辽宁省典型农区地下水硝态氮含量调查与监测

牛世伟　邹晓锦　何志刚　蔡广兴　陈玥　刘子琪　隋世江

摘要：农村地下水NO-3-N含量超标日益严重，为了解和评价其污染状况，2005—2012年对辽宁省典型农区供水井或农灌井地下水NO-3-N含量进行了15次化验监测，累计2 839井次。结果发现，辽宁省典型农区地下水NO-3-N含量平均值为22.7 mg/L，41.5%的地下水水样的NO-3-N含量超标。研究区域地下水NO-3-N含量≤29.5 mg/L的样品占总数的83.9%，地下水NO-3-N含量≤49.2 mg/L的样品占总数的90.7%。2005—2009年地下水NO-3-N含量呈现逐年上升的趋势，但变化相对较为稳定，2009—2012年地下水NO-3-N含量变化相对不稳定，但总体呈现上升的趋势。监测区域内雨季前的地下水NO-3-N平均含量及超标率大于雨季后的。除2007、2008年雨季前外，地下水NO-3-N含量最大值变化较为平稳，介于75.1～167.1 mg/L，但雨季前的最大值要高于雨季后的最大值。

关键词：农区；地下水；硝态氮；辽宁省；监测；评价

中图分类号： X832 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0452-03

氮是农作物生长过程中重要的营养元素之一，由于人们过高追求农产品产量，不合理使用化肥、农药等农业生产资料，使氮素营养物及有机、无机污染物通过地表径流和农田淋溶，造成对江河、湖泊及溪流等水体污染[1]。Thorburn等测定了澳大利亚东北农区地下水NO-3-N含量，发现14%～21%的井水NO-3-N含量超标，其中约有50%水井的NO-3-N直接来源于肥料等农业生产资料[2]。王铁军等分析了山东省莱西地区施肥对地下水NO-3-N含量的影响，发现氮肥对地下水NO-3-N的补给量占当次施肥量的24%和43%，进入地下水中NO-3-N含量分别约为130、177 mg/L，高于当地地下水NO-3-N平均含量（63.5 mg/L）浓度[3]。化肥是提高农作物产量的主要措施之一，氮肥年用量达250～ 350 kg/hm2。通过氮同位素技术判别氮的来源表明，过量的氮肥或不合理施用，是造成土壤和水体中的NO-3-N含量过高的原因之一[4-6]，不合理施氮浪费氮肥资源和增加农产品成本，而且导致农产品及饮用水中NO-3-N含量超标，威胁人类健康[7]。北方饮用水样中半数以上样点硝酸盐含量超过饮用水的最大允许量[8]；华北平原地下水硝态氮含量达12.5～30.1 mg/L[9]；皖北农区地下水硝态氮超标严重，60%以上的饮用井水硝态氮含量超标，氮肥过量及利用率低，是造成地下水硝态氮含量超标的主要原因[10]。

NO-3-N含量影响地下水的质量，水体中NO-3-N含量成为水质的重要指标之一[11]。人类饮用NO-3-N含量超标的水后，容易引起肠道功能紊乱，硝酸盐可在人体内被还原为亚硝酸盐，对身体健康直接构成威胁[12]。我国制定的地下水质量标准中地下水NO-3-N含量小于20 mg/L（GB/T 14848—1993《地下水质量标准》），超出则不适合生活饮用水。本研究以辽宁省典型农区为调查监测区域，连续8年对农区供水井或农灌井地下水NO-3-N含量进行了15次化验监测，探讨辽宁省典型农区地下水NO-3-N含量变化规律，为科学合理施肥并有效预防农区地下水NO-3-N含量超标提供依据。

1 材料与方法

1.1 农区基本情况

本研究监测农业区域涉及水稻主产区、蔬菜主产区、玉米主产区，典型区域包括沈阳市的沈北新区、苏家屯区、于洪区、新民市、辽中县，锦州市的黑山县、北镇市，铁岭市的开原市、铁岭县、昌图县，共10个县（市、区），耕地面积93.4万hm2，占全省的23.40%。水稻主产区年灌水量7 500～12 000 t/hm2，长期连作，化肥用量120～750 kg/hm2。蔬菜主产区年灌水量6 000～12 000 t/hm2，鸡粪用量75 000～120 000 kg/hm2，复合肥用量3 000～4 500 kg/hm2，连作20年以上。玉米主产区实行机械播种，一次性高氮施肥较为普遍，秸秆还田量较少，一般只进行根茬还田，连作15年以上，化肥用量750～900 kg/hm2。

