羅 巧李 勇吳金水（1. 中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所/亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)沙 410125；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049； 3. 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀(guān)測(cè)研究站 長(zhǎng)沙 410125）

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亞熱帶典型農(nóng)業(yè)小流域井水水質(zhì)季節(jié)變化與空間分布特征*

羅 巧1，2，3李 勇1，3**吳金水1，3
（1. 中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所/亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)沙 410125；
2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049； 3. 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀(guān)測(cè)研究站 長(zhǎng)沙 410125）

摘 要井水是亞熱帶農(nóng)業(yè)區(qū)域農(nóng)民的飲用水源， 其水質(zhì)狀況直接影響到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的身體健康。本文選取亞熱帶典型農(nóng)業(yè)小流域中井水銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）、總氮（TN）和總磷（TP）為研究對(duì)象， 采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法， 分析其季節(jié)變化和空間分布特征。結(jié)果表明， 研究區(qū)農(nóng)戶(hù)井水中NH?-N、NO3--N、TN和TP含量在全年4個(gè)季節(jié)的平均值分別為0.05～0.10 mg（N）·L-1、3.0～4.9 mg（N）·L-1、3.4～5.1 mg（N）·L-1和0.03～0.17 mg（P）·L-1，超標(biāo)率分別為2.3%、10.4%、9.5%和7.9%。在季節(jié)動(dòng)態(tài)變化上， NH?-N在全年變化不顯著（P＞0.05）， 這主要與土壤的吸附有關(guān)； 而NO3--N、TN和TP均在夏季達(dá)到最高， 春季最低， 并且兩個(gè)季節(jié)之間的變化具有顯著性（P＜0.05）， 這主要與農(nóng)業(yè)施肥活動(dòng)和降水條件有關(guān)。在空間變異性上， NH4+-N、NO3--N、TN和TP含量在各季節(jié)的塊金值與基臺(tái)值的比值都為0， 并且各變量在各季節(jié)的變程各不相同， 說(shuō)明這4個(gè)變量在各季節(jié)分別在不同尺度范圍內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間自相關(guān)性。在空間分布上， NH4+-N、NO3--N、TN和TP含量都具有斑塊狀分布，而斑塊的位置、大小和形狀各不相同。NO3--N和TN在全年的空間分布與研究區(qū)地形和土地利用方式有關(guān)， 在東南部和西南部地勢(shì)較低的水稻種植區(qū)含量較高， 而在北部地勢(shì)較高的林地含量較低。而NH4+-N和TP的空間變異系數(shù)高于NO3--N和TN， 這主要是由于NH4+-N易被土壤吸附， 而磷素在土壤中易被固定， 遷移較困難，導(dǎo)致NH4+-N和TP在不同地方的含量差異比較大。地形、水文氣候條件、土壤類(lèi)型、土地利用方式和農(nóng)業(yè)施肥等是造成亞熱帶農(nóng)業(yè)區(qū)域井水水質(zhì)季節(jié)動(dòng)態(tài)變化和空間分布格局差異的主要因素。

關(guān)鍵詞亞熱帶 農(nóng)業(yè)區(qū)域 井水 水質(zhì) 氮 磷 土地利用 地統(tǒng)計(jì)學(xué)

