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集约化农区地下水硝酸盐污染溯源与控制技术(2015年度院奖)

来源:科研处 发布时间:2016-01-28 作者:Admin 点击量:

主要完成单位:中国农科院农业环境与可持续发展研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、华东理工大学、北京顺义区农业科学研究所

主要完成人员:徐春英、王利民、李玉中、曹国民、魏  荔、李巧珍、董一威、房福力、赵解春、盛  梅

起 止 时 间:2010年01月-2014年12月

获 奖 情 况:2015年度中国农业科学院科学技术成果奖青年科技创新奖

内 容 提 要

我国华北村镇地区主要是分散式的供水方式,供水水源主要为地下水,地下水硝酸盐污染严重。污染物硝酸盐可以来自化肥、粪肥、污水、空气沉降、土壤氮等,而且可以通过点源或者面源途径产生污染。硝酸盐在人体内被还原为亚硝酸盐后可诱发高铁血红蛋白症、消化系统癌症等疾病,威胁到人体健康。因此,地下水硝酸盐污染控制已成为近年来全球重点任务之一,但是多源性及复杂性极大增加了地下水硝酸盐来源识别与污染控制的难度。项目围绕地下水硝酸盐污染分布、溯源、控制及去除等背景数据资料匮乏和关键技术难点,在华北村镇开展了为期5年的联合攻关和集成应用,取得了重大创新和突破。

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、重点突破了稳定同位素溯源技术,创建了简便、可操作的反硝化细菌测试水体硝酸盐氮氧同位素方法,并查明了山东省地下水硝酸盐污染来源,即35.45硝酸盐来自于粪肥污染,27.1来自于化肥污染,37.45来自于化肥、粪肥和生活污水的混合污染,不同地区有不同污染特征,其中烟台地区以粪肥污染为主,而潍坊地区以化肥污染为主。

3、系统集成了硝化抑制剂、局部施肥、土壤及植株诊断施肥、细胞固定化-膜分离-反硝化联合脱氮技术等地下水硝酸盐污染源头控制和末端处理技术体系,形成了主要蔬菜品种的施肥基准,创制了新型固定化细胞复合膜生物反应器,开发了碳酸钠/氢氧化钠软化与反渗透组合工艺脱除地下水中硝酸盐中试设备。在顺义示范区进行了地下水硝酸盐污染源头控制技术体系的应用,产量比农户提高15以上,施肥量比农户降低20以上,0-2m土层硝态氮累积量削减20以上,实现了产量、农民收入和可持续发展水平的同步提高。在山东章丘示范区应用了地下水硝酸盐脱除中试设备,硬度和硝酸盐去除率90以上,保障了示范区1500村民的饮水安全。

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,其中发明专利4件。

本成果为我国地下水硝酸盐污染治理提供了科学依据和技术支撑。2009-2014年,关键技术和技术体系在北京顺义示范区累计应用超过40000亩,地下水硝酸盐脱除中试设备满足了山东章丘徐家村1500人的安全供水需求,经济、社会和生态效益巨大。


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