    供水情况

北京市供水水源主要是由地表水资源、地下水资源、南水北调水资源与再生水资源构成的多水源综合供水系统。

1.3.1    地表水

由于降水量的递减以及上游入境水的减少，北京市地表水资源量呈下降趋势。全市多年地表水年可利用量为17.7亿m3，但若考虑蒸发、渗漏、可利用程度等制约条件的影响，在偏枯年份下，地表水资源年可利用量则仅为3.8亿m3。

1.3.2    地下水

北京市重要水源地下水位由于严重开采呈现明显降幅，相比于1980年，全市地下水埋深在2017年下降17.73 m。由于地下水位锐减使得城区部分平原地区地面出现大面积沉降，据相关数据统计，北京市在2017年地下漏斗面积高达660 km2，其中黑庄户和金盏两个位于朝阳区的区域地面沉降较为严重。

1.3.3    外调水

为缓解严重缺水的形势，北京市“南水北调”计划已于2014年开启。丹江口水库每年从汉江通过南水北调的中线总干渠跨域调水，调度约10亿m3水进入北京市的团城湖，再通过输水支线调入北京市各配水站，送到千家万户。

1.3.4    再生水

北京市再生水利用体系日趋完善。2018年，北京市全年用水量约为39.30亿m3，再生水利用量约为10.76亿m3。再生水是北京市水资源的重要组成部分，已经广泛运用到农业灌溉、工业冷却循环、市政杂用、城市绿地及河湖景观等方面。2014年再生水利用量統计中，农业利用1.24亿m3，工业利用1.54亿m3，市政杂用利用（园林绿化、道路浇洒、洗车和马桶中水）0.42亿m3，河湖补给修复等利用5.44亿m3 [3]。

2    北京市农业灌溉再生水的应用情况

2.1    废污水排放情况

总体而言，2010—2018年，北京市污水排放总量呈逐年上升趋势。2010年，全市污水排放总量约为14.17亿m3，污水处理率80%;到2018年全市各河道污水排放总量达到20.4亿m3，污水处理率达93.4%，也就是说有19亿m3左右的污水被消耗或利用。

2.2    污水处理情况

近年来，北京市在污水处理方面取得较大进步。截至2014年，全市处理再生水能力达425万m3/d，运行大中型污水处理厂50座。2016年，北京开启槐房水厂的建设，日处理能力达60万t，是亚洲最大全地下污水处理厂[4]。槐房、定福庄、高安屯等新建再生水厂的水质处理工序为“预处理+多段AAO+砂滤+脱色”，参考北京市地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11/890—2012）的B标准;北小河、清河、卢沟桥、酒仙桥、吴家村等由污水处理厂升级改造为再生水厂的水质处理主要工序为“生物滤池+过滤+脱色”，水质参考《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18918—2002）和《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）[5]。

2.3    再生水利用情况

2.3.1    战略意义

北京市生活刚性需水在南水北调中线工程通水后得到基本满足，但仍未改变水资源“紧平衡”状态，依旧远低于人均水资源量500 m3的国际公认标准。北京市总灌溉面积为23.19万hm2，其中地下水灌溉面积占70%以上。由于地下水位不断下降以及地表水源减少，导致河道断流、水质恶化、地面沉降等一系列生态环境问题不断恶化。农田灌溉利用再生水是解决北京市水资源紧缺措施之一，这项措施既可以实现水资源高效利用，也可实现降低污染和改善环境的环保目标。有条件的地区应鼓励利用开发再生水进行农业灌溉，对于缓解北京市水资源压力具有重要意义。

2.3.2    农业灌溉利用现状

再生水为北京地区农业灌溉提供了大量水源。2010年北京全市再生水可利用量6.8亿m3，其中农业再生水利用量为3亿m3。2014年北京市再生水利用量为8.64亿m3，其中超过1/2的再生水用于农业灌溉。农业灌溉的再生水必须严格满足《城市污水再生利用    农田灌溉用水水质》（GB 20922—2007）标准。不同作物需求的水质处理标准是不同的，旱地作物和纤维作物的灌溉要求经过一级强化处理，露地蔬菜和水田谷物需要达到二级处理[6-7]。

北京市有4个县区（大兴、通州、房山、密云）采用再生水进行农田灌溉，其中大兴和通州采用再生水灌溉的耕地面积为3.73万hm2，密云和房山再生水灌溉的耕地面积为0.14万hm2。新河（通州区）和南红门（大兴区）两个灌区的农田灌溉水源来自于高碑店、小红门及黄村3个污水处理厂。除此之外，灌溉面积较大的顺义区和平谷区新建污水处理设施，已作为开发对象被划入挖掘再生水灌溉的潜力规划名单。

