再生水农业灌溉对果园土壤-植物系统的影响及智能水肥调控研究

《Irrigation Science》：Impact of treated wastewater agricultural reuse on orchards and irrigation systems

本研究针对再生水灌溉中高盐度、污染物风险及水肥管理效率低等问题，通过智能水肥一体化系统开展桃树灌溉试验，发现再生水在补充养分的同时可节约氮磷钾肥用量（最高达100%），虽轻微提高土壤电导率（EC）和微量元素含量，但未引起植物水分胁迫或重金属累积。再生水结合精准施肥可维持果实品质接近淡水灌溉水平，为缺水地区农业水资源安全利用提供技术支撑。

　　

随着气候变化加剧全球水资源短缺，农业灌溉作为最大的淡水消耗领域面临严峻挑战。在意大利，农业灌溉占全国总取水量的50%，但再生水的实际利用率仅占处理总量的2.3%，远未发挥其潜力。再生水虽富含氮、磷、钾等植物必需养分，可减少化肥依赖，但其高盐度、钠吸附比（SAR）升高风险及重金属、微量污染物潜在累积问题，长期制约其在果园灌溉中的安全应用。特别是对盐敏感的桃树，再生水灌溉可能引发土壤盐渍化、果实重金属超标及滴灌系统堵塞等一系列连锁反应。

为破解这一难题，博洛尼亚大学研究团队在意大利切塞纳污水处理厂构建露天试验平台，以三年生"Aliblanca"桃树为对象，开展为期两年的灌溉对比研究。通过智能水肥系统精准调控养分输入，比较淡水施肥（FW+F）、再生水施肥（SW+F）和再生水不施肥（SW）三种处理对土壤化学特性、植物生理状态、果实品质及灌溉系统效率的影响。

研究采用智能水肥一体化技术，通过实时监测水质参数动态调整氮（N）、磷（P）、钾（K）补给量；利用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析水、土壤及植物组织的元素含量；定期测定茎水势（SWP）和叶水势（LWP）评估植物水分状态；并通过滴头流速测试（Emission Uniformity, EU 和 Flow Rate Reduction, R_d）量化灌溉系统性能。

土壤化学响应

再生水灌溉使土壤电导率（EC）小幅上升约0.7 dS m^-1，但未超过桃树产量下降阈值（2.5 dS m^-1）。土壤pH和钠（Na）、铝（Al）、硼（B）、钡（Ba）等元素在灌溉季末显著积累，但经秋冬降水淋溶后恢复至基线水平。值得注意的是，再生水未引起重金属在土壤中累积。

植物生理与营养动态

智能施肥系统成功弥补再生水养分不足，SW+F处理桃树新梢生长量和叶绿素指数（SPAD）与FW+F无显著差异。而SW处理因氮匮乏导致生长受限。茎水势（SWP）和叶水势（LWP）监测表明，再生水未引发植物水分胁迫，叶片重金属含量亦未超标。

果实品质与安全

SW+F处理果实成熟期提前约一周，但单果重、可溶性固形物（SSC）、硬度等品质指标与FW+F相当。再生水灌溉未导致果实重金属积累，仅钠（Na）、氯（Cl）、锰（Mn）等元素含量轻微波动，符合食品安全标准。

灌溉系统效率

再生水与肥料协同使用（SW+F）使滴头平均流量降低10.5%，排放均匀度（EU）降至79.6%，表明生物膜堵塞风险升高。而单一再生水（SW）或淡水（FW+F）灌溉对系统性能影响较小。

研究结论强调，再生水在智能水肥调控下可实现养分循环与作物安全生产的平衡。尽管长期使用需关注盐分累积与滴头维护，但短期试验证实再生水灌溉对桃树生理、果实品质及环境安全未产生负面影响。该成果为欧盟2020/741条例下再生水农业回用提供了关键技术依据，对干旱地区果园可持续水管理具有示范意义。