20世紀(jì)60年代以來(lái)， 對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源水污染的研究及相關(guān)治理成為國(guó)際環(huán)保界普遍關(guān)注的新話(huà)題。對(duì)于廣大農(nóng)村而言， 氮磷的過(guò)量施用、未處理含氮磷廢水的排放、養(yǎng)殖廢水的不合理灌溉等， 均可導(dǎo)致地下水中氮磷濃度上升。目前地下水氮磷污染問(wèn)題成為世界范圍內(nèi)一個(gè)重要的環(huán)境問(wèn)題［1-2］。地下水污染不僅影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 還威脅人們的日常生活和身體健康。世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中硝酸鹽氮濃度不能超過(guò)10 mg（N）·L-1。當(dāng)飲用水中硝酸鹽氮濃度高于10 mg（N）·L-1時(shí)， 嬰兒飲用后可能患高鐵血紅蛋白癥， 出現(xiàn)黏膜變藍(lán)以及消化和呼吸系統(tǒng)疾病。硝酸鹽在轉(zhuǎn)化過(guò)程中形成的亞硝酸胺等具有致癌、致畸和致突變作用［3-4］。銨態(tài)氮除了與水的臭、色密切相關(guān)， 造成水的感官水質(zhì)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)外， 在一定條件下也可以通過(guò)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽從而對(duì)人體造成危害［5］。飲用水中過(guò)高的磷會(huì)降低人體對(duì)鈣和維生素D的吸收， 對(duì)老年人的身體健康不利［6］。我國(guó)95%以上的農(nóng)村人口直接飲用地下水［7］。因此， 對(duì)農(nóng)村居民飲用井水中氮、磷含量的研究顯得尤為重要。

近年來(lái)， 國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者在地下水氮磷污染方面做了大量的研究。Clague等［8］利用NO中15N和16O含量來(lái)分析地下水中NO的來(lái)源。Schilling等［9］在Cedar泛濫平原將土地利用方式從草地轉(zhuǎn)為作物種植后， 發(fā)現(xiàn)地下水NO-N濃度從0.5 mg（N）·L-1增加到25 mg（N）·L-1， 最高值可達(dá)70 mg（N）·L-1。Wang等［10］利用玉米芯作為基質(zhì)研究了NO-N的去除。Assegid等［11］通過(guò)地下水水位的波動(dòng)， 利用地理加權(quán)多元分析來(lái)預(yù)測(cè)地下水中水溶性磷的濃度。以上研究主要集中在地下水氮磷污染源識(shí)別、影響因素、污染的去除工藝以及污染物在農(nóng)田區(qū)域遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究等， 對(duì)在流域尺度上農(nóng)村地下水氮磷濃度的時(shí)空變異研究較少， 忽略了地下水污染的時(shí)間與空間分布特征。為此， 本研究選取亞熱帶典型農(nóng)業(yè)小流域（金井流域）農(nóng)戶(hù)井水中NH-N、NO-N、TN和TP的含量為研究對(duì)象， 分析其季節(jié)變化和空間分布特征， 探索影響該流域井水水質(zhì)的主要因素， 為流域環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)金井流域位于湖南省長(zhǎng)沙市東北約50 km，為湘江一級(jí)支流撈刀河的上游， 地處長(zhǎng)沙縣金井鎮(zhèn)境內(nèi)， 地理范圍為27°55′～28°40′N(xiāo)， 112°56′～113°30′E（圖1）， 流域面積為105 km2。該區(qū)屬于典型亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候， 年平均降水量1 200～1 500 mm， 主要集中在4—10月， 年平均氣溫17.2 ℃， 無(wú)霜期274 d，年日照時(shí)數(shù)1 663 h， 相對(duì)濕度80%左右。研究區(qū)內(nèi)地形呈北高南低的趨勢(shì)， 海拔在43～460 m， 屬于湘中丘陵盆地向洞庭湖平原的過(guò)渡地帶。主要水系包括金井河、脫甲河和觀(guān)佳河。主要土壤類(lèi)型為紅壤和水稻土， 土壤母質(zhì)以花崗巖和板頁(yè)巖風(fēng)化物居多。土地利用方式主要為林地和水田， 分別占65.5% 和26.6%， 林地多分布于海拔較高的丘陵地區(qū)， 水田主要分布于海拔較低的河道兩側(cè)以及丘陵區(qū)的溝道內(nèi)。林地植被類(lèi)型以馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）、杉木［Cunninghamia lanceolata （Lamb.） Hook.］、油茶（Camellia oleifera Abel.）等人工植被為主， 原生的亞熱帶常綠闊葉林覆蓋率較低。水田多種植雙季稻， 早稻一般在4月底拋秧， 7月中旬收割， 然后種植晚稻， 并于10月中旬收割。水田在分蘗末期（早稻：5月底， 晚稻： 8月中旬）和收割前一周（早稻： 7月初，晚稻： 10月初）排水曬田， 其余時(shí)間處于淹水狀態(tài)。一季水稻施肥兩次， 即拋秧前（早稻： 4月底， 晚稻： 7月中旬）施用基肥， 分蘗期（早稻： 5月中旬， 晚稻： 8月初）追肥。其中基肥為氮磷鉀復(fù)合肥或者尿素， 氮磷施用量分別為112 kg（N）·hm-2·a-1和33 kg（P）·hm-2·a-1，追肥主要為尿素， 施用量為75 kg（N）·hm-2·a-1。因此， 水田的肥料施用量約為374 kg（N）·hm-2·a-1和66 kg（P）·hm-2·a-1。近些年， 大量梯田形式的茶園代替了原有的馬尾松林， 其施肥量分別為450 kg（N）·hm-2·a-1和30 kg（P）·hm-2·a-1， 分別在采茶前（3月中旬）施用尿素， 12月中旬施用菜籽餅。

