Evaluation of historical nitrate sources in groundwater and impact of current irrigation practices on groundwater quality

摘要

Les activités agricoles à grande échelle entra?nent une détérioration des ressources en eaux souterraines à travers le monde. Cette étude se concentre sur le district agricole irrigué de Jinghuiqu dans le Shaanxi, en Chine. Les objectifs sont d'identifier les principales sources et les processus qui contr?lent le transport des nitrates, et d'évaluer l'impact des pratiques d'irrigation à long terme sur le lessivage des nitrates. L'hydrogéochimie des principaux constituants du soluté et les ratios des isotopes stables de N0_3~- dans les eaux souterraines ont été utilisés pour identifier les sources historiques de contamination et les processus de transformation qui se produisent dans les eaux souterraines peu profondes du district d'irrigation de Jinghuiqu. Les concentrations en N-NO_3~- dans les eaux souterraines variaient de 0,0 à plus de 100 mg L~(-1) en avril 1990, et de 0,47 à 42.0 mg L~(-1) en décembre 2009. Nos mesures de N-NO_3~- montrent que les principales raisons de cette baisse spectaculaire des concentrations en N-NO_3~- de 1990 à 2009 sont la denitrification, qui contr?le les types d'azote, ainsi que la forte baisse de la nappe phréatique. Les rapports des isotopes dans les échantillons prélevés ont montré que la source de nitrate était principalement le fumier, ce qui correspond bien avec les données historiques indiquant que le fumier était la principale source de nitrate avant les années 1980, et que les engrais sont devenus dominants par la suite. Un modèle numérique a ensuite été utilisé pour évaluer les impacts futurs des pratiques d'irrigation actuelles sur les ressources d'eau souterraine. Le modèle HYDRUS-1D a été utilisé d'abord pour évaluer le mouvement de l'eau et le transport de solutés N-NO_3~- lors d'une expérience d'impulsion unique d'irrigation réalisée dans des conditions de terrain, puis pour évaluer l'impact à long terme de l'irrigation sur le lessivage de N-NO_3~-. Les simulations ont montré que, après l'introduction de l'irrigation, les flux de N-NO_3~- dans le drainage vertical et les concentrations en N-tot ont augmenté à toutes les profondeurs dans le profil du sol à 2 m. Cela indique que les concentrations en azote à la fois en dessous de la profondeur de 100 cm et dans les eaux souterraines pourraient devenir encore plus élevées avec l'augmentation future de l'irrigation.%Large-scale agricultural activities cause deterioration of groundwater resources throughout the world. This study focuses on the irrigated agricultural district of Jinghuiqu in Shaanxi, China. The objectives are to identify the main sources and processes that control nitrate transport, and to assess the impact of long-term irrigation practices on nitrate leaching. The hydrogeochemistry of major solute constituents and stable isotope ratios of NO_3~- in groundwater were used to identify historical sources of contamination and transformation processes occurring in the shallow groundwater of the Jinghuiqu irrigation district. The N-NO_3~- concentrations in groundwater ranged from 0.0 to more than 100 mg L~(-1) in April 1990, and from 0.47 to 42.0 mg L~(-1) in December 2009. Our measurements of N-NO_3~- show that the main reasons for this dramatic decline in N-NO3" concentrations from 1990 to 2009 are denitrification, which controls nitrogen types, together with the sharp decline of the groundwater table. The isotope ratios in collected samples showed that the source of nitrate was mainly manure, a result that corresponds with historical data showing that manure was the main nitrate source before the 1980s, and that fertilizers became dominant thereafter. A numerical model was then used to evaluate future impacts of current irrigation practices on groundwater sources. The HYDRUS-1D model was employed first to evaluate the water movement and the N-NO_3~- solute transport for a single irrigation pulse experiment carried out under field conditions, and then in evaluating the long-term impact of irrigation on N-NO_3~- leaching. Simulations showed that, after introducing irrigation, the downward drainage fluxes of N-NO_3~-, and the N-NO_3~- and N-tot concentrations increased at all depths within the 2-m soil profile. This indicates that N concentrations below 1 -m depth and in the groundwater could become even more elevated with increased future irrigation.