评价