再生水用于城市园林灌溉的研究进展

随着全球城市化进程的加速，城市水资源短缺问题愈发严峻，成为制约城市可持续发展的关键因素之一。城市园林是城市生态系统的重要组成部分，不仅能够美化环境、调节气候，还在改善城市生态环境和提升居民生活质量方面发挥着不可替代的重要作用。然而，传统园林灌溉大量依赖于新鲜水资源，这无疑加剧了城市水资源的紧张局面。在此背景下，再生水作为一种重要的替代水源，为缓解城市园林灌溉用水压力提供了新的思路，以美国、以色列为代表的发达国家通过系统化政策支持和技术创新，已实现再生水对传统淡水灌溉的规模化替代，有效缓解了市政供水压力。以色列通过严格的再生水分级处理标准，将85%的再生水用于农业与绿地灌溉，成为全球水资源高效利用的典范。我国近年来也在加速推进再生水灌溉技术落地，北京奥林匹克公园通过“双水源智能灌溉系统”实现再生水与雨水协同利用，深圳前海自贸区则构建了基于物联网的再生水灌溉网络，这些示范工程不仅验证了技术可行性，更标志着我国再生水灌溉进入规模化应用阶段[1]。但再生水在城市园林中的应用仍面临诸多挑战，例如水质安全、对土壤和植物的长期影响以及公众接受度等问题，这些都需要进一步深入研究和解决。因此，系统梳理再生水在城市园林中应用的研究现状，并探讨其未来发展方向，对于推动城市园林可持续发展、实现水资源高效利用具有重要的理论和实践意义。

1／再生水定义与分类

再生水（也称为中水或回用水）是指经过适当处理后，水质介于生活饮用水和污水之间的一种水资源。其主要来源包括城市污水、生活污水和工业废水，经过物理、化学和生物处理后，可达到特定的水质标准，可重新用于多种用途[2]。因其水量稳定、水质可控、成本低廉等优点，再生水逐渐成为城市水资源的重要补充。研究表明，再生水用于园林灌溉和景观环境用水是可行的，且在短期内对植物生长的影响较小。此外，再生水的使用不仅能有效缓解城市园林用水压力，还能降低园林养护成本，实现水资源的循环利用，具有显著的经济和环境效益。

根据处理工艺和使用目的，再生水通常分为以下几类：

（1）一级再生水：经过初步处理，水质较差，主要用于农业灌溉和景观用水。

（2）二级再生水：经过深度处理，水质较好，可用于工业冷却、城市绿化灌溉等。

（3）三级再生水：经过高级处理，水质接近生活饮用水标准，可用于饮用水源补充或生态补水。

2／再生水灌溉的水质要求

再生水通常含有一些化学物质和微生物，可能对回用地的环境和人类健康构成威胁。因此，许多国家制定了再生水灌溉的水质标准。这些标准因用途不同而有所差异，主要分为城市杂用水、工业用水和景观环境用水等。在中国，城市杂用水和工业用水的水质标准参照《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2020）。

废水处理的目标是满足处置或排放的水质要求，通常包括以下关键指标：pH值、总悬浮固体（TSS）、生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、粪便大肠菌群、营养元素（氮和磷）、重金属及余氯等。这些指标不仅保障再生水的安全性，还确保其适用于特定用途。（表1）

