黔北山地典型農(nóng)業(yè)區(qū)水環(huán)境的水化學(xué)特征

張培楠，謝世友,2

(1.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715)

區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量狀況可以通過水化學(xué)特征來反映。其中，水體化學(xué)組成通常是與周圍環(huán)境相互作用的結(jié)果，如區(qū)域巖石巖性、大氣沉降、氣候以及人類活動(dòng)等[1-3]。通過對(duì)水體主離子組成及離子化學(xué)特征的研究，可以用來確定區(qū)域內(nèi)地表水和地下水的離子來源與自然條件的相互關(guān)系[4-7]。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)區(qū)域水化學(xué)以及主離子含量與氣候條件和地質(zhì)巖性的關(guān)系方面做了大量研究[8,9]，我國學(xué)者對(duì)長江[10]、丹江口[3]、太湖[11]、青海湖[5]等大型河流湖泊或水庫的地球化學(xué)也有了較系統(tǒng)的研究，如主離子組成、來源及影響因素等方面。相比而言，國內(nèi)對(duì)小流域水環(huán)境的水文地球化學(xué)研究較少，尤其是山區(qū)水環(huán)境的水化學(xué)研究。

研究區(qū)域位于黔北山地西北部，屬于中低山峽谷地貌，林地覆蓋率高，分布有小型的山區(qū)農(nóng)業(yè)，但耕地面積小且分散?？傮w上，山區(qū)水環(huán)境受人類活動(dòng)影響明顯小于其他地區(qū)，更多為天然水體。故文章從水化學(xué)的角度入手，系統(tǒng)分析了黔北山地某農(nóng)業(yè)區(qū)各水體的主離子特征，并初步探討了其水化學(xué)特征及成因[3]，以期為區(qū)域水化學(xué)、地球化學(xué)的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[12]，同時(shí)為山區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

黔北地區(qū)位于貴州省北部，地理位置在27°09′～29°11′N、105°35′～108°13′E之間。與川、渝、湘三省接壤?？偯娣e約30 753 km2，其中，山地占總面積的65.08%，丘陵占28.35%，盆地及河谷壩子占6.57%[13]，屬于典型山地地形。本文選取的研究區(qū)域位于黔北地區(qū)的西北部，行政區(qū)劃上位于貴州省習(xí)水縣東北部，與重慶市江津區(qū)交界，以東為習(xí)水縣寨壩鎮(zhèn)，以西為江津區(qū)柏林鎮(zhèn)。從水文地質(zhì)來看，境內(nèi)主要為侏羅系、白堊系陸相沉積層分布區(qū)，屬四川盆地分區(qū)的瀘州小區(qū)，地下水多為碎屑巖類裂隙水，賦存于上統(tǒng)侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)、上統(tǒng)白堊系夾關(guān)組(K1)砂巖、泥巖及長石石英砂巖裂隙中。從地貌形態(tài)來看，該區(qū)域整體上處于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、近期不斷隆起的貴州高原北部，大婁山山系西北坡與四川盆地南緣的過渡地帶，地表受到河流切割劇烈，原始高原面被破壞，地勢(shì)復(fù)雜多樣，屬于典型中低山峽谷地貌區(qū)[14]。研究區(qū)內(nèi)以碎屑巖組成的中低山，形成地表分水嶺，地勢(shì)呈東高西低，南北呈帶狀延伸，最高點(diǎn)大茅坡分水嶺1 350 m，最低點(diǎn)770 m，相對(duì)高差580 m。在大茅坡溝谷中發(fā)育有一條常年性地表溪流。根據(jù)地貌特征，該區(qū)域?qū)儆谇治g構(gòu)造類型，為強(qiáng)切桌狀中山峽谷，形成由山原、中山、低山、臺(tái)地及山間壩地構(gòu)成的山地結(jié)構(gòu)，山高谷深，平地狹窄，地貌復(fù)雜多樣，導(dǎo)致耕地比較分散，梯田坡土占該區(qū)耕地面積的70%。

黔北山地屬于亞熱帶濕潤型季風(fēng)高原山地氣候，熱量充足，水資源豐富，冬季溫和夏季涼爽，秋冬多細(xì)雨、云霧，多年平均氣溫14～19 ℃，多年平均降雨量1 000～1 300 mm，全年無霜期為280～300 d，光熱水組合較好，適合農(nóng)作物生長。區(qū)域內(nèi)土地利用類型以水作耕地和林地為主。按習(xí)水縣[14]計(jì)算，農(nóng)用地面積占全縣面積的92.3%，其中，林地占63.4%、耕地占27.5%；建設(shè)用地占全縣面積的2%，其中，城鎮(zhèn)居民點(diǎn)用地占82.1%，交通運(yùn)輸用地占13.2%。

