焉耆盆地綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮量調(diào)查及其空間分布研究

汪昌樹，楊鵬年，張瀚，于宴民

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

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焉耆盆地綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮量調(diào)查及其空間分布研究

汪昌樹，楊鵬年，張瀚，于宴民

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

【目的】研究焉耆盆地綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮污染現(xiàn)狀及地下水空間分布規(guī)律?！痉椒ā?014～2015年通過野外采樣及室內(nèi)化驗(yàn)，利用紫外可見分光光度法測定地表水(80個(gè))、不同埋深地下水(284個(gè))水體硝酸鹽含量，并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析及克里金(Kriging)法研究盆地現(xiàn)狀硝態(tài)氮量及空間分布?！窘Y(jié)果】除包氣帶水體外，綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮量水平總體較低，但不同類型、區(qū)域水體間差異性明顯，變異性較高。主要河流與農(nóng)田排渠均受到人為因素干擾，部分農(nóng)田排渠硝態(tài)氮量已超過10.0 mg/L。地下水硝態(tài)氮量與埋深密切相關(guān)，包氣帶水>手壓井>灌溉井>自來水井，隨著埋深的增加，硝態(tài)氮量呈減小的趨勢。氮素進(jìn)入田間后，富集于耕作層等包氣帶土層，為進(jìn)入地下水的起點(diǎn)。普通克里金插值(Or-Kriging)結(jié)果顯示，部分典型灌區(qū)地下水已接近甚至超過國際(WHO)地下水安全允許濃度(硝態(tài)氮量>10.0 mg/L)，較高的區(qū)域多分布于典型灌區(qū)?！窘Y(jié)論】集約化種植氮肥施用量的增加、利用率偏低是焉耆盆地綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮量升高的主要原因，包氣帶中積累過多的氮素是水體污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

硝態(tài)氮；空間分布；氮肥；焉耆盆地；綠洲

0 引 言

【研究意義】近年來，隨著農(nóng)業(yè)集約化程度的提高，面源污染呈現(xiàn)加重的趨勢，水體硝態(tài)氮污染已成世界上面臨的嚴(yán)峻問題之一。攝入硝態(tài)氮濃度過高的飲用水有患高鐵血紅蛋白癥、藍(lán)嬰綜合癥(嬰幼兒)及消化系統(tǒng)癌癥等風(fēng)險(xiǎn)[1]；河流、湖泊地表水體硝態(tài)氮量過高將引起水體富營養(yǎng)化等一系列環(huán)境問題。面對(duì)焉耆盆地日益嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題，提出硝態(tài)氮為影響水土環(huán)境的重要因子，以綠洲區(qū)為研究對(duì)象，調(diào)查分析變化環(huán)境下水體硝態(tài)氮的污染現(xiàn)狀并對(duì)其空間分布開展研究，對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染、綠洲生態(tài)環(huán)境防治以及實(shí)現(xiàn)綠洲的安全可持續(xù)管理具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】地下水本身具有天然凈化功能，但流動(dòng)更新緩慢，一旦污染物濃度超過了其自凈能力，含水層的修復(fù)過程將非常漫長。硝酸鹽既是水體污染最具代表性的物質(zhì)之一[2]，又是公認(rèn)的世界上分布最廣的地下水污染物。自20世紀(jì)末以來，我國許多地區(qū)出現(xiàn)了有關(guān)湖泊、河流及地下水硝態(tài)氮污染的報(bào)道[3-7]，尤其是農(nóng)業(yè)面向現(xiàn)代化過程中的生產(chǎn)方式如作物種植、灌溉排水、施肥噴藥等技術(shù)也朝著集約化、輕簡化的方向發(fā)展，使面源污染(硝態(tài)氮)有加重的趨勢。【本研究切入點(diǎn)】綠洲既是干旱少雨地區(qū)人類活動(dòng)的載體、精華所在[8]，亦是區(qū)域尺度干擾生物多樣性的策源地[9]，綠洲區(qū)的穩(wěn)定與否直接關(guān)系人類的生產(chǎn)、生活以及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[10]。以往研究有關(guān)焉耆盆地的研究多是從水鹽均衡的角度出發(fā)[11-14]，主要集中于水量和水質(zhì)(鹽分)的演化上，建立了水文及地下水模型，研究了焉耆盆地─博斯騰湖─孔雀河灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的水資源配置、水鹽調(diào)控及向塔里木河下游輸水等問題，但對(duì)于盆地面源污染的研究并不多見，關(guān)于硝態(tài)氮污染的涉及更為鮮見。此方面的研究與治理多集中于城區(qū)，對(duì)于面源污染嚴(yán)重的集約化農(nóng)區(qū)不夠重視，基礎(chǔ)研究也非常缺乏。盆地農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨土地利用方式轉(zhuǎn)變、面源污染加劇、入湖水量銳減、水質(zhì)劣變等生態(tài)環(huán)境問題，加上近些年化肥施用量急劇增加、利用率較低以及不合理的灌溉使氮素被淋洗至河流、湖泊及地下水體，造成污染，但有關(guān)硝態(tài)氮的統(tǒng)計(jì)資料與分析研究從未系統(tǒng)化。研究焉耆盆地綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮污染現(xiàn)狀及地下水空間分布規(guī)律?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究綠洲農(nóng)區(qū)水體的硝態(tài)氮量的現(xiàn)狀調(diào)查及地下水分布規(guī)律，為盆地乃至類似地區(qū)硝態(tài)氮面源污染的防治提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