1.2 樣品采集與測(cè)定方法

根據(jù)研究區(qū)地形和土地利用特征， 在流域內(nèi)分散布點(diǎn)， 主要從經(jīng)常使用的民井中選擇布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 并力求在全流域均勻分布， 以求全面、準(zhǔn)確地反映流域井水氮磷濃度的空間分布及季節(jié)變化特征。水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。水樣采集時(shí)間為2013年4月、

圖1　金井流域土地利用及采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1　Sampling points and land use types in Jinjing Catchment

2013年7月、2013年11月以及2014年1月共4次， 分別代表春季、夏季、秋季和冬季， 總計(jì)獲得481個(gè)水樣。采集的水樣冷藏于冰箱（4 ℃）中， 并于一周內(nèi)測(cè)定完畢。檢測(cè)指標(biāo)包括銨態(tài)氮（NH-N）、硝態(tài)氮（NO-N）、總氮（TN）以及總磷（TP）。其中NH-N和NO-N采用流動(dòng)注射儀（Tecator FIA Star 5000 analyzer， Foss Tecator）直接測(cè)定， TN采用堿性過(guò)硫酸鉀消解-流動(dòng)注射儀測(cè)定， TP采用過(guò)硫酸鉀消解-鉬藍(lán)比色-紫外分光光度法（UV-2450， SHIMADZU）測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在剔除異常值后， 對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布性檢驗(yàn)。若不服從正態(tài)分布， 需采用對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換、立方根、均方根、Box-Cox轉(zhuǎn)換、logit轉(zhuǎn)換等。通過(guò)數(shù)據(jù)分析， 本研究所采用的轉(zhuǎn)換方法是logit轉(zhuǎn)換［13］，其最大優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)對(duì)目標(biāo)變量的轉(zhuǎn)換， 很容易使數(shù)據(jù)線(xiàn)性化， 并在轉(zhuǎn)回原值時(shí)仍能保持原始數(shù)據(jù)的最大值和最小值。logit轉(zhuǎn)換的公式如下：

