李景

（福建省環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 福州 350003）

地下水環(huán)境質(zhì)量與土壤環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)，將土壤和地下水作為整體系統(tǒng)研究具有重要意義。土壤中污染物向下遷移影響了地下水水質(zhì)[1]，而地下水中重金屬會隨水流進入土壤，影響土壤中污染分布[2]，研究顯示地下水礦化度升高對土壤團聚體穩(wěn)定性和有機碳含量產(chǎn)生顯著影響[3]。福建省的部分區(qū)域監(jiān)測點位出現(xiàn)pH值超標問題，地下水的酸化嚴重影響到其使用功能，周邊的植被、居民用水都受地下水酸化的影響[4]。已有研究表明果園中氮、磷肥料的大量施用會加重土壤的酸化程度，土壤淋失硝態(tài)氮導致地下水中硝酸鹽濃度升高[5]。因此，研究地下水和土壤環(huán)境質(zhì)量、探索地下水與土壤環(huán)境質(zhì)量協(xié)同監(jiān)測技術(shù)具有一定的理論價值和實踐意義。

1 地下水與土壤環(huán)境質(zhì)量協(xié)同監(jiān)測技術(shù)方法

1.1 離子交換平衡實驗

離子交換過程是許多污染物離子首先發(fā)生，而且是非常重要的一個環(huán)節(jié)，是污染物離子在土壤中遷移、轉(zhuǎn)化的重要方式之一，直接關(guān)系到污染物對土壤以及地下水污染程度的大小[6]。這里涉及物料平衡原理。地下水中的離子為C離子，土壤表面原吸附的離子為D離子，發(fā)生的反應(yīng)為：

本文使用土壤和地下水離子交換平衡實驗的技術(shù)方法，通過采集不同的土壤表層樣品，如紅壤土和砂土，分別用地下水浸提土壤樣品3～4 d，依據(jù)地下水中析出可溶態(tài)的鋁，分別測定地下水中的鋁濃度，從而判斷不同類型土壤對鋁的吸附性強弱。

1.2 地下水污染成因分析

結(jié)合地下水污染現(xiàn)狀，從人為因素和水文地質(zhì)條件，分析造成地下水污染的原因[7]。本文從地質(zhì)背景、水位等值線、地下水流向、水質(zhì)變化趨勢分析（與土壤關(guān)聯(lián)分析）、降雨量、周邊污染源、化肥農(nóng)藥使用等多因素對地下水pH值和鋁的超標原因進行分析研究。

研究地下水污染成因，首先需要研究水文地質(zhì)條件，統(tǒng)測地下水的水位埋深，通過水位等值線圖判斷地下水流向，然后根據(jù)地下水流向布設(shè)地下水監(jiān)測點位和土壤監(jiān)測點位并采樣、分析測試，此外還要重點調(diào)查地下水污染區(qū)域上游和兩側(cè)的污染源，包括工業(yè)污染源和農(nóng)業(yè)污染源。

2 東山縣康美村地下水環(huán)境國控監(jiān)測點位協(xié)同監(jiān)測實例研究

2.1 監(jiān)測點位設(shè)置

根據(jù)東山縣水文地質(zhì)條件情況，布設(shè)5個地下水監(jiān)測點位和4個土壤監(jiān)測點位，具體如下。

國控監(jiān)測點位4個：康美鎮(zhèn)康美村地下水監(jiān)測點（DS01-1）、康美鎮(zhèn)康美村土壤監(jiān)測點（DS01-2）、康美鎮(zhèn)東沈村地下水監(jiān)測點（DS02-1）、康美鎮(zhèn)東沈村土壤監(jiān)測點（DS02-2）。

專項監(jiān)測點位4個（國控點兩側(cè)和下游）：康美鎮(zhèn)康美村國控點位下游的中化石油西銅路加油站（DS05-2）、康美村國控點東北側(cè)100 m蘿卜菜地（DS04-2）及其對應(yīng)的2個現(xiàn)場地下水監(jiān)測點（國控點東北側(cè)DS04-1、國控點西南側(cè)點位DS06-1)。

