《Journal of Agriculture and Food Research》：Reusing treated wastewater for agricultural irrigation: Chemical risks and local-scale mitigation strategies
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利用处理后的废水（TWW）进行作物灌溉在全球范围内实施，可以减少淡水和肥料需求。然而，TWW中存在许多可能危害人类和环境健康的污染物，包括高盐度、重金属、全氟和多氟烷基物质（PFAS）、微塑料和纳米塑料等。此外，天气条件以及家庭和工业实践会影响TWW质量，导致
利用处理后的废水（TWW）进行作物灌溉在全球范围内实施，可以减少淡水和肥料需求。然而，TWW中存在许多可能危害人类和环境健康的污染物，包括高盐度、重金属、全氟和多氟烷基物质（PFAS）、微塑料和纳米塑料等。此外，天气条件以及家庭和工业实践会影响TWW质量，导致TWW组成高度变异。本综述探讨了TWW灌溉中非生物污染物的影响和变异性以及污染物管理策略。虽然最终需要集中式协作解决方案来确保TWW质量，但可以在农场采用风险降低策略，如现场土壤和水处理、选择低风险作物以及选择性收集和施用TWW的时机。尽管最近的进展为更安全和可持续的实施奠定了坚实基础，但优化TWW灌溉实践仍需持续努力。
论文主体部分总结如下：
**1. 引言**
全球水资源短缺促使再生水（TWW）在农业灌溉中的应用，TWW可同时减少淡水和肥料需求，但其成分受天气、家庭和工业活动影响而高度变异。TWW中存在多种非生物污染物，包括高盐度、重金属（HMs）、全氟和多氟烷基物质（PFAS）、微塑料和纳米塑料（M/NPs）等，可能危害人类和环境健康。现有法规对新兴污染物关注不足，监管标准差异大，需进一步研究以优化TWW灌溉实践。
**2. 再生水（TWW）灌溉中的关注污染物**
常见污染物包括营养物质、盐类、重金属（HMs）、药品和个人护理产品（PPCPs）、农药、全氟和多氟烷基物质（PFAS）以及微塑料和纳米塑料（M/NPs），它们通过污水系统进入TWW，常规污水处理厂（WWTPs）难以完全去除。
**2.1 营养物质**
TWW中的氮、磷、钾等营养物质可减少化肥需求，但过量施用可能导致富营养化。不同作物对营养比需求各异，TWW营养浓度存在季节性变异，如硝酸盐在冷季和暖季差异显著（伊朗设拉子冷季57 mg/L，暖季24 mg/L），需管理以平衡肥料需求与环境污染风险。
**2.2 盐度**
TWW盐度较高，主要影响植物水分吸收，导致生长受阻和毒性。盐度随季节、地理位置和降雨量变化，如伊拉克巴格达春季和冬季TWW盐度极高，不适合灌溉；气候寒冷地区冬季路盐使用导致氯化物峰值。作物耐盐性差异显著，需针对性选择。
**2.3 重金属（HMs）**
常见重金属包括Pb、As、Cu、Zn、Cr、Cd、Hg、Ni，部分为必需微量元素但过量有毒。TWW中溶解态金属浓度较低（μg/L级），但可在土壤和作物中积累，如橄榄叶和根中Cd、Cr、Cu、Mn、Pb含量升高。风险评价存在争议，部分研究认为日常摄入风险低，但某些元素如Cd、Cu的危害商数提示健康隐患。重金属可通过工业活动和暴雨冲刷进入污水系统。
**2.4 药品和个人护理产品（PPCPs）**
PPCPs包括抗生素、激素、防晒霜等，其浓度随季节变化（如防晒成分夏季高，抗生素秋季冬季高）。植物可通过根系吸收PPCPs，叶片蔬菜风险最高，精神病药和非甾体抗炎药积累显著。代谢产物如卡马西平的10,11-环氧卡马西平毒性更高。抗生素抗性传播是额外风险。人体暴露研究显示，食用TWW灌溉农产品可检测到卡马西平及其代谢物，但总体风险较低。