式中： z+是標(biāo)準(zhǔn)化后的目標(biāo)變量， 其范圍在0到1之間。

式中： zmin、zmax分別是樣本數(shù)據(jù)z的最小值和最大值。

1.4 井水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本研究涉及到的國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)家地表水標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）Ⅲ類(lèi)、國(guó)家地下水標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 14848—93）Ⅲ類(lèi)和國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)（GB5749—2006），各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飲用水的標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。由表1可以看到， 各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的要求各不相同。在國(guó)家地下水標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14848—93）和國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)（GB 5749—2006）中對(duì)TN和 TP兩個(gè)指標(biāo)并沒(méi)有設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)， 而在國(guó)家地表水標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）中， 對(duì)NO-N設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值為10 mg（N）·L-1， 而對(duì)TN設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值為1.0 mg（N）·L-1， TN的標(biāo)準(zhǔn)值反而小于NO-N的標(biāo)準(zhǔn)值。因此， 本文綜合 3個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基本要求， 將金井流域淺層地下水中 NH-N、NO-N、TN 和TP的標(biāo)準(zhǔn)值分別定為 0.5 mg（N）·L-1、10 mg（N）·L-1、10 mg（N）·L-1和0.2 mg（P）·L-1， 超過(guò)此閾值即視為被污染。

表1 國(guó)家相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飲用水中NH-N、NO-N、TN和TP的標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Chinese water quality standards for NH-N， NO-N， TN and TP in drinking water

表1 國(guó)家相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飲用水中NH-N、NO-N、TN和TP的標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Chinese water quality standards for NH-N， NO-N， TN and TP in drinking water

指標(biāo)Index國(guó)家地表水標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)Class 　 of National ⅢEnvironmental Quality Standard for Surface Water （GB 3838—2002）國(guó)家地下水標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)Class 　 of National ⅢEnvironmental Quality Standard for Groundwater （GB/T 14848—93）國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)National Environmental Quality Standards for Drinking Water （GB 5749—2006）本研究This study NH4+-N ［mg（N）·L-1］ 　1.0 　0.2 　0.5 　0.5 NO3--N ［mg（N）·L-1］ 　　— 　20 　10 （地下水20， 20 for groundwater） 　10 TN ［mg（N）·L-1］ 　1.0 　　— 　 　10 TP ［mg（P）·L-1］ 　0.2 　　— 　 　0.2

表2 金井流域農(nóng)戶(hù)井水NH-N、NO-N、TN和TP含量的描述性統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Descriptive statistics of NH-N， NO-N， TN and TP concentrations in well water of Jinjing Catchment

表2 金井流域農(nóng)戶(hù)井水NH-N、NO-N、TN和TP含量的描述性統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Descriptive statistics of NH-N， NO-N， TN and TP concentrations in well water of Jinjing Catchment

數(shù)值后不同字母表示在5%置信水平下差異達(dá)顯著水平。Different letters in the same column indicate significant difference at P ＜ 0.05.

變量Variable季節(jié)Season取樣時(shí)間（年-月）Sampling time （year-month）樣本數(shù)Sample number最小值Minimum中位數(shù)Median平均值Mean最大值Maximum標(biāo)準(zhǔn)差Standard deviation標(biāo)準(zhǔn)誤Standard error變異系數(shù)Coefficient of variation （%）春 Spring 　2013-04 　122 　0.001 　0.011 　0.079a　6.328 　0.576 　0.052 　735.23 夏 Summer 　2013-07 　120 　0.001 　0.012 　0.078a　 4.846 　0.448 　0.041 　580.91 秋 Autumn 　2013-11 　118 　0.001 　0.004 　0.103a　 6.504 　0.622 　0.057 　606.24銨態(tài)氮NH-N mg（N）·L-1冬 Winter 　2014-01 　121 　0.001 　0.024 　0.055a　 1.692 　0.182 　0.017 　332.39 春 Spring 　2013-04 　122 　0.003 　2.017 　2.980a　 13.972 　2.973 　0.269 　99.76 夏 Summer 　2013-07 　120 　0.001 　2.108 　4.906b　 29.412 　6.311 　0.576 　128.65 秋 Autumn 　2013-11 　118 　0.001 　1.629 　3.046a　 11.715 　3.320 　0.306 　109.02硝態(tài)氮NO3--N mg（N）·L-1冬 Winter 　2014-01 　121 　0.001 　2.523 　3.997ab　 14.817 　4.078 　0.371 　102.03 春 Spring 　2013-04 　122 　0.050 　2.267 　3.364a　 15.387 　3.288 　0.298 　97.74 夏 Summer 　2013-07 　120 　0.050 　2.507 　5.058b　 30.372 　6.137 　0.560 　121.33 秋 Autumn 　2013-11 　118 　0.202 　2.259 　3.926ab　 19.788 　4.464 　0.411 　113.69總氮Total N mg（N）·L-1冬 Winter 　2014-01 　121 　0.050 　2.579 　4.701ab　 27.827 　5.411 　0.492 　115.10 春 Spring 　2013-04 　122 　0.010 　0.010 　0.031a　 0.598 　0.063 　0.006 　203.88 夏 Summer 　2013-07 　120 　0.010 　0.035 　0.166b　 4.418 　0.521 　0.048 　313.58 秋 Autumn 　2013-11 　118 　0.010 　0.054 　0.126ab　 3.557 　0.379 　0.035 　300.72總磷Total P mg（P）·L-1冬 Winter 　2014-01 　121 　0.010 　0.043 　0.080ab　 0.971 　0.123 　0.011 　154.27

