福建省沿海地区地下水与土壤环境质量协同监测研究——以东山县康美村地下水环境质量监测点为例

李景

（福建省环境监测中心站，福建 福州 350003）

地下水环境质量与土壤环境质量密切相关，将土壤和地下水作为整体系统研究具有重要意义。土壤中污染物向下迁移影响了地下水水质[1]，而地下水中重金属会随水流进入土壤，影响土壤中污染分布[2]，研究显示地下水矿化度升高对土壤团聚体稳定性和有机碳含量产生显著影响[3]。福建省的部分区域监测点位出现pH值超标问题，地下水的酸化严重影响到其使用功能，周边的植被、居民用水都受地下水酸化的影响[4]。已有研究表明果园中氮、磷肥料的大量施用会加重土壤的酸化程度，土壤淋失硝态氮导致地下水中硝酸盐浓度升高[5]。因此，研究地下水和土壤环境质量、探索地下水与土壤环境质量协同监测技术具有一定的理论价值和实践意义。

1 地下水与土壤环境质量协同监测技术方法

1.1 离子交换平衡实验

离子交换过程是许多污染物离子首先发生，而且是非常重要的一个环节，是污染物离子在土壤中迁移、转化的重要方式之一，直接关系到污染物对土壤以及地下水污染程度的大小[6]。这里涉及物料平衡原理。地下水中的离子为C离子，土壤表面原吸附的离子为D离子，发生的反应为：

本文使用土壤和地下水离子交换平衡实验的技术方法，通过采集不同的土壤表层样品，如红壤土和砂土，分别用地下水浸提土壤样品3～4 d，依据地下水中析出可溶态的铝，分别测定地下水中的铝浓度，从而判断不同类型土壤对铝的吸附性强弱。

1.2 地下水污染成因分析

结合地下水污染现状，从人为因素和水文地质条件，分析造成地下水污染的原因[7]。本文从地质背景、水位等值线、地下水流向、水质变化趋势分析（与土壤关联分析）、降雨量、周边污染源、化肥农药使用等多因素对地下水pH值和铝的超标原因进行分析研究。

研究地下水污染成因，首先需要研究水文地质条件，统测地下水的水位埋深，通过水位等值线图判断地下水流向，然后根据地下水流向布设地下水监测点位和土壤监测点位并采样、分析测试，此外还要重点调查地下水污染区域上游和两侧的污染源，包括工业污染源和农业污染源。

2 东山县康美村地下水环境国控监测点位协同监测实例研究

2.1 监测点位设置

根据东山县水文地质条件情况，布设5个地下水监测点位和4个土壤监测点位，具体如下。

国控监测点位4个：康美镇康美村地下水监测点（DS01-1）、康美镇康美村土壤监测点（DS01-2）、康美镇东沈村地下水监测点（DS02-1）、康美镇东沈村土壤监测点（DS02-2）。

专项监测点位4个（国控点两侧和下游）：康美镇康美村国控点位下游的中化石油西铜路加油站（DS05-2）、康美村国控点东北侧100 m萝卜菜地（DS04-2）及其对应的2个现场地下水监测点（国控点东北侧DS04-1、国控点西南侧点位DS06-1)。

参照比对点位1个：远离国控点位的西埔镇梧龙村地下水监测点位（DS03-1)，详见图1。

图1 东山县采样点位分布图

2.2 监测结果分析

协同监测结果显示，地下水的pH值超标与酸性土壤相关。超标康美镇康美村点位（国控）的地下水pH值为4.5，指标属Ⅴ类，其对应土壤pH值为5.28，属于酸性土壤；上游水质达标的东沈村点位（国控）地下水pH值为6.1，指标属Ⅳ类，对应的土壤pH值为5.31，属于酸性土壤；下游康美镇中化石油西铜路加油站点位的土壤pH值为6.2（表1）。

经分析，康美村国控点位及两侧的现场监测点的pH值均低于4.8，这3个点位的地下水都属于浅层地下水（潜水），含水介质均是海积砂土，其防污性弱，环境脆弱性高；上游康美镇东沈村地下水pH值未超标，主要由于地下水的水质与含水层有关，其位于深层裂隙含水层中；下游康美镇中化石油西铜路加油站点位土壤中铝含量高，主要由于土壤类型属于红壤土，其土壤铝背景值较海积砂土高。康美镇康美村国控监测点位周边1 km范围内存在pH值Ⅴ类情况，范围外的其他乡镇地下水pH值以Ⅳ为主。