2 樣品采集與測(cè)試

作者于2014年8-10月在大窩凼、大茅坡及后槽頂三處采集地表水與地下水水樣，受山區(qū)水環(huán)境整體狀況限制，采樣點(diǎn)分布見圖1?？傮w而言，采樣點(diǎn)基本覆蓋研究區(qū)。地表水水樣主要有：水庫、蓄水池、溝谷溪流、灌溉渠水。

圖1 研究區(qū)水樣采集分布示意圖Fig.1 Map showing the sampling sites in the study area

取樣方法分為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析，嚴(yán)格按照國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的《水和廢水檢測(cè)分析方法》[15]。在野外現(xiàn)場(chǎng)，使用德國WTW公司生產(chǎn)的multi350i便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀測(cè)定溫度(T)、pH值、電導(dǎo)率(EC)、TDS、溶解氧(DO)，測(cè)量精度分別為0.1 ℃、0.001、0.1 μS/cm、0.1 mg/L和0.01 mg/L；重碳酸根(HCO-3)使用德國Merck公司生產(chǎn)的便攜式試劑盒滴定，精度為0.1 mmol/L。同時(shí)，每一個(gè)采樣點(diǎn)分別用潔凈的50和500 mL高密度聚乙烯采樣瓶，先潤洗三遍后采集。用于陽離子測(cè)定的水樣經(jīng)孔徑為0.45 μm、直徑為47 mm的硝酸纖維濾膜過濾后，加1∶1 HNO3酸化至pH<2左右密封保存，由于酸化后通常會(huì)溶解溶液中存在的膠體物，并把離子在容器壁上的吸附減到最小，從而防止待測(cè)元素附著瓶壁影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果[16]，因此分析前要將樣品保存在4 ℃的冰箱中冷藏保存。在實(shí)驗(yàn)室，常量元素K+、Na+、Ca2+、Mg2+的質(zhì)量濃度采用Perkin Elmer，Optima.2100 DV全譜直讀型ICP-OES測(cè)定，檢出限為0.001 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%。微量與痕量元素Fe、Mn、 Cd、Cr、As、Co、Ni、Se的質(zhì)量濃度采用Perkin Elmer，DRC-e電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS測(cè)定。Cl-采用AgNO3滴定法測(cè)定，檢出限為0.1 mg/L；NO-3、SO2-4采用日本島津公司生產(chǎn)的UV2450紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定，其中，NO-3為紫外分光光度法，檢出限0.046 mg/L，SO2-4為硫酸鋇比濁法，檢出限0.01 mg/L。分析結(jié)果的相對(duì)誤差<±5%，可以保證此水樣數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性[17]。

3 結(jié)果與討論

3.1 主要離子特征

(1)地表水。研究區(qū)各水體主要離子組成見表1。本文主要選取了4種地表水類型：①大窩凼水庫，按位置和形成條件劃分，屬于小型山谷水庫，海拔1 248 m。pH值為7.24，呈中性，電導(dǎo)率為76.6 μS/cm，TDS(以溶解于水中主要離子之和來表示天然水的礦化度)處于75.4～77.8 mg/L范圍內(nèi)，低于世界平均值100 mg/L[18]，按天然水礦化度劃分標(biāo)準(zhǔn)來看，屬弱礦化水，總硬度(以Ca2+、Mg2+濃度和計(jì))介于15～20 mg/L之間，屬極軟水，符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-85)。②天然蓄水池，兩處位于大窩凼，四周為林地，海拔1 137 m；兩處位于大茅坡山頂，海拔1 348 m。pH值在5.69～7.45之間，均值6.55。其中大茅坡山頂?shù)膬商幮钏氐膒H值均小于5.8，呈弱酸性，HCO-3含量未檢出。TDS均值為60.1 mg/L，變化范圍為47.6～84.2 mg/L。③自大茅坡山頂發(fā)育有一條常年性地表溪流，沿溝谷而下。從pH值來看，pH均值為7.5，呈中性偏弱堿性，TDS平均值為160.3 mg/L，TDS介于128.4～167.8 mg/L之間，屬低礦化度水?？傆捕茸兓秶?4～30 mg/L之間，亦屬于極軟水，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。pH、TDS變化幅度均不大，表明該溝谷溪流在流經(jīng)過程中離子濃度變化較小。④受中低山峽谷地貌的影響，位于后槽頂?shù)霓r(nóng)耕區(qū)，主要為梯田作業(yè)，而且以水作耕地為主。本文選取了4處主要的灌溉渠水采樣點(diǎn)。由表1可以看出，渠水的pH值在7.34～7.87，均值為7.64，呈明顯的弱堿性，符合國家農(nóng)田灌溉水標(biāo)準(zhǔn)(pH值在5.5～8.5之間)。電導(dǎo)率最高達(dá)到684 μS/cm，平均值為493 μS/cm，由于電導(dǎo)率的大小可以很好地反映出離子的濃度，電導(dǎo)率越高，說明水中的離子含量越多。NO-3濃度的明顯增加，可能與農(nóng)業(yè)活動(dòng)過程中化肥的使用有直接的聯(lián)系。農(nóng)田灌溉區(qū)受農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響，土壤中的物質(zhì)易被溶解進(jìn)入水體，促使灌溉水中離子和化合物含量增加。