2 結(jié)果與分析

2.1 井水水質(zhì)季節(jié)動(dòng)態(tài)變化特征

2.2 井水水質(zhì)空間變異性

表3 通過(guò)logit轉(zhuǎn)換后的金井流域農(nóng)戶(hù)井水NH-N、NO-N、TN和TP的半方差函數(shù)模型參數(shù)Table 3 Model parameters for semivariograms of the logit-transformed NH-N， NO-N， TN and TP concentrations in well water of Jinjing Catchment

表3 通過(guò)logit轉(zhuǎn)換后的金井流域農(nóng)戶(hù)井水NH-N、NO-N、TN和TP的半方差函數(shù)模型參數(shù)Table 3 Model parameters for semivariograms of the logit-transformed NH-N， NO-N， TN and TP concentrations in well water of Jinjing Catchment

變量Variable季節(jié)Season取樣時(shí)間（年-月）Sampling time （year-month）模型Model塊金值Nugget基臺(tái)值Sill變程Range （m）春 Spring 　2013-04 　stein 　0 　1.29 　709 夏 Summer 　2013-07 　stein 　0 　1.45 　2 609 秋 Autumn 　2013-11 　stein 　0 　3.76 　576銨態(tài)氮NH4+-N 冬 Winter 　2014-01 　stein 　0 　5.87 　388 春 Spring 　2013-04 　stein 　0 　2.37 　826 夏 Summer 　2013-07 　stein 　0 　6.54 　379 秋 Autumn 　2013-11 　stein 　0 　5.22 　686硝態(tài)氮NO3--N 冬 Winter 　2014-01 　stein 　0 　5.61 　778 春 Spring 　2013-04 　stein 　0 　1.82 　875 夏 Summer 　2013-07 　stein 　0 　3.40 　211 秋 Autumn 　2013-11 　stein 　0 　1.55 　115總氮Total N 冬 Winter 　2014-01 　stein 　0 　3.67 　808 春 Spring 　2013-04 　stein 　0 　16.12 　203 夏 Summer 　2013-07 　stein 　0 　10.50 　615 秋 Autumn 　2013-11 　stein 　0 　1.09 　659總磷Total P 冬 Winter 　2014-01 　stein 　0 　2.61 　624

2.3 井水水質(zhì)空間分布特征

圖2　金井流域農(nóng)戶(hù)井水NH4+-N、NO3--N、TN和TP含量的空間分布圖Fig. 2　Spatial distribution maps of NH4+-N， NO3--N， TN and TP concentrations in well water of Jinjing Catchment

農(nóng)戶(hù)井水TP的變化范圍為0.031～0.166 mg（P）·L-1。一般而言， 磷在土壤中易被固定， 遷移較困難， 淋洗也比氮淋洗弱［19-20］， 因此井水中TP含量比較低，基本達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3　討論與結(jié)論

