針對農田地下水污染（氮磷元素）設計實驗監測與分析

摘 要：農田中富含氮、磷元素化肥農藥的大量使用導致了嚴重的環境污染。本文在某農田基地布設實驗進行農田地下水氮磷元素污染物時空變化特征監測與分析，得到結論：地下水中污染物的消長主要與土壤水分有關，同時施氮量，土壤類型，土地利用方式也是影響地下水中污染物濃度重要因子，并對解決這一污染問題提出了建議。

關鍵詞：點-面源污染 地下水 時空變化

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

相關專業研究發現，中國農田磷肥的低利用率不僅造成嚴重的資源浪費，還會使得大量的化學元素積累在土壤中，破壞土壤結構，造成土壤板結。剩余的養分通過各種途徑進入環境，改變土壤的結構和特性。加之農村環境保護意識淡薄，生活污水，禽獸糞便的隨意排放，這勢必加劇了氮磷的污染。

1 實驗描述

在試驗小區打一地下水井，每兩周定期測量地下水位和采集地下水分析水，在降雨或施肥后加密監測頻率，每3天監測一次。

水樣采集后放置冰箱中保存，并及時送市水資源管理處水資源監測站進行檢測分析，其分析指標包括：總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝態氮（NO3--N）

2 實驗結果

對試驗田內6口地下水井氮磷濃度進行長期觀測，利用kriging差值法分別對6口地下水井8次采樣中氨氮、硝氮、總氮和總磷的時空變化特征繪圖來顯示氮磷的濃度差異。

2.1地下水NH4+-N濃度在水稻生長季的時空分布情況

氨氮濃度同一時間內在空間上分布不均，不同時間同一采樣點的NH4+-N濃度也變化較大。第一次采樣6月13日與7月13日相比較，水稻生長初期東部區域地下水NH4+-N濃度較高，一個月后西北部含量較高，呈梯度向東南方向較少，主要與兩個區域施肥時間有關系，東部比西部早施基肥7日左右，東部施肥5日后6月13日采樣氨氮已下滲影響到地下水氨氮濃度；水稻生長中期整個試驗田地下水氨氮濃度含量較均勻，沒有大的區域差異，水稻生長后期地下水NH4+-N濃度區域差異較大，西北區域含量較低，東南區域含量較高，試驗田內部形成兩個NH4+-N含量梯度明顯區域，NH4+-N高濃度區域隨水稻生長進入黃熟期由東南部向東北部轉移，這種濃度區域變化一定程度上反映了地下水潛流的趨勢，分析出在水稻黃熟期稻田NH4+-N濃度可能對東北區域以外的地下水質產生主要影響。

2.2地下水NO3--N濃度在水稻生長季的空間變化過程

除了水稻插秧初期6月13日西部區域地下水NO3--N濃度較高，7月13日東部區域NO3--N濃度較高，水稻生長前期出現這種特征與氨氮相似主要是由于東部施肥較西部早有關，施肥后田間NO3--N是NH4+-N通過硝化作用轉化而來轉化過程受田間水稻生長環境影響，NO3--N東部區域較高且在同一位置，9月1日，9月16日，10月1日地下水NO3--N高濃度區域出現在實驗田外部東北方向區域，整個生長期NO3--N濃度總體表現為東部區域高，西部區域低，分布梯度明顯基本沒有隨地下潛流發生明顯遷移。

3 地下水中污染物含量的特征及影響因素

實驗場地中，共3口地下水井采樣7次，厡地下水井7口，采樣8次。厡地下水分布在實驗場地外，是大尺度分布的水井，距實驗場地較遠。地下水井在實驗田內部，污染物的變化更為敏感。

一號地下水井中氮素含量呈先緩慢增長后緩慢減少到趨于穩定的趨勢。在初始階段氮素含量以氨氮為主，硝氮的含量很少。到8月14日時硝氮的含量顯著增加，比氨氮含量多。地下水中氮素的消長的影響因素有多種，土壤水分是氮素淋溶的主要驅動力之一，降雨使土壤水分向地下水運移。第二是作物生長期各田塊的氮肥施用量，施氮量是氮素淋溶損失的決定性因素。此外土壤類型和土地利用方式等也是影響土壤氮素淋失的重要因素，土壤質地是支配土壤特性的根源，土壤的氮磷溶量與農田土壤粘粒含量一般呈負相關的對數關系；因為質地較細的土壤排水緩慢，且反硝化能力較大，因此質地粗的砂質土壤淋溶比粘質土壤嚴重。同樣土地利用方式，種植的作物在土壤剖面中能有效地吸取硝態氮，減少其損失，不同的作物農作物和所采取的耕作耕作方式對肥料的吸收差異很大。在施肥的期間地下水中氮素含量明顯增加，之后緩慢減少。地下水中的氨氮消長速率較快，容易受到施肥降雨徑流的影響，波動幅度大。硝氮的含量迅速下降，氮的存在方式主要以氨氮為主。因此，降雨是地下水硝氮濃度變化的直接因素。并且隨地下水埋深減少，硝氮濃度增大，其原因在于雖然土壤含水量的增加會對土壤中的硝氮濃度有一定的稀釋作用，但因為土壤剖面中硝氮極易隨田間水分向地下水淋溶，補充了地下水中硝氮因受到稀釋作用而造成的濃度降低量。

4 結論

地下水中污染物的消長主要與土壤水分有關，同時施氮量，土壤類型，土地利用方式也是影響地下水中污染物濃度重要因子。

地下水氮磷濃度主要在水稻生長前期較高，氨氮和總氮在變化趨勢較一致，硝氮和總磷在水稻生長前期濃度較高，后期變化較平穩；地下水氮磷空間分布不均，不同時間點氮磷高濃度區域不同，氨氮和總氮區域分布基本一致，水稻生長前期和后期變化較大；總磷在水稻生長季內空間變化不明顯，高濃度區域一直分布在東南區域。

5 控制農田地下水污染建議

根據所得結論，如需控制地下水體中的污染物的濃度，一方面需要控制農田的施肥，采用科學合理的施肥方式。另一方面控制農田的灌溉，合理的灌溉模式不僅提高作物對水分的需求，同時又可以減少氮磷流失量，在水量相同的條件下，氮磷流失量順序：噴灌生態<淹灌<溝灌，其中溝灌方式會導致大量農田污染物進入水體。同時運用適當的生態工程技術將污染物的流失量控制在最小值。

參考文獻

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