石河子地区地下水“三氮”空间分布特征及影响因素分析

侯 珺， 周金龙， 曾妍妍， 马英杰

(1.新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052； 2.新疆大学 资源与环境科学学院， 新疆 乌鲁木齐 830046； 3.新疆水文水资源工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830052)

1 研究背景

位于内陆干旱区的新疆石河子地区农垦开发力度大，畜牧养殖业、农产品及食品加工制造业相对发达，地表水资源的相对匮乏，是一个以地下水作为主要水源的地区[16]。地下水资源对维持研究区生态系统功能、保障居民生活、农业生产、社会经济稳定发展具有极其重要的作用。目前该地区地下水已受到污染，各项指标有不同程度超标[17]，但前人对该区地下水“三氮”污染研究较少，因而进一步查明石河子地区地下水“三氮”污染状况，研究其分布特征和影响因素，对当地地下水污染治理、地下水资源保护，以及保障当地用水安全具有重要的现实意义。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

石河子地区位于新疆天山中段北麓、玛纳斯河西岸，属典型大陆性干旱气候，年降水量180～270 mm，年蒸发量1 000 ～1 500 mm，降水量由南向北递减，而蒸发量则由南向北递增[18-19]。地形总体由南向北倾斜，平均海拔450.8 m，山前带是单一的潜水含水层，埋深15～150 m，透水性较好；在结构单一的潜水含水层北部，承压含水层呈多层结构分布，埋深5～300 m；卵砾石层位于含水层上部，砾石、砂砾石或砂层分布在含水层下部[18-19]。研究区地下水补给主要依靠地表水渗漏、农田灌溉下渗和降水入渗；而地下水排泄主要通过蒸发蒸腾、人工开采和侧向流出等；由南向北含水层介质粒径减小，透水性降低，径流条件变差[20]，研究区水文地质剖面见图1。本次研究范围界定在以玛纳斯河(以下简称“玛河”)冲洪积扇为主体，南部自山前玛河冲洪积扇顶，北部至玛河冲洪积扇缘过渡到冲洪积平原下部，东西两侧与塔西河、宁家河冲洪积扇相连的范围[19]，即以石河子市为中心，东以玛纳斯河为界，西至沙湾县，南从152团至北部平原区沙漠边缘的149团的区域，包括了石河子市、石河子总场、147团、148团、149团、152团、沙湾县和玛纳斯县部分地区。

图1 研究区水文地质剖面图[21]

2.2 样品采集与测试

3 结果与分析

3.1 含量统计特征

图2 研究区地下水采样点类型与分布图

3.2 空间分布特征

表1 “三氮”含量统计特征表

注：ND为未检出，下同；标准值为《地下水质量标准(DZ/T 0290-2015)》中Ⅲ类标准值。

图3 地下水中 “三氮”含量等值线图(单位：mg/L)

表2 各含水层中“三氮”含量统计表

图4 各含水层中“三氮”含量对比图

3.3 影响因素分析

表3 各含水层中pH、Eh和Cl-统计表

表4 地下水中“三氮”含量与pH、Eh和Cl-相关系数表

注：**表示显著性水平为0.01(极显著)； *表示显著性水平为0.05(显著)。

表5 地下水中“三氮”含量与Eh值对比分析表

3.3.5 土地利用类型及农业污染 研究区土地利用类型以农用地(耕地)和建设用地(农村居民住宅地)为主。43组采样点中29组属于耕地，14组属于农村居民住宅用地，由表6可知该地区耕地中地下水“三氮”含量普遍高于农村居民住宅用地，说明土地利用类型是影响地下水中“三氮”空间分布差异的因素之一。另外有研究表明农业活动中的种植制度等因素通过影响氮肥利用效率而影响地下水中的“三氮”含量[30-32]。根据研究区统计年鉴，1992-2014年，由于受耕地等级、灌溉制度、施肥技术等诸多因素的影响，研究区农作物耕作面积和氮肥施用量逐年增加，其中粮食作物种植面积呈现下降趋势，而棉花种植面积呈现上升趋势。说明研究区氮肥施用量增加、利用效率相对较高，粮食作物和棉花种植面积的变化，使土壤中氮肥累计量分布不均匀，从而进一步影响该地区地下水中“三氮”空间分布。

图5 “三氮”含量与潜水埋深关系图

mg/L

图6 研究区污染源分布图

4 结 论

(3)氧化还原环境、酸碱环境、潜水埋深、包气带及含水层岩性、土地利用类型、农业污染、生活污染、畜牧养殖及农产品加工污染等因素，均会不同程度地影响研究区地下水中“三氮”的迁移和转化。

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