地下水循環(huán)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程， 其污染物質(zhì)的產(chǎn)生、遷移和轉(zhuǎn)化是多種因素相互作用的結(jié)果， 農(nóng)戶(hù)井水中TN和TP含量的時(shí)空分布特征與研究區(qū)域不同時(shí)間和空間位置上的各種物理、化學(xué)、生物過(guò)程以及氣候變化、土地利用方式、水文條件等有著重要的聯(lián)系。從氣候區(qū)域來(lái)看， 在濕潤(rùn)氣候區(qū)， 如澳大利亞Tasmania集約化牧場(chǎng)［21］， 降水多， 地下水水位比較淺， 降水易于下滲到地下水， 并對(duì)土壤中的NO-N進(jìn)行淋溶， 因此地下水中NO-N含量隨著冬季第一次降水而出現(xiàn)峰值， 而隨著雨季降水的持續(xù)，下滲水中的NO3--N含量降低， 對(duì)地下水的NO-N產(chǎn)生稀釋作用， 引起雨季地下水NO-N含量的降低；而在半濕潤(rùn)氣候區(qū)， 如云南撫仙湖水稻-大蒜（小麥）田［22］和四川中部丘陵菜地［23］， 降水少， 地下水水位比較深， 只有雨季的較強(qiáng)降水才能下滲到地下水，同時(shí)對(duì)土壤中的NO-N進(jìn)行淋溶， 從而引起雨季或雨季過(guò)后的地下水NO-N含量高于雨季前期［24］。

農(nóng)業(yè)施肥是影響地下水氮磷濃度的另一關(guān)鍵因素［25-26］。大量施用氮素化肥造成氮肥利用率不斷下降， 使得地下水由于土壤硝酸鹽的淋溶而被污染的潛在威脅日益增大。人工氮肥和有機(jī)肥均含有大量的氮化物， 進(jìn)入土壤后以NH-N形式存在， 一部分被植物吸收， 一部分經(jīng)硝化轉(zhuǎn)變成NO-N隨入滲水進(jìn)入含水層， 另一部分被土壤吸附， 在灌溉條件下又可轉(zhuǎn)化成NO-N而持續(xù)進(jìn)入地下水［27］。

不同土地利用類(lèi)型區(qū)地下水氮磷含量也不同。趙同科等［28］比較了菜地、糧田、果園和養(yǎng)殖4種土地利用類(lèi)型地下水NO-N含量， 其中菜地種植區(qū)地下水超標(biāo)率最高， 為55.1%， 果園其次， 為43.3%，糧田為34.5%， 養(yǎng)殖17.9%。另外， 土地利用空間分布格局對(duì)流域氮素的遷移與凈化有重要影響。劉園園等［29］研究發(fā)現(xiàn)， 在一個(gè)小流域中即使不改變耕作活動(dòng)和類(lèi)型， 僅改變土地利用類(lèi)型， 也依然能夠改變其TN流失情況。

本研究表明， 在季節(jié)動(dòng)態(tài)變化上， 亞熱帶農(nóng)業(yè)小流域農(nóng)戶(hù)井水NH-N在全年變化不顯著， 這主要與土壤的吸附有關(guān)； 而NO-N、TN和TP這3個(gè)指標(biāo)均在夏季達(dá)到最高， 春季最低， 這主要與農(nóng)業(yè)施肥活動(dòng)和降水條件有關(guān)。在空間分布上， NO3--N和TN全年的空間分布與研究區(qū)地形和土地利用方式有關(guān)， 在東南部和西南部地勢(shì)較低的水稻種植區(qū)含量較高， 而在北部地勢(shì)較高的林地含量較低。而NH-N和TP的空間變異性高于NO-N和TN， 這主要是由于NH-N易被土壤吸附， 而磷素在土壤中易被固定， 遷移較困難， 導(dǎo)致NH-N和TP在不同地方的含量差異比較大。從全年全流域整體情況來(lái)看，亞熱帶農(nóng)業(yè)小流域農(nóng)戶(hù)井水中N主要以NO-N的形式存在， 這主要是由于NH-N在從地表土壤向地下水遷移的過(guò)程中， 一部分被土層吸附， 一部分通過(guò)微生物氧化為NO3--N， 導(dǎo)致井水中的N以NO-N為主。