3／再生水灌溉的潜在风险

再生水作为城市水资源循环利用的关键载体，其在景观绿化灌溉中的应用已成为缓解淡水资源短缺的重要路径。然而，再生水灌溉的生态环境风险需科学评估与动态管控。

3.1 植物适应性局限

当前，研究人员主要从植物生长和植物生理两个方面探讨再生水对植物适应性的局限。

3.1.1 植物生长的适应性局限

多数研究表明，再生水中富含的氮、磷等营养物质而对植物生长有促进作用或者无明显抑制作用。Hayes AR[5]使用二级水浇灌狗牙根和多年生黑麦草，发现再生水灌溉能提高草坪质量和观赏性，但降低了发芽率。罗国忠[6]等人对狗牙根、九里香、金叶假连翘等10种园林植物进行了再生水灌溉实验，结果表明，中水灌溉的园林植物生长良好，且叶绿素水平更高。Lemlich[7]指出，在佛洛里达州利用二级处理的城市再生水灌溉湿地落羽杉时，其林分蓄积量更高。此外，Gori[8]对3种园林灌木、王艳春[9]对28种代表性园林植物、白宇[10]对草地早熟禾和高羊茅等草坪草、梁薇[11]对草坪草的再生水浇灌实验均表明，再生水能够促进植物生长。

然而，也有研究指出再生水灌溉对植物无明显促进生长的作用，甚至在少数情况下会抑制植物生长。付咏森[12]对山东临沂地区的狼尾草、月季、白车轴草、高羊茅等4种园林植物进行中水灌溉的实验发现，参试植物外观形态仅在个别性状上存在差异，但差异不显著，且未出现生长不良现象。王玉岱[13]的研究表明，回用水对32种供试植物的新梢生长、叶片生长、养分累积及开花结果种子质量均无明显影响。王齐[14]则认为，长期单一中水灌溉可能会使植物根系生长减缓、根系活力下降，生长限制植物生长。

3.1.2 植物生理的适应性局限

综合现有研究，再生水灌溉对植物生理的影响主要集中在对细胞膜透性、叶绿素含量及相关酶活性等方面。杨嫦丽[15]通过不同中水灌溉方式，测定了草地早熟禾、黑麦草等8种绿地植物的光合生理指标，发现不同植物在不同灌溉方式下光合生理指标存在差异，部分植物在清水灌溉下的光合指标高于中水灌溉，而另一些植物则相反。王农[16]的实验结果表明，再生水灌溉能提高植物叶绿素的含量。然而，梁薇[11]对北京地区常见园林植物的研究结果显示，再生水处理虽然能提高植株叶片的营养元素含量，但对细胞膜透性及叶绿素含量均无明显影响。罗国忠[6]的研究也指出，中水灌溉对个别园林植物的生理指标有一定影响，但对大多数供试植物正常生长无显著负面影响。

总体而言，中水应用于园林灌溉是可行的，但要保证中水水质的稳定性，并根据当地气候、土壤类型和植物种类合理利用中水，以最大限度地减少再生灌溉可能带来的不良影响。

3.2 土壤健康风险

再生水灌溉对土壤健康的风险主要体现在土壤物理性质（孔隙度和渗透系数）和土壤化学性质（土壤pH 的改变、土壤盐渍化、土壤污染物累积）两个方面。

3.2.1 土壤物理性质

关于再生水灌溉对土壤物理性质的影响，现有研究尚未达成一致结论。一方面，许多研究指出，再生水中的悬浮物可能堵塞土壤孔隙，导致土壤通气性变差[17]，杨林林[18]通过室内土柱模拟实验发现，再生水灌溉对土壤扩散率和饱和导水率的影响与灌溉的次数密切相关。短期内，再生水灌溉会降低土壤扩散率和饱和导水率，但随着灌溉次数增加，这些指标反而有所回升，但仍低于灌溉前水平。然而，Abasa[19]的研究却显示，污水灌溉会导致土壤孔隙度增加。此外，Coppola[20]发现废水灌溉会使土壤容重增加，但Mohammed[21]的研究结果则相反，他发现长期废水灌溉会使土壤容重略有下降。

