再生水是指污水经适当处理后，达到一定的水质标准，满足某种使用需求的水^[1]。再生水可以作为景观用水、娱乐用水、灌溉用水等。再生水中的氮和磷对植物作物来说是很好的营养物质，可以作为肥料，使用再生水灌溉可以减少化肥的使用量，这样可以使农民的经济效益得到相对的提高^[2]。但再生水中含有各种重金属离子及有害物质，再生水灌溉对作物、土壤、地下水及环境的影响尚不清楚，使用再生水灌溉存在较大的风险和疑虑。所以，再生水用于农业灌溉是否安全是迫切需要解决的问题^{[3, 4]}。

再生水对土壤质量的影响随再生水来源的变化而变化。李玉明等^[5]的实验结果表明，再生水灌溉区的土壤总氮以及有机质等营养成分有所升高，并且总氮变化非常显著。King等^[6]的研究认为，再生水灌溉可以增加土壤的肥力和盐分。Mapandaa等^[7]研究发现长期（10年）再生水灌溉条件下土壤中重金属的累积量会增加。

再生水灌溉后作物的食用安全是人们普遍关注的问题，对作物品质的影响主要集中在作物中重金属含量超标以及营养成分发生变化^[8]。徐应明等^[9]研究了再生水灌溉对小白菜生长发育与品质的影响，结果表明，再生水灌溉前期对小白菜生长发育有抑制作用，粗蛋白和维生素C含量同自来水对照之间无显著性差异，但全再生水灌溉、轮灌下可显著增加可溶性糖含量和提高小白菜产量，且对小白菜的品质无显著影响；再生水用于农业灌溉，根菜类蔬菜产量总体呈现增加趋势，硝酸盐氮与亚硝酸盐氮含量均低于标准限值^[10]；李波等^[11]在北京通县永乐店以番茄为材料开展了田间试验，发现再生水灌溉降低了番茄果实中的蛋白质、维生素C以及有机酸含量。

目前就再生水灌溉对葡萄及土壤质量影响的研究较少，且各地再生水的水质有一定差异。因此，本实验在前人研究的基础上，以地下水作为对照组，研究了再生水用于灌溉葡萄，对葡萄品质及土壤性质的影响，为再生水安全用于农业灌溉提供依据。

本实验选用栽培于2003年的红提为实验用葡萄；灌溉所用再生水采自乌鲁木齐市水塔山，为乌鲁木齐虹桥污水厂的出水，经管道输送至实验地。作为对照的清水为地下水，采自水塔山。每个处理3个重复，每个重复25株。本文主要测定了再生水灌溉后葡萄的产量、可溶性糖、蛋白质、硝酸盐、维生素C以及葡萄和土壤中的重金属的含量。表 1给出了每年的灌溉处理执行方案。

表 1 再生水和清水实验处理方法 Table 1 Reclaimed water and clean water test methods

表选项

实验所使用的红提种植于乌鲁木齐市水磨沟水塔山，每年在葡萄成熟期（2011年8月20日；2012年8月18日；2013年8月20日）摘取果实进行产量和品质检验。

对用于灌溉的再生水及对照所用的清水进行检测，连续3年，每年2次。检测项目及方法：pH值、硝酸盐氮——紫外分光光度法；化学需氧量（Chemical oxygen demand，COD）——重铬酸钾法测定；生化需氧量（Biochemical oxygen demand，BOD）——稀释接种法；悬浮物（Suspended solids，SS）、总盐量——重量法；总氮（Total nitrogen，TN）——碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法；总磷（Total phosphorus，TP）——钼酸铵分光光度法；氨氮——纳氏试剂比色法；重金属Pb、Cu、Cd——石墨炉原子吸收法；重金属Zn——火焰原子吸收法；重金属As——氢化雾原子吸收法。每个样品的每个指标重复3次。2种实验用水理化性质的监测结果如表 2所示。

表 2 再生水和清水理化性质（mg·L^-1） Table 2 The quality of reclaimed water and clean water（mg·L^-1）

