南方典型农田区浅层地下水有机污染分布特征研究

关键词：南方典型农田区；水稻田；浅层地下水；有机污染；分布特征

中图分类号：X523 文献标志码：B

前言

南方农田区域作为重要的农业产区，农业活动频繁，农药、化肥等化学物质被广泛使用。然而，这些化学物质容易渗入土壤并最终进入地下水系统，引起地下水有机污染。随着社会对环境保护意识的增强，保护地下水资源逐渐受到重视。

国外主要集中在有机污染物的识别、迁移转化规律以及污染控制与修复技术等方面。在国内，农田区浅层地下水有机污染的研究也取得了长足的进展。针对南方典型农田区的实际情况，国内学者对浅层地下水有机污染的成因实施了深入探讨并得出以下结论：农业活动中大量使用的农药和化肥、工业废水排放以及城市污水渗漏等是造成地下水有机污染的主要原因。针对南方典型农田区浅层地下水有机污染的问题，国内学者还开展了相应的控制与修复技术研究，主要包括源头控制、土壤渗透反应墙、地下水曝气、原位化学氧化等。通过实际应用，这些技术取得了一定的效果，为南方地区地下水有机污染的治理提供了有力支持。

综上所述，国内学者在南方典型农田区浅层地下水有机污染问题上已取得了一定进展。为进一步完善污染治理与修复技术提供指导和支持，对南方典型农田区浅层地下水有机污染分布特征实施深入分析。

1研究方法

1.1研究区域

由于华南地区农业发达，农药、化肥等农业生产投入物质使用较多，地下水面临着有机污染的严重威胁。因此，选择广东省广州市白云区某典型农田区作为研究区域。有助于深入了解地下水有机污染的情况和分布特征。

华南地区夏季炎热湿润、冬季温和干燥的特性，非常适宜农业生产，如水稻、茶叶、水果等农作物。其中，水稻田占据了相当大的面积，农田面积广阔，粮食作物种植广泛，使得化肥、农药等农业投入物质使用较多。部分化肥和农药等化学物质在土壤中生物降解不完全，残留时间较长。这些化学物质会随着土壤中的水分迁移到地下水中，导致地下水中的化学物质浓度升高，进而引起地下水有机污染。

1.2样品采集

初步选定7采样点，选定的采样点覆盖了研究区域内的不同类型农田，周边有着不同的潜在污染源。进一步核实了采样点的代表性和可操作性，考察周边土壤性质、潜在污染源等关键因素。确定每个采样点的具体位置和特征，并进行了详细记录。记录结果如下：

采样点编号：S1

（1）周边农田：水稻田。

（2）污染源情况：周边无潜在有机污染源。

采样点编号：S2

（1）周边农田：水稻田。

（2）污染源情况：周边存在化肥厂，存在潜在的有机污染源。

采样点编号：S3

（1）周边农田：水稻田。

（2）污染源情况：周边存在造纸厂，存在潜在的有机污染源。

采样点编号：S4

（1）周边农田：主要为果园地，种植的果树包括柑橘、荔枝、龙眼等水果。

（2）污染源情况：周边无潜在有机污染源。

采样点编号：S5

（1）周边农田：茶园地，主要种植乌龙茶、普洱茶等茶叶。

（2）污染源情况：周边存在居民区，存在潜在的有机污染源。

采样点编号：S6

（1）周边农田：旱地，主要种植蔬菜、花生等作物。

（2）污染源情况：周边存在化工厂，存在潜在的有机污染源。

采样点编号：S7

（1）周边农田：旱地，主要种植甘蔗、烟草等作物。

（2）污染源情况：周边存在垃圾场。

7个采样点的平面图见图1。

在2022年5月到10月期间，在各采样点每个月实施一次采样，并计算各月均值。

通过钻孔可以确定地下水位的深度，从而提供有关污染物在垂直方向上的分布特征。对采样点精确标定，确保钻孔位置的准确性。最后实施钻探，钻探直径为10cm。

通过采样管与水泵构成的采样装置将地下水缓慢抽出，并立即转移到棕色窄口玻璃瓶的采样器中。为确保采样器清洁，在采样前用地下水清洗采样器。记录采样的时间、深度、水位等信息，并妥善保存样品。当到达实验室，立即将样品转移至冰箱中，继续在低温条件下保存。

1.3有机污染分析

对于采集的水样，实施有机污染物含量测试。VOCs具有高度挥发性，在地下水中的存在往往是暴露时间较短，然而毒性较高，对人体健康有潜在风险；SVOCs来自于农药、有机肥料的分解产物、工业废水等。由于其相对较低的挥发性，SVOCs在土壤中可以长期存在并垂直迁移至浅层地下水；由于农药一般用于土壤表面或喷洒农作物，存在渗透和迁移至地下水的风险。因此，对以上三种有机污染物含量展开测试，揭示这些有机污染物的迁移与积累情况。