3    再生水灌溉的安全性风险

北京市再生水农业灌溉意义重大，可有效缓解水资源短缺的现状，然而再生水灌溉同样存在安全隐患。

3.1    对土壤以及地下水的影响

3.1.1    重金属超标

再生水灌溉引起的土壤重金屬污染风险不容忽视。再生水由污水而来，若处理不当，水体中很可能存在镉（Cd）、铜（Cu）、汞（Hg）、镊（Ni）、铅（Pb）等超标情况。再生水中超标的重金属流入土壤，被植被根系吸收并富集，对植被生长产生影响的同时，也会通过食物链影响人体健康，使农产品存在安全隐患[8]。

3.1.2    微生物病原污染

再生水经过常规处理后，含有细菌、病毒、原生动物以及寄生虫等多种病原微生物，这些病原微生物可通过再生水灌溉进入土壤。富集于土壤中的病原微生物持续生长繁殖，不仅污染地下水体，也会通过气溶胶或粉尘污染大气，对农产品质量以及人畜健康造成严重威胁。从卫生学角度看，沙门氏菌病、疟疾、蛔虫、甲型肝炎等生物性传染病主要由直接摄取被污染的水引起。

3.1.3    土壤次生盐碱化

再生水通常具有较高的含盐量，其中的盐分很难通过一级和二级处理去除。尤其是北京市降雨较少、空气干燥、蒸发量较大且土壤排盐效果差，利用再生水长期灌溉有可能会导致土壤盐分积累，进而导致土壤会出现一定程度的盐碱化。土壤盐碱化会影响作物的正常生长，其影响主要体现在3个方面。①溶质势影响作物水分的吸收，作物难以从土壤中吸收水分。②特殊离子的影响，如钠害。③作物吸水以及营养物质的吸收与传输减少，长期影响作物生长，造成减产。

3.1.4    氮素超标

由常规二级处理得到的再生水硝态氮含量通常为10 mg/L以上，含量较高。原剂量的化肥施用和再生水灌溉不当会造成土壤中氮含量过高，造成氮、磷、钾等营养元素在植物内部的平衡被破坏。氮含量过高会使植物果实质量和产量下降，非果实部分快速生长。易迁移的硝态氮甚至可能进入地下水，进而引起地下水污染。

3.1.5    有机污染物

有机污染物大多存在“三致”效应和遗传毒性，严重危害人体健康及环境。在污水处理过程中，阻燃剂、塑化剂、个人护理产品等污水中的有机污染物大多因具有憎水性及低水溶解度而难以被完全去除。随灌溉进入土壤后，这些物质吸附于土壤颗粒物并长期累积，对农作物质量造成一定影响。即使再生水中的持久性有机污染物含量较低，但由于其自身的污染特征以及种类多、数量大的特点，产生危害的风险也不容忽视。

3.2    对农产品安全的影响

在再生水氯消毒的灌溉安全性研究中发现，灌溉用水中的氯酸盐含量（0.25～0.49 mg/L）虽低于饮用水允许最大残留水平（0.70 mg/L），但用氯处理再生水依然会导致生菜中氯酸盐的累积（0.34～0.56 mg/kg）。

污水灌溉对幼龄葡萄种植影响的结果表明，灌溉结束后土壤中的钠含量有所升高，土壤中的多环芳烃浓度从363 μg/kg增加到374 μg/kg，二次处理废水对葡萄品质安全有负面作用。

对于再生水灌溉是否会引起农作物微生物污染，研究发现当再生水中大肠杆菌含量为126 CFU/mL时，食用未烹饪的再生水灌溉生菜，引起食用者患腹泻的风险很低，相比喷灌（患腹泻风险0.11%）、沟灌（患腹泻风险0.001 1%）和地下灌溉（患腹泻风险0.000 009%）导致食用人群患病的风险更低。

4    再生水灌溉污染现状

4.1    重金属污染情况

北京市东南郊农田再生水灌溉量达0.64亿m3/a，部分污灌地区同时存在污泥土地利用的历史。有研究调查了该地经土壤剖面和地下水中重金属污染情况，其中凉水河灌区土壤中Cr（42 mg/kg）、Cu（35 mg/kg）、Hg（0.13 mg/kg）、Zn（81 mg/kg）为含量最高的4种重金属，并具有显著的重金属累积情况，远大于全市土壤本底值。北野厂灌区土壤中Pb、Zn、Cu、Ni和As也呈现出一定程度的累积趋势。该调查地重金属主要在土壤表层累积，尚未导致地下水重金属污染，并且向下层迁移的趋势很小，导致地下水重金属污染的可能性不大。

4.2    有机污染物污染情况

调查北京城区、郊区污水处理厂的水质情况发现，《农田灌溉水质标准》（GB 5084）规定的5项有机污染控制性指标中，石油类、苯、挥发酚、三氯乙醛和丙烯醛的含量均低于灌溉水标准。有机氯农药虽在5个污水处理厂的污水进出水中检出，但其检出浓度均未超出国家《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中生活饮用水地表水源地所规定的最高上限。

