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首页 > 水利论文 > > 华北某集约化种植区地下水污染特征与成因
华北某集约化种植区地下水污染特征与成因
>2023-01-13 09:00:00


集约化农业是一种与粗放农业相对应的、高投入高产出的农业经营方式, 是世界农业的发展方向\\(左海军, 2010\\)。集约化农业在提高粮食供应的同时也带来了很多环境问题, 生产过程中污染物的集中大量排放远远超过土壤环境荷载, 导致土壤质量退化, 进而对地下水资源产生了极大威胁\\(寇长林,2004\\)。大量研究表明, 集约化种植长期大量使用化肥、农药、农膜及大型机械, 导致土壤速效养分, 重金属 Cu、Zn、Pb、Zn、Cd 等累积\\(寇长林, 2004; 李见云等, 2005; 刘兆辉等, 2008; 黄霞等, 2010; 左海军, 2010; 王兰化等, 2014\\), 多种农药化合物, 增塑剂的残留\\(周瑜, 2009\\)。这些有害物质通过淋溶, 地下径流等方式进入地下水水体, 从而导致地下水水质恶化。目前大多数研究者, 关于集约化种植区地下水的研究主要集中在氮磷等无机污染\\(寇长林,2004; 马志东, 2012\\), 对于农药和农膜等引起的有机污染关注相对较少。本文以华北平原某集约化种植区为典型研究区域, 分析了集约化种植特征, 对土壤及地下水中无机组分和有机污染物进行检测分析, 结合包气带防污性得出集约化种植对地下水有机与无机污染的影响机制。

该集约化种植区位于华北平原东部, 区内属暖温带半湿润季风内陆性气候, 四季分明, 平均降水量 608 mm\\(刘庆等, 2009\\)。该区第四系地质发育, 地下水位大多为 20 m 左右, 含水层多以砂性层为主\\(王俊兰, 2008\\)。研究区蔬菜种植历史悠久, 较大面积的蔬菜种植开始于 20 世纪 70 年代。1989 年, 创建了一年四季都能栽培喜温性蔬菜的冬暖塑料大棚, 开创了该区蔬菜生产技术的新纪元。1990 年, 开始大面积发展温室大棚, 蔬菜面积不断增加, 到 1996 年, 该区蔬菜种植达到顶峰, 之后经过几次调整, 形成了具有 4.1 万 km2蔬菜的种植范围\\(孙丽梅, 2005\\)。

研究区化肥施用种类以复合肥为主, 占总量的 95.2%, 化肥施用水平较高, 用量达5368.4 kg/km2\\(纯量\\), 以撒施、冲施为主, 利用率较低。施用的农药种类主要为杀虫剂、杀菌剂, 全年农药投入量\\(商品量\\)为137.5 kg/km2, 其中杀虫剂和杀菌剂分别占 24.4%和 75.6%。杀虫剂中微生物\\(源\\)类、有机磷类、拟除虫菊酯类使用较多; 杀菌剂中混合型、唑类、取代苯类、有机硫类和二羧甲酰胺类使用较多\\(孙丽梅等, 2007\\)。

1、 样品采集和测试

本次工作于 2013 年 4 月对该集约化大棚蔬菜地种植区开展样品采集工作, 共采集地下水样品 8个, 土壤样品 11 个, 样品分布如图 1 所示。土壤样品采集点位于某居住村蔬菜大棚内, 使用洛阳铲在纵剖面 0~300 cm 上每 30 cm 取一个土壤样品。地下水样品采集点选择了该村及周围村庄大棚蔬菜地种植区内 8 眼灌溉井, 采集深度为 20 m 左右, 采集时均抽汲 10 min 以上, 确保抽汲水量大于井内水 2 倍以上, 然后取瞬时水样。土样和水样送至中国地质大学\\(北京\\)水资源与环境工程北京市重点实验室进行分析。

土壤检测指标为 16 种有机氯农药、16 种多环芳烃和 6 种邻苯二甲酸酯类。地下水检测指标除了上述指标外, 还对地下水无机组分、多氯联苯及其他 74 种半挥发性有机物进行了检测。选用气相色谱分析方法测定地下水中有机氯农药和多氯联苯含量,液-液萃取法与气相色谱-质谱\\(GC/MS\\)联用方法测定地下水中半挥发性有机物含量, 饮用天然矿泉水检验方法\\(GB/T 8538—2008\\)测定地下水无机组分含量。

2、 集约化种植区地下水污染特征

2.1 地下水无机组分

参照地下水质量标准\\(GB/T14848—93\\)对本次地下水样品无机组分进行综合质量评价。本次综合评价的指标包括 6 种阳离子\\(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+、NH+\\), 10 种阴离子\\(Cl–、SO42–、HCO3–、CO3–、NO3–、NO2–、F–、HPO42–、Br–、I–\\), 4 种综合化学指标\\(总硬度、总碱度、总酸度、溶解性总固体\\)和18 种金属指标\\(Cr、Mn、As、Cd、Pb、Zn 等\\), 评价结果表明, 仅有一组地下水样品为 III 类, 其他全为 V 类, 主要受硝酸盐氮、总硬度和亚硝酸盐的影响, 地下水已经受到较为严重的污染。其中硝酸盐氮、总硬度、亚硝酸盐对 V 类水的贡献率分别为:100%、28.6%、14.3%。本文主要对地下水中的毒理指标, 即三氮、重金属组分进行污染特征分析。

2.1.1 三氮

该集约化种植区地下水硝酸盐的含量较高, 本次取样测得硝酸盐平均含量为 260.75 mg/L, 最高浓