具体的测试组分、仪器以及预处理技术如下：

VOCs：

（1）测试组分：氯乙烯、二氯甲烷、三氯甲烷、溴氯甲烷、四氯化碳、苯、三氯乙烯、二溴甲烷、二氯丁二烯、五氯苯、间二甲苯、苯乙烯、溴苯；

（2）仪器：气相色谱质谱联用仪（GC-MS）；

（3）预处理技术：吹扫捕集（Pamp;T）。

SVOCs：

（1）测试组分：六氯丁二烯、六氯苯、萘、苊烯、芴、菲、蒽、治螟磷、非那西丁、甲基对硫磷、对氨基联苯；

（2）仪器：气相色谱质谱联用仪（GC-MS）；

（3）预处理技术：吹扫捕集（Pamp;T）。

农药：

（1）测试组分：二嗪农、甲基对硫磷、莠去津、内吸磷-O、乐果、马拉硫磷、环氧七氯、硫磷嗪；

（2）仪器：气相色谱质谱联用仪（GC - MS）；

（3）预处理技术：液液萃取（LSC）。

2有机污染分布特征分析

为了建立一个基准，用以评估和对比实际研究区域的有机污染水平，收集没有人为活动干扰的自然状态下区域的浅层地下水样品，作为背景值数。背景值代表了在没有人为活动干扰的自然状态下，地下水中有机物质的天然含量。背景值数据见表1。

通过将研究区域的实际有机污染物浓度与这些背景值进行比较，可以评估研究区域是否存在有机污染问题，以及污染的程度。

2.1有机污染物空间分布特征分析结果

不同有机污染物的含量及其空间分布情况反映了地下水的污染状况，有助于确定受影响区域和程度。对于7个采样点，其农药、SVOCs、VOCs的分布特征见图2。

如图2所示，采样点S1，由于周边农田为水稻田，检测出的农药为二嗪农和甲基对硫磷，且由于周围没有潜在的有机污染源，因此SVOCs和VOCs污染都较轻，来源于农业活动。在该采样点S1，仅检测到一些常见的VOCs。

在采样点S2，由于周边农田为水稻田，检测出的农药为二嗪农和甲基对硫磷。检测到的SVOCs有5种，浓度相对较高，检测到的VOCs有四种，浓度也较高，这是由于采样点S2周围存在化肥厂，这些SVOCs与VOCs来源于化肥厂的排放和农民施用的化肥。

在采样点S3，浅层地下水检测出的农药包括二嗪农、甲基对硫磷、马拉硫磷，检测到的SVOCs有4种，检测到的VOCs有6种，浓度均相对较高，这主要是由于采样点S3周围存在造纸厂，造成了严重的SVOCs与VOCs污染。

在采样点S4，由于周边农田为果园，因此浅层地下水的有机污染以各种农药为主。

在采样点S5，由于周边农田为茶园地，因此浅层地下水检测出的农药有甲基对硫磷、环氧七氯。该采样点由于周边存在居民区，因此居民生活污染与污水渗漏造成了严重的SVOCs与VOCs污染。

在采样点S6，由于周边农田为种植蔬菜、花生等作物的旱地，因此浅层地下水的有机污染物中存在多种农药。又由于周边存在化工厂，因此该采样点的SVOCs与VOCs污染非常严重。

在采样点S7，由于周边农田为种植甘蔗、烟草等作物的旱地，通常需要喷洒农药进行病虫害的防治，而内吸磷-O、乐果、二嗪农和甲基对硫磷是常见的农药品种。同时由于周围存在垃圾场，因此浅层地下水的各种SVOCs与VOCs污染也较为严重。

通过图2的数据与表1中地下水有机污染北京数据数值的对比可知，农业种植中广泛使用的农药和化肥，尤其是那些不易降解的有机化合物，会通过地表径流和渗漏进入地下水，导致地下水中有机污染物的浓度升高。

2.2典型农田农药污染时间分布特征分析结果

由于采样点S1周边无明显潜在有机污染源，是最具代表性的点。通过对其进行不同生长期的二嗪农和甲基对硫磷污染时间分布特征分析，可以更直观地了解水稻田周边环境中这两种农药的变化情况，为全区域的污染程度和污染来源提供参考。各生长期时的二嗪农和甲基对硫磷污染时间分布特征分析结果见图3。

在水稻生长周期中，农药二嗪农和甲基对硫磷的浓度随不同阶段而变化。初期，由于未大量施药，农药浓度较低，可能来自土壤残留或其他污染源。返青期和分蘖期，随着农药施用增加，浓度逐渐上升，尤其是在分蘖期，农药施用量大，浓度显著增加。拔节期和灌浆期，农药施用减少，浓度随之下降。抽穗期，为保护稻穗，农药浓度再次上升。成熟期和空闲期，农药施用停止，浓度降至较低水平。

3结束语

研究中不仅包括农药，还包括半挥发性有机化合物（SVOCs）和挥发性有机化合物（VOCs）的含量测试，从多个角度全面了解地下水的有机污染情况，揭示不同类别有机污染物的分布。在完成对南方典型农田区浅层地下水有机污染分布特征分析的研究后，可以得出以下结论：研究地区浅层地下水主要有机污染物包括农药、SVOCs、VOCs等。这些污染物主要来源于农业活动、工业排放、居民活动等。研究地区浅层地下水有机污染与农田种类和周围污染源相关，同时污染浓度随着农作物生长时期而变化。基于取得的研究成果，能够了解南方典型农田区地下水环境状况，为浅层地下水保护提供科学依据，也有助于保障农业生产的稳定和农产品质量的安全。