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湖 北 农 业 科学
2010 年
症，血质下降，抑制中心迷走神经，使心动过速。 此外，硝酸盐和亚硝酸盐在各种含氮有机化合
物（胺、酚胺、尿素、氰胺等）的作用下会形成具有化 学稳定性的高度“三致”（致癌、致畸形、致突变）物 质亚硝基胺和亚硝基酚胺 ， ［5，6］ 它 们 会 诱 导 产 生 肠 道、脑、神经系统骨骼、皮肤、甲状腺等肿瘤疾病 。 ［7，8］ 我国的河南省林县， 山西省阳城县及江苏省泰县、 扬中县等地区的食道（管）癌症高发病率与当地水 源中高硝酸盐含量密切相关。
摘要：地下水一直是重要的饮用水水源之一，然而由于大量氮素化肥的施用，以及动物粪便、生活污水和
工业废水的不合理处置和利用，导致我国农村地下水受到不同程度的硝酸盐氮污染。
关键词：地下水；硝酸盐氮；修复技术
中 图 分 类 号 ：X592
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：0439－8114（2010）10－2605-04
对于农村地下水硝酸盐氮污染分析其来源主 要有点源、面源和豆类作物污染源 3 种。 2．1 点源污染
主要是农村地区生活污水及工业废水的污染。 近年来，随着农村的发展，畜禽养殖业发展较快，产 生的大量畜禽类粪便污染物未作任何处理就直接 进入土壤和环境中，畜禽粪便含氮量较高，入渗土 壤进入地下水，对地下水造成较大的污染。 同时，大 量的工业企业进驻农村，排出的废水未经处理直接 排入水体或灌溉农田，也是农村地下水受硝酸盐氮 污染的原因之一。 2．2 面源污染
次喷灌和 1 次漫灌方式下的硝酸盐入渗率分别是 9％、13％和 48％。 3．1．3 改 变 种 植 轮 作 系 统 我 国 对 植 物 轮 作 充 分 利用和吸收氮肥有了很深的认识，早在公元前 5 世 纪的《齐民要术》中就指出豆类和谷类套作轮茬的 好处。 不同根系类型作物轮作，特别是浅根系与深 根系作物轮作可利用深根系作物对土壤下层硝态 氮的吸收而改变土壤中硝态氮的累积与移动。 有研 究显示，在快速生长的深根植物大豆、田箐与玉米 轮作的种植体系中，大豆、田箐能够吸收利用玉米 不能利用的深层硝酸盐氮。 3．1．4 发展生态农业施肥 中国科学院 “九五”重 大科研项目中，研究了长效碳酸氢铵的缓效机理和 环境效应， 提出了长效碳铵中 DCD 与从碳铵中离 解出来的游离态铵形成分子间氢键的观点，这一弱 相互作用力可以降低土壤中铵的浓度，使得土壤的 pH 值在氨挥发期间降低 0．2~0．4， 延缓硝酸盐氮的 形成时间，减少 N 素的损失。 长效碳酸氢铵能减少 施肥后地下水的硝酸盐氮污染 。 ［10］ 另外我国有研究 者利用农业秸秆和牲畜粪便、城市生活垃圾和人类 粪尿进行堆肥， 同时把所堆出的垃圾肥与无机 N、 P、K 肥 按 一 定 比 例 制 成 适 应 特 定 作 物 的 低 浓 度 有 机无机复混肥。 试验表明，施用这种堆肥有利于减 少地下水硝酸盐氮污染，同时肥效比较高 。 ［11］ 3．2 治理和修复
在美国，有研究者对地下水硝酸盐氮污染源进 行过分析。 氮污染 65％来自农用氮肥和农药，21％ 来自动物粪便，其余来自各种豆科植物［9］。 可见，豆 科植物的固氮能将所有产生的有机物进行吸收，也 会产生残留污染。
3 农村地下水硝酸盐氮污染的防治
对于农村地下水资源的防治对策，首先应立足 于“防”，这是由地下水污染的特性所决定的。 地下 水处于地面以下，相对于地表水治理更困难，治理 涉及到土壤的治理和恢复等许多地质地理问题。 3．1 防护
气态氮 有机氮 气态氨
豆类
挥
植物
发
固氮
矿化
有机氮
吸附
NH4＋
NO3－
NH4＋
硝化
NO3－
植物吸收
挥发 耕作层
地表
吸附 吸附
NH4＋ 硝化 硝化
NH4＋
犁底层
上包气带
NO3－ 反硝化 气态氨 NO3－ 反硝化 气态氨
地下水位 下包气带 含水层
图 1 氮的形态及转化示意图
隔水层
第 10 期
庞朝晖等：农村地下水硝酸盐氮污染及其防治
通常，针对实际情况，地下水的防护可以采取 以下几种方法。 3．1．1 改 变 施 肥 方 法 提 高 农 作 物 对 氮 的 吸 收 率 是直接降低氮残留污染的主要方法。 对于农作物种 植区，可以采用分次减量施肥、施药控制氮素的释 放速率，减少土壤中氮的累积量，降低氮素向地下 水的淋失量，提高吸收率；同时将有机肥和无机肥 合理搭配使用，也会使有机肥氮素释放速率变慢。 3．1．2 改 变 灌 溉 水 源 及 模 式 浇 灌 农 田 的 水 源 采 用库河水或大气降水， 可以改善地下水的水质，防 止不加处理的废水直灌时造成地下水的二次污染。 同时采用喷灌、雾灌代替漫灌，以降低硝酸盐的入 渗率。 有文献表明，同等灌溉量条件下，3 次喷灌、2
