石河子地區(qū)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(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830046； 3.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830052)

1 研究背景

位于內(nèi)陸干旱區(qū)的新疆石河子地區(qū)農(nóng)墾開發(fā)力度大，畜牧養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品及食品加工制造業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，地表水資源的相對(duì)匱乏，是一個(gè)以地下水作為主要水源的地區(qū)[16]。地下水資源對(duì)維持研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能、保障居民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展具有極其重要的作用。目前該地區(qū)地下水已受到污染，各項(xiàng)指標(biāo)有不同程度超標(biāo)[17]，但前人對(duì)該區(qū)地下水“三氮”污染研究較少，因而進(jìn)一步查明石河子地區(qū)地下水“三氮”污染狀況，研究其分布特征和影響因素，對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤廴局卫怼⒌叵滤Y源保護(hù)，以及保障當(dāng)?shù)赜盟踩哂兄匾默F(xiàn)實(shí)意義。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

石河子地區(qū)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(fā)量1 000 ～1 500 mm，降水量由南向北遞減，而蒸發(fā)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(jié)構(gòu)單一的潛水含水層北部，承壓含水層呈多層結(jié)構(gòu)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(qū)地下水補(bǔ)給主要依靠地表水滲漏、農(nóng)田灌溉下滲和降水入滲；而地下水排泄主要通過蒸發(fā)蒸騰、人工開采和側(cè)向流出等；由南向北含水層介質(zhì)粒徑減小，透水性降低，徑流條件變差[20]，研究區(qū)水文地質(zhì)剖面見圖1。本次研究范圍界定在以瑪納斯河(以下簡(jiǎn)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?jīng)_洪積平原下部，東西兩側(cè)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(tuán)至北部平原區(qū)沙漠邊緣的149團(tuán)的區(qū)域，包括了石河子市、石河子總場(chǎng)、147團(tuán)、148團(tuán)、149團(tuán)、152團(tuán)、沙灣縣和瑪納斯縣部分地區(qū)。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)剖面圖[21]

2.2 樣品采集與測(cè)試

3 結(jié)果與分析

3.1 含量統(tǒng)計(jì)特征

圖2 研究區(qū)地下水采樣點(diǎn)類型與分布圖

3.2 空間分布特征

表1 “三氮”含量統(tǒng)計(jì)特征表

注：ND為未檢出，下同；標(biāo)準(zhǔn)值為《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(DZ/T 0290-2015)》中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)計(jì)表

圖4 各含水層中“三氮”含量對(duì)比圖

3.3 影響因素分析

表3 各含水層中pH、Eh和Cl-統(tǒng)計(jì)表

表4 地下水中“三氮”含量與pH、Eh和Cl-相關(guān)系數(shù)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(duì)比分析表

3.3.5 土地利用類型及農(nóng)業(yè)污染 研究區(qū)土地利用類型以農(nóng)用地(耕地)和建設(shè)用地(農(nóng)村居民住宅地)為主。43組采樣點(diǎn)中29組屬于耕地，14組屬于農(nóng)村居民住宅用地，由表6可知該地區(qū)耕地中地下水“三氮”含量普遍高于農(nóng)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(nóng)業(yè)活動(dòng)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(jù)研究區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒，1992-2014年，由于受耕地等級(jí)、灌溉制度、施肥技術(shù)等諸多因素的影響，研究區(qū)農(nóng)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(xiàn)下降趨勢(shì)，而棉花種植面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。說明研究區(qū)氮肥施用量增加、利用效率相對(duì)較高，糧食作物和棉花種植面積的變化，使土壤中氮肥累計(jì)量分布不均勻，從而進(jìn)一步影響該地區(qū)地下水中“三氮”空間分布。

圖5 “三氮”含量與潛水埋深關(guān)系圖

mg/L

圖6 研究區(qū)污染源分布圖

4 結(jié) 論

(3)氧化還原環(huán)境、酸堿環(huán)境、潛水埋深、包氣帶及含水層巖性、土地利用類型、農(nóng)業(yè)污染、生活污染、畜牧養(yǎng)殖及農(nóng)產(chǎn)品加工污染等因素，均會(huì)不同程度地影響研究區(qū)地下水中“三氮”的遷移和轉(zhuǎn)化。

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