焉耆盆地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，為西北內(nèi)陸干旱區(qū)，行政區(qū)劃包括焉耆、和靜、和碩、博湖縣及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師21～27和223團(tuán)場，面積1.361 2×104km2，區(qū)內(nèi)水土資源豐富，擁有我國最大的內(nèi)陸淡水湖博斯騰湖(約1 000 km2)。研究區(qū)為盆地綠洲區(qū)，即平原耕地區(qū)(85°54′58″～87°29′6″E，41°43′33″～42°26′17″N)，約占盆地總面積的45%。該區(qū)深居內(nèi)陸，屬中溫帶大陸性干旱半干旱氣候，年內(nèi)平均氣溫-11.6(1月)～23.3℃(7月)，相對(duì)濕度36.67%(4月)～73.67%(12月)，無霜期178 d，降雨多集中在夏季，降水量0.93(2月)～16.23(7月)mm。主要種植小麥、玉米等糧食作物，棉花、瓜果、工業(yè)番茄及色素辣椒等經(jīng)濟(jì)作物。圖1

此次取樣的水體類型包括盆地內(nèi)主要的河流、湖泊及引、排水渠等地表水和不同埋深地下水。盆地第四系堆積物厚度大，分布廣泛的松散孔隙介質(zhì)中，地下水儲(chǔ)存量極其豐富。第四系含水系統(tǒng)分為山前沖積扇單一潛水子含水層系統(tǒng)和細(xì)土平原區(qū)多層潛水─承壓水子含水層系統(tǒng)，前者位于盆地西北部，以山前暴雨洪流形成的河水、雨水的垂直入滲補(bǔ)給及地下水徑流的側(cè)向補(bǔ)給地下水，后者為徑流、排泄區(qū)，排水最終匯流于博斯騰湖。盆地潛水系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的開放系統(tǒng)，潛水位埋深變化幅度大，多在5～20 m，巖性為亞砂土、亞粘土和砂礫的交互層。細(xì)土平原區(qū)潛水位受河流、湖泊以及側(cè)向徑流的影響，一般小于5 m，山前戈壁傾斜平原，潛水位一般10～50 m。地表向下砂礫、石粒逐漸變細(xì)，60 m處出現(xiàn)10 m厚的穩(wěn)定承壓水隔水層。盆地地下水補(bǔ)給來源除河流入滲、地下徑流側(cè)向補(bǔ)給外，還有灌溉、降水補(bǔ)給等。依據(jù)地下水埋藏條件和水井利用類型將地下水劃分為包氣帶水(上層滯水)、潛水(手壓井)、承壓水(灌溉、自來水井)。圖1

圖1 樣點(diǎn)采集分布及研究區(qū)示意
Fig.1 Location of the study area and sampling distribution