**2.5 农药**
农药通过城市和农业径流进入污水，部分（如阿特拉津、草甘膦、吡虫啉）在WWTPs中去除率低（<40%）。暴雨事件导致浓度峰值。农药可在TWW灌溉的土壤和作物中积累，如有机氯农药在莴苣和萝卜中检测到，虽浓度通常低于有意施用，但可能违反法规（如欧盟禁用氟虫腈用于农业）。
**2.6 全氟和多氟烷基物质（PFAS）**
PFAS具有强碳氟键，难以降解，在WWTPs中不被去除，甚至会由前体降解增加。浓度存在小时尺度变异（如澳大利亚东南部10倍波动）。植物可通过根系吸收PFAS，短链PFAS更易转移至地上部分。大米中PFAS浓度（1-1.85 μg/kg干重）超过美国EPA饮用水最大污染物水平。新型替代PFAS数据有限，构成显著风险。
**2.7 微塑料和纳米塑料（M/NPs）**
M/NPs主要来源于合成纺织品洗涤和轮胎磨损，WWTPs部分去除后仍残留于TWW中。常见聚合物为聚酯、聚乙烯等，纤维形式最多。M/NPs可吸附重金属、药品和PFAS等污染物，成为载体。植物吸收机制依赖物种和颗粒特性，但直接研究缺乏，需更多环境相关浓度实验。
**3. 对土壤和植物健康的潜在影响**
TWW灌溉可提高作物产量（如橄榄、生菜、小麦等）和品质（如芒果可溶固形物增加、橄榄油酸度降低），但也会带来负面效应，如某些作物无显著增产。土壤微生物群落方面，长期灌溉促进微生物密度和多样性，特别是反硝化菌群。土壤物理化学结构方面，TWW灌溉增加有机质含量和碳氮比，但可能降低孔隙度和入渗率，导致土壤结构退化。
**4. 降低TWW灌溉风险的行动**
针对非生物污染物的风险，需在全局和农场层面采取策略，包括现场土壤和水处理、土壤改良剂、监测与收集时机、灌溉实践及作物选择。
**4.1 废水处理**
污水处理升级是理想方案，但成本高且超出种植者控制。高级处理技术如微滤/纳滤（去重金属和微塑料）、活性炭（去PPCPs和PFAS）、高级氧化（去PPCPs和农药）、膜生物反应器和反渗透（去盐度）可有效去除污染物，但可能同时去除有用营养物质。现场处理可选如超滤/紫外消毒、太阳能高级氧化或生物炭过滤等低成本方法。
**4.2 土壤添加剂和肥料**
土壤改良剂可固定或降解污染物。生物炭（biochar）能提高作物产量、降低重金属（Pb、Cd）和PFAS的植物吸收，并增强土壤阳离子交换能力、水分保持和微生物群落韧性。堆肥（compost）可减少重金属积累，但可能引入微塑料和PFAS。工程纳米材料（ENMs）如零价铁、金属氧化物等可吸附有机和无机污染物，提高植物耐盐性，但长期生态影响需评估。
**4.2 废水监测与收集时机**（原文编号重复，此处保留原编号）
若无法处理，利用WWTPs的监测数据指导灌溉是可行的。污染物浓度受季节和天气影响显著，如寒冷气候下冬季盐度升高（路盐），夏季PPCPs中防晒成分增高、抗生素降低。合理规划TWW收集时间可降低风险，但需与WWTPs沟通，获取现有监测数据。
**4.3 灌溉实践**
灌溉方式影响污染物接触，表面灌溉（如土壤浸润）优于喷灌，滴灌和地下滴灌能减少污染物流失和细菌接触。交替使用TWW和淡水可降低累积风险（如PFAS和PPCPs），尤其在生长后期切换为淡水。灌溉模型（如预测盐水平衡）可帮助管理，但需整合污染物行为参数。气候因素（温度、湿度）影响蒸腾和污染物迁移，应动态调整策略。
**4.4 作物选择**
不同作物对盐度和污染物积累潜力差异大。耐盐作物如大麦、向日葵等适合TWW灌溉，而菜豆、玉米不耐盐。叶片蔬菜对PPCPs和短链PFAS积累风险高，而根茎和果实作物风险较低，但研究结论存在矛盾，需进一步比较。
**5. 总结与未来展望**
TWW灌溉是缓解水资源短缺和减少化肥需求的有效策略，但其污染物复杂性要求综合管理框架。需建立涵盖多种污染物的详细灌溉水质法规，并升级WWTPs基础设施以应对新兴化学品。种植者可采取现场处理、作物选择、灌溉实践等局部措施降低风险。公众信任对再生水利用至关重要，未来需加强研究，优化TWW灌溉实践以实现安全可持续生产。
