疏勒河流域包气带硝态氮的分布迁移规律及其对地下水的影响

摘要

包气带是连接大气层和含水层的关键地带，研究土壤中硝酸盐的空间分布特征和迁移累积规律对防止地下水硝态氮污染至关重要，且探究土壤和水中硝态氮的相关关系具有非常重要的理论和现实意义。选取我国西北干旱区疏勒河流域七种不同类型的典型土壤和区域降水以及地下水为研究对象，通过测定水体和各土壤剖面中Cl-和NO3-浓度，揭示Cl-和NO3-的空间分布特征和迁移转化规律，判断NO3-的富集程度和累积特征，分析不同类型土壤中硝态氮的来源及影响其垂向迁移的因素，探究土壤硝态氮淋溶对地下水的影响，提出污染防治措施。结果表明：　　（1）Cl-和NO3-主要集中在0～60 cm的近地表层土壤中，二者的空间分布特征基本一致，大多呈“S”型分布，并与水分含量具有良好的相关性，随包气带埋深的增加呈现波动递减的变化趋势。强烈的蒸散发作用和微生物的硝化作用使土壤表层的NO3-含量较高，沙质土壤有利于NO3-的淋溶，植物根系对NO3-和水分的吸收降低了NO3-浓度，并导致NO3-与Cl-的分布特征存在不同程度的差异性。不同类型土壤中的NO3-含量不同，盐碱地>林地>农田>草地>湿地>荒滩>戈壁。　　（2）干旱区包气带硝态氮的主要来源是大气沉降，无植被生长的戈壁和荒滩中较高的NO3-/Cl-伴随较低的Cl-含量说明硝态氮的富集主要发生在干旱阶段，蓝藻菌的固氮作用活跃，而农田土壤中硝态氮的大量富集受人为源影响显著，如大量氮肥的施用和生活污水的灌溉。硝态氮在林地、草地和湿地土壤中的富集度不高，可能是由于植被的吸收利用所致，硝化作用和反硝化作用均较剧烈，盐碱地土壤硝态氮则主要来自于自然或人为引起的土壤盐碱化。硝态氮主要累积在土壤表层，在0～40 cm土层中的累积量占总累积量的80％以上，这与土壤性质和植被覆盖度关系密切。　　（3）NO3-在1 m的土壤剖面中呈波浪型迁移规律，是淋洗和热驱动共同作用的结果。在天然条件下，相对较低的pH伴随较高的TDS和EC，较大的土壤孔隙度和较高的含水率以及TOC含量均有利于NO3-的垂向迁移。NO3-和Cl-在沙漠中呈活塞式迁移规律，二者显著正相关并与含水率负相关，短暂的降雨和强烈的蒸发使硝态氮在地表大量聚集，深层土壤的含量高表明了硝态氮的淋吸效应，较高的NO3-/Cl-进一步说明了硝态氮在干旱时富集度高。　　（4）地下水硝态氮的空间分布与地形结构吻合，由上游至下游含量逐渐升高，NO3-平均浓度为14.94 mg·L-1，超过了WHO规定的饮用水硝态氮最大允许值10 mg·L-1，所有采样井中地下水硝态氮含量超标和严重超标的共占37%，污染严重。不同土地类型下地下水硝态氮的含量与土壤中的含量呈正相关，并随着施肥量、地下水位、灌溉次数、人口密度的增加而增加，同时与肥料种类、作物种类及农耕方式有关。农田土壤的地下水硝态氮污染尤其严重，超标率达23.08%，严重超标率达53.85%，应通过合理施用氮肥，进行节水灌溉，调整产业结构，加强污染修复等方式，全面防治土壤和地下水硝态氮污染。

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