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* 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目（2012CB417105）資助

** 通訊作者： 李勇， 研究方向?yàn)榱饔蛴^(guān)測(cè)與模擬。E-mail： yli@isa.ac.cn

羅巧， 研究方向?yàn)榱饔蛩?、非點(diǎn)源污染模擬。E-mail： qiaoluo910@126.com

* Funded by the National Basic Research Program of China （973 Program） （No. 2012CB417105）

** Corresponding author， E-mail： yli@isa.ac.cn

Received Aug. 12， 2015； accepted Jan. 7， 2016

中圖分類(lèi)號(hào):X523

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1671-3990（2016）06-0829-08

DOI:10.13930/j.cnki.cjea.150902

收稿日期：2015-08-12 接受日期： 2016-01-07

Seasonal dynamics and spatial distribution of well water quality in a small typical agricultural catchment in subtropical China*

LUO Qiao1，2，3， LI Yong1，3**， WU Jinshui1，3
（1. Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Regions， Institute of Subtropical Agriculture， Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， China； 2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China； 3. Changsha Research Station for Agricultural & Environmental Monitoring， Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， China）

AbstractWell water is the main source of drinking water in subtropical agricultural regions in China， and its quality is critical for human health. In this paper， we carried out a geostatistical analysis to investigate the seasonal changes and spatial variability in the concentrations of ammonium nitrogen （NH4+-N）， nitrate nitrogen （NO3--N）， total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） in domestic well water in a typical agricultural catchment in southern China. Our results showed that the average concentrations of NH4+-N， NO3--N， TN and TP in spring， summer， autumn and winter of 2013-2014 were in the rangesof 0.05-0.10 mg（N）·L-1， 3.0-4.9 mg（N）·L-1， 3.4-5.1 mg（N）·L-1and 0.03-0.17 mg（P）·L-1， respectively. The observed concentrations of NH4+-N， NO3--N， TN and TP exceeded the national standards in terms of frequency by 2.3%， 10.4%， 9.5% and 7.9%，respectively. Temporally， NO3--N， TN and TP were significantly （P ＜ 0.05） higher in summer and lower in spring， mainly resulting from paddy rice fertilization and precipitation. On the contrary， there was no significant difference in seasonal concentrations for NH4+-N， mainly due to soil retention. In terms of spatial variability， these four variables were strongly auto-correlated in space and with different spatial ranges for different seasons. In terms of spatial distribution， the high NH4+-N，NO3--N， TN and TP concentrations were distributed as patches， even though their locations， sizes and shapes varied from one another. The concentrations of NO3--N and TN were high in the southeast and southwest of the catchment， where rice was cultivated in the low topography. But the concentrations of NO3--N and TN were low in the north， where there was forest plantation on the high topography. This result suggested that the spatial distribution of NO3--N and TN in well water were related to topography and land use type in the catchment. The spatial coefficients of variation of NH4+-N and TP were higher than those of NO3--N and TN. This was mainly attributed to the strong adsorption and immobilization of NH4+-N and phosphate in the soil matrix， resulting in the differences in NH4+-N and TP concentrations at different locations. The main factors affecting the seasonal change and spatial variability of well water quality in subtropical agriculture region were topography， regional hydrological and climatic conditions， soil types， land use types and agricultural fertilization.

KeywordsSubtropical zone； Rural area； Well water； Water quality； Nitrogen； Phosphorus； Land use； Geostatistic