石河子地區地下水“三氮”空間分布特征及影響因素分析

侯 珺， 周金龍， 曾妍妍， 馬英杰

(1.新疆農業大學 水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆大學 資源與環境科學學院， 新疆 烏魯木齊 830046； 3.新疆水文水資源工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830052)

1 研究背景

位于內陸干旱區的新疆石河子地區農墾開發力度大，畜牧養殖業、農產品及食品加工制造業相對發達，地表水資源的相對匱乏，是一個以地下水作為主要水源的地區[16]。地下水資源對維持研究區生態系統功能、保障居民生活、農業生產、社會經濟穩定發展具有極其重要的作用。目前該地區地下水已受到污染，各項指標有不同程度超標[17]，但前人對該區地下水“三氮”污染研究較少，因而進一步查明石河子地區地下水“三氮”污染狀況，研究其分布特征和影響因素，對當地地下水污染治理、地下水資源保護，以及保障當地用水安全具有重要的現實意義。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

石河子地區位于新疆天山中段北麓、瑪納斯河西岸，屬典型大陸性干旱氣候，年降水量180～270 mm，年蒸發量1 000 ～1 500 mm，降水量由南向北遞減，而蒸發量則由南向北遞增[18-19]。地形總體由南向北傾斜，平均海拔450.8 m，山前帶是單一的潛水含水層，埋深15～150 m，透水性較好；在結構單一的潛水含水層北部，承壓含水層呈多層結構分布，埋深5～300 m；卵礫石層位于含水層上部，礫石、砂礫石或砂層分布在含水層下部[18-19]。研究區地下水補給主要依靠地表水滲漏、農田灌溉下滲和降水入滲；而地下水排泄主要通過蒸發蒸騰、人工開采和側向流出等；由南向北含水層介質粒徑減小，透水性降低，徑流條件變差[20]，研究區水文地質剖面見圖1。本次研究范圍界定在以瑪納斯河(以下簡稱“瑪河”)沖洪積扇為主體，南部自山前瑪河沖洪積扇頂，北部至瑪河沖洪積扇緣過渡到沖洪積平原下部，東西兩側與塔西河、寧家河沖洪積扇相連的范圍[19]，即以石河子市為中心，東以瑪納斯河為界，西至沙灣縣，南從152團至北部平原區沙漠邊緣的149團的區域，包括了石河子市、石河子總場、147團、148團、149團、152團、沙灣縣和瑪納斯縣部分地區。

圖1 研究區水文地質剖面圖[21]

2.2 樣品采集與測試

3 結果與分析

3.1 含量統計特征

圖2 研究區地下水采樣點類型與分布圖

3.2 空間分布特征

表1 “三氮”含量統計特征表

注：ND為未檢出，下同；標準值為《地下水質量標準(DZ/T 0290-2015)》中Ⅲ類標準值。

圖3 地下水中 “三氮”含量等值線圖(單位：mg/L)

表2 各含水層中“三氮”含量統計表

圖4 各含水層中“三氮”含量對比圖

3.3 影響因素分析

表3 各含水層中pH、Eh和Cl-統計表

表4 地下水中“三氮”含量與pH、Eh和Cl-相關系數表

注：**表示顯著性水平為0.01(極顯著)； *表示顯著性水平為0.05(顯著)。

表5 地下水中“三氮”含量與Eh值對比分析表

3.3.5 土地利用類型及農業污染 研究區土地利用類型以農用地(耕地)和建設用地(農村居民住宅地)為主。43組采樣點中29組屬于耕地，14組屬于農村居民住宅用地，由表6可知該地區耕地中地下水“三氮”含量普遍高于農村居民住宅用地，說明土地利用類型是影響地下水中“三氮”空間分布差異的因素之一。另外有研究表明農業活動中的種植制度等因素通過影響氮肥利用效率而影響地下水中的“三氮”含量[30-32]。根據研究區統計年鑒，1992-2014年，由于受耕地等級、灌溉制度、施肥技術等諸多因素的影響，研究區農作物耕作面積和氮肥施用量逐年增加，其中糧食作物種植面積呈現下降趨勢，而棉花種植面積呈現上升趨勢。說明研究區氮肥施用量增加、利用效率相對較高，糧食作物和棉花種植面積的變化，使土壤中氮肥累計量分布不均勻，從而進一步影響該地區地下水中“三氮”空間分布。

圖5 “三氮”含量與潛水埋深關系圖

mg/L

圖6 研究區污染源分布圖

4 結 論

(3)氧化還原環境、酸堿環境、潛水埋深、包氣帶及含水層巖性、土地利用類型、農業污染、生活污染、畜牧養殖及農產品加工污染等因素，均會不同程度地影響研究區地下水中“三氮”的遷移和轉化。

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