3.2.2 土壤化学性质

再生水灌溉对土壤化学性质的影响情况较为复杂，具体表现因地区、灌溉方式和土壤类型而异。Smith[22]等对长期使用二级处理水灌溉的大型绿地土壤进行研究，发现与清水灌溉相比，再生水灌溉土壤中的重金属的累积量未超出正常范围，且与土壤背景值无明显差异。 Zekri[23]在研究再生水灌溉柑橘时指出，再生水灌溉可提高土壤pH值及N、P、K、Ca、Mg、Na等元素含量。Rezapour[24]的研究表明，污水灌溉能显著提高土壤肥力和电导率。张洪生[25]等发现，再生水与自来水灌溉的土壤全N、全P、全盐量无显著差异，重金属Cr、Cd、Hg、Pb、As含量也无明显变化，两种灌溉水对绿地土壤环境的影响均不显著。杨林林[18]认为，再生水的灌溉有降低土壤pH值、增加土壤有机质含量的趋势，但对土壤次生盐渍化的影响不显著。王玉岱[13]等的结果表明，再生水灌溉园林植物不会造成土壤污染或降低土壤肥力，但再生水中的盐分有可能在土壤中积累。梁薇[11]的盆栽实验显示，再生水灌溉对土壤pH值无明显影响，但会使土壤养分含量增加（速效P和速效K增量显著，而有机质和碱解N增加不明显），同时土壤全盐量和氯化物含量升高，铬、镉、锌、镍四种重金属含量虽有一定程度积累，但仍低于我国重金属含量的平均水平。李翔[26]的短期灌溉实验则发现，再生水灌溉降低了土壤pＨ值，增加了土壤电导率、速效K及Na含量，但对Cu和Zn含量无显著影响。

综上所述，再生水灌溉对土壤物理和化学性质的影响因多种因素而异。因此，在应用再生水灌溉时，需要根据植物种类和土壤类型进行合理规划，以确保土壤健康。

3.3 地下水安全挑战

再生水灌溉可能导致地下水污染的机制主要是：灌溉水在上层土壤中发生淋溶作用，随着渗透水向下迁移，盐分和重金属含量逐渐增加。然而，下层土壤的淋溶强度会逐渐减弱，到7~8m深度时，灌溉水的淋溶作用基本消失。因此，地下水埋深小于7m的区域，尤其是采用再生水灌溉的区域，更容易受到污染。沙性土壤灌区由于土壤吸持能力低、灌溉水渗透速度快，地下水污染的风险更高[11, 27]。加拿大 T.J. Hogg[28]对二级处理水灌溉的绿地调查表明，在Moose Jaw Site（再生水灌溉15年），地下水中钠、氯化物、硝酸盐、硫化物和重碳酸盐含量有所增加，但仍在饮用水安全范围内。而在 Swift Current Site（再生水灌溉15年），氯化物含量已超标，形成污染。部分研究人员认为再生水灌溉不会造成地下水污染，因为大肠杆菌在灌溉后且土壤表面变干时会很快死亡，超过 90%的大肠杆菌被截留在土壤表层2.5cm之内，难以渗透到30cm以下深度[14, 29]。姜翠玲[30]的研究表明，污水中含量为 5.35mg·L-1的NH4+-N进入土壤后，大部分被土壤胶体所吸附，一般不会直接污染地下水。然而，在下渗过程中，污水会淋溶土壤中积存的NO2-和 NO3-离子，导致其在地下水中的含量迅速增加。刘凌等[31]的污水灌溉试验发现，污灌对下层土壤及地下水中 NH4+浓度影响较小，但对NO3-浓度影响较大，尤其是长期进行污灌的土壤，容易导致地下水中NO3-超标。高洪阁等[32]对比了污灌区和非污灌区地下水质的变化，发现污灌区地下水的离子含量和含盐量显著增加，并呈现加速增长趋势，其中对饮用水水质影响较大 NO3-含量已严重超标。万正成等[33]通过以生活污水为主的灌溉模拟实验，指出长期污灌可能导致潜层地下水的有机污染。

再生水灌溉对地下水安全的影响因土壤类型、灌溉方式和地下水埋深等因素而异。虽然部分研究表明再生水灌溉在短期内对地下水的影响有限，但长期污灌可能导致地下水盐分和营养物质含量增加，甚至超过饮用水标准。因此，在实施再生水灌溉时，需充分考虑土壤和地下水条件，采取科学合理的灌溉策略，以降低对地下水的潜在风险。