治理和修复大面积的地下水硝酸盐氮污染是 一个世界性的难题，目前农村地下水硝酸盐氮的治 理除了自然净化过程中的反硝化作用外，没有特别 有效的办法。 局部城市已采用的除去地下水中的硝 酸盐氮的方法对于将来农村地下水的修复值得借 鉴，其修复手段主要是靠工程措施来解决，归纳起 来包括以下 3 个方面。 3．2．1 生 物 修 复 技 术 自 然 界 中 存 在 的 某 些 微 生 物对污染物有一定的降解作用，但是这个降解过程 通常较慢， 在实际的水处理过程中难以得到运用。 研究表明，在地下水环境中，一定的条件下，存在着
1 地下水硝酸盐氮污染的危害
硝酸盐本身对人体并没有危害，但在人体内经 硝酸盐还原菌作用生成亚硝酸盐，亚硝酸盐会与血 液中起传送氧气功能的血红蛋白反应形成高铁血 红蛋白，从而影响血液中氧的传输能力。 在成年人 的血液中，酶可以将高铁血红蛋白再转换回血红蛋

白，使得高铁血红蛋白的含量不超过 1％。 新生儿体 内这种酶含量较低，因此他们的高铁血红蛋白的含 量通常在 1％～2％。 任何高于该含量的血液病均被 称为是高铁血红蛋白症，在含量较高时，通常会有 紫绀出现，在这种情况下，婴儿会出现黏膜变蓝以 及消化和呼吸系统疾病［2］。 而且婴儿胃内酸度低于 成年人，有利于硝酸盐还原菌的发展，所以婴儿对 硝酸盐的潜在毒性比少年儿童和成年人更为敏感， 尤其是 6 个月以下的婴儿。 当饮用水中硝酸盐含量 达到 90～140 mg ／ L 时，就会导致婴儿高铁血红蛋白 症，俗称蓝婴病 ； ［3，4］ 当 血 液 中 高 铁 血 红 素 的 含 量 达 到 70％时，即导致窒息而死。 在抗氧化类药物及化 学药物作用下，或其他有可能抑制人体对高铁血红 蛋白向血红蛋白转变的情况下，一些人还可能增加 患高铁血红蛋白血症的敏感性。
对于农村来说，主要的面源污染是指在农业生 产过程中广泛施用化肥农药等有机物质所造成的。 这类有机物通过浇灌和降水渗入至地下，使地下水
中的含氮量增加。 自解放以来，我国氮肥施用量逐 年增加，具体情况如图 2 所示的我国有机肥和化肥 的结构变化。 从 1990 年开始的我国九大土壤肥力 与肥效长期检测证明，我国农田化肥当年的利用率 为氮 30％～35％、磷 20％～30％、钾 45％～60％，大部分 肥料没有被植物吸收，反而残留在地下，造成地下 水的污染。 2．3 豆科植物固氮污染
我国地下水硝酸盐氮的污染呈增长趋势，已有 的研究表明，在我国北方缺水地区地下水硝酸盐氮 污染已经比较严重，尤其在广大的农村，氮素污染 源集中地（农业上农药、氮肥的大量使用，含氮工业 废 水 废 气 的 排 放 ， 垃 圾 的 堆 放 等 ）， 在 一 定 的 气 候 、 地质和土壤条件的共同作用下极易造成对地下水 的污染［1］。 由于硝酸盐氮极易溶于水，且无色无味， 大部分农民已经长期饮用这种被严重污染的井水， 但并不知道其危害。 近年来国家对“三农”问题非常 重视，关注农民的身体健康也是各级政府刻不容缓 考虑之事，所以，对于我国农村地下水硝酸盐氮污 染的防治工作是水务工作者亟待解决的问题。
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肥 料 中 的 比 例//% 氮肥//万 t
化 肥 比 例 //%
100
有 机 肥 比 例 //%
2 500
90
氮肥//万 t
80
2 000
70
60
1 500
50
40
1 000
30
20
500
10
0
0
1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005
年份
图 2 有机肥和化肥的结构变化
2 硝酸盐氮污染源的分析
氮的循环一般将会经历以下的转化过程。 矿 化-吸附过程： 土壤有机 N 向 NH4＋转化并被植物吸 收；固化过程：化合的和非化合的 N2 被植物所固化； 硝 化 过 程 ：微 生 物 将 氨 盐 基 氧 化 成 NO2－，进 而 氧 化 成 NO3－； 反 硝 化 过 程 ： 化 合 的 N 以 气 态 的 N（N2， N2O，NO，NO2）返回大气层中。 其不同形态的转化如 图 1 所示。
第 49 卷第 10 期 20第10 1年0 期10 月
湖北农业科学 Hubei Agricultural Sciences
Vol． 49 No.10 Oct．，2010
农村地下水硝酸盐氮污染及其防治
庞朝晖 1，李立波 1，岳禹峰 2 （1．湖南工学院，湖南 衡阳 421002； 2．中国核电工程有限公司深圳设计院，广东 深圳 518031）
Remediation of Groundwater Polluted by Nitrate in Rural Area
PANG Zhao－hui1，LI Li－bo1，YUE Yu－feng2 （1.Hunan Institute of Technology， Hengyang 421002，Hunan，China； 2.Shenzhen Design Institute of China Nuclear Power Engineering Co． ， Ltd．，Shenzhen 518031，Guangdong，China）