從大茅坡山頂?shù)睫r(nóng)耕槽谷區(qū)，地表水中離子濃度呈一定的空間變化規(guī)律：隨著海拔降低，地表水的總離子濃度逐漸增加，Ca2+和HCO-3的優(yōu)勢(shì)性比重逐漸下降，Na+、Cl-和NO-3含量增多，所占比重上升。

(2)地下水。地下水為砂巖地區(qū)的碎屑巖裂隙水。本文選取了4處不同海拔高度的地下水采水點(diǎn)：A2點(diǎn)位于大茅坡山頂，為地表自然出露地下水，靠近山頂蓄水池，四周為林地；C1、C2和C4點(diǎn)位于海拔較低的農(nóng)耕槽谷區(qū)，均為淺層地下水。從地下水pH值來看，pH值在4.47～7.47之間，平均值為6.38，整體上呈弱酸性，其中A2點(diǎn)的pH值為4.47，呈酸性，與A1蓄水池位置相近，水的酸堿性一致。電導(dǎo)率的變化范圍為79.5～326 μS/cm，平均值為175.4 μS/cm，TDS介于80.4～326.7 mg/L之間，均值175.2 mg/L，整體屬于弱礦化度水。從表1可知，C2點(diǎn)電導(dǎo)率最高，表明水中離子濃度很高，由于其位于海拔最低的谷地，四周有小型村莊和大面積的耕地，受地表土壤和人類活動(dòng)影響較多，地下水受上部地表水下滲作用，將土壤中的離子攜帶進(jìn)地下水，使其離子濃度增高?？傆捕确秶?.9～80 mg/L之間，平均硬度為27 mg/L，后槽頂處地下水同時(shí)也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)村日常飲用水，按國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)(450 mg/L)，地下水水質(zhì)符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)?？梢钥闯觯叵滤x子濃度也表現(xiàn)出隨著海拔降低而增加的趨勢(shì)。

表1 研究區(qū)地表水、地下水水樣中常量元素監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.1 The test result of major element in surface water and underground water of region of interest

3.2 水化學(xué)類型

根據(jù)O.A.阿列金分類法，對(duì)研究區(qū)不同類型水樣進(jìn)行水化學(xué)類型劃分。從表2可知，大窩凼水庫中SO2-4占陰離子組成的55.4%，陰離子質(zhì)量濃度大小依次為SO2-4>HCO-3>Cl->NO-3，Ca2+為明顯優(yōu)勢(shì)陽離子，占其陽離子總量的76.73%，其次是Na++ Mg2+，比重為16.6%，且HCO-3Ca2++ Mg2+，可知地下水的水化學(xué)類型為HCO-3-Ca2+型水，即[C]CaⅠ型。地下水采樣點(diǎn)按海拔由高到低劃分，分別是A2、C4、C1、C2，由表2可知，HCO-3、Ca2+和Mg2+離子濃度逐漸增加，可能是由于地下水在流經(jīng)過程中，沿途地表水下滲，溶解了土壤中的許多物質(zhì)，導(dǎo)致地下水中含鹽量和硬度增加。位于后槽頂?shù)牡叵滤嘘庪x子以HCO-3為主，陽離子以Ca2+為主，尤其是C2點(diǎn)，Ca2+濃度是山頂?shù)叵滤?.5倍，Mg2+濃度的8.4倍。溝谷溪流的水化學(xué)類型同樣是[C]CaⅠ型，HCO-3和Ca2+分別占主要陰、陽離子組成的38.37%～67.06%和81.69%～83.36%。灌溉渠水中，HCO-3占陰離子組成的52.52%～55.21%，Ca2+占陽離子組成的66.75%～67.12%，水化學(xué)類型為[C]CaⅠ型。

