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集約化農區地下水硝酸鹽汙染溯源與控制技術(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 时 间:2010年01月-2014年12月

获 奖 情 况:2015年度中國農業科學院科學技術成果獎青年科技創新獎

内 容 提 要

我國華北村鎮地區主要是分散式的供水方式,供水水源主要爲地下水,地下水硝酸鹽汙染嚴重。汙染物硝酸鹽可以來自化肥、糞肥、汙水、空氣沈降、土壤氮等,而且可以通過點源或者面源途徑産生汙染。硝酸鹽在人體內被還原爲亞硝酸鹽後可誘發高鐵血紅蛋白症、消化系統癌症等疾病,威脅到人體健康。因此,地下水硝酸鹽汙染控制已成爲近年來全球重點任務之一,但是多源性及複雜性極大增加了地下水硝酸鹽來源識別與汙染控制的難度。項目圍繞地下水硝酸鹽汙染分布、溯源、控制及去除等背景數據資料匮乏和關鍵技術難點,在華北村鎮開展了爲期5年的聯合攻關和集成應用,取得了重大創新和突破。

1、完成了山东省15.78万平方公里和北京市村镇15353平方公里的地下水硝酸盐污染调查与溯源,准确摸清了地下水硝酸盐污染特征,探明了区域性空间分布规律,绘制了地下水硝态氮含量空间分布图,形成了污染区划和潜在污染区划。1743个地下水样本分析发现,山东省地下水硝酸盐污染严重,31.93的样本硝态氮含量超过20mg/L,污染集中在山东半岛及鲁东南,鲁中地区稍次,鲁西及鲁西南含量最低,分为鲁西北平原硝态氮低含量区、鲁中南山地硝态氮中含量区和鲁东丘陵硝态氮高含量区等3个一级区和8个二级区的污染区划;北京市村镇水源地地下水硝酸盐含量总体多低于2.0mg/L,仅在东北部的密云和通县、西南部的房山含量较高(为10 mg/L),用于灌溉的地下水,含量在5-55mg/L,是地下饮用水安全的潜在威胁,分为东南部平原区、北部平原区、北部山丘区、延庆盆地区、西部山丘区的污染区划。

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,並查明了山東省地下水硝酸鹽汙染來源,即35.45硝酸鹽來自于糞肥汙染,27.1來自于化肥汙染,37.45來自于化肥、糞肥和生活汙水的混合汙染,不同地區有不同汙染特征,其中煙台地區以糞肥汙染爲主,而濰坊地區以化肥汙染爲主。

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汙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准,創制了新型固定化細胞複合膜生物反應器,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。在順義示範區進行了地下水硝酸鹽汙染源頭控制技術體系的應用,産量比農戶提高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,實現了産量、農民收入和可持續發展水平的同步提高。在山東章丘示範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,保障了示範區1500村民的飲水安全。

出版专著1部,发表论文被收录26篇,其中SCI/EI论文11篇,获得专利5项,其中發明專利4件。

本成果爲我國地下水硝酸鹽汙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範區累計應用超過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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