山东省地下水硝酸盐分布规律及溯源研究

【摘要】： 随着工农业生产的迅速发展,地下水的硝酸盐氮(NO3--N)污染已成为世界性的环境问题,地下水中过量的NO3--N会以直接或间接的方式危害人们的健康,地下水中硝酸盐的来源很多,而且一旦污染,其治理代价非常大,最根本的解决办法就是找到硝酸盐的来源,从根源上减少NO3-向地下水的输送。本文针对山东全省农村地区,对地下水NO3-的含量及分布规律进行研究,并采用离子交换色层法对NO3--N浓度大于10mg/L的地下水进行预处理,做进一步溯源研究,同时对已存在的NO3--δ15N值数据库进行补充与完善,为查明污染物来源,从根源上切断污染源,治理硝酸盐污染提供理论依据。研究结果如下: 1本实验所采用的Bio-rad3公司生产的AG1-X8(Cl-型,200-400目)阴离子交换树脂对NO3-的吸附效果很好,吸附率能达到98%以上,采用15ml-6M的HCl溶液对已吸附的NO3-进行洗脱,洗脱效果较好,洗脱率达到94%以上,已能满足同位素测定的需要,其优点很多,值得在水文地质工作中推广。由不同浓度梯度(10,30,50,100mgN/L)的KNO3标准溶液转化成的AgNO3直接经TC-EA转化为N2和CO引进IRMS进行δ15N和δ18O的测定,省去了以往繁琐的转化步骤。其δ15N测定结果的标准偏差为0.22‰,δ18O的标准偏差为0.4‰,重现性较好,测试精度已达到国外同类研究水平,能满足水体硝酸盐溯源和水文地质研究的要求。 2在所采集的地下水样中,以NO3--N浓度为依据,Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类水所占的比例分别为28.89%、10.67%、31.56%、11.11%、17.78%。71.12%的地下水可直接饮用,28.89%的地下水受到硝酸盐污染,不能直接饮用。果树和蔬菜种植体系下地下水NO3-超标比例较高,粮棉油作物种植体系下的地下水超标比例相对较低,这主要是由蔬菜和果树种植体系下氮肥施用量较高,而粮棉油作物种植体系下氮肥施用量相对较低造成的。总体上,山东省地下水NO3-含量状况已不容乐观,必须采取一定的措施进行保护,应合理施肥,提高肥料利用率,以避免因地下水NO3-污染而引发的严重后果。 3以市区为单位,地下水NO3--N平均含量状况为:滨州、聊城、德州、菏泽地下水NO3--N平均含量较低,低于10mg/L;莱芜、淄博、烟台、潍坊地下水NO3-平均含量较高,高于20 mg/L;济南、青岛、枣庄、临沂、威海、日照、济宁、泰安地下水NO3-平均含量中等。地下水NO3--N的平均含量随埋深的变化没有呈现出明显的规律性,有可能受当地土壤质地的影响很大或是受地下水补给途径的影响,也可能与采样点的选取以及多少有关;不同作物类型下地下水NO3--N平均含量从小到大依次为:粮棉油作物、露地菜、果树、设施蔬菜。此外,通过本研究还发现,硫酸根浓度与硝酸根浓度显著相关,且硫酸根浓度随着硝酸根浓度的增大而增大。 4山东地区含水层没有发生明显的反硝化作用,可以根据地下水NO3-的δ15N值反映源的氮同位素特征。如以研究区域整体为单位,有35.45%地下水样品的NO3--N来自于粪肥污染,有27.1%的地下水样品是受化肥污染,还有37.45%的地下水样品的NO3--N污染来自于化肥、粪肥以及生活污水的混合污染。如以地下水中NO3--N平均浓度高于20mg/L的淄博、烟台和潍坊为研究单位,则淄博地区的地下水NO3--N污染有22.22%来自于粪肥污染,有22.22%来自于化肥污染,还有55.56%来自于化肥、粪肥以及生活污水的混合污染;烟台地区的地下水NO3--N污染有55.56%来自于粪肥污染,有5.56%来自于化肥污染,有38.88%来自于化肥、粪肥以及生活污水的混合污染;潍坊地区的地下水NO3--N污染有16.13%来自于粪肥污染,有48.39%来自于化肥污染,还有35.48%来自于化肥、粪肥以及生活污水的混合污染。