參照比對點位1個：遠離國控點位的西埔鎮(zhèn)梧龍村地下水監(jiān)測點位（DS03-1)，詳見圖1。

圖1 東山縣采樣點位分布圖

2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

協(xié)同監(jiān)測結(jié)果顯示，地下水的pH值超標與酸性土壤相關(guān)。超標康美鎮(zhèn)康美村點位（國控）的地下水pH值為4.5，指標屬Ⅴ類，其對應(yīng)土壤pH值為5.28，屬于酸性土壤；上游水質(zhì)達標的東沈村點位（國控）地下水pH值為6.1，指標屬Ⅳ類，對應(yīng)的土壤pH值為5.31，屬于酸性土壤；下游康美鎮(zhèn)中化石油西銅路加油站點位的土壤pH值為6.2（表1）。

經(jīng)分析，康美村國控點位及兩側(cè)的現(xiàn)場監(jiān)測點的pH值均低于4.8，這3個點位的地下水都屬于淺層地下水（潛水），含水介質(zhì)均是海積砂土，其防污性弱，環(huán)境脆弱性高；上游康美鎮(zhèn)東沈村地下水pH值未超標，主要由于地下水的水質(zhì)與含水層有關(guān)，其位于深層裂隙含水層中；下游康美鎮(zhèn)中化石油西銅路加油站點位土壤中鋁含量高，主要由于土壤類型屬于紅壤土，其土壤鋁背景值較海積砂土高?？得梨?zhèn)康美村國控監(jiān)測點位周邊1 km范圍內(nèi)存在pH值Ⅴ類情況，范圍外的其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水pH值以Ⅳ為主。

編號DS01-1 DS02-1 DS03-1 DS04-1 DS06-1位置東山縣康美鎮(zhèn)康美村東山縣康美鎮(zhèn)東沈村（上游）東山縣西埔鎮(zhèn)梧龍村（參照比對）東山縣康美鎮(zhèn)康美村國控點東北側(cè)約100 m處蘿卜菜地東山縣康美鎮(zhèn)康美村國控點西南50 m水位-8 m-37 m-5 m-7 m-7 m pH值檢測結(jié)果4.5 6.1 6.3 4.4 4.7鋁檢測結(jié)果（mg/L）1.57（可溶態(tài)）1.76（總量）低于檢出限低于檢出限//水質(zhì)類別Ⅴ類Ⅳ類Ⅳ類Ⅴ類Ⅴ類

2.3 離子交換平衡實驗

通過土壤和地下水離子交換平衡實驗，實驗顯示用地下水樣品（DS01-1）浸提3 d后，土壤樣品（DS01-2，砂土）在地下水中析出可溶態(tài)的鋁離子濃度（0.865 mg/L），遠大于DS02-2土壤樣品（紅壤土）析出可溶態(tài)的鋁離子濃度（0.099 mg/L）；同樣用另一個地下水樣品（DS02-1）分別浸提2個不同的土壤樣品，也得出土壤樣品（DS01-2）在地下水中析出可溶態(tài)的鋁離子濃度更大的結(jié)論。砂土在水相中析出可溶態(tài)鋁更多，而紅壤土吸附鋁離子能力強?？得来鍑谼S01點位地下水中鋁超標，與表層土壤中砂土易析出可溶態(tài)鋁有一定相關(guān)性。東山康美村表層海積砂土對鋁的吸附性較弱，降雨后表層砂土中的鋁洗脫后滲透到地下水中，導致地下水中鋁溶度相對較高；而東沈村的國控DS02點位表層為紅壤土（殘積砂質(zhì)黏性土），對鋁的吸附性強，地下水的鋁離子含量低（表3）。

