吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学  §7.3农田灌溉用水水质评价 一、农田灌溉用水对水质的要求 灌溉用水水质的好坏，主要是从水温，水的总矿化度及溶解盐类的成分对农作物和土壤的影响来考虑的。有时，还要考虑水的pH值和水中有毒元素的含量对农作物和土壤的影响。 灌溉水的温度应适宜。在我国北方，以10—15℃；在南方的水稻区，以15—25℃，温度过高或过高对作物生长都不利。我国北方地下水的温度，一般都偏低，可将水取出后引入地表水池晾晒或用加长渠道等措施来提高水温。这样做还能使水中对作物生长不利的低氧化物（特别是氧化物）发生氧化。利用温泉水灌溉时，也可用这种方法降温后再灌溉。 灌溉用水的矿化度不能太高，一般以不超过1.7g/Ｌ为宜；若大于1.7g/Ｌ，则应视作物种类和所含盐类成分而定。不同作物有不同的耐盐性。例如，在华北平原灌溉矿化度小于1g/Ｌ的水，一般作物生长正常；灌溉矿化度为1－２g/Ｌ的水，水道、棉花生长正常，小麦不用生长受抑制；灌溉矿化度达5g/Ｌ，且水量充足时，水稻可以生长，棉花受显著抑制，小麦不能生长；矿化度达20g/Ｌ的水，作物不能生长，只能生长少量耐盐牧草。此外，用矿化水灌溉的效果，还与耕作层土壤性质有关。透水性弱、排水困难的土壤比透水性强的效果差。 水中所含盐类成分不同，对作物有不同的影响。对作物生长最有害的是钠盐，尤以Na2co3危害最大，它能腐蚀农作物根部，使作物死亡，还能破坏土壤的团粒结构。其次为NaCl，它能使土壤盐化，变成盐土，使作物不能正常生长，甚至枯萎死亡。对于易透水的土壤来说，钠盐的允许含量一般为：Na2co3，1g/Ｌ；NaCl，２g/Ｌ；Na2so4，5g/Ｌ。如果这些盐类在土壤中同时存在，其允许含量应更低。水中有些盐类对作物生长并无害处,例如Caco3Mgco3。还有一些盐类不但无害，而且还有益，例如硝酸盐和磷酸盐，具有肥效，有利于作物生长。 水中含盐分的多少和盐类成分对作物的影响受许多因素的控制，如气候条件、土壤性质、潜水位深浅、作物种类和生育期，以及灌溉方法、制度等。因此，对水中有害盐分的允许含量规定出适于各种条件的统一标准是困难的。 农田用水的水质，不仅应考虑对作物生长有无影响，还应注意不要造成环境污染。特别是城市郊区，常用废水作为灌溉水源，对水质必须严格限制。 为了保护人体健康，维护生态平衡，促进经济发展，我国制定了国家《农田灌溉水质标准》（见表7-3），评价时可以作为依据。 二、农田灌溉水质评价方法 在20世纪50及60年代，我国常采用原苏联的灌溉系数评价法，后来又用美国的钠吸附比的方法。近来，主要采用河南省地矿局提出的盐度、碱度评价方法。 表7-3 我国农田灌溉水质标准 项 目 连续灌溉 间歇灌溉  水温 ≤35℃ ≤35℃  pH值 5.5—8.5 5.5—8.5  全盐量 ≤1000（非盐碱土地区） ≤2000（盐碱土地区） ≤1000（非盐碱土地区） ≤2000（盐碱土地区）  氯化物 ≤200 ≤200—300  硫化物 ≤1 ≤1  汞及其化合物 ≤0.001 ≤0.001（农田） ≤0.005（林木、苗圃）  镉及其化合物 ≤0.002（轻度污染灌区） ≤0.005 ≤0.003（轻度污染灌区） ≤0.01 0.05（林木苗圃）  砷及其化合物 ≤0.05（水稻） ≤0.1（旱田） ≤0.1（水田） ≤0.5（旱田及苗圃林木）  六价铬及其化合物 ≤0.1 ≤0.1  铅及其化合物 ≤1.0 ≤5.0  铜及其化合物 ≤1.0 ≤1.0（土壤pH<6.5） ≤3.0（土壤pH>6.5）  锌及其化合物 ≤2.0 ≤3.0（土壤pH<6.5） ≤5.0（土壤pH>6.5）  硒及其化合物 ≤0.02 ≤0.02  氟化物 ≤2.0（北方） ≤3.0（南方） ≤3.0（北方） ≤4.0（南方）  氰化物 ≤0.5（土层<1m） ≤1.0 ≤0.5（土层<1m） ≤1.0  石油类 ≤10.0 ≤10.0  挥发性酚 ≤1.0（土层<1m地区） ≤4.0 ≤1.0（土层<1m地区） ≤4.0  苯 ≤2.5（土层<1m地区） ≤5.0 ≤2.5（土层<1m地区） ≤5.0  三氯乙醛 ≤0.5（小麦） ≤5.0（水稻，玉米，花生，大豆） ≤0.5（小麦） ≤5.0（水稻，玉米，花生，大豆）  丙烯醛 ≤0.5 ≤0.5  硼 0.3—1（敏感作物） 1—2（抗性较强作物） 2—4（抗性强作物） 0.3—1（敏感作物） 1—2（抗性较强作物） 2—4（抗性强作物）  ① 轻度污染区指污染物含量超过土壤本底上限者，但农作物残留不超过农作物本底上限； ② 以长江为界，长江以北为北方，长江以南为南方。 钠吸附比值（A）的计算公式为：  式中，Na+ 、Ca+、Mg+表示各离子在每升水中的毫克当量数（等于mol/L×离子价数）。 当A>20时，为有害的水；当A=15—20时，为有害边缘水；当A<8时，为相当安全的水。 因钠吸附比仅反映了钠盐，在实际应用时还应与全盐量结合进行评价，但颇为烦琐。 我国河南省地矿局水地质队提出的盐度、碱度的评价方法，目前已被广泛采用。其评价指标见表7-4和表7-5。该方法将灌溉水质对农作物和土壤的危害分为表7-4中的四种类型。 表7-4 等级 评价指标 好水 中等水 盐碱水 重盐碱水  盐害（碱度为零时盐度meq/L） <15 15—25 25—40 >40  碱害（盐度小于10时碱度mea/L） <4 4—8 8—12 >12  综合危害（矿化g/L） <2 2—3 3—4 >4  灌溉水质评价 长期浇灌对主要作物生长无不良影响，还能把盐碱地浇成好地 长期浇灌或灌溉不当时，对土壤和主要作物有影响，但合理浇灌能避免土壤发生盐碱化 浇灌不当时，土壤盐碱化，主要作物生长不好。必须注意浇灌方法，使用得当，作物生长良好 浇灌后土壤迅速盐碱化，对作物应影响很大，即使特别干旱也尽量避免过量使用  说 明 1.本指标适用于非盐碱化土壤，已盐碱化土壤可视盐碱化程度调整使用。 2.本表根据豫东地区主要作物，如小麦、高粱、玉米、棉花、黄豆等被灌溉后的反映程度确定的。  ①Meg/L表示毫克当量/L，是过去常用的浓度单位，它除了以离子价数，既等于mol/L（下同） 表7-5 盐碱害类型双项灌溉水质评价指标 盐度 碱度 水质类型  10—20 4—8 >8 盐碱水 重盐碱水  20—30 <4 >4 盐碱水 重盐碱水  >30 微量 重盐碱水  1. 盐害：主要指氯化钠和硫酸钠这两种盐分对农作物和土壤的危害。一般，在农作物的根、茎内水分中含盐量很低。当用含这中盐的高矿化水灌溉以后，由于渗透压的存在，灌溉水中高浓度的盐会向作物内的低浓度方向迁移，而作物内的水则向高浓度（灌溉水）方向运移。农作物因此枯萎死亡。或在阳光作用下使盐分积累在作物的茎叶表面上，使农作物不能正常生长。常用这种水灌溉，还可使土壤变成不宜于作物生长的盐土。 水质的盐害程度，可用盐度表示。盐度，就是液态下氯化钠和硫酸钠的最大危害含量（单位为meg/L）。其计算方法为： 当rNa+=rCl-+rso42-时，盐度=rCl+rSO42-; rNa+<rCl-+Rso42-时，盐度=rNa+ 2. 碱害：也称苏打害，主要是指碳酸钠和重碳酸钠对农作物和土壤的危害.因为这种盐能腐蚀农作物的根部，使作物外皮形成不溶性腐殖酸钠，造成作物烂根，以至死亡，此外，水中钠离子易与土粒表面吸附的钙、镁等交换，形成富含吸附钠离子的碱土。碱土不具团粒结构，透水性和透气性都很差，干时坚硬、龟裂，湿时很粘，不适于农作物生长。 水质的碱害程度用碱度表示。碱度就是液态下重碳酸钠的危害含量（meg/L）。其计算公式为： 碱度=(rHCO22-+rSO42-)-(rCa2++rMg2+) 如计算结果为负值，则以盐害为主。 3. 盐碱害：即盐害与碱害共存。当盐度大于10时，并有碱度存在时，即称为盐碱害。这种危害，一方面能使土壤迅速盐碱化，另一方面又对农作物的根部有很强的腐蚀作用，使农作物死亡。 4、综合危害：除盐害碱害外，水中的氧化钙，氧化镁等其他有害成分与盐害一起对农作物和土壤产生的危害，称为综合危害。综合危害的程度主要决定于水中所含各种可溶盐的总量，所以用矿化度（g./L）来说明。 