本文關(guān)鍵詞：華北集約農(nóng)區(qū)地下水氮素來源及影響因素分析　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：地下水是華北地區(qū)生產(chǎn)和生活用水的主要來源,集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對該地區(qū)地下水質(zhì)量,特別是氮素含量有重要影響。本研究以華北集約農(nóng)區(qū)代表—山東桓臺縣為研究對象,綜合運用多種N03--N識別技術(shù)和方法,定量分析了地下水N03--N含量和其時空變化,探討了各類影響地下水氮素含量的因素。主要研究結(jié)果如下：1.2014年在研究區(qū)進行大密度地下水取樣,并對重點污染地區(qū)加密采樣。800個采樣點地下水樣品N03--N含量數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布,濃度范圍為0.07～52.6 mg L一,均值為21.4 mgL-,超標率(超10 mg L-1)為75.8%,嚴重超標率(超20mg L-1)達49.4%。2002、2007、2010以及2014四個年度地下水N03--N含量均值分別為6.3、11.6、29.9和21.4 mg L-1,說明自2010年以來的地下水N03--N污染已經(jīng)開始出現(xiàn)下降趨勢。該區(qū)域集約化種植區(qū)大量施用化肥是地下水N03--N污染的根本原因,且隨著氮肥施用水平的降低,地下水N03--N也呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。2.分別應用IsoSource和SIAR模型,分析了5種潛在氮源(化肥(FN)、污水(SN)、畜禽糞便(MN)、土壤有機氮(SON)以及降水(RN))對地下水NO3--N的貢獻百分比。結(jié)果表明,研究區(qū)地下水N03--N有45%-46.9%來自化肥,40.7%-51.7%來自污水,2.6%-10.7%來自畜禽糞便,0.8%-1.7%來自降水。該區(qū)域地下水N03--N主要來自化肥和污水,畜禽養(yǎng)殖有一定貢獻。3.研究區(qū)地下水反硝化作用有一定的空間異質(zhì)性,發(fā)生反硝化作用的采樣點主要分布在研究區(qū)的北部,即在受N03--N污染較嚴重的徑流排泄區(qū),而反硝化不明顯的采樣點大多位于中南部的地下水補給區(qū)。綜合考慮DO濃度、615N與δ180比值(δ15N/δ18O)分別與反硝化作用關(guān)系的基礎上,利用瑞利方程計算了反硝化發(fā)生時地下水6”N和818O的分餾常數(shù),分別為-15.9%o和-10.4‰,這說明反硝化作用對地下水硝酸鹽δ15N和6博O的分餾具有一定貢獻,而δ15N與δ18O的富集系數(shù)分別為-1.45‰與-0.75‰,較低的富集系數(shù)說明地下水反硝化作用不強或受其他過程影響。4.研究區(qū)地下水主要由南部地區(qū)弱礦化度的HCO3--Ca2+、Mg2+或HCO3--Na+、Ca2+、Mg2+類型,向中部地區(qū)中等礦化度的HCO3-、Cl-、SO42--Na+、Ca2+、Mg2+類型過渡,在北部大部分地區(qū)演化為中等礦化度的Cl-、SO42--Na+、Ca2+、Mg2+或Cl-、SO42--Na+、Mg2+類型。該區(qū)域地下水化學成分改變的關(guān)鍵驅(qū)動因素是集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施,主要是化肥施用以及以地下水和污水為主要來源的頻繁灌溉,并受水文地質(zhì)等的綜合因素影響。5.采用快速聚類算法模型及分類決策樹模型,將800個采樣點對研究區(qū)域分為井灌區(qū)、污灌區(qū)以及井污共灌+養(yǎng)殖區(qū)三種類型。有52.4%的樣點(419個)分布在主要受井污水交替灌溉、畜禽養(yǎng)殖活動影響的地區(qū),22.5%的樣點(180個)位于僅用井水灌溉的農(nóng)業(yè)區(qū),其余25.1%樣點(201個)主要位于污水灌溉區(qū)域,說明工業(yè)污水和畜禽養(yǎng)殖對該地區(qū)地下水已產(chǎn)生重要影響。以上研究結(jié)果表明,研究區(qū)大量施用農(nóng)用氮肥和灌溉工業(yè)污水是造成地下水N03--N含量變化的主控因素,畜禽養(yǎng)殖也對地下水N03--N污染產(chǎn)生影響。應進一步提高地下水N03--N污染嚴重性的認識、加強氮素在包氣帶的遷移轉(zhuǎn)化研究、重視種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè),使糧菜種植和畜牧業(yè)養(yǎng)分平衡,減少農(nóng)業(yè)面源污染。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S273.4

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本文編號：1322659