1.2 取样与方法

2005—2012年，在研究区域采集农户供水井或农灌井地下水水样2 839个。在采样前排水10 min，用蒸馏水冲洗塑料瓶，采样时在塑料瓶中加少量硫酸酸化样品并冷冻或加入HgCl抑制微生物活动，取水样500 mL，并设重复3次。每取1个样点，塑料瓶粘贴标签，标明编号、日期、采样人。记录本登记采样具体地点，并用GPS测定位置。采用紫外分光光度计于波长为220、275 nm测定NO-3-N含量。

2 结果与分析

2.1 地下水硝态氮含量总体特征

2005年6月至2012年10月分别于雨季前（每年6月份）和雨季后（每年9月份）共15次在辽宁省农业生产区域采集供水井或农灌井地下水样品2 839井次，辽宁省农区地下水NO-3-N含量变化范围为痕量～541.5 mg/L，平均值为 22.7 mg/L，已经超过国家地下水质量标准GB/T 14848—1993（20 mg/L），41.5%的地下水样超标，达标率仅为58.5%。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水分别为18.0%、9.9%、30.6%、166%、24.9%。辽宁省农区地下水NO-3-N达标率较低，而且潜在超标风险也较大，Ⅲ类水已经达到30.6%，在所有取样点中，超标的水样有1 184井次（表1）。

监测时期雨季前、雨季后地下水NO-3-N平均含量分别为26.0、19.3 mg/L，雨季前比雨季后高6.7 mg/L。雨季前、雨季后地下水NO-3-N含量达标率分别为56.0%、60.9%，除Ⅱ类水雨季前和雨季后所占比例分别为8.0%、11.9%外，其他各类水体所占比率相差不大。雨季前地下水NO-3-N含量变异系数要高于雨季后地下水NO-3-N含量变异系数，雨季前地下水NO-3-N含量最大值（541.5 mg/L）大于雨季后地下水NO-3-N含量最大值（158.2 mg/L），雨季前各取样点地下水NO-3-N含量离散程度要高于雨季后。因此，雨季前地下水NO-3-N含量所受影响要大于雨季后，形成了研究区域不同取样点地下水NO-3-N含量不均一性。endprint

当NO-3-N含量在29.5 mg/L之前，累积频率增速最快，累积频率达到了83.9%，即NO-3-N含量≤29.5 mg/L，占样品总数的83.9%；之后累积频率增速迅速下降，NO-3-N含量为49.2 mg/L时，累积频率达到了90.7%，即NO-3-N含量≤49.2 mg/L，占样品总数的90.7%（图1）。把总体样本分成2 839+1=55个组，每个组的数据空间为（0～541.5）/55=98 mg/L，再计算落入该空间的频率（频数/样本总数×100%），获得辽宁省地下水NO-3-N含量分布图（图2）。NO-3-N含量落入空间[0～9.8] mg/L的频数最高，占样品总数的34.0%。在空间[19.7，29.5] mg/L，空间频率呈上升趋势，之后各空间成下降趋势，到空间[118.1，128.0] mg/L时，其频率接近于0。

2.3 地下水硝态氮含量动态变化

辽宁省地下水NO-3-N平均含量达标的年份为2005、

2006、2007、2010、2012年（图3）。监测期间，有3年地下水NO-3-N平均含量超标，从2008年开始出现不同程度的超标，其中以2011年（38.1 mg/L）最高，其次为2009年的 29.6 mg/L，超标率分别达到了90.4%、48.1%。以采集样品时间动态的趋势来看，2000—2009年呈现逐年上升的趋势，变化相对较为稳定；2009—2012年又呈现高-低-高-低的变化形式，但2005—2009年总体呈现上升的趋势。各监测时期变异系数变化相对NO-3-N含量变化较为稳定，变异系数为70%～170%。

