集约化种植区地下水水质劣化的影响因素

赵铁铭，李亚松

(中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050061)



集约化种植区地下水水质劣化的影响因素

赵铁铭，李亚松*

(中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050061)

集约化种植长期大量使用农药、化肥、农膜及大型机械，导致多种农药化合物污染和重金属累积。淋溶或地下水径流过程可将这些有害物质携带至地下水中，长此以往地下水水质恶化。以山东某村集约化种植区为例，采集地下水、土壤样品，分析集约化种植地区地下水污染特征及其影响因素，给出防治对策。

集约化种植；农药化合物；重金属；农膜

进入20世纪后，随着人口数量的急剧增长，城市化进程不断加快，耕地面积逐年下降，而农产品的需求量逐年攀升。大量使用农药和化肥成为解决这一供需矛盾的有效途径，但也给农业区土壤环境和地下水环境带来较大的危害。我国化肥、农药等的不规范使用导致农作物吸收率低，营养成分流失严重，因此低效或过量使用农药化肥均会致使土壤污染以及地下水中农药残留多和水体富营养化，导致面源污染成为我国水资源的主要污染源[1-6]。此外，高分子、难降解的农膜的广泛应用、规模化畜禽养殖场固液废物的随意排放和小型工矿企业利用渗坑、旱井或天然河道排污等，也逐渐成为影响农业区地下水环境的主要因素，致使农业区地下水污染源呈现面源、点源和线源并存的状况[7]。

1 样品采集及分析方法

该次工作选取山东某集约化种植区进行样品采集，共计采集土壤样品11组、地下水样品8组。土样和水样被送至中国地质大学水环境重点实验室进行测试分析。样品采集及测试方法见表1。

表1 样品采集及测试方法

2 地下水污染特征及影响因素

目前农业耕种中施加的肥料可分为无机肥料和有机肥料，其中无机肥料自20世纪60年代开始得到大量施用，土壤肥力和作物产量确实得到提高。由于受化肥品种、施用技术的限制，我国化肥平均有效利用率只有30%～35%。化肥的过量使用导致某些地区饮用水中硝酸盐浓度超标[12]。京、津、唐地区69个乡镇地下水和饮用水样品分析表明，硝酸盐含量超过饮用水标准的占一半以上。太湖流域苏、浙两省17个县市的76口饮用水井中硝酸盐和亚硝酸盐超标率分别达38%和58%。

统计资料显示，地下水中氮含量与施用的氮肥量存在相关关系，含氮量过高将加速杂草生长，间接导致除草剂用量的增加。此外，无机肥料中的添加料也会导致地下水重金属污染，如氟磷灰石是磷酸盐和过磷酸盐的常见添加料。氟就是通过这一途径进入土壤和植物中，并且有少量进入地下水。有机肥料具有改良土壤、培肥地力的作用，也增加了对土壤中施用无机氮肥的需要量，改变了耕植土层的物理性质，用量过大则可能超过土壤本身的自净能力，影响土壤质量，进而影响农产品质量。

2.2 农药污染 根据该次样品测试结果，土壤样品中有机氯农药4，4′-DDD被检出，且只在表层土样中检出。这说明有机氯农药残留于土壤表层，残留厚度在30 cm以内。由表2可知，土壤与地下水中苯并(k)荧蒽和苯并(a)芘均有检出。

表2 测试结果

农药的使用是提高农作物单位面积产量的重要措施之一。使用农药可以挽回15%～30%因病虫害引起的农作物产量损失。我国有机氯农药和多氯联苯在20世纪六七十年代被大量使用，对土壤、水资源等产生很严重的污染，后于80年代被国家禁用。由于有机氯农药与多氯联苯为持久性有机污染物，环境中仍会有有机氯农药与多氯联苯的残留[8]。在农药进入农田后，经降雨或农田灌溉，随地表水的流动至沟渠、江河，从而污染水体。高毒的有机磷农药、高残留的有机氯杀虫剂已成为农业区地下水的主要污染物之一[13-16]。农药对地下水的污染已不容忽视。1986年美国23个州已发现地下水农药污染。在我国湖北农村也曾发现不同程度的地下水农药污染。低降解、高残留农药的使用对农作物安全带来较大的影响。国内部分市场销售的小白菜、豇豆、茭白等蔬菜甲胺磷被检出，个别地区检出率高达100%。

2.3 农膜污染 作为现代化农业发展的重要组成，农膜在保水保肥、提高产量方面有着很高的优越性，因此我国农膜使用面积大幅扩大，使用量逐年递增。但是，农膜的使用也给环境带来巨大的危害。农膜强度低，易破裂，而且属高分子化合物，难降解，土壤中的残留量相当大。

表3 PAEs分析结果

农业区土壤中的PAEs通常来自农用膜、污水灌溉、垃圾渗滤液等。由表3可知，研究区塑料薄膜的使用量较大，PAEs易从塑料膜中渗出，导致土壤中PAEs含量增加[8]；地下水中邻苯二甲酸酯类的存在与集约化农业大量施用农膜、农药等密切相关[17]，且该物质在土壤中难挥发，虽然在水中的溶解度较小，但长期存在于土壤中，随着农作物的高频灌溉向下移动，进而污染地下水[18]。

由于土壤中残膜碎片改变或切断土壤孔隙连通性，农膜残留量增大，导致土壤水分渗透量减小，致使土壤孔隙含水量下降，甚至导致地下水难下渗，引起土壤次生盐渍化等严重后果。同时，农膜残留会增加土壤的容重和比重，阻塞土壤孔隙，导致土壤水肥运移缓慢，对土壤农作物的根系产生影响，导致作物减产。在生产农膜的过程中，通常会添加一些助剂。这些助剂中的大部分含有重金属及某些有机化合物。当农膜残留于土壤中时，这些有害有毒物质不断地从农膜中溶出，有毒有害物质、有机物在进入土壤累积的同时，还可能被农作物吸收，进入农产品，通过食物链作用影响人体健康。土壤中的污染物还会淋溶进入水体，通过饮水等途径危害人类健康[19]。

3 结语

该次工作选取山东某集约化种植农业区为研究对象，通过对研究区土壤和地下水采样测试分析，发现化肥、农药、农膜等的大量、长期使用会导致土壤、地下水中重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd等的累积以及增塑剂、农药有机化合物的残留。淋溶及地下水径流过程可将这些有害物质携带至地下水中，导致土壤污染，地下水水质恶化。鉴于农业区地下水环境同农业生产息息相关，良好的地下水环境系统不仅可以给农作物生产提供可靠的水源，在维护整个农业生态系统中也是非常重要的环节。所以，应从政策方面、环境立法方面以及技术体系方面3个角度进行防控，实施环境保护政策和法规，综合规划治理。

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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

全国地下水基础环境状况调查评估项目(2110302)；国家自然科学基金项目(41402235)。

赵铁铭(1975- )，男，辽宁本溪人，工程师，从事地下水环境评价方面的工作。*通讯作者，助理研究员，博士，从事地下水科学与工程方面的研究。

2015-04-22

S 273

A

0517-6611(2015)17-115-02