1.2 方 法

1.2.1 樣品采集

采用均勻布點(diǎn)、局部加密的原則選擇盆地代表性較強(qiáng)的作物種植區(qū)，于2014年7至2015年9月連續(xù)4次取樣，并采用GPS定位。地表水取自河流(上、中、下游)斷面、排灌溝渠及湖泊。地下水依據(jù)水體類型取樣：(1)包氣帶水，為農(nóng)田采集土樣(2.6 m深)后的滲水，即未鉆取至潛水位前經(jīng)包氣帶擴(kuò)散平衡后積聚形成；(2)手壓井水取自居民家中的潛水井，一般用于家禽飲水和應(yīng)急生活用水；(3)灌溉水和飲用水(自來水)均為承壓水，灌溉水位于農(nóng)田灌溉井，80～140 m深；飲用水最深，位于城鎮(zhèn)的集體供水井(140～200 m)。手壓井與機(jī)井采用人工或水泵提水，取樣時(shí)先用水樣進(jìn)行清洗，之后放入裝有冰塊的保溫箱中帶回，測試前于冰箱內(nèi)冷凍保存，分析時(shí)對(duì)混濁的水樣進(jìn)行過濾，采用T6(新世紀(jì))紫外可見分光光度計(jì)測定N(>)量。

1.2.2 硝態(tài)氮污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

世界衛(wèi)生組織(WHO)和歐美規(guī)定：美國和日本飲用水硝態(tài)氮最大允許濃度為10.0 mg/L，歐洲11.3 mg/L[17]。我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：飲用水中硝態(tài)氮量不得超過10.0 mg/L，飲用水水源地不得超過20.0 mg/L[18]。地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-93)：硝酸鹽(以N計(jì)，mg/L)，Ⅰ類≤2.0，Ⅱ類≤5.0，Ⅲ類≤20.0，Ⅳ類≤30.0，Ⅴ類>30.0。一級(jí)硝態(tài)氮量為10.0 mg/L，二級(jí)20.0 mg/L。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)測值，將硝態(tài)氮量分析標(biāo)準(zhǔn)分為：Ⅰ類≤2.0 mg/L、Ⅱ類≤5.0 mg/L、5.0～10.0 mg/L、10.0～20.0 mg/L、>20.0 mg/L(Ⅳ類含量以上)。

2 結(jié)果與分析

2.1 焉耆盆地綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮量

此次野外調(diào)查取樣包括河流及農(nóng)田引水渠、排渠、博斯騰湖和不同埋深地下水水樣共364個(gè)，分別占取樣總數(shù)的8.2%、9.9%、3.8%、76.1%，涵蓋了盆地綠洲農(nóng)區(qū)的地表水、生活及工農(nóng)業(yè)用水。研究表明，地表水(河流及引水渠、排渠)硝態(tài)氮平均值分別為1.12、1.81 mg/L，包氣帶、井水分別為24.73、2.40 mg/L。除包氣帶水體外，綠洲區(qū)硝態(tài)氮量總體較低。井水平均值為地下水質(zhì)量Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，表明河流及引水渠的灌溉水、生活用水質(zhì)量總體較好，但變異系數(shù)分別為0.69、1.63，分別屬于中等變異與高變異強(qiáng)度，表明不同類型、區(qū)域水體之間具有明顯的差異性。博斯騰湖不同位置取樣的水體變異系數(shù)為0.70，屬中等變異強(qiáng)度，表明不同位置排渠匯入的水體硝態(tài)氮量有所差異，湖體平均值為0.28 mg/L。取自農(nóng)田的包氣帶水平均值高達(dá)24.73 mg/L，農(nóng)田化肥的施用使氮素多集中于耕作層。圖1，表1

表1 焉耆盆地綠洲區(qū)不同類型水體硝態(tài)氮量統(tǒng)計(jì)
Table 1 Nitrate nitrogen concentration statistics of different water type of the oasis area of Yanqi Basin

采集水樣類型Watertype樣點(diǎn)數(shù)Samplingnumber(個(gè))含量范圍Concentrationrange(mg/L)均值A(chǔ)verage(mg/L)標(biāo)準(zhǔn)差(SD)變異系數(shù)(CV)地表水Surfacewater河流、引水渠300.30～2.951.120.780.69農(nóng)田排渠360.08～12.191.812.821.56博斯騰湖140.10～0.670.280.190.70地下水Groundwater包氣帶水78.73～51.3324.7314.420.58井水2770.01～30.412.403.911.63

