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集約化農區地下水硝酸鹽污染溯源與控制技術(2015年度院獎)

來源:科研處 發布時間:2016-01-28 作者:Admin 點擊量:

主要完成單位:中國農科院農業環境與可持續發展研究所、中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所、華東理工大學、北京順義區農業科學研究所

主要完成人員:徐春英、王利民、李玉中、曹國民、魏  荔、李巧珍、董一威、房福力、趙解春、盛  梅

起 止 時 間:2010年01月-2014年12月

獲 獎 情 況:2015年度中國農業科學院科學技術成果獎青年科技創新獎

內 容 提 要

我國華北村鎮地區主要是分散式的供水方式,供水水源主要為地下水,地下水硝酸鹽污染嚴重。污染物硝酸鹽可以來自化肥、糞肥、污水、空氣沉降、土壤氮等,而且可以通過點源或者面源途徑產生污染。硝酸鹽在人體內被還原為亞硝酸鹽后可誘發高鐵血紅蛋白癥、消化系統癌癥等疾病,威脅到人體健康。因此,地下水硝酸鹽污染控制已成為近年來全球重點任務之一,但是多源性及復雜性極大增加了地下水硝酸鹽來源識別與污染控制的難度。項目圍繞地下水硝酸鹽污染分布、溯源、控制及去除等背景數據資料匱乏和關鍵技術難點,在華北村鎮開展了為期5年的聯合攻關和集成應用,取得了重大創新和突破。

1、完成了山東省15.78萬平方公里和北京市村鎮15353平方公里的地下水硝酸鹽污染調查與溯源,準確摸清了地下水硝酸鹽污染特征,探明了區域性空間分布規律,繪制了地下水硝態氮含量空間分布圖,形成了污染區劃和潛在污染區劃。1743個地下水樣本分析發現,山東省地下水硝酸鹽污染嚴重,31.93的樣本硝態氮含量超過20mg/L,污染集中在山東半島及魯東南,魯中地區稍次,魯西及魯西南含量最低,分為魯西北平原硝態氮低含量區、魯中南山地硝態氮中含量區和魯東丘陵硝態氮高含量區等3個一級區和8個二級區的污染區劃;北京市村鎮水源地地下水硝酸鹽含量總體多低于2.0mg/L,僅在東北部的密云和通縣、西南部的房山含量較高(為10 mg/L),用于灌溉的地下水,含量在5-55mg/L,是地下飲用水安全的潛在威脅,分為東南部平原區、北部平原區、北部山丘區、延慶盆地區、西部山丘區的污染區劃。

2、重點突破了穩定同位素溯源技術,創建了簡便、可操作的反硝化細菌測試水體硝酸鹽氮氧同位素方法,并查明了山東省地下水硝酸鹽污染來源,即35.45硝酸鹽來自于糞肥污染,27.1來自于化肥污染,37.45來自于化肥、糞肥和生活污水的混合污染,不同地區有不同污染特征,其中煙臺地區以糞肥污染為主,而濰坊地區以化肥污染為主。

3、系統集成了硝化抑制劑、局部施肥、土壤及植株診斷施肥、細胞固定化-膜分離-反硝化聯合脫氮技術等地下水硝酸鹽污染源頭控制和末端處理技術體系,形成了主要蔬菜品種的施肥基準,創制了新型固定化細胞復合膜生物反應器,開發了碳酸鈉/氫氧化鈉軟化與反滲透組合工藝脫除地下水中硝酸鹽中試設備。在順義示范區進行了地下水硝酸鹽污染源頭控制技術體系的應用,產量比農戶提高15以上,施肥量比農戶降低20以上,0-2m土層硝態氮累積量削減20以上,實現了產量、農民收入和可持續發展水平的同步提高。在山東章丘示范區應用了地下水硝酸鹽脫除中試設備,硬度和硝酸鹽去除率90以上,保障了示范區1500村民的飲水安全。

出版專著1部,發表論文被收錄26篇,其中SCI/EI論文11篇,獲得專利5項,其中發明專利4件。

本成果為我國地下水硝酸鹽污染治理提供了科學依據和技術支撐。2009-2014年,關鍵技術和技術體系在北京順義示范區累計應用超過40000畝,地下水硝酸鹽脫除中試設備滿足了山東章丘徐家村1500人的安全供水需求,經濟、社會和生態效益巨大。


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