表选项

2011年在再生水及清水处理前采集葡萄根际土壤本底，每年在葡萄采摘时采集各处理的葡萄根际土壤样本，用无菌自封袋收集并立即带回实验室，进行土壤基本性质检验。检测项目及方法：土壤总盐量——重量法；有机质——重铬酸钾外加热法；pH值、硝酸盐氮——紫外分光光度法；碱解氮——扩散法；TP和TN——H2SO4-H2O2消煮法；重金属Pb、Cd、Zn、As、Cu——原子吸收法等。

每年对葡萄果实进行品质检验。检测项目及方法：小区产量、粒重、穗重——称重法；可溶性固形物——手持糖量计法；可溶性总糖——蒽酮法；可滴定酸——NaOH滴定法；维生素C——比色法。

对所测实验数据进行分析处理，并绘制出了再生水灌溉对土壤影响的曲线图，如图 1 所示。

图 1 再生水灌溉对土壤性质的影响 Figure 1 Effect of reclaimed water irrigation on soil physical and chemical properties

图选项

由图 1（a）和图 1（b）可知，相对于清水对照区，再生水灌溉区土壤的pH略偏碱性；土壤中总盐含量的变化与清水灌溉区中总盐含量变化基本一致（表 2）。2011—2013年土壤pH值有所下降，但土壤中总盐含量呈上升趋势，说明再生水灌溉使土壤中盐分增加。

由图 1（c）及图 1（d）可知，本底、2011年与2013年，再生水区的土壤总氮均低于清水对照区，2011—2013年，再生水区的总磷含量低于清水对照区。2011—2013年再生水区土壤中的总氮、总磷含量没有显著积累，说明短期再生水灌溉不会造成土壤营养化。再生水区的土壤中硝态氮与碱解氮含量却高于清水对照区，3年中再生水土壤中硝态氮含量呈先上升后下降趋势，而碱解氮的含量有下降趋势（图 1（e）、图 1（f））。如图 1（g）所示，2011年再生水灌溉区的土壤有机质含量与清水对照区基本一致，而其余2年均低于清水对照区。3年中土壤有机质的含量呈现逐渐降低的趋势。

根据所测实验数据绘制出了再生水灌溉对土壤中重金属影响的曲线变化图，如图 2 所示。

图 2 再生水灌溉对土壤中重金属的影响 Figure 2 Effect of reclaimed water irrigation on heavy metals in soil

图选项

如图 2（a）所示，再生水区的土壤Cd含量高于清水对照区，土壤本底、2011年和2013年再生水区土壤Cd含量均超标；两处理区土壤Pb含量基本一致（图 2（b）），远远低于《土壤环境质量标准（GB 15618—1995）》中Pb的限量标准。3年中，土壤重金属Cd、Pb含量无积累现象。

如图 2（c）所示，本底与2011年再生水区的土壤Zn含量均小于清水对照区的土壤；2012年与2013年再生水区土壤Zn高于清水区，2012年清水对照区与再生水灌溉区的土壤Zn含量均为最低，参照表 2可知，2012年实验用清水与再生水中的Zn含量也为最小。2011—2013年土壤中Zn的含量无积累现象。

如图 2（d）所示，本底、2011年与2013年再生水区土壤Cu含量均小于清水对照区的土壤。2012年，再生水区土壤的Cu含量略高于清水对照。2011—2012年土壤Cu含量无明显变化，2013年土壤Cu含量有一定增加。

如图 2（e）所示，3年实验，清水对照区的土壤As含量均高于再生水灌溉区，参照《土壤环境质量标准（GB 15618—1995）》，清水对照区与再生水灌溉区的土壤中As含量未超标，但3年实验显示它在土壤中有累积的趋势。

