第1章　绪论

1.1　氮污染概述

氮素是植物生长所必需的大量营养元素之一。土壤氮含量直接影响农作物的生长水平，是农作物高产量、高质量的主要要素。氮肥是农业生产中常用到的一种肥料，它虽然促进了农业生产，但若使用不当则会引发重大环境问题。我国氮肥的产量从2003年到2015年增长了75.1%，而氮肥的利用率却仅为30%～35%，利用率相当低，多余的氮肥污染了我国耕地面积的1/5。因为氮肥的施肥方法不当，导致土壤中氮含量超过了植物氮素吸收量和土壤容纳量，造成了土壤损失，土壤失肥，还造成了水体富营养化。残留的化肥通过土壤的包气带渗入到地下水中，造成了地下水的氮污染，使人类的生活饮用水受到了威胁。农田土壤氮素淋失是环境氮污染的主要方面，对农业自然环境构成了严重的损坏，对人类的生存有很大的隐患。

施入到土壤中的氮肥，一部分被作物根系吸收和土壤吸附，除此之外就以氮气等气体的气态逸失或随土壤溶液下渗，对地下水造成威胁。氮以气态逸失是土壤氮素损失的主要途径。它一般发生在施肥初期，研究表明氮素的气态损失能达到30%。硝态氮淋失的损失是土壤中氮素损失的最主要途径。除了硝态氮向深层淋失外，土壤氮素损失的另一途径是土壤侵蚀和地表径流。当土壤遭受到强烈的降水洗涤或浇灌，土壤中全氮的含量就会明显减少。下降的雨水所构成的土地表面水流会夹杂土壤中很多的氮素，导致土壤氮素大量流失。导致小麦和玉米地的土壤氮素缺少的要素有：氮肥的所添加的含量、类别、农作物的类别、降雨强度、种植方法、施用的肥料与降雨的时间间隔及土壤理化性质等。

氮污染作为一种污染源已经引起社会各界的广泛关注，它对人和自然界的危害程度不亚于农药的毒理性质和不易降解性质对人和自然界的危害程度。含氮化合物尤其是“三氮”——氨氮（）、亚硝酸盐氮（）、硝酸盐氮（）的污染和治理已成为国内外专家的研究热点。目前，全球大多数农业生产区的地下水遭受了程度不一的氮污染，而土壤中氮素的大量淋失是地下水氮污染产生的主要氮素来源。

河北平原位于河北省东南部，是河北省重要的农产品来源地。但是近几十年来为了提高粮食产量而大量施肥，导致土壤含氮量严重偏高，尤其是硝酸盐含量。硝酸盐的流失使得河北平原因超采而缺少的地下水遭到不同程度的污染，水利部2016年1月《地下水动态月报》数据显示，河北平原Ⅰ～Ⅲ类地下水占14.3%，Ⅳ类水占36.5%，Ⅴ类水占49.3%，其中氮污染最为严重，并且氮污染存在日益恶化的趋势，污染导致河北平原仅有14.3%的地下水可直接饮用，水资源紧缺的情况日益严重。因此，研究氮在土壤中的迁移转化规律，降低氮对地下水的影响和破坏，增加水资源的使用率，对该区域的环境保护和可持续的发展具有深远的影响。研究河北平原浅层地下水氮污染状况具有重要的意义。

近年来，计算机应用的飞速发展，使得方便、高效的地下水数值模拟技术受到地下水研究工作者的欢迎，许多地下水模拟软件被开发出来并不断推广。本书通过室内土柱淋滤实验，在分析了河北平原的氮污染现状、水文地质条件的基础上，揭示了氮在河北平原浅层地下水中的迁移规律，并以检测数据为基础，应用Visual MODFLOW软件模拟河北平原浅层地下水氮迁移过程及可能造成的影响，将污染物运移过程简单化，为浅层地下水的污染防治提供科学依据。

地下水中氮的污染将会直接威胁人类的饮用水安全，因此，利用同位素示踪技术及室内模拟技术查明地下水中氮的来源，探索氮的迁移转化机制，从而遏制地下水水环境恶化，对地下水的保护和利用研究十分必要。

著者通过研究查明河北平原包气带和浅层地下水中氮的污染来源，查明包气带中氮的迁移转化机制，为地下水和包气带中氮的污染防治提供理论依据，对缓解河北平原水环境污染有着重要的现实意义。因此，将土壤-植物-地下水三者有机结合对地下水氮污染的防治具有积极意义。