表2 各水體離子間關(guān)系及水化學(xué)類型Tab.2 The relations of ions and hydrochemistry types

從以上水化學(xué)類型劃分可以看出，除去兩處酸性水，研究區(qū)水化學(xué)類型主要有兩種，即[S]CaⅡ型和[C]CaⅠ型。隨著海拔高度以及土地利用方式的改變，不同水體的水化學(xué)類型亦不同。若按地理位置劃分，大茅坡山頂和大窩凼的水體水化學(xué)類型為[S]CaⅡ型，由于這兩處位置相鄰且為海拔較高的山頂(1 137～1 348 m)，四周為林地或裸地，基本未受人類活動(dòng)的影響，可推斷該區(qū)域水質(zhì)類型及離子濃度與其地質(zhì)背景環(huán)境有關(guān)。大茅坡溝谷和后槽頂?shù)乃w水化學(xué)類型是[C]CaⅠ型，與農(nóng)業(yè)活動(dòng)有較大關(guān)聯(lián)。

3.3 水化學(xué)成因初探

3.3.1自然影響因素

為了更簡單有效地判斷水體的化學(xué)組成和形成機(jī)制，Gibbs[20]在20世紀(jì)70年代通過對(duì)世界地表水化學(xué)組成的分析，設(shè)計(jì)了一種半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，通過TDS與Na+/(Na++Ca2+)或TDS與Cl-/(Cl-+HCO-3)的關(guān)系來反映水體中元素組成的控制因素。他歸納出3種成因類型：大氣降水控制型、巖石風(fēng)化控制型、蒸發(fā)-結(jié)晶控制型。在Gibbs圖中，低礦化度的水體通常具有較高的Na+/(Na++Ca2+)比值或Cl-/(Cl-+HCO-3)比值(接近于1)，分布在圖的右下角(見圖2)，表示該區(qū)域主要受到大氣降水的補(bǔ)給；溶解性固體含量中等(TDS為70～300 mg/L)的水體具有較低的Na+/(Na++Ca2+)比值或Cl-/(Cl-+HCO-3)比值(小于0.5)，分布在圖的中部偏左，表示該區(qū)域水化學(xué)組成主要受巖石風(fēng)化釋放；溶解性固體含量很高，并且具有很高的Na+/(Na++Ca2+)比值或Cl-/(Cl-+HCO-3)比值(接近于1)的水體，一般分布在圖中右上角，表示該區(qū)域主要位于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈的干旱地區(qū)[10]。將研究區(qū)各水體水化學(xué)數(shù)據(jù)繪制于Gibbs圖中(見圖2)。從圖2可以看出，所有水樣的Na+/(Na++Ca2+)比值小于0.4，且TDS含量中等，表明研究區(qū)水體的水化學(xué)組成主要受巖石風(fēng)化作用控制，相比而言，大氣降水和蒸發(fā)-結(jié)晶的作用十分微弱。

圖2 研究區(qū)水體水化學(xué)的吉布斯(Gibbs)分布模式圖Fig.2 Plots of the major ions within the Gibbs boomerang envelope for waters in the study area

為了進(jìn)一步探究巖石風(fēng)化對(duì)離子組成的影響，結(jié)合之前的水化學(xué)類型分類，通過SPSS軟件對(duì)上述兩種水化學(xué)類型分別進(jìn)行離子之間的相關(guān)性分析。在[S]CaⅡ型水質(zhì)中，pH與HCO-3呈明顯正相關(guān)(r=0.838)(見表3)，pH值降低HCO-3含量減少，大茅坡山頂蓄水池和地下水的pH值低至5以下，以致HCO-3含量未檢出，水體呈現(xiàn)明顯的酸性。pH與SO2-4呈負(fù)相關(guān)(r=-0.61)(見表3)，即隨著pH降低水體中SO2-4含量增加，同時(shí)A1點(diǎn)和A6點(diǎn)的Fe、Mn離子含量明顯高于研究區(qū)其他水體(見表4)，且SO2-4是總?cè)芙夤腆w(TDS)的主要貢獻(xiàn)者。可以推斷，水體較低的pH值可能是受地層中硫化物礦物的氧化作用所影響。周圍巖層主要為泥巖、頁巖和砂巖混合，夾薄層碳質(zhì)頁巖及煤線，像黃鐵礦等硫化物在H2O和O2的共同作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其中硫被氧化成硫酸鹽，釋放出鐵離子，當(dāng)亞鐵離子被氧化，以Fe(OH)3形式沉淀，從而導(dǎo)致pH值下降[16]。