再生水灌溉对葡萄产量的影响结果如表 3所示。结果表明，与清水相比，3年实验，再生水灌溉区的葡萄粒重、穗重与小区产量均高于清水对照组。这主要原因是再生水中含有大量的氮、磷、钾及其他营养物质，为葡萄的生长提供了养分。再生水灌溉区的葡萄长势及产量均高于清水灌溉区，说明再生水可能持续不断地为葡萄提供低剂量的氮肥及磷肥，虽然土壤中总氮的含量无明显变化，但交换性硝酸盐含量的增加，促进葡萄对氮的有效吸收^[12]。对照表 2可知，3年实验中，再生水中的总氮、总磷含量均高于清水；2012年的再生水中总磷含量远大于清水。葡萄的生长对氮、磷、钾的需求较大，氮元素可使葡萄植株的枝叶茂盛，在花期至幼果膨大期，葡萄对氮素的需求量较大；而葡萄对磷元素的需求量在新梢旺盛生长期及果实膨大期达到高峰^[13]。综合分析表明，经过3年的再生水浇灌对葡萄产量未产生明显的不良影响，在一定程度上还能提高葡萄产量。

表 3 再生水灌溉对葡萄的长势与产量的影响 Table 3 Effect of reclaimed water irrigation on growth and yield of grape

表选项

再生水浇灌对葡萄品质的影响结果如表 4所示，3年实验，再生水灌溉区的葡萄可溶性糖含量均低于清水对照区。这可能是由于再生水灌溉区的葡萄长势与产量均优于清水对照区，葡萄将较多的糖分作为碳源用于果实生长，造成可溶性糖含量降低（P<0.05）。再生水灌溉区的葡萄果实蛋白质含量均显著低于清水对照区，由表 2和图 2（c）可知，2013年灌溉用再生水与再生水灌溉区的土壤中Zn含量都高于清水对照，Zn有助于植物体内蛋白质的提高，这与贺晓等^[14]的研究相一致。再生水灌溉区的葡萄可滴定酸含量均小于清水对照，2013年具有显著差异（P<0.05）。这也是由于再生水灌溉区的葡萄长势较好，需要消耗糖、酸等有机物来获得葡萄生长的能量^[15]。

表 4 再生水灌溉对葡萄品质的影响 Table 4 Effect of reclaimed water irrigation on grape quality

表选项

再生水灌溉区的葡萄硝酸盐含量均低于清水对照区，2011年与2013年有显著性差异（P<0.05）。葡萄是一种易于硝酸盐累积的果树，施用硝态氮肥会加强果实硝酸盐含量的累积，但本实验灌溉所用清水中含有的硝态氮，远高于再生水中硝态氮的含量（表 4）。《食品中污染物限量（GB 2762—2012）》中并未对水果中硝酸盐含量进行明确的限定。

再生水灌溉区的葡萄果实可溶性固形物含量均显著低于清水对照区（P<0.05）。2011年与2012年再生水灌溉区的葡萄维生素C含量显著低于清水对照区（P<0.05）。

可溶性糖是植物体内的一种碳源，可调节植物生长、发育、抗性形成等多个生理过程^[16]。再生水灌溉区的葡萄果实虽大但可溶性糖含量却较低，可能是由于将较多的糖分作为碳源用于果实的生长。由表 4可知，再生水灌溉并未对葡萄的品质产生有利的影响。再生水区的葡萄可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物均低于清水对照区。

表 5为再生水浇灌对葡萄重金属含量的影响结果。3年实验，再生水浇灌区与清水对照区的葡萄果实中均未检出Cd；2012年，再生水区的葡萄中Zn高于清水对照；2013年清水区的葡萄果实Pb、Cu及As含量均高于再生水处理组。

表 5 再生水灌溉对葡萄果实重金属含量的影响（mg·kg^-1） Table 5 Effect of reclaimed water irrigation on the contents of heavy metals in grape fruits（mg·kg^-1）

表选项

以上结果表明，再生水浇灌葡萄果实中重金属含量大多低于清水对照区，只有2012年再生水浇灌区Zn含量高于清水对照区，参照《食品中污染物限量（GB 2762—2012）》，葡萄果实中重金属含量均未超过水果的污染物限量值。

从表 6中可以看出，葡萄粒重、穗重、小区产量受总磷的影响较大，穗重、粒重与BOD₅、COD_cr含量产生显著正相关，小区产量与灌溉水中K⁺+Na⁺含量极显著正相关。可见对葡萄长势与产量影响较大的是水中的总磷与钾、钠含量。营养元素与果实品质多数呈现显著负相关关系。氮、磷、K⁺+Na⁺以及COD_cr与果实的可溶性固形物含量成极显著负相关关系；K⁺+Na⁺对果实的维生素C含量产生显著负相关影响。

