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EES:地下水硝酸盐本底值及其在包气带、地下水中的分布

时间:2015-09-02 10:42:24  来源:水同位素与水岩反应实验室  作者:水同位素与水岩反应实验室

     确定地下水水质本底值对于认识地下水某些元素升高是地质起因还是人为影响(及影响程度)是十分重要的。前美国地质学会主席Dr. M. L. Zoback 曾对本底值的重要性曾有如下说法: “Documenting and understanding natural variability is a vexing topic in almost every environmental problem: How do we recognize and understand changes in natural systems if we don’t understand the range of baseline levels?”国际上对地下水水质天然本底的研究为数不多,国内一般采用经验值或水环境质量标准,但这并不可靠,而且不同地区本底值水平也不一样。地下水硝酸盐污染是我国北方农业区普遍存在的问题之一,个别地区十分严重,直接威胁着老百姓的饮水安全。因此,确定硝酸盐的本底值及其在包气带中分布、运移对于地下水水环境保护具有重要意义。

 地质与地球物理研究所工程地质与水资源研究室庞忠和研究员团队将包气带和饱和带联合起来,通过多种环境示踪剂应用,取得以下重要成果:

1)提出硝酸盐的本底值可以由次现代水(1950s以前补给的水,为无氚水)来确定。对于地下水中的硝酸盐,全球范围内很少有超过60年观测记录,主要的观测与研究集中在近30年内。但在大多数国家,如中国,由于大规模的人类活动,特别是化肥的使用是从20世纪50年代开始;另外,1980年以前,施用的化肥量未达到农作物的需求,因此硝酸盐的本底值可以由次现代水来确定。在中国北方干旱半干旱地区,三个研究区(塔里木河流域,黄土高原和华北平原)的硝酸盐本底值中值分别为2.06.99.0 mg/L(以NO3计)。

        2)基于包气带提出不同硝酸盐输入、水分运动和包气带厚度对地下水硝酸盐的影响方式。由于干旱半干旱地区的反硝化作用有限,因此在宏观尺度上,控制硝酸盐分布的因素主要有硝酸盐输入,土壤水分运动(方向和速度)和包气带的厚度。我们共取了16个深度在518.25 m之间的土壤剖面,来说明这些因素是如何控制包气带和地下水硝酸盐分布的。在塔里木盆地,由于土壤水从地下水位向上运移,由蒸散发浓缩引起的储存在包气带中的硝酸盐从不会运移到地下水中,地下水硝酸盐含量维持在本底值水平上。相反,在黄土高原和华北平原,过量施用化肥来源的硝酸盐将穿透包气带,并最终运移到地下水并污染地下水。本文也强调了由于巨厚包气带的缓冲作用造成土地利用变化与地下水水质响应之间存在滞后效应,这在水质管理中应引起重视。

 

 

图1 利用次现代水确定硝酸盐本底值

 

1 利用次现代水确定硝酸盐本底值

 

图2 中国北方三个典型盆地地下水硝酸盐本底值

 

2 中国北方三个典型盆地地下水硝酸盐本底值

 

图3 塔里木盆地下游包气带及地下水硝酸盐分布

 

3 塔里木盆地下游包气带及地下水硝酸盐分布

 

图4 黄土高原典型地区包气带及地下水硝酸盐分布

 

4 黄土高原典型地区包气带及地下水硝酸盐分布

 

图5 华北平原唐山包气带及地下水硝酸盐分布

 

5 华北平原唐山包气带及地下水硝酸盐分布

 

该研究成果近期发表在国际SCI期刊Environmental Earth Sciences上(Huang et al. Nitrate in groundwater and the unsaturated zone in (semi)arid northern China: baseline and factors controlling its transport and fate. Environmental Earth Sciences, 2013, 70: 145-156)。[]

Huang&Pang EES2013
文件类型: .pdf 96dcc6b8d101f12a784de5ff7dd3a960.pdf (626.21 KB)
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