编号DS01-1 DS02-1 DS03-1 DS04-1 DS06-1位置东山县康美镇康美村东山县康美镇东沈村（上游）东山县西埔镇梧龙村（参照比对）东山县康美镇康美村国控点东北侧约100 m处萝卜菜地东山县康美镇康美村国控点西南50 m水位-8 m-37 m-5 m-7 m-7 m pH值检测结果4.5 6.1 6.3 4.4 4.7铝检测结果（mg/L）1.57（可溶态）1.76（总量）低于检出限低于检出限//水质类别Ⅴ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅴ类Ⅴ类

2.3 离子交换平衡实验

通过土壤和地下水离子交换平衡实验，实验显示用地下水样品（DS01-1）浸提3 d后，土壤样品（DS01-2，砂土）在地下水中析出可溶态的铝离子浓度（0.865 mg/L），远大于DS02-2土壤样品（红壤土）析出可溶态的铝离子浓度（0.099 mg/L）；同样用另一个地下水样品（DS02-1）分别浸提2个不同的土壤样品，也得出土壤样品（DS01-2）在地下水中析出可溶态的铝离子浓度更大的结论。砂土在水相中析出可溶态铝更多，而红壤土吸附铝离子能力强。康美村国控DS01点位地下水中铝超标，与表层土壤中砂土易析出可溶态铝有一定相关性。东山康美村表层海积砂土对铝的吸附性较弱，降雨后表层砂土中的铝洗脱后渗透到地下水中，导致地下水中铝溶度相对较高；而东沈村的国控DS02点位表层为红壤土（残积砂质黏性土），对铝的吸附性强，地下水的铝离子含量低（表3）。

2.4 监测点位周边污染源排查

对康美村国控点位上游及两侧开展污染源排查，其西南侧的合泰金属塑料有限公司主要生产加工渔具、金属锁链，生产作业区无金属表面处理；东北侧的远隆食品有限公司主要加工海鲜食品，污水设备处理后出水接入市政管网；上游场地是一个存放农具的仓库，无工业企业。

2.5 污染成因分析

⑴ 康美村国控点位pH值、铝超标，初步判断地质背景和土壤类型是主要影响因素。根据东山县地质图结合现场调查，国控点位周边水文地质单元范围内表层为海积砂土，其下为淤泥质土、花岗岩风化形成的残积砂质黏性土（红壤土），降雨淋溶作用下，铝等阳离子大量淋滤，氢离子被土壤吸收，取代了原有的铝等阳离子，导致土壤酸化。从水位等值线图判断（图2），地下水流向是向海岸线方向流动，地下水补给来源主要为降雨，土壤酸化导致下游地下水酸化。

图2 地下水的流向及水位等值线图

⑵ 化肥农药使用是加剧土壤和地下水酸化的重要因素。康美镇康美村国控点位表层为砂土，其渗透性大，脆弱性高，防污性差。该点位周边现种植龙眼树，据访问原种植芦笋，施用过钾肥（KCl）、磷肥（过磷酸钙）等化肥和农药，与土壤中的氢离子发生交换反应，产生盐酸，直接下渗到地下水含水层中，易造成地下水pH值降低。

⑶ 年降雨量下降，地下水位下降，含水层中地下水资源量减少，是造成地下水pH值降低的因素之一。地下水补给主要来源是降雨，通过收集气象部门的近5年降雨量数据，东山县年平均降水量从2017年的1158 mm下降到2021年的733 mm，对应康美镇2个国控点位的pH值总体呈下降趋势（图3）。

图3 东山县年降雨量变化趋势图

⑷ 开采砂矿造成周边地下水酸化。距该国控点位下游约430 m处存在一个硅砂矿坑，据收集的往年历史监测数据，矿坑地下水的pH值最低达到3.08，选矿过程中可能使用酸性化学物质的倒渗入地下水。

地下水样品编号DS01-1 DS02-1地下水样品DS01-2土壤样品 DS02-2土壤样品pH值4.35 6.53 Al(mg/L)1.76＜0.009 pH值4.33 5.81 Al(mg/L)0.865 0.294 pH值4.39 5.61 Al(mg/L)0.099 0.022

3 结论

⑴ 地下水环境质量与土壤环境质量密切相关，采用离子交换平衡实验和地下水污染成因分析的技术方法，是探索地下水和土壤环境质量协同监测的尝试，可为环境质量管理提供监测数据，为地下水环境考核点位优化提供科学依据。

⑵ 经本研究初步判断康美镇康美村国控点位的pH值和铝超标的主要原因是地质背景和土壤类型，次要原因是农药化肥使用、降雨量减少以及开采砂矿。

⑶ 地下水具有隐蔽性和流动性，其水质超标的影响因素较多，因而溯源工作难度较大，但本研究发现地下水环境监测工作应和土壤环境监测工作相结合，并对水质监测结果和土壤监测结果进行综合分析，可以发现造成水质超标的原因。