2.2 焉耆盆地地表水硝態(tài)氮量

2.2.1 主要河流及引水渠水體硝態(tài)氮量

盆地內(nèi)常年性河流多分布于西北部，主要河流的硝態(tài)氮量比較分析表明，大部分河流硝態(tài)氮量總體水平較低，盆地北部常年性河流─清水河硝態(tài)氮量最高，為1.52 mg/L，其余河流均在1.0 mg/L以下。不同河流之間因人為因素影響程度及位置不同水體硝態(tài)氮量有所差異，盆地內(nèi)最大的常年性河流─開都河硝態(tài)氮量為0.61 mg/L；黃水溝是盆地西北部主要的河流之一，同時(shí)也是流入開都河的主要支流，為0.71 mg/L；各行政區(qū)主要干渠硝態(tài)氮量在1.10 mg/L左右，灌溉地表水水質(zhì)較好。圖2

圖2 主要河流及引水渠水體硝態(tài)氮量
Fig.2 Nitrate nitrogen concentration ofriver of Yanqi Basin

2.2.2 主要農(nóng)田排渠水體硝態(tài)氮量

近些年，隨著耕地面積的不斷擴(kuò)大，灌溉引水量不斷增加，各縣及團(tuán)場農(nóng)區(qū)均建有典型的干排，區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)較完善，盆地內(nèi)排堿渠共計(jì)24條，排水直接或間接匯入博斯騰湖。從選取排渠斷面的硝態(tài)氮量看，各行政區(qū)的主要農(nóng)田排渠水體硝態(tài)氮平均值第二師最高，為2.58 mg/L，其次是博湖縣達(dá)1.97 mg/L，其余三縣硝態(tài)氮量較低，在1.0 mg/L以下。從實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)看，各行政區(qū)農(nóng)田排渠硝態(tài)氮量差異顯著，尤其對(duì)于排水面積較大的排堿渠，其中博湖縣種畜場排堿渠硝態(tài)氮量高達(dá)12.20 mg/L，第二師最高硝態(tài)氮量達(dá)10.31 mg/L，同樣位于上述兩個(gè)行政區(qū)的博湖縣黃水育葦公司和22團(tuán)南干排分別為0.11、0.09 mg/L。目前，焉耆盆地每年大約有2.7×108～3×108m3的農(nóng)田排水、近 900×104m3的生活污水和1 000×104m3的工業(yè)廢水通過農(nóng)田排渠直接或間接匯入博斯騰湖，這些硝態(tài)氮量過高的水體將沿渠滲入地下水形成污染，匯入博斯騰湖后，造成湖區(qū)水體出現(xiàn)以硝態(tài)氮為代表性的富營養(yǎng)化等一系列問題。相比河流而言，排渠斷面水體間差異性更大，受區(qū)域影響顯著。圖3

圖3 各行政區(qū)劃排渠硝態(tài)氮量
Fig.3 Nitrate nitrogen concentration of drainage for counties

2.3 焉耆盆地綠洲區(qū)地下水硝態(tài)氮量

2.3.1 不同埋深地下水硝態(tài)氮量比較

研究表明，地下水硝態(tài)氮量總體水平較低，但不同埋深水體間差異明顯，277眼水井埋深由淺至深平均值分別為3.10、2.22、1.29 mg/L，相同埋深不同區(qū)域水體硝態(tài)氮量之間相差也較大。手壓井Ⅰ類水體占71.8%，Ⅲ、Ⅳ類分別有18.4%、2%，且存在Ⅴ類水質(zhì)，表明部分地區(qū)潛水質(zhì)量已不容樂觀，個(gè)別區(qū)域污染已很嚴(yán)重。農(nóng)田灌水井97.7%的硝態(tài)氮量在10.0 mg/L以下，Ⅲ、Ⅳ類水體分別占8.4%、1.5%，無Ⅴ類水體。埋深最大的自來水井多為近些年新建，為集體飲用水井或公用自來水井，水井中無Ⅲ類及其濃度以上水體，最大值為3.81 mg/L，表明盆地飲用水質(zhì)量較好。上述分析表明地下水硝態(tài)氮量與其埋深呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，越接近地表的地下水體易受到人為活動(dòng)的影響而污染，隨著埋深的增加，劣質(zhì)水體明顯減少，這與硝態(tài)氮污染的影響因素、機(jī)制及其方式有關(guān)。地下水污染主要來源為地表淋溶，氮素在土體中不易被吸附，隨著水流淋失至深層土壤進(jìn)入地下水，這種淋溶方式?jīng)Q定了淺層地下水污染在先，而深層具有污染的滯后性[2,5]。土體中的銨態(tài)氮經(jīng)硝化作用將變?yōu)楦走w移的硝態(tài)氮，同樣經(jīng)由土體淋溶至地下水流而最終進(jìn)入博斯騰湖或地下水體。目前，盆地綠洲區(qū)灌溉及飲用水水質(zhì)總體較好，但硝態(tài)氮污染已進(jìn)入灌溉井水層，承壓水已受到影響。表2