2.4 監(jiān)測點位周邊污染源排查

對康美村國控點位上游及兩側(cè)開展污染源排查，其西南側(cè)的合泰金屬塑料有限公司主要生產(chǎn)加工漁具、金屬鎖鏈，生產(chǎn)作業(yè)區(qū)無金屬表面處理；東北側(cè)的遠隆食品有限公司主要加工海鮮食品，污水設(shè)備處理后出水接入市政管網(wǎng)；上游場地是一個存放農(nóng)具的倉庫，無工業(yè)企業(yè)。

2.5 污染成因分析

⑴ 康美村國控點位pH值、鋁超標，初步判斷地質(zhì)背景和土壤類型是主要影響因素。根據(jù)東山縣地質(zhì)圖結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，國控點位周邊水文地質(zhì)單元范圍內(nèi)表層為海積砂土，其下為淤泥質(zhì)土、花崗巖風化形成的殘積砂質(zhì)黏性土（紅壤土），降雨淋溶作用下，鋁等陽離子大量淋濾，氫離子被土壤吸收，取代了原有的鋁等陽離子，導致土壤酸化。從水位等值線圖判斷（圖2），地下水流向是向海岸線方向流動，地下水補給來源主要為降雨，土壤酸化導致下游地下水酸化。

圖2 地下水的流向及水位等值線圖

⑵ 化肥農(nóng)藥使用是加劇土壤和地下水酸化的重要因素?？得梨?zhèn)康美村國控點位表層為砂土，其滲透性大，脆弱性高，防污性差。該點位周邊現(xiàn)種植龍眼樹，據(jù)訪問原種植蘆筍，施用過鉀肥（KCl）、磷肥（過磷酸鈣）等化肥和農(nóng)藥，與土壤中的氫離子發(fā)生交換反應(yīng)，產(chǎn)生鹽酸，直接下滲到地下水含水層中，易造成地下水pH值降低。

⑶ 年降雨量下降，地下水位下降，含水層中地下水資源量減少，是造成地下水pH值降低的因素之一。地下水補給主要來源是降雨，通過收集氣象部門的近5年降雨量數(shù)據(jù)，東山縣年平均降水量從2017年的1158 mm下降到2021年的733 mm，對應(yīng)康美鎮(zhèn)2個國控點位的pH值總體呈下降趨勢（圖3）。

圖3 東山縣年降雨量變化趨勢圖

⑷ 開采砂礦造成周邊地下水酸化。距該國控點位下游約430 m處存在一個硅砂礦坑，據(jù)收集的往年歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，礦坑地下水的pH值最低達到3.08，選礦過程中可能使用酸性化學物質(zhì)的倒?jié)B入地下水。

地下水樣品編號DS01-1 DS02-1地下水樣品DS01-2土壤樣品 DS02-2土壤樣品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 結(jié)論

⑴ 地下水環(huán)境質(zhì)量與土壤環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)，采用離子交換平衡實驗和地下水污染成因分析的技術(shù)方法，是探索地下水和土壤環(huán)境質(zhì)量協(xié)同監(jiān)測的嘗試，可為環(huán)境質(zhì)量管理提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，為地下水環(huán)境考核點位優(yōu)化提供科學依據(jù)。

⑵ 經(jīng)本研究初步判斷康美鎮(zhèn)康美村國控點位的pH值和鋁超標的主要原因是地質(zhì)背景和土壤類型，次要原因是農(nóng)藥化肥使用、降雨量減少以及開采砂礦。

⑶ 地下水具有隱蔽性和流動性，其水質(zhì)超標的影響因素較多，因而溯源工作難度較大，但本研究發(fā)現(xiàn)地下水環(huán)境監(jiān)測工作應(yīng)和土壤環(huán)境監(jiān)測工作相結(jié)合，并對水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果和土壤監(jiān)測結(jié)果進行綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)造成水質(zhì)超標的原因。