灌溉水質標準的簡介

當灌溉需要良好的水質
灌溉是人類最古老的科技，迄今灌溉仍是維持生產最主要的技術。灌溉管理是人類最早的法律規範，迄今灌溉管理仍是國家水資源的重要課題。沒有灌溉，就沒有農業；沒有農業，民生與工業將難以依存。
灌溉是自水源取得足夠的水量與適宜的水質，輸送至農田，供給作物蒸散與生長所需。早期河川上游的水質大都適合灌溉，所以水量的考慮，多於水質。近代的環境污染，河川砂石的濫採等，使得乾淨適合灌溉的水質日漸缺乏，乾淨的水源又有轉移至民生與工業使用的趨勢，農業面對只能取得次好水質或是污水灌溉的壓力。灌溉水質的問題，愈來愈成為農業生產與品質的關鍵，是未來灌溉管理所將面對的主要挑戰―不是沒有足夠的水量灌溉，而是沒有無污染的好水可供引灌。

灌溉水質標準設置的目的
因此在灌溉管理上，為了保障合適灌溉的水源，需要設置灌溉水質標準或準則，以分辨灌溉水質的優劣，優的使用，劣的揚棄，或是使用灌溉管理的方法改善之。所以為了作物與土壤的維護，國家農政主管機關需要設置灌溉水質管理標準，並賦予行政管理流程讓地方農業水利單位去執行，以站在環境品質保護的第一線上，保育國家水、土資源永續利用，與全國消費者對糧食的安全食用。
為此，灌溉水質標準的設立在維護農地的永續使用，與作物的長期栽種，以避免農地產生的鹽害、鹼害、酸害、滲漏不良、重金屬害與營養份過高，造成的作物危害。所以灌溉水質項目都是水的物理與化學因子特徵，主要在使水中的化學鹽類不會在長期灌溉後，容易累聚在作物根區的土壤中，造成作物的減產或生產品質的劣化。

灌溉水質標準與其他用水水質標準不同的原因
以國家水資源的管理立場而言，為了保護水不同使用的合適度，每一種用水，如民生用水、工業用水、灌溉用水、養殖用水等都應該有其水質要求的標準，否則提供不合標準的標地用水，不僅是水資源的浪費，更將造成使用者的損失。
由於各用水的目的不同，所要求的水質特性不同，所訂的水質標準的項目也不同，甚至要求的設限完全相反。例如，在民生與工業用水對於水中的懸浮性顆粒濃度有較嚴格的要求，但是水中有一些懸浮性顆粒濃度反而是水質肥沃的現象，例如台灣濁水溪水中的懸浮性顆粒濃度高，卻是產生彰化與雲林農田肥沃的主因，所以灌溉水質準則中的懸浮性顆粒濃度若高於100mg/l，才認為對灌溉管理，如不利噴灌、抬高淤積土面造成灌溉不易等，有不良的影響。
在工業與民生用水中，擔心水中鈣與鎂含量太高，產生管路阻塞，而訂定較低的濃度要求。但是在灌溉水中所含的鈣、鎂濃度愈高，對於土壤愈具有改良的果效，能增加土壤黏粒的團粒作用，促進土壤滲漏性與通氣性，為此工業與民生所訂定的硬度項目，灌溉水質並不要求，要求的是水中有較高的鈣、鎂當量濃度，使其與水中的當量濃度比較，若比值愈高，或鈉吸著率(Sodium Adsorption Ratio， SAR)愈低，愈是理想的灌溉水質。
另外在灌溉水質標準有電導度(Electrical Conductivity, EC)項目，是為了避免灌溉水中有過多的離子濃度，灌溉土壤導致作物根區的鹽份濃度增加，使得作物需要耗費更多的能量，或稱為作物水份潛能(Crop Water Potential )去克服土壤水份鹽份濃度增加所提高的滲透壓潛能(Osmotic Water Potential)。作物若在生理上無法做此調整，作物將產生植株矮化、葉面積減少，情況嚴重者將造成植物葉斑、葉緣捲化、葉梢變黑，甚至植株死亡。鹽化對作物、土壤的反應與乾旱缺水的反應相似，都是對作物生育的影響非常顯著。
電導度雖然在灌溉水質標準項目中，但是不在民生與工業用水的標準中，主要的原因是所用的水量較少，鹽份的影響不大，例如成人每天喝的水量約二公升，若身體體重以六十公斤計算，每日所喝的水只佔體重的3.3%，但是作物每日所吸收的水份，約為植株的重量，如此大量的用水，必須能夠克服土壤鹽份的滲透壓。所以雖然其他用水不需考慮電導度的影響，但是灌溉水質標準仍需對水中離子總農度或電導度設限。

