王嘉琦，邓浩亮

（河西学院土木工程学院/河西走廊水资源保护利用研究所 甘肃，张掖 734000)

张掖市位于河西走廊中部，以张掖市城区及周边集约化农区为主要研究区域，总面积约为110km。该范围内两条河流穿过，其一为祁连山发源的黑河流经城西至正北方向，其次为山丹河，方向为城北向西北。农作物主要以玉米、小麦和稻谷等为主，相较于工业发展状况，农业则为主要产业。同时，人口分布较为均匀，但近年人口增长速度加快，地下水过量开采以及工业污水的违规排放、耕地的过分开发等情况加剧了地下水的污染程度，加速了地下水的硝态氮的污染，使点源污染扩散到面源污染。在研究区中，西部的地下水类型为单一型大厚度砂砾卵石孔隙潜水，多层性砂砾石潜水——承压水为东部主要类型，表层以亚砂土与亚粘土覆盖为主，城北区域大多为湖沼沉积层。通过实地考察，以集约化农区为研究区域，结合降雨前后时间段采集数据，确保采集到的数据能够进行客观分析。按照国家《水环境监测技术规范》要求，采样点通过GPS定位，以地下50cm为抽汲水准，将采集到的样品进行编号排列进行分析，整合数据，完成资源获取。

1 地下水的污染形式与危害

1.1 地下水硝酸盐的主要来源与污染形式

地下水资源被污染具有一定的复杂性与特征性，主要污染来源包括生活污水、大气层内氮的沉降、牲畜禽养殖以及化肥有机肥等多种来源。同时地下水硝酸盐也出现多源性特点，污染类型分为两大类：点源型与非点源型。工业污水，城市居民污水，污水管道泄露等属于点源污染；非点源污染包括污水灌溉、化肥有机肥的施用、建筑工地地表污染等。非污染源相较于点源污染，污染面积更为广泛且更难于治理。污染的迁移与转化过程以物理、化学变化为主：物理过程包含补给速率、水文迁徙等：化学变化以矿物组成和氧还反应为主。大多数研究结果显示施氮量过高，水分输入量大以及土壤的进水效率较高，孔隙率高或缺少氮消减的环节，都会造成氮含量过高造成地下水硝酸盐含量超标。可持续利用地下水资源是社会经济可持续发展的重要保证。地下水污染具有随机性、不确定性、复杂性以及滞后性。在水资源的循环过程中，氮元素会经过一系列硝化、氨化等化学反应，逐步的扩大硝酸盐的污染范围，控制难度也逐步加大。

1.2 地下水硝酸盐污染危害

1.2.1 硝酸盐对人体的危害 适量的硝酸盐对人体不会造成直接的损害，其本身也为一种自然界所存在的物质，但经过与人体环境相反应的阶段后会转变为对人体有直接伤害的亚硝态氮。血液内血色素与亚硝酸盐以1:2的方式结合会形成高铁血红蛋白，该种物质是一种血液病，在酸性条件下，高铁血红蛋白促进硝酸根离子与亚硝酸离子的转化，加快了反应速度。该种情况下，血红细胞对氧份的正常吸收被阻碍，导致婴儿窒息死亡。成年人同样易被该类物质诱发肝癌、食管癌以及胃癌等，严重威胁到人类的身体健康。自“硝酸盐亚硝酸盐中毒”研究时期开始，已经发现亚硝酸盐经过一系列变化转化为亚硝胺，作为强致癌物质，过量的硝酸盐以及亚硝酸盐极易诱发胃癌等疾病。

1.2.2 硝酸盐对作物的影响与危害 氮元素是作物生长发育过程中必不可少且需求含量最高的生长元素，导致氮肥成为多种肥料中选择数量最大的肥料。但在施用氮肥的同时，作物对于氮的利用效率仅仅只有30%左右，大量的氮肥残留在土壤中，通过各种途径转移到其他环境当中，扩大了污染面积。当氮元素在土壤和水中转化为硝酸盐时，饲料作物大量吸收并累积，并且在一定条件下释放出NO等气体，可能会导致禽类家畜吸入过量有害气体死亡。如果用硝酸盐超标的饲料饲养牲畜会导致急性中毒，严重可能会导致死亡。

