砷在新疆奎屯地下水中的分布及其在农田土壤中的迁移

摘要

砷是一种具有较强毒性和致癌作用的元素，新疆奎屯垦区是中国大陆第一个地方性砷中毒病区，虽然通过改水工程使地方病病情得到了一定控制，但随着工农业的迅速发展，对地下水资源的需求量日益增加，水资源匮乏使得高砷水灌溉成为一种普遍现象。本研究以新疆奎屯垦区地下水为研究对象，采用野外采样和土柱试验相结合的方法以及原子荧光分析技术，揭示奎屯垦区高砷地下水的分布特征，研究高砷水灌溉后砷在土壤垂直方向的迁移行为，并对砷在农田土壤中的运移进行模拟及预测，分析其对浅层地下水的污染风险，为科学指导干旱区地下水资源的合理开发利用提供理论依据。主要研究结果如下:
　　(1)奎屯垦区As含量范围在2.29-400.68μg·L-1，均值为87.34μg·L-1，地下水中砷含量总体偏高，均值超出我国饮用水标准近9倍。71个地下水样中有23个超出我国农田灌溉水标准，超标率为32％。奎屯垦区是按照地下水中砷的含量划分地下水的用途，水源地井水中砷含量符合我国饮用水标准，井灌区水井中砷含量符合我国农田灌溉水标准，非井灌区井水中砷含量较高，超出我国农田灌溉水标准，不能直接农田灌溉，需要和地表水混合后才能灌溉，浓度最高的水井混合比例不能超过地表水的29％。垦区应该加大对私人开采地下水井的管理，对于开采的地下水井必须进行砷含量检测，严禁超出农田灌溉水标准的水井直接灌溉。
　　(2)奎屯垦区农田土壤对砷的吸附用Langmuir方程和Freundlich方程均能很好的拟合。垦区农田土壤对砷较容易吸附，并且固液比越小，土壤对砷的吸附越容易。相同浓度下，农田土壤对不同pH值砷溶液的吸附量有较大差异，砷溶液的pH=5时，土壤对砷的吸附量最大。pH＞5时，砷溶液中pH越大，土壤对砷的吸附量越小。
　　(3)20 cm土柱淋溶结束后砷主要集中在0-2 cm，砷含量随着土壤深度的增加逐渐减少。土壤中闭蓄态砷和铝型砷比例较高，水溶态砷和交换态砷比例较低。0-2 cm土层中，闭蓄态砷含量最高，2 cm以下土层中，铝型砷所占比例最高，闭蓄态砷、铁型砷和水溶态砷所占比例随深度的增加逐渐减少。HYDRUS-1D模型可以很好的预测高砷水灌溉后砷在垦区农田土壤中的运移，预测值与实测值很接近，相关系数达0.985。通过模型预测，当模拟灌溉时间在12年左右时，淋出液中砷浓度超出地下水Ⅲ类水标准，对环境及地下水会产生一定的污染风险。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与选题意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目标、研究内容和技术路线

第二章 材料与方法

2．1 研究区概况

2．2 材料与方法

第三章 砷在奎屯垦区地下水中的分布

3．1 奎屯垦区地下水利用现状

3．2 奎屯垦区地下水砷含量统计特征

3．3 奎屯垦区各团场地下水中砷含量

3．4 本章小结

第四章 奎屯垦区农田土壤对砷的吸附

4．1 奎屯垦区农田土壤对砷的吸附特性

4．2 奎屯垦区农田土壤对砷的吸附等温方程

4．3 农田土壤对不同pH值砷溶液的吸附

4．4 本章小结

第五章 砷在农田土壤中的迁移

5．1 Cl-穿透曲线

5．2 As穿透曲线

5．3 砷在农田土壤中的累积特点

5．4 砷在农田土壤中的迁移模拟及预测

5．5 本章小结

第六章 结论

6．1 砷在奎屯垦区地下水中的分布

6．2 奎屯垦区农田土壤对砷的吸附

6．3 砷在农田土壤中的迁移

参考文献

致谢

作者简历