Fe3++3 H2O= Fe(OH)3+3 H+

FeS2+8 H2O=Fe2++2 SO2-4+16 H++14 e-

在pH值相同的環(huán)境下，某些重金屬之間存在顯著的伴生關(guān)系，如Fe、Mn之間存在正相關(guān)關(guān)系。表3中，F(xiàn)e、Mn之間呈顯著正相關(guān)(r=0.912)，Mn與pH存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，即在酸性水環(huán)境中，有利于Mn在水體中的遷移。大茅坡山頂蓄水池的Mn含量明顯高于研究區(qū)其他水體，隨著海拔的降低，可以看出地表的溝谷溪流中Fe、Mn離子的濃度有明顯的下降，可能是由于河流的稀釋和沉淀作用。當(dāng)pH值逐漸升高，地表水中金屬離子濃度也逐漸降低。

表3 [S]CaⅡ型水體各離子間相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.3 The correlation coefficient matrix between ions of water in [S]CaⅡ types

表4 研究區(qū)地表水、地下水水樣中Fe、Mn濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果 mg/L

從表2還可看出，研究區(qū)水體陽離子間關(guān)系均為Ca2+>Na+>Mg2+，Na+濃度明顯高于Mg2+，而水體中的Na+和K+一般來自長石和云母等硅酸鹽礦物[22]，這與研究區(qū)地層中分布的正長石(KAlSi3O8)、鈉長石(NaAlSi3O8)、鈣質(zhì)斜長石(CaAl2Si2O8)相一致。從表3可以看出，海拔較高的林區(qū)各水體陽離子以Ca2+為主，均值為7.4 mg/L，占陽離子濃度總和的75.3%，并且，Ca2+與Mg2+之和平均占陽離子總量的85%。研究區(qū)地層主要為陸相沉積的鈣質(zhì)砂巖、頁巖，由于碎屑巖具有較強(qiáng)的抵抗化學(xué)風(fēng)化作用的能力，純質(zhì)石英砂巖區(qū)的水體往往所具有的可溶固體濃度都很低，導(dǎo)致河流和湖泊的砂質(zhì)沉積物被方解石膠結(jié)成巖后，膠結(jié)物沉積在顆粒表面及粒間空隙中。可以推斷，大窩凼和大茅坡山頂水體中的Ca2+主要來源于地層中方解石等碳酸鹽類的風(fēng)化溶解[20]。

3.3.2人類活動(dòng)影響因素

人類活動(dòng)產(chǎn)物輸入水體，亦會(huì)影響水體離子濃度和化學(xué)組成，主要以農(nóng)業(yè)活動(dòng)和工業(yè)活動(dòng)為主。位于農(nóng)耕區(qū)的水體相較于海拔較高的林區(qū)的水體，更容易受到人類活動(dòng)的影響。從Ca2+濃度來看，溝谷溪流以及農(nóng)耕區(qū)的水體Ca2+濃度均值為32.8 mg/L，是大茅坡山頂和大窩凼水體Ca2+濃度的4.4倍，從TDS均值來看，高海拔處的水體可溶固體濃度(均值61.7 mg/L)遠(yuǎn)低于低海拔處水體可溶固體濃度(均值292.2 mg/L)，推斷，溝谷溪流和后槽頂水體中的Ca2+更多地受到表層土壤離子交換、大氣輸入及人類活動(dòng)干擾[21]的影響，濃度隨之增加(見圖3)。A1點(diǎn)SO2-4除了來自硫化物的溶解釋放外，還可能與雨水、大氣的輸入有關(guān)。貴州習(xí)水地區(qū)煤炭資源豐富，少量的SO2-4還可能來源于大氣酸沉降[23]，隨著大氣酸性降雨，地表水中SO2-4含量增高[24]。相比較，后槽頂水體中SO2-4濃度明顯高于大窩凼和大茅坡，由于其處于農(nóng)耕區(qū)，受農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響較多，農(nóng)業(yè)中化肥的大量施用使土壤中硫含量增加，同時(shí)，土壤中硫酸鹽受降雨淋溶進(jìn)入水體。從表1也可以看出，隨著土地利用方式的變化，后槽頂處水體中的K+、Na+、Cl-、NO-3濃度明顯增加，其中，Na+、Cl-濃度的增加與化肥和生活污水中氯鹽有關(guān)；NO-3濃度偏高，與農(nóng)業(yè)活動(dòng)關(guān)聯(lián)度大，耕地大多施用動(dòng)物糞便等有機(jī)肥，其中作為肥料的氮素經(jīng)微生物硝化作用變?yōu)橄鯌B(tài)氮[25]，易溶的硝態(tài)氮不易被土壤膠體吸附，在雨水的淋洗作用下運(yùn)移或下滲至地下水。

