趙鐵銘，李亞松

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北石家莊 050061)

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集約化種植區(qū)地下水水質(zhì)劣化的影響因素

趙鐵銘，李亞松*

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北石家莊 050061)

集約化種植長(zhǎng)期大量使用農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜及大型機(jī)械，導(dǎo)致多種農(nóng)藥化合物污染和重金屬累積。淋溶或地下水徑流過(guò)程可將這些有害物質(zhì)攜帶至地下水中，長(zhǎng)此以往地下水水質(zhì)惡化。以山東某村集約化種植區(qū)為例，采集地下水、土壤樣品，分析集約化種植地區(qū)地下水污染特征及其影響因素，給出防治對(duì)策。

集約化種植；農(nóng)藥化合物；重金屬；農(nóng)膜

進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著人口數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程不斷加快，耕地面積逐年下降，而農(nóng)產(chǎn)品的需求量逐年攀升。大量使用農(nóng)藥和化肥成為解決這一供需矛盾的有效途徑，但也給農(nóng)業(yè)區(qū)土壤環(huán)境和地下水環(huán)境帶來(lái)較大的危害。我國(guó)化肥、農(nóng)藥等的不規(guī)范使用導(dǎo)致農(nóng)作物吸收率低，營(yíng)養(yǎng)成分流失嚴(yán)重，因此低效或過(guò)量使用農(nóng)藥化肥均會(huì)致使土壤污染以及地下水中農(nóng)藥殘留多和水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致面源污染成為我國(guó)水資源的主要污染源[1-6]。此外，高分子、難降解的農(nóng)膜的廣泛應(yīng)用、規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)固液廢物的隨意排放和小型工礦企業(yè)利用滲坑、旱井或天然河道排污等，也逐漸成為影響農(nóng)業(yè)區(qū)地下水環(huán)境的主要因素，致使農(nóng)業(yè)區(qū)地下水污染源呈現(xiàn)面源、點(diǎn)源和線源并存的狀況[7]。

1 樣品采集及分析方法

該次工作選取山東某集約化種植區(qū)進(jìn)行樣品采集，共計(jì)采集土壤樣品11組、地下水樣品8組。土樣和水樣被送至中國(guó)地質(zhì)大學(xué)水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試分析。樣品采集及測(cè)試方法見(jiàn)表1。

表1 樣品采集及測(cè)試方法

2 地下水污染特征及影響因素

目前農(nóng)業(yè)耕種中施加的肥料可分為無(wú)機(jī)肥料和有機(jī)肥料，其中無(wú)機(jī)肥料自20世紀(jì)60年代開(kāi)始得到大量施用，土壤肥力和作物產(chǎn)量確實(shí)得到提高。由于受化肥品種、施用技術(shù)的限制，我國(guó)化肥平均有效利用率只有30%～35%?；实倪^(guò)量使用導(dǎo)致某些地區(qū)飲用水中硝酸鹽濃度超標(biāo)[12]。京、津、唐地區(qū)69個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水和飲用水樣品分析表明，硝酸鹽含量超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)的占一半以上。太湖流域蘇、浙兩省17個(gè)縣市的76口飲用水井中硝酸鹽和亞硝酸鹽超標(biāo)率分別達(dá)38%和58%。

統(tǒng)計(jì)資料顯示，地下水中氮含量與施用的氮肥量存在相關(guān)關(guān)系，含氮量過(guò)高將加速雜草生長(zhǎng)，間接導(dǎo)致除草劑用量的增加。此外，無(wú)機(jī)肥料中的添加料也會(huì)導(dǎo)致地下水重金屬污染，如氟磷灰石是磷酸鹽和過(guò)磷酸鹽的常見(jiàn)添加料。氟就是通過(guò)這一途徑進(jìn)入土壤和植物中，并且有少量進(jìn)入地下水。有機(jī)肥料具有改良土壤、培肥地力的作用，也增加了對(duì)土壤中施用無(wú)機(jī)氮肥的需要量，改變了耕植土層的物理性質(zhì)，用量過(guò)大則可能超過(guò)土壤本身的自凈能力，影響土壤質(zhì)量，進(jìn)而影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 農(nóng)藥污染 根據(jù)該次樣品測(cè)試結(jié)果，土壤樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥4，4′-DDD被檢出，且只在表層土樣中檢出。這說(shuō)明有機(jī)氯農(nóng)藥殘留于土壤表層，殘留厚度在30 cm以內(nèi)。由表2可知，土壤與地下水中苯并(k)熒蒽和苯并(a)芘均有檢出。

表2 測(cè)試結(jié)果

農(nóng)藥的使用是提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的重要措施之一。使用農(nóng)藥可以挽回15%～30%因病蟲(chóng)害引起的農(nóng)作物產(chǎn)量損失。我國(guó)有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯在20世紀(jì)六七十年代被大量使用，對(duì)土壤、水資源等產(chǎn)生很嚴(yán)重的污染，后于80年代被國(guó)家禁用。由于有機(jī)氯農(nóng)藥與多氯聯(lián)苯為持久性有機(jī)污染物，環(huán)境中仍會(huì)有有機(jī)氯農(nóng)藥與多氯聯(lián)苯的殘留[8]。在農(nóng)藥進(jìn)入農(nóng)田后，經(jīng)降雨或農(nóng)田灌溉，隨地表水的流動(dòng)至溝渠、江河，從而污染水體。高毒的有機(jī)磷農(nóng)藥、高殘留的有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑已成為農(nóng)業(yè)區(qū)地下水的主要污染物之一[13-16]。農(nóng)藥對(duì)地下水的污染已不容忽視。1986年美國(guó)23個(gè)州已發(fā)現(xiàn)地下水農(nóng)藥污染。在我國(guó)湖北農(nóng)村也曾發(fā)現(xiàn)不同程度的地下水農(nóng)藥污染。低降解、高殘留農(nóng)藥的使用對(duì)農(nóng)作物安全帶來(lái)較大的影響。國(guó)內(nèi)部分市場(chǎng)銷售的小白菜、豇豆、茭白等蔬菜甲胺磷被檢出，個(gè)別地區(qū)檢出率高達(dá)100%。