从2005—2012年雨季前地下水NO-3-N结果看，从2005年雨季前开始到2012年雨季前8个监测时期，地下水NO-3-N平均含量呈现上升趋势，与全年平均值走势相当。从2005年雨季前至2009年雨季前呈现上升趋势，变化也相对较为稳定。从2009年雨季前至2012年雨季前也同样呈现高—低—高—低的变化形式，出现了不稳定趋势，但总体呈现上升趋势。变异系数相对稳定，介于67%～180%之间（图4）。

从2006—2012年雨季后地下水NO-3-N结果（图5）看，从2006年雨季后开始到2009年雨季后4个监测时期，地下水NO-3-N平均含量呈现上升趋势，2009年上升的幅度最

大；而2009—2010年下降的幅度最大，呈现了不稳地的态势；2010—2012年同样出现NO-3-N含量上升的趋势。总体的变异系数相对稳定，介于74%～127%之间，呈现下降的趋势。

2.4 地下水硝态氮含量超标率变化

地下水NO-3-N含量20 mg/L超标率范围在22.5%～73.2%。由不同监测时期地下水NO-3-N含量及超标率曲线可知，2条曲线有较大的相似度，说明NO-3-N含量平均值与超标率相关度较大，并且呈现低高低高的规律性，说明雨季前的含量大于雨季后的含量，雨季前的超标率大于雨季后的超标率（图6）。

2.5 地下水硝态氮含量年度最大值变化

2008年雨季前NO-3-N含量最大值在所有的样本中最大为541.5 mg/L，其次为2007年雨季前的396.7 mg/L，其他时期的NO-3-N最大值都比较平稳，为75.1～167.1 mg/L，但雨季前的最大值要高于雨季后的最大值，雨季后的最大值比雨季前的趋于稳定（图7）。

3 结论

辽宁省农区地下水NO-3-N含量平均值为22.7 mg/L，41.5%的地下水水样超标，达标率为58.5%，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水分别为18.0%、9.9%、30.6%、16.6%、24.9%，辽宁省地下水NO-3-N含量达标率较低，而且潜在超标可能性较大。

研究区域地下水NO-3-N含量≤29.5 mg/L，累积频率增速最快，占样品总数的83.9%，之后累积频率增速下降；地下水NO-3-N含量≤49.2 mg/L，占样品总数的90.7%。地下水NO-3-N含量在痕量～9.8 mg/L的频数最高，占样品总数的34.0%。

2005—2009年地下水NO-3-N含量呈现逐年上升的趋势，但变化相对较为稳定；2009—2012年地下水NO-3-N含量变化较为不稳定，但总体呈现上升的趋势。

不同监测时期地下水NO-3-N含量变化呈现低高低高的规律性，并且雨季前的NO-3-N含量大于雨季后的 NO-3-N 含量，雨季前的NO-3-N含量超标率大于雨季后的 NO-3-N 含量超标率。

除2007、2008年雨季前外，地下水NO-3-N含量最大值都比较平稳，介于75.1～167.1 mg/L之间，但雨季前的最大值要高于雨季后的最大值，雨季后的最大值比雨季前的更趋于稳定。

参考文献：

[1]雷 刚，崔彩贤，田义文. 农村饮用水安全问题研究[J]. 安徽农业科学，2007，35（5）：1481-1482.

[2]Thorurn P J，Biggs J S， Weier K L， et al. Nitrate in groundwaters of intensive agricultural areas in coastal northeastern Australia[J].Agricultue，Ecosystems and Enviornment，2003，94（5）：49-58.

[3]王铁军，郑西来，崔俊芳. 莱西地区施肥对地下水硝酸盐污染的过程[J]. 中国海洋大学学报：自然科学版，2006，36（2）：307-312.

[4]Wassenaar，L I. Evaluation of ehe origin and fate of nitrate in the abbotsford aquifer using the isotopes of 15N and 18O in NO-3[J]. Applied Geochemistry，1995，10（4）：391-405.

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