圖3 TDS與Ca2+濃度關(guān)系Fig.3 Relationship between TDS and contration of Ca2+in different types of water

綜上所述，研究區(qū)水體隨著海拔降低，土地利用方式從林地為主轉(zhuǎn)化到耕地為主，植被覆蓋減少，農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)水中離子濃度的貢獻(xiàn)增加。SO2-4除受巖性、大氣沉降影響外，農(nóng)業(yè)活動(dòng)也有一定的影響，此外，K+、Na+、Cl-、NO-3濃度的明顯增加，也與農(nóng)業(yè)活動(dòng)有直接的聯(lián)系。大氣降雨沖刷地表物質(zhì)和土壤，使土壤顆粒和可溶物質(zhì)隨水流發(fā)生運(yùn)移，或者下滲至地下，使渠水和淺層地下水各種離子濃度增加。

4 結(jié) 語

(1)研究區(qū)各水體：大窩凼水庫和蓄水池整體呈中性，大茅坡山頂蓄水池和地下水呈弱酸性，溝谷溪流呈中性偏弱堿性，灌溉渠水呈明顯的弱堿性，離子濃度最高；地下水主要為碎屑巖裂隙水，pH整體呈弱酸性，電導(dǎo)率變化范圍較大。地表水和地下水均表現(xiàn)出一定的規(guī)律，即隨著海拔降低，總離子濃度逐漸增加。

(2)對(duì)主要離子化學(xué)組成進(jìn)行分析，按照O. A. 阿列金分類法，農(nóng)業(yè)區(qū)水化學(xué)類型主要分為兩種：大茅坡山頂和大窩凼的水樣水化學(xué)類型是[S]CaⅡ型，陽離子間濃度關(guān)系為Ca2+>Na+>Mg2+，陰離子間濃度關(guān)系為SO2-4>HCO-3>Cl-；大茅坡溝谷和后槽頂?shù)乃畼铀瘜W(xué)類型是[C]CaⅠ型，陽離子間濃度關(guān)系為Ca2+>Na+>Mg2+，陰離子間濃度關(guān)系為HCO-3> SO2-4>Cl-。

(3)通過Gibbs模式圖分析得出，研究區(qū)水體的水化學(xué)組成主要受巖石風(fēng)化作用控制，相比而言，大氣降水和蒸發(fā)-結(jié)晶的作用十分微弱。進(jìn)一步對(duì)主要離子做相關(guān)性分析得到：大茅坡山頂Fe、Mn離子含量明顯偏高，且pH與HCO-3和SO2-4分別呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)，推斷低pH是受地層中硫化物礦物的氧化作用影響形成，SO2-4除了來自硫化物的溶解釋放外，還可能來源于大氣酸沉降；大窩凼和大茅坡山頂水體中的Ca2+主要來源于鈣質(zhì)砂、頁巖地層中方解石等碳酸鹽類的風(fēng)化溶解，溝谷溪流和后槽頂水體中的Ca2+還會(huì)受到表層土壤離子交換、大氣輸入及人類活動(dòng)干擾的影響，濃度明顯高于前者；研究區(qū)水體陽離子整體上Na+濃度高于Mg2+，部分由于地層中長石和云母等硅酸鹽礦物的溶解，同時(shí)也會(huì)受到地表土壤輸入和人類活動(dòng)等影響。

(4)隨著海拔降低，土地利用方式發(fā)生轉(zhuǎn)化，從以林地為主到以耕地為主，植被覆蓋減少，農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)水中離子濃度的貢獻(xiàn)增加。此外，K+、Na+、Cl-、NO-3濃度的明顯增加，也與農(nóng)業(yè)活動(dòng)有直接的聯(lián)系。

□

[1] Markich S J，Brown P L. Relative importance of natural and anthropogenic influences on the fresh surface water chemistry of the Hawkesbury-Nepean River,south-eastern Australia [J].Sci Total environ，1998，217(3)：201-230.