灌溉水電導度的意義
隨著工商業的發達，污染源的增加，台灣農田灌溉的水質，也逐漸劣化。目前已成各水利會灌溉管理上嚴重之課題。談灌溉水質，首先要認識的便是電導度的大小，它是判斷水質優劣的基本尺碼。電導度的意義和重要性如何應人要知體溫，開車的司機要知道走多少公里數一樣。
灌溉水不論是地表河川水或地下水，都要流經地殼岩層及土壤，所以多少都含有鹽分。所謂鹽分，即指無機陽離子鈣、鎂、鈉、鉀等，陰離子碳酸根、硫酸根、氯離子等的總和。從前測定灌溉水中總鹽分含量，是將一定量的水蒸乾，再求剩下固體物與水量之比值而得。非常費時，也不準確。
自從發現（十九世紀初）水中的無機鹽類和水的電導度之間有密切的正相關之後，水中鹽分的測定方便多了。它不但簡單迅速，測定值安定，也不消耗樣品和藥品，任何人一經說明，就會測定。
電導度的測定單位，最常用的有：μS／cm及μS／cm兩種，（前者比後者大千倍），前者用於測定土壤的鹽分總含量，後者是測灌溉水時用的。測定土壤是將土壤調製成飽和，取飽和液測定，當電導度大於4μS／cm時，便可判斷它是鹽土，若低於2μS／cm時便知道它屬貧脊的土壤。在測定灌溉水時，如果電導度是超過750μS／cm表示已達灌溉水質標準規定的限值，若是超過1250μS／cm時，即表示已達水稻栽培能容忍的最大限度。再超過時能明顯減產（尤其是土質粘性重，低窪排水不良的農田），就應該取締或設法改善。

灌溉水鈉吸著率的意義
灌溉水不管是地表水或地下水，多少都含有鹽分。在所有鹽分中，以陽離子鈣、鎂、鈉及陰離子碳酸根、硫酸根、氯離子佔絕對多數，達總量百分九十以上。所以研究灌溉水質，莫不將這些化學成分，彼此之間相對含量之高低及互相化合之形態，視為最重要的探討任務。
當灌溉水進入農田中後，所含的鹽分能被土壤顆粒吸著，經過土壤蒸發及作物吸收，鹽分之濃度會增至較原來灌溉水數倍至十倍以上。所以良好的灌溉管理，要注意滲透排水，要計算應行滲漏之水量，以避免鹽分過度累積。因此，在灌溉學上排水管理和灌溉是同樣地重要。
施灌污染的灌溉水，農田土壤含鹽量必然會增加。鹽分增加的危害，可分三方面：(一)作物直接受毒害。(二)土壤溶液滲透壓增大，根系吸水困難。(三)土壤劣化。作物毒害包括重金屬，內容複雜，容後專題論述。茲僅將作物吸水困難及土壤劣化之情形，略作說明之。

(一)作物吸水困難：植物的根吸取水分，是要通過根細胞膜向土壤溶液中吸取的，如果土壤溶液含鹽量大，濃度高，根系之滲透壓要增更大時才能吸收。（這情形如同做醬菜，蘿蔔放在鹽水裡，蘿蔔中水分反滲入鹽水中。）根細胞滲透壓是有一定值（約十五氣壓）。所以若鹽分高之灌溉水，對植物吸水會增加困難，以致於枯死。根據研究，灌溉水中鹽分超過750μS／cm，或土壤中鹽分超過4,000μS／cm，對水稻栽培便很不利。
(二)土壤劣化：灌溉水中之化學成分對土壤理化性之優劣，俱有決定性之影響。例如：含鈣量高之土壤，它能使土粒凝聚，產生團粒作用使結構疏鬆，增進排水，對土壤及作物均有利，鎂也是如此。然鈉含量高之土壤，能使土壤絮散，團粒作用力變弱，當土壤乾燥之後，土粒便緊密結在一起，堅硬結塊龜裂，土壤層間排水困難，使土質惡化。所以灌溉水中鈣、鎂含量高時，對土壤有利，鈉含量高則有害。美國鹽性研究所（U. S. Salinity Laboratory）之研究結論謂灌溉水中鈉害之大小可用鈉吸著率來表示，它的公式是：
　　鈉吸著率SAR = [Na⁺] / {([Ca²⁺] + [Mg²⁺]) / 2}^1/2
（註：計算單位是以Meq/1為準，算出後為無名數）
　　上列公式說明：分子鈉增加，鹹害程度增加，反之，分母鈣、鎂增加，鹹害減少。根據美國鹽性研究所的規定灌溉水電導度（EC）在750μS／cm時，鈉吸著率允許至六比值；電導度在1,500μS／cm，SAR之限值只能有五。超過此規定，便不適於灌溉。因此，凡是對水污染研究或在管制上有職責的水利工作者，判斷灌溉水質時，不但要測定EC值，同時還要測定計算SAR值，才能全盤瞭解鹽分之為害。