2 张掖市周边集约化农区地下水硝酸盐污染的主要成因分析及危害

2.1 施肥污染

农村地下水污染占比较大的便是农田施肥对地下水的影响。作物在生长过程中需要多次施肥，以此来增加土壤肥力，保证其正常生长。农田肥料除以动物粪便为主的有机肥外，还有合成的化学肥料等。作物无法够吸收土壤2m 以下的土壤肥力，而在农作物播种过程中，会大量使用含有氮磷钾等化学肥料会使得肥料内部的化学元素不断积累沉淀，最终通过水的渗透作用进入地下，从而污染地下水。

2.2 农业养殖污染

部分农村地区，大范围进行农业养殖，对环境和地下水的污染比较严重。据农业统计显示，农村畜牧业饲养一头肉猪，每年形成的污染排放量相当于10 人所有的生活污染量；而一头牛的污染排放量可以达到25 人平均生活污染排放量。土地对污染承载量也比较大，平均每公顷承载动物的粪便超过15t。动物的粪便除了会污染空气外，粪便中的氨氮、有机氮等元素还会逸出到空气和土壤中，降雨时，随着雨水直接进入土壤，随着下渗而污染地下水。

3 地下水硝态氮污染的防治

早期国外研究以美国为例，主要利用EPIC 模型评估免耕法，该方法研究表明免耕法有利于减少地下水硝态氮的污染。另有研究莴苣——冬季覆盖物——马铃薯轮作利用NLEAP 模型模拟其对水质的保护效率，研究结果体现该种轮作方式中，早种冬季覆盖物提高了氮的利用率，同时降低硝态氮在土壤中的残留，减少了硝态氮对土壤的淋溶作用，达到对地下水硝态氮防治作用。西欧国家主要应用多种生态农业措施，如推行环保政策，提高氮肥施肥效率，减少氮肥使用量，目的在于保持高产水平状态下加强生产系统内的良性循环，缓解硝态氮对地下水的污染状况。在中国科学院“九五”重大科研项目中，对长效碳酸氢铵的机理与效应进行研究，得出长效碳铵中含有DCD，可以与碳铵离解时产生的游离态铵形成氢键的特点，该特点使得在氨挥发时期土壤pH值降低0.2～0.4，大幅度减少了N 的损失。利用长效碳酸氢铵会减缓施肥后硝态氮的生成，减少了硝酸盐对地下水的污染。同时我国利用农业牲畜粪便、废弃秸秆与生活垃圾等进行堆肥，再将形成的垃圾肥添加一定比例的无机N、P、K肥，制成特定作物的有机无机复混肥料。研究实验数据表明，该种肥料施肥效率高于普通复合肥，能有效减少地下水硝态氮污染。滴灌施肥技术也对于地下水硝态氮的减轻具有重要作用。

4 结论与展望

4.1 结论

张掖市周边集约化农区地下水硝态氮污染主要由农业化肥施肥量过度，工业废水以及生活垃圾的非标准处理所导致，使得近年地下水硝态氮污染状况加剧，威胁到了我们的身体健康。经过查阅、分析大量国内外对于地下水硝态氮污染的资料，得出以下结论：

有关于地下水硝态氮的主要研究其污染的迁移及转化机理过程，污染的来源与形式，治理措施等。地下水硝态氮转化过程主要由矿化——吸附、固化、硝化和反硝化构成：点源与面源污染是硝态氮的主要污染途径。防治措施主要集中在农业工程方面。

人类的生产生活极大的影响了硝态氮对地下水的污染。在对于地下水硝态氮的来源分析中，分析表明大量硝态氮来源于农业施肥灌溉当中，而对于垃圾填埋该类情况是否影响硝态氮污染地下水尚未进行报道。

4.2 展望

硝酸循环迁移与土壤水分不可分离研究，注重两者相结合，在传统研究方法上进行突破，更透彻的探究硝态氮转化机理以及改进防治措施。

氮的转化与地下水硝态氮污染需要从微观角度来探究，但研究时影响因素较多，如人类活动，土地类型等。

在研究硝态氮对地下水的研究时，需要结合多种农业生态，粮食种植，城市环境等宏观因素。地下水硝态氮污染的迁移与平衡对人类生活影响是全球性问题。