[2] Yidana S M，Yidana A.An assessment of the origin and variation of groundwater salinity in southeastern Ghana [J].Environ Earth Sci，2010，61：1 259-1 273.

[3] 李思悅，程曉莉.南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫水化學(xué)特征研究[J].環(huán)境科學(xué)，2008，29(8)：2 111-2 116.

[4] Timofeeff M N，Lowenstein T K，Silva M A M.et al.Secular variation in the major-ion chemistry of seawater：Exidence from fluid inclusions in Cretacecous Halites [J].Geochimica et Cosmochimica Acta，2006，70：1 977-1 994.

[5] Sean T Brennan，Tim K Lowenstein.The major-ion composition of Silurian seawater[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，2002，66(15)：2 683-2 700.

[6] 蒲 燾，何元慶，朱國鋒，等.麗江盆地地表水-地下水的水化學(xué)特征及其控制因素[J].環(huán)境科學(xué)，2012，33(1)：48-54.

[7] 侯昭華，徐 海，安芷生，等.青海湖流域水化學(xué)主離子特征及控制因素初探[J].地球與環(huán)境，2009，37(1)：11-19.

[8] Neal C，Robson A J，Harrow M，et al.Major ion concentrations and inorganic carbon chemistry of the Humber river [J].Sci Total Environ，1997，194/195：285-302.

[9] Gibbs R J.Water chemistry of the Amazon Rive [J].Geochimica et Cosmochimica Acta，1972，36(9)：1 061-1 066.

[10] 王亞平，王 嵐，許春雪，等.長江水系水文地球化學(xué)特征及主要離子的化學(xué)成因[J].地質(zhì)通報(bào)，2010，29(203)：446-456.

[11] 葉宏萌，袁旭音，葛敏霞，等.太湖北部流域水化學(xué)特征及其控制因素[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19(1)：23-37.

[12] 馮 芳，馮 起.天山烏魯木齊河流域山區(qū)水化學(xué)特征分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2014，29(1)：143-153.

[13] 遵義地區(qū)方志編纂委員會(huì)編.遵義地區(qū)志[M]. 貴陽：貴州人民出版社，1991.

[14] 貴州省習(xí)水縣地方志編纂委員會(huì)編.習(xí)水縣志[M]. 北京：方志出版社，2012.

[15] 國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M]. 4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002：701-705.

[16] 申獻(xiàn)辰.天然水化學(xué)[M]. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1994.

[17] 沈照理，朱宛華.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社，1993：83-91.

[18] Gaillardet J，Dupre B，Lourat P，et al.Global silicate weathering and CO2consumption rates deduced from the chemistry of large rivers[J].Chemical Geology，1998，148：137-156.

[19] Gibbs R J. Mechanisms controlling word water chemistry[J]. Science，1970，170：1 088-1 090.

[20] 陳靜生.水環(huán)境化學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社，1987：40-69.

[21] 孫 斌，刑立亭.濟(jì)南市區(qū)附近地下水化學(xué)特征研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2010，(11) ：33-40.

[22] 李晶瑩，張 經(jīng).長江南通站含沙量及水化學(xué)變化與流域的風(fēng)化過程[J].長江流域資源與環(huán)境，2003，12(4) ：363-369.

[23] Hornbeck J W，Baily S W, Buso D C，et al.Streamwater chemistry and nutrient budgets for forested watersheds in New England：variability and management implications [J]. For Ecol Manage，1997，93：73-89.

[24] 吳豐昌，萬國江，蔡玉蓉，等.控制湖泊水體化學(xué)組成的地球化學(xué)原理研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，1997，8(2) ：169-175.

[25] 林明珠，謝世友，衡 濤，等.喀斯特山地不同土地利用對(duì)表層巖溶泉水化學(xué)特征的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011，25(4) ：212-216.