表2 不同埋深地下水硝態(tài)氮量
Table 2 Nitrate nitrogen concentration statistics of different depth of groundwater

地下水類型Groundwatertype樣本數(shù)Samplingnumber(個(gè))平均值A(chǔ)verage(mg/L)最大值Max(mg/L)硝態(tài)氮量Nnitratenitrogenconcentration(mg/L)≤2.02.0～5.05.0～10.010.0～20.0>20.0均值A(chǔ)verage比例Per(%)均值A(chǔ)verage比例Per(%)均值A(chǔ)verage比例Per(%)均值A(chǔ)verage比例Per(%)均值A(chǔ)verage比例Per(%)手壓井Hand-pumping1033.1030.410.5971.83.447.87.109.713.928.725.862.0機(jī)井Motor-pumping灌溉水Irrigation1312.2221.260.7664.13.2826.06.227.610.370.820.821.5飲用水Drinking431.293.850.7472.12.7127.9000

2.3.2 焉耆盆地綠洲區(qū)地下水硝態(tài)氮量空間分布特征

基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的Or-Kriging插值方法對(duì)此次調(diào)查分析的277眼水井硝態(tài)氮量進(jìn)行插值估計(jì)，對(duì)源數(shù)據(jù)作對(duì)數(shù)(Log)轉(zhuǎn)換并以二階趨勢效應(yīng)進(jìn)行插值，在考慮各向異性的情況下選用球狀模型，以上述分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)得到地下水硝態(tài)氮量分區(qū)圖。為了校驗(yàn)插值結(jié)果的精度，隨機(jī)選取27個(gè)采樣點(diǎn)(占樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的10%)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，對(duì)剩余250個(gè)樣點(diǎn)插值，采用回歸分析的方法進(jìn)行誤差分析，相關(guān)系數(shù)為1表示所有點(diǎn)分布于回歸線上，由回歸方程知，相關(guān)系數(shù)R2=0.756，表示普通克里金插值的精度為75.6%?？梢郧逦目闯鼍G洲區(qū)硝態(tài)氮量的空間分布，從斑塊的分布進(jìn)一步顯示出綠洲區(qū)硝態(tài)氮量的異質(zhì)性，根據(jù)斑塊的大小、位置可以看出硝態(tài)氮環(huán)博斯騰湖且以開都河呈對(duì)稱分布，這與盆地的地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。盆地為近乎封閉的地下水匯水的特點(diǎn)[14]，使得硝態(tài)氮分布具有一定的對(duì)稱性。污染嚴(yán)重的區(qū)域分布于和靜、和碩縣城周邊，為人口密集造成的生活及城市工礦業(yè)污水的排放所致，其余污染較重的區(qū)域多位于綠洲區(qū)的典型灌區(qū)，且在盆地各行政縣都出現(xiàn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)硝態(tài)氮量或以上的水質(zhì)斑塊。綠洲區(qū)周邊種植區(qū)廣泛分布著Ⅱ類地下水硝態(tài)氮量，表明綠洲區(qū)在集約化種植的影響下，存在潛在污染風(fēng)險(xiǎn)。圖4，圖5

圖4 綠洲區(qū)Or-Kriging插值硝態(tài)氮量分區(qū)
Fig.4 Or-Kriging interpolation partition map of nitrate nitrogen concentration of oasis

圖5 綠洲區(qū)Or-Kriging插值誤差回歸分析
Fig.5 The error regression analysis diagram of Or-Kriging interpolation of oasis

