再生水灌溉对土壤性质及作物产量的影响：基于不同轮作模式的两年田间试验研究

为解决全球农业水资源短缺问题，研究人员开展再生水(TWW)灌溉对土壤性质、养分吸收及作物产量的影响研究。通过两年田间试验发现，TWW灌溉显著提升土壤电导率(EC)和氮磷含量，但存在盐渍化和重金属累积风险。研究为干旱半干旱地区水资源可持续利用提供重要数据支撑。

　　

随着全球淡水资源的日益紧缺，农业作为最大的水资源消耗部门面临严峻挑战。在伊朗等干旱半干旱地区，再生水(Treated Wastewater, TWW)灌溉已成为缓解水资源压力的重要策略，但其对土壤生态系统和作物生产的长期影响尚不明确。特别是在不同轮作模式下，TWW灌溉可能带来的盐分积累、养分失衡和重金属污染风险亟需系统评估。

针对这一科学问题，中国农业大学的研究团队在伊朗阿尔伯兹省的Hashtgerd和Mahdasht地区开展了为期两年(2020-2021)的田间试验研究。该研究通过监测四种主要作物(小麦、大麦、玉米、苜蓿)在不同轮作模式下的生长响应，系统评估了TWW灌溉对土壤理化性质、养分动态及重金属累积的影响。研究成果发表在《Agricultural Water Management》期刊，为干旱地区农业水资源可持续管理提供了重要依据。

研究采用CROPWAT软件进行灌溉调度，通过标准方法测定土壤EC、pH、NO₃、NH₄、P及Pb、Cd等重金属含量。作物采样采用三重复随机取样，使用原子吸收光谱法测定植株重金属含量。统计分析采用IBM SPSS 27.0进行配对样本t检验。

3.1 再生水灌溉对土壤EC和pH的影响
研究发现TWW灌溉导致土壤EC显著增加，Hashtgerd地区EC上升1.08-1.38 dS/m，而Mahdasht地区增幅达3.20-3.36 dS/m。这种区域差异与两地TWW质量差异直接相关。pH变化虽不显著，但Mahdasht地区呈现更强波动性，表明土壤缓冲能力存在区域差异。

3.2 氮磷土壤浓度的变化
硝酸盐在Mahdasht地区增幅显著(最高达24.75 mg/kg)，铵态氮在两地均显著积累。磷素在表层土壤富集明显，Hashtgerd地区磷含量从1.57 mg/L增至3.56 mg/L，反映TWW的养分补充作用。

3.3 重金属累积特征
镉(Cd)在两地土壤中均呈现累积趋势，Mahdasht地区最终浓度达0.26 mg/kg。锌(Zn)在Mahdasht地区显著增加(从64 mg/kg增至91.6 mg/kg)，而铅(Pb)含量却出现下降。钼(Mo)在所有试验地均呈现显著积累，最高达0.64 mg/kg。

3.4 作物产量响应
玉米产量提升最显著(第一年增产18-23%)，而小麦在Mahdasht地区第二年减产18%。苜蓿表现波动较大，反映作物对TWW灌溉的响应存在物种特异性。

3.5 植物养分吸收
分析显示苜蓿氮含量(2.26-3.9%)普遍超标，玉米和苜蓿中镍(Ni)含量(最高16.45 mg/kg)超过安全阈值。重金属积累顺序为Mn > Zn > Ni > Pb > Cd，87%数据点符合此规律。

该研究证实TWW灌溉具有"双刃剑"效应：一方面显著改善土壤肥力并提高玉米等作物产量，另一方面带来盐渍化风险和重金属累积隐患。特别是Mahdasht地区由于TWW质量较差，环境风险更为突出。研究创新性地通过多作物、多季节的系统监测，揭示了作物轮作模式下TWW灌溉的长期影响机制，为制定区域特异性灌溉策略提供了科学依据。建议未来研究结合先进处理技术和土壤改良措施，在保障粮食安全的同时控制环境风险。