表 6 灌溉水中指标与葡萄果实产量及品质的相关性分析 Table 6 Correlation analysis between the yield, quality of grape and the quality of irrigation water

表选项

再生水用于农田灌溉虽然可以解决城市污水排放和农业用水的问题，但是长期用污水灌溉对土壤质量会有不同程度的影响。首先，用于灌溉的再生水中可能含有大量的无机物质和有机物质，特别是含氮有机物质，既可能成为农田灌溉的肥水资源，改善土壤肥力水平，也可能因为灌溉水中硝态氮在作物体内过量积累，影响人体健康；其次，灌溉所用再生水中氮、磷、钾等物质，长期灌溉可能提高土壤营养物质的含量，也可能因再生水给土壤带来大量氮、磷、钾等营养元素，造成土壤富营养化；再次，再生水中含有多种重金属，可能导致土壤受到重金属等污染物威胁^[17]。本实验研究表明，再生水用于短期灌溉是安全的，若想长期用作灌溉用水，其安全性问题还需进一步研究。

经再生水灌溉的葡萄粒大而饱满、穗重与小区产量均比清水对照区高。因为再生水中含有较高的营养元素氮、磷等，对植株生长有较好的促进作用。

再生水区的葡萄可溶性糖、可滴定酸、维生素C均低于清水对照区，可溶性固形物也低于清水对照区，可见再生水灌溉并未对葡萄的品质产生有利的影响。可能是由于将较多的糖、酸等有机物作为能量用于果实的生长。

葡萄作为一种易于累积硝酸盐的果树，施用硝态氮肥会加强果实硝酸盐含量的累积，但本试验灌溉所用清水中含有大量硝态氮，远高于再生水中硝态氮的含量，造成清水对照区的葡萄果实硝酸盐含量高于再生水区。施加适量的氮、磷、钾是葡萄高产的重要因素。葡萄在花期至果实膨大期对氮素的需求量最大，葡萄对磷肥的吸收量约为氮肥的1/3，在新梢旺盛期及果实膨大期达到高峰，葡萄对钾的的吸收期较长，从萌芽一直延续到果实成熟，但钾肥过多会阻碍氮肥的吸收，使果实品质下降^[18]。

（1）再生水区的土壤总氮、总磷和有机质的含量呈现低于清水对照区的趋势，而硝态氮与碱解氮含量却高于清水对照区。两个区的土壤中K⁺+Na⁺含量均呈现逐年增加的趋势。再生水灌溉使土壤的Cd含量高于清水对照区，而土壤中Pb、Cu的含量小于清水对照区的土壤，As有累积，但均未超出《土壤环境质量标准（GB 15618—1995）》的污染物限量值。实验结果表示，再生水灌溉不会引起土壤的显著变化，用于短期农业灌溉是安全的，但再生水灌溉对土壤环境的影响是长期的、累积型的，污染物的迁移转化和累积机理也非常复杂，因此有关再生水长期灌溉农田的安全性问题还需要深入地研究。

（2）与地下水灌溉相比，再生水灌溉对葡萄的产量无显著影响，水中总磷、BOD₅、K⁺+Na⁺含量与葡萄长势正相关，可提高葡萄产量，但不显著。

（3）再生水灌溉对葡萄品质未产生有利影响。2011年及2012年，再生水灌溉区的葡萄各品质指标均小于地下水；2013年再生水灌溉组葡萄果实中硝酸盐、可滴定酸与可溶性固形物低于对照区，而蛋白质高于地下水对照。

（4）由于本研究采用的再生水中重金属含量较低，对照《食品中污染物限量（GB 2762—2012）》，葡萄果实中重金属Pb、Cd、Cu、Zn和As含量均未超过水果的污染物限量值。鉴于重金属的来源不同，重金属浓度较高的再生水是否会对葡萄果实产生较显著的影响，是否适用于葡萄的灌溉，有待进一步的研究。