3 討 論

綠洲農(nóng)區(qū)水體硝態(tài)氮污染主要由農(nóng)業(yè)活動(dòng)中施用化肥及集中式和分散式的污水處理、管道泄漏、畜禽飼養(yǎng)等引起[1]。近些年，焉耆盆地面臨集約化種植中帶來的一系列生態(tài)環(huán)境問題，長期引用河水漫灌導(dǎo)致土壤鹽漬化及次生鹽漬化問題嚴(yán)重。為防治鹽漬化以及滿足庫爾勒市發(fā)展的需水，盆地規(guī)劃了供水水源地，且大面積推廣高效節(jié)水的灌溉模式，地下水下降過程中攜帶大量氮素的運(yùn)移。大面積推廣膜下滴灌，每年實(shí)行冬春灌需大水漫灌淋洗鹽分，與此同時(shí)，將作物生育期土壤中積累的氮素淋洗至地下水。美國、歐美等許多國家曾為硝態(tài)氮污染的治理付出了高昂的代價(jià)，如通過清潔水法案并設(shè)立專項(xiàng)基金用于面源污染治理[19]，德國在巴登州劃定三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的水源保護(hù)區(qū)[20]等，使嚴(yán)重的地下水硝態(tài)氮污染有所緩解。地下水硝態(tài)氮污染的自然修復(fù)可長達(dá)25～50 a，且人為修復(fù)代價(jià)高昂[21]。

氮素作為作物生長的必需元素之一，農(nóng)業(yè)種植常通過施入氮肥來實(shí)現(xiàn)，焉耆盆地盛產(chǎn)瓜果、加工番茄及色素辣椒等經(jīng)濟(jì)作物，為追求產(chǎn)出，存在盲目投入氮肥的情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)[22]，巴州氮肥施用量(折純)由上世紀(jì)90年代的3×104t增至現(xiàn)在的11×104t，第二師氮肥施用量由1×104t升至4×104t，巴州四縣的氮肥施用量近10余年增加了僅4倍，但利用率只有30%～40%。焉耆盆地耕地化肥施用量和單位面積施用量(氮肥)近年來逐步增加，單位面積施用量由90年代的200 kg/hm2增加了近2倍，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家。不合理的農(nóng)田耕種使氮素在土體殘留積累，在水流淋洗下淺層地下水更容易受到污染[1]，這與研究得出的結(jié)果相似，潛水Ⅰ類水體占71.8%，Ⅲ、Ⅳ類分別有18.4%、2%，灌溉水井、自來水井劣質(zhì)水體驟降，自來水井無Ⅲ類及其硝態(tài)氮量以上的水體，同樣相似的結(jié)論還有北京市平原農(nóng)區(qū)地下水硝態(tài)氮污染源于地表淋溶，過量施用氮肥為主要原因[2]。圖6

圖6 焉耆盆地四縣單位面積氮肥施用量時(shí)間序列
Fig.6 Time series of nitrogen fertilizer application amount of unit area in four counties of Yanqi Basin

一般認(rèn)為，世界上原生水體硝態(tài)氮平均值約為0.023 mg/L[23]，地下水本底值不大于3 mg/L[24]，文中調(diào)查的河流已超出百倍，農(nóng)田排渠更為嚴(yán)重，為田間氮素的淋洗匯集所致。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，河流湖泊水體污染還與禽畜糞便的排放、漁業(yè)飼料投入等有關(guān)。地下水硝態(tài)氮量接近于本底值，但水體間變異性較大，且在盆地現(xiàn)有種植模式及地下水超采的情況下，硝態(tài)氮將不斷滲入地下水并積累，以致通過各種途徑形成污染。近年來，關(guān)于硝態(tài)氮的研究逐漸由田間尺度針對(duì)現(xiàn)有水肥制度下氮素運(yùn)移及環(huán)境效應(yīng)的評(píng)價(jià)發(fā)展至利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)及數(shù)值模擬的方法對(duì)流域尺度進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[3,6]。研究采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)Or-Kriging與GIS技術(shù)繪制了綠洲區(qū)地下水硝態(tài)氮量分區(qū)圖，并對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行了精度的適用性分析。硝態(tài)氮量過高的區(qū)域大部分為典型灌區(qū)，常年的耕作、氮肥投入以及利用效率較低，使綠洲農(nóng)區(qū)地下水硝態(tài)氮量升高。研究未進(jìn)行不同深度地下水硝態(tài)氮量的研究，使硝態(tài)氮平均值較低，未更準(zhǔn)確的說明綠洲區(qū)地下水硝態(tài)氮量，未來研究可通過分層定量分析及運(yùn)用地下水?dāng)?shù)值模擬軟件的溶質(zhì)運(yùn)移模塊對(duì)硝態(tài)氮的運(yùn)移及污染進(jìn)行預(yù)測研究，以期進(jìn)一步揭示其面源污染的機(jī)理過程。

