李志教授團(tuán)隊(duì)在黃土高原地下水硝酸鹽和硫酸鹽污染方面取得新進(jìn)展

黃土區(qū)的深厚土層儲(chǔ)存了豐富的地下水，極大緩解了該區(qū)水資源短缺狀況，但日益嚴(yán)重的地下水污染加劇了水資源短缺。近些年，受氣候變化、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、煤礦開采和生活污水排放等影響，黃土高原地下水（尤其淺層地下水）硝酸鹽和硫酸鹽濃度顯著升高。當(dāng)前研究在空間上多是局地、零散化的或時(shí)間上是片段化的，難以全面理解黃土高原地下水硝酸鹽和硫酸鹽污染。因此，從區(qū)域尺度探討地下水硝酸鹽和硫酸鹽濃度時(shí)空變化、控制因素、來源和健康風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于深刻理解黃土高原地下水污染具有重要意義，可為半干旱地區(qū)地下水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

選擇黃土高原為研究區(qū)，按照豐、枯水期采集淺層地下水樣品，測(cè)定硝酸鹽、硫酸鹽含量、其他水化學(xué)組分和氮硫氧等多種同位素組成，分析了淺層地下水硝酸鹽和硫酸鹽含量的時(shí)空變異特征，探討了地下水污染的“熱點(diǎn)”區(qū)域和時(shí)段；識(shí)別了硝酸鹽和硫酸鹽時(shí)空變異的主導(dǎo)因素；定量評(píng)價(jià)了不同來源對(duì)淺層地下水硝酸鹽和硫酸鹽貢獻(xiàn)率，以及通過飲水途徑對(duì)成人和兒童產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 黃土高原淺層地下水NO₃^-和SO₄^2-濃度時(shí)空分布及不同土地利用類型濃度箱型圖

黃土高原淺層地下水NO₃^-和SO₄^2-濃度展現(xiàn)出顯著的時(shí)空異質(zhì)性。豐水期影響淺層地下水NO₃^-時(shí)空變異的主導(dǎo)因素為NDVI、土地利用類型、距離礦區(qū)距離，枯水期主導(dǎo)因素為降水、距離礦區(qū)距離和NDVI；豐水期影響淺層地下水SO₄^2-時(shí)空變異的主導(dǎo)因素為距離河流距離、降雨和蒸發(fā)，枯水期為NDVI、降雨和海拔。不同因素交互對(duì)NO₃^-和SO₄^2-時(shí)空變異的影響程度大于單個(gè)因素。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，兒童通過飲水途徑產(chǎn)生的非致癌風(fēng)險(xiǎn)在豐水期和枯水期均高于成人。

        圖2 黃土高原淺層地下水δ¹⁵N隨深度變化

聯(lián)合多種同位素與MixSIAR 源解析模型，證明厚包氣帶下以活塞流型補(bǔ)給占優(yōu)勢(shì)。隨井深增加，地下水NO₃^-濃度以約0.04 mg/L/m的速率降低，且硝酸鹽同位素信號(hào)逐步收斂至土壤有機(jī)氮區(qū)間。深厚包氣帶中的“遺留氮素”可能在未來較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)持續(xù)影響地下水水質(zhì)。整體上，土壤有機(jī)氮（43%）、銨態(tài)化肥（34%）是淺層地下水中NO₃^-的主要來源；硫化物氧化和蒸發(fā)巖溶解是SO₄^2-的重要來源。豐水期以反硝化作用和硫酸鹽還原為主，枯水期以硝化作用為主。

本系列研究從區(qū)域尺度系統(tǒng)研究了黃土高原地下水硝酸鹽和硫酸鹽污染，可為黃土高原地下水可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)成果分別發(fā)表在《Water Research》和《Environmental Pollution》。論文第一作者分別為太原理工大學(xué)蘇賀副教授和西北農(nóng)林科技大學(xué)李書鑒博士，李志教授為通訊作者。研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（42572332、42002265、42071043）的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124531

                   https://doi.org/10.1016/j.envpol.2025.127022