灌溉水氮濃度設限之意義
氮是作物生長最需要元素之一，缺少它時，植株矮小，葉細枯黃，最後死亡。反之，吸取太多時，植株肥大嫩弱，容易倒伏，不能抗病蟲害，徒長難結實。所以作物栽培應如何適時供應適量之氣素，歷來都是農業經營者視為研究上一大課題。
台灣在一九四○至七○年代，尚屬農業社會，污染源不多，農業上氮肥之需求量很大。因此，家庭廢棄物、人畜糞便等，便成農業資源，農民要出錢購買取得，才能運輸到田間，當作肥料撒施於田間。今日之年長者，都能記憶，往日清晨的市鎮，都有水肥牛車及肩挑糞桶的農民，穿梭市街，一片喧鬧聲，印象深刻。
進入一九八○年，台灣之經濟起飛，由於工商業發達，都市社區擴大及人口集中的結果，各式各樣的污染源也日益增多，尤以家庭廢污及豬糞尿，含氮量特多，於是造成今日農村氮素之嚴重污染問題。
氮素之污染，為害是多方面的，首先是對農作物的衝擊，水稻栽培是分蘗過盛，後期倒伏，易罹病蟲害；蔬果是種實不良，品質酸澀；水產養殖銨（NH3+）毒性劇烈，是魚類中毒的主因；環境方面，陸地則雜草叢生，水面是布袋蓮繁殖；至於地下水，若是氮素滲入，硝態氮增多，便不能飲用，更是影響農民健康。
台灣灌溉水質，根據政府頒佈有關氮之限值標準為1 mg／1，若依此標準，則台灣所有灌溉渠道，尤其是灌排併用或迴歸利用水路，已達80以上，超過此值，情況十分嚴重。灌溉水質氮素限值規定為1 mg／1，其實際之意義是在防範水稻生長後期之成熟期（即水稻種植後第八十天至四個月），水稻發生徒長，影響結實的惡果。至於生長前期的分蘗期，是不在此限。根據水稻栽培，一般農家施肥的習慣，都是在種植整地時，施用全部堆廄肥及50％氮肥，另50％是在種植三十天內（分蘗始期）施畢，目的是儘量促進前期之生長，而避免成熟期徒長，影響稻穗之結實。
水稻全期作需要多少氮肥呢？以亞熱帶台灣一般的土壤肥力而言，大概是一○○公斤公頃，相當於五○○公斤的硫酸銨。假若灌溉水中含有一毫克公升之氮，全期作栽培之需水量為一二、○○○噸公頃時，則灌溉水中可供應水稻之氮量為十二公斤公頃，佔施氮肥之百分十二。準此推估，如果灌溉水中氮之含量達八毫克公升時，種植水稻可不必施肥，施肥便造成水稻徒長。換言之，若是在有施肥之水稻，施灌含有氮素之灌溉水，都會造成優養化之污染。
　　台灣農田渠道，都是明渠，縱橫田野，上流下接。因此，各種污染物質，極易滲入，尤以渠道下流地區，含氮量高者，均在一○毫克公升以上，水質灰黑發嗅，蠕蟲蠢動，農民多不敢引灌，視渠道為污染物之淵藪，農村之盲腸。此種情形在彰化之鹿港、秀水；雲林之西螺、嘉南學甲、將軍；高雄之阿蓮、後勁；屏東之萬丹等灌區，多類如此。
氮是作物的營養份，也是作物的污染質，其區別是在量之多少。因此，如何取得最合理之平衡點，應是灌溉水質管制上，最應考慮的課題。然而由於各方之立場觀點不同，對量之管制，看法也有甚大之差異。例如：
學者的看法：基於對水稻成熟期不致徒長，影響種實，所以應採嚴格立場，規定限值不應超越一毫克公升。
污染者之立場：如畜牧養殖及工廠排放者，農民不施肥時，灌溉水中含氮量在十毫克公升，作物尚能容忍。
農民使用者的願望：在水稻生長初期，1 0 mg／1以上，都可接受，但在成熟期，要求有純潔水質。同時也懷疑，灌溉水氮素含量是否能保持穩定，因之也使農民在施肥調節上發生困難而影響產量。
此種情況，困擾多年，無法解決。最近由農委會主管當局水利科，召集有關多方檢討，最後認定：採用1 mg／1，實嫌過嚴，1 0 mg／1又屬過寬，將對水稻生育及農村環境衛生不利。故暫時認定：灌溉水質氮素含量可允許施寬至3 mg／1。此種裁決，可說：雖不滿意，但可接受。