4.3    微生物污染情况

大多数研究结果发现，地下水受再生水灌溉污染影响风险不大。存活时间不长、迁移能力较弱的大肠杆菌在土壤表层富集较多，因此对地下水污染的风险程度较低;而一些存活及迁移能力较高的病原微生物，如贾地鞭毛虫、沙门菌等，地下水监测的数量很少。

5    再生水灌溉治理措施和建议

5.1    严格执行相关标准

《城市污水再生利用    农田灌溉用水水质》标准是再生水用于农业灌溉必须满足的条件。相关部门需强化对污水灌溉的科学指导，对监控水质基本控制项目和选择控制项目及其指标进行宏观控制，严格监管其最大限值是否满足相关规定。

5.2    采用科学的灌溉方式

5.2.1    中短期灌溉避免土壤重金属富集

长期使用再生水灌溉可能会导致土壤中重金属累积，甚至富集达到危害水平。而中短期内的再生水灌溉引起土壤重金属污染的風险较小，且对土壤产生的影响也主要集中在20～40 cm土层。再生水灌溉承载力，需要依据再生水中污染物的含量来确定安全的再生水灌溉量阈值及年限。

5.2.2    根据再生水的含氮量调整灌溉量

高含氮量是再生水灌溉的双刃剑。作物生长离不开氮，施用化肥正是为其提供氮补充，但过量的氮会导致作物减产。因而再生水灌溉量的控制需根据其含氮量进行调整，以避免作物营养失衡及潜在的污染地下水风险。美国加州的利用案例发现，再生水灌溉在无化肥施用的条件下可满足一季作物生长的需求。

5.2.3    灌溉分区，避免有害物质迁移

再生水灌溉区要远离城市集中供水厂、地下水、地表水水源地、渗透性强的冲洪积扇顶部与河床河滩地带，避免再生水中有害物质迁移，污染地下水。对于这样的地区，再生水灌溉应当利用管灌、滴灌、小管出流等局部灌溉方式或地面灌溉技术，减少再生水灌溉对水体的影响，避免污染物进入地下水或大气环境。

5.2.4    再生水灌溉要根据作物分类

不同农作物对有害物质的富集程度不同，再生水灌溉对不同农作物的产量、品质影响也不相同;即使是同种农作物，不同的器官对有害物质的敏感性也不一样。“北京再生水灌溉利用示范研究”项目中调查了再生水灌溉对小麦、玉米、蔬菜、苜蓿等11种作物的产量、营养成分（维生素C、粗蛋白、粗灰分、可溶性糖）以及重金属等品质指标的影响规律，并结合不同指标的影响度，对采用再生水进行灌溉的适宜作物进行分类。

（1）优先推荐：原料类植物如芦苇、甜菜等;饲料类植物如玉米、牧草等。

（2）一般推荐：熟食蔬菜及小麦。

（3）不宜灌溉：生食蔬菜及洋葱、马铃薯、萝卜、花生等根茎类植物。

再生水灌溉不仅要按照合理有序的作业方式进行操作，而且需要科学灌溉方式以解决什么作物可以灌、什么时间灌、灌多少水等问题，从而保障食品以及环境的安全。再生水用于灌溉对于缓解北京市水资源压力具有重要意义，然而再生水灌溉存在污染土壤及农作物的潜在风险，影响农作物安全与人体健康。因此必须加强对农田回用再生水的长期监测，制定更加严格的农田回用再生水水质标准，根据北京的环境气候特点、灌溉作物种类和土壤类型采用合适的灌溉方式。

参考文献：

[1]孙振华，程明博，张轶洋.北京市水资源形势与对策[J].北京水务，2013（4）：8-11.

[2]宋万祯.治水与营城：说说首都的水资源保障[J].北京规划建设，2019（S1）：53-55.

[3]杨毅，卲惠芳.北京市实施“把再生水用起来”的对策建议[J].水利发展研究，2017，17（2）：15-18.

[4]张佳新，李继清，叶凯华.北京市再生（中）水开发利用现状及风险分析[J].水资源开发与管理，2017（11）：12-16.

[5]蔡玉.北京市节水型社会建设评价指标体系研究[D].北京：北京建筑大学，2019.

[6]潘兴瑶，吴文勇，杨胜利，等.北京市再生水灌区规划研究[J].灌溉排水学报，2012，31（4）：115-119.

[7]段春青，何浩.北京市灌区专项普查成果分析与探讨[J].北京水务，2013（5）：6-9.

[8]邵运哲，王正.再生水灌溉对土壤性质的影响[J].水土保持应用技术，2019（6）：34-36.