2.3 農(nóng)膜污染 作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成，農(nóng)膜在保水保肥、提高產(chǎn)量方面有著很高的優(yōu)越性，因此我國(guó)農(nóng)膜使用面積大幅擴(kuò)大，使用量逐年遞增。但是，農(nóng)膜的使用也給環(huán)境帶來(lái)巨大的危害。農(nóng)膜強(qiáng)度低，易破裂，而且屬高分子化合物，難降解，土壤中的殘留量相當(dāng)大。

表3 PAEs分析結(jié)果

農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中的PAEs通常來(lái)自農(nóng)用膜、污水灌溉、垃圾滲濾液等。由表3可知，研究區(qū)塑料薄膜的使用量較大，PAEs易從塑料膜中滲出，導(dǎo)致土壤中PAEs含量增加[8]；地下水中鄰苯二甲酸酯類的存在與集約化農(nóng)業(yè)大量施用農(nóng)膜、農(nóng)藥等密切相關(guān)[17]，且該物質(zhì)在土壤中難揮發(fā)，雖然在水中的溶解度較小，但長(zhǎng)期存在于土壤中，隨著農(nóng)作物的高頻灌溉向下移動(dòng)，進(jìn)而污染地下水[18]。

由于土壤中殘膜碎片改變或切斷土壤孔隙連通性，農(nóng)膜殘留量增大，導(dǎo)致土壤水分滲透量減小，致使土壤孔隙含水量下降，甚至導(dǎo)致地下水難下滲，引起土壤次生鹽漬化等嚴(yán)重后果。同時(shí)，農(nóng)膜殘留會(huì)增加土壤的容重和比重，阻塞土壤孔隙，導(dǎo)致土壤水肥運(yùn)移緩慢，對(duì)土壤農(nóng)作物的根系產(chǎn)生影響，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。在生產(chǎn)農(nóng)膜的過(guò)程中，通常會(huì)添加一些助劑。這些助劑中的大部分含有重金屬及某些有機(jī)化合物。當(dāng)農(nóng)膜殘留于土壤中時(shí)，這些有害有毒物質(zhì)不斷地從農(nóng)膜中溶出，有毒有害物質(zhì)、有機(jī)物在進(jìn)入土壤累積的同時(shí)，還可能被農(nóng)作物吸收，進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品，通過(guò)食物鏈作用影響人體健康。土壤中的污染物還會(huì)淋溶進(jìn)入水體，通過(guò)飲水等途徑危害人類健康[19]。

3 結(jié)語(yǔ)

該次工作選取山東某集約化種植農(nóng)業(yè)區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)研究區(qū)土壤和地下水采樣測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等的大量、長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致土壤、地下水中重金屬Cu、Zn、Pb、Cr、Cd等的累積以及增塑劑、農(nóng)藥有機(jī)化合物的殘留。淋溶及地下水徑流過(guò)程可將這些有害物質(zhì)攜帶至地下水中，導(dǎo)致土壤污染，地下水水質(zhì)惡化。鑒于農(nóng)業(yè)區(qū)地下水環(huán)境同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，良好的地下水環(huán)境系統(tǒng)不僅可以給農(nóng)作物生產(chǎn)提供可靠的水源，在維護(hù)整個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中也是非常重要的環(huán)節(jié)。所以，應(yīng)從政策方面、環(huán)境立法方面以及技術(shù)體系方面3個(gè)角度進(jìn)行防控，實(shí)施環(huán)境保護(hù)政策和法規(guī)，綜合規(guī)劃治理。

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Groundwater Quality Degradation Influencing Factors in Intensive Cropping Area

ZHAO Tie-ming, LI Ya-song*

(Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, CAGS, Shijiazhuang, Hebei 050061)

Long-term heavy use of pesticides, chemical fertilizers, agricultural films and large machinery in intensive cropping area lead to a variety of pesticide compounds pollution and accumulation of heavy metals, these harmful material through leaching and runoff into the water bodies then resulting in deterioration of groundwater quality. This work got some groundwater and soil samples in some villages as intensive area in Shandong Province for case study, analyses the intensive planting area of groundwater pollution characteristics and its influencing factors, prevention and control countermeasures and suggestions are given.

Intensive cropping area; Pesticide compounds; Heavy metals; Plastic membrane

全國(guó)地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)估項(xiàng)目(2110302)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41402235)。

趙鐵銘(1975- )，男，遼寧本溪人，工程師，從事地下水環(huán)境評(píng)價(jià)方面的工作。*通訊作者，助理研究員，博士，從事地下水科學(xué)與工程方面的研究。

2015-04-22

S 273

A

0517-6611(2015)17-115-02