4／再生水灌溉的科学应对策略

4.1 精准水质分级：构建动态分区分级利用体系

水质指标多维评估。基于再生水来源（如污水处理厂二级出水、深度处理水）及用途差异，建立综合分级指标体系。该体系应涵盖理化指标（pH值、电导率、钠吸附比SAR）、营养指标（氮、磷）、毒性物质（重金属、有机污染物）和生物安全性（粪大肠菌群、寄生虫卵）等分级指标，用不同水质灌溉适合其生长特性的植物[34]。

动态分级与风险预警。结合季节变化（如夏季高温蒸发导致盐分累积）和灌溉方式（喷灌易引发叶面盐害），制定动态调整的水质阈值。利用机器学习模型预测水质变化趋势，对潜在超标风险（如钠离子累积引发土壤板结）进行提前预警。

4.2 智能监测体系：打造全流程数字化监管网络

实时在线监测与物联网融合。在再生水输配管网关键节点布设多参数传感器（电导率、浊度、余氯等），通过物联网技术实现数据实时传输至云端平台。结合GIS地图可视化展示水质空间分布，异常数据触发自动报警并暂停灌溉。

移动检测与区块链溯源。配备便携式检测设备（如手持式重金属快检仪）用于不定期抽查，并通过区块链技术记录水质数据，确保监测结果的不可篡改性和可追溯性。建立“水质-灌溉-植物生长”全生命周期数据库，支持决策优化。

智能灌溉调控。集成土壤湿度传感器、气象站数据与水质信息，通过算法动态优化灌溉量、频率及时间（如避免高温时段喷灌减少盐分沉积），实现精准水肥耦合管理。

王荣文等[35]2015年在在浙江杭州卷烟厂厂区设计示范了一套中水智能灌溉系统，其能实时监控厂区绿化的土壤温湿度、土壤含水率及空气温湿度和厂区中水的pH值、浊度、氨氮等水质参数。，不仅提高了中水回用率还提升了中水灌溉质量。

4.3 植物配置优化：构建抗逆性生态群落

耐性植物筛选与群落设计。优先选择耐盐碱植物品种[36]（如柽柳、白蜡）和重金属富集植物（如蜈蚣草、东南景天），采用“乔木-灌木-草本”复层种植模式，利用植物间协同效应提升生态系统的稳定性和适应性。。

土壤改良与根系微环境调控。添加生物炭、腐殖酸等改良剂，提升土壤缓冲能力，降低盐碱化风险；接种微生物菌剂，增强植物的抗逆性。 

4.4 生态自净系统构建

在灌溉末端设计人工湿地或生态沟渠，利用水生植物（如芦苇、香蒲）和微生物的协同作用，进一步净化回流水质。通过构建“再生水灌溉-植物吸收-生态净化”闭环系统，实现再生水的生态化利用和可持续管理。

5／总结与展望

再生水用于城市园林灌溉是缓解水资源短缺的重要路径，具有重要的生态和经济意义。但不同地区、不同土质、不同植物种类以及不同灌水水质对于植物、土壤和地下水的影响尚未形成统一结论，其推广还需科学应对水质安全、生态风险与技术瓶颈。

未来应通过技术升级、标准优化、长期监测与公众教育多维协同，推动再生水从“可行”向“安全高效”跨越，助力城市可持续发展与“双碳”目标实现。

（基金项目：1.重庆市城市管理科研项目，重庆城市绿地碳足迹核算与评估（城管科字 2023 第 11 号）；2.重庆市科研院所绩效激励引导项目，基于遥感技术的城市绿地碳储量研究；3.重庆市科研机构绩效激励引导专项，山地城市公园绿地花粉致敏风险研究（2024JXJL-YFX0063）。）

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