评价的指标如表9—4所示。如果只有盐害和碱害的水，可按表9—5所规定的指标评价。应当指出，表中所列指标是根据河南省豫东地区条件实验得出的；将其运用到其他地区时，应结合具体条件加以修正。 三、灌溉水质肥效的评价 地下水中所含的盐类成分不完全是有害的，有的成分是农作物所必需的。例如氮化物和磷化物，特别是氮化物，在适宜条件下它在地下水中的含量可以很高。用这种水灌溉时，可以起到肥效的作用，既供水又供肥，具有明显的增产效果，因而称之为肥水。根据西北水土保持生物土壤研究所的 资料，关中地区肥水的硝含量一般为15×10-6—100×10-6；就是说，50×104㎏水中含有7.5—50㎏氮素。每亩地浇一次水，如以50m3计，就相当于施0.75—5㎏氮肥。陕西关中地区统计，用肥水灌溉，小麦可增产23%—116%，玉米增产37%—100%，谷子增产48%—124%，棉花增产30%。有的地区，地下水中的含氮量远远超上述数值，最高可达过200×10-6—450×10-6。 一般认为，地下水中硝态氮的含量达到15X10-6时，可称为肥水。硝态氮含量愈高，肥效愈好。但是，当硝态氮含量高时，往往水中其他有害盐类也相应地增多，又有对作物危害的一面。因此，对肥水评价时，不能简单地依据水中含氮量的多少为指标，还必须考虑水中半生盐类对作物的影响。为了充分利用肥源，对于含氮高、其他有害盐类含量也高的水，还可以与淡水混合使用，以达到既降低其他盐类的浓度又能满足肥水标准的目的。 为了反映肥效与有害盐类的关系，常用肥盐比的指标来评价。肥盐比就是硝态氮含量与全盐量的比值。河南省的资料认为：硝态氮含量低，肥盐比为0.01—0.005的水为可用的水，需渗入淡水稀释；硝态含量低，肥盐比小于0.005的水，一般不宜使用。 目前，对肥水的评价尚无统一标准，中国科学院河南地理研究所提出的中性或弱碱性土壤地区的肥水评价标准（表7-6），可供参考。表中盐度按下列情况分别计算。 ⑴ 当Na+>NO3-时： Na+<（NO3-+Cl-）,有NaCl、MgCl2或CaCl2存在时，则盐度=Cl-； Na+>（NO3-+Cl-）,有NaCl、Na2SO4存在时，则盐度=Na+-NO3-； Na+>（NO3-+Cl-+SO42-），有NaCl、Na2SO4及NaHCO3存在时，则盐度=Cl-+SO42-(此时要做慎重考虑) （2）当Na+<NO3-时，有MgCl2或CaCl2存在时，则盐度=Cl-。水中无残留碳酸钙存在时，主要为盐害；当；存在为残余碳酸钠，且盐度小于10时，主要为盐害；当浓度小于10，又有残余碳酸钠存在时，盐害、碱害皆有。 表7-6 肥水水质评价标准表 评价标准 肥水类型 硝 态 氮 （mg/L） 矿化度 （g/L） Na2CO3=0 盐度 （meq/L） 肥水水质评价 （不掺淡水情况）  优质水 15—50 <2 <15 长期灌溉无盐碱化威胁，肥效能充分发挥作用，适宜各种作物的各生长阶段  良好水 15—100 2—4 15—25 硝态含量的低值及低矿化度和低盐度，在渗透性差的土上长期灌溉可能有轻度集盐；合理利用，土壤不会出现盐碱化现象，作物生长良好，大多数粮食作物（除幼苗期或对盐害敏感的作物需慎重外）均可灌溉，但肥效不能充分发挥  可用的水 15—100 4—5 25—40 在盐碱化地区，对盐害敏感作物及幼苗期，灌后可能出现死亡现象；播种前灌溉会一直作物出苗，肥效发挥受到较大抑制；若采用防止盐碱化的综合农业技术措施，合理利用，即使有盐碱化威胁地区，作物仍可较好地生长，非 化地区也可以避免土壤盐碱化发生了；反之，利用不合理，也会产生严重后果  不合格水 15—150以上 >5 >40 一般不能直接利用，灌溉后可能使土壤盐分迅速累积，肥效受到严重抑制，惨淡水后扔可直接利用，但惨淡水后应按改变后的肥水水质进行评价  在运用上述标准评价肥水水质时，会出现硝态氮、矿化度及盐度三项指标不能同时满足的情况，那就是在满足肥效含氮量的前提下，掺淡水降低矿化度及盐度，以满足用水要求。如果掺淡水后，含氮量达不到肥效要求，则不能当作肥水看待。