4 結(jié) 論

4.1 焉耆盆地綠洲區(qū)水體硝態(tài)氮量總體水平較低，河流及引水渠、排渠及博斯騰湖平均值分別為1.12、1.81、0.28 mg/L。水體明顯受人為因素干擾，部分農(nóng)田排渠硝態(tài)氮量較高；地下水中，手壓井、灌溉井、自來水井平均值分別為3.10、2.22、1.29mg/L，地下水硝態(tài)氮量與埋深呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同區(qū)域、類型水體間硝態(tài)氮量有明顯差異性，變異性較高。

4.2 Or-Kriging插值結(jié)果表明焉耆盆地地下水硝態(tài)氮污染多集中于人口密集區(qū)及典型種植區(qū)，水體硝態(tài)氮源于農(nóng)田氮肥的淋失。

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Investigation into Nitrate Nitrogen Concentration and Spatial Distribution Study in Water of the Oasis Area of Yanqi Basin

WANG Chang-shu, YANG Peng-nian, ZHANG Han, YU Yan-min

(CollegeofWaterConservancyandCivilEngineering,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

【Objective】 To investigate and study the status of the nitrate nitrogen contamination and spatial distribution in groundwater of the oasis area of Yanqi Basin.【Method】Through field sampling and laboratory analysis, the nitrate nitrogen concentration of 80 samples for surface water and 284 samples from different depths of groundwater was sampled and tested with the method of ultraviolet-visible spectrophotometry absorption in the oasis area of Yanqi Basin, then the status of the nitrate nitrogen contamination and spatial distribution was studied.【Result】The averaged nitrate nitrogen concentration was at a low level except the water of the aeration zone, but the concentration between different types and region was obviously different and the variation was very high. The main rivers and farmland drainage channels were affected by human factors, and the amount of nitrate nitrogen in some farmland drainage ditch has exceeded 10.0 mg/L. The nitrate nitrogen concentration of groundwater and depth were closely related. The order of average concentration was: aeration zone>hand-pumping wells>irrigation wells>tap water wells. With the increase of water depth, the corresponding nitrate nitrogen concentration decreased. After entering the field, the nitrogen is enriched in the soil layer of the aeration zone, which is the starting point of the groundwater. Or-Kriging interpolation results showed that the groundwater of some typical irrigation districts was close to or even exceeded the international groundwater allowable limit (10.0 mg/L), and most of the high concentration was relatively distributed in the typical irrigation area.【Conclusion】The increased amount of nitrogen fertilizer and low utilization applied in intensive cultivation is the fundamental cause of the increase of nitrate nitrogen concentration in water of oasis area of Yanqi Basin in recent years, from which conclusion can be drawn that the excessive nitrogen accumulation in the aeration zone is the potential risk of water pollution.

nitrate nitrogen; spatial distribution; nitrogen fertilizer; Yanqi Basin; oasis

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.10.014

2016-04-26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“人類活動(dòng)影響下焉耆盆地水氮遷移特征及規(guī)律研究”(51369030)；2015年度新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目“變化環(huán)境下焉耆盆地綠洲區(qū)硝態(tài)氮時(shí)空特征”(XJAUGRI2015-009)；新疆水文學(xué)及水資源重點(diǎn)學(xué)科基金(XJSWSZYZDXK20101202)

汪昌樹(1989-)，男，河南杞縣人，碩士研究生，研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)水資源利用與保護(hù)，(E-mail)yulong1989@126.com

楊鵬年(1966-)，男，新疆烏魯木齊人，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)地下水資源利用與管理，(E-mail)ypn10@163.com

S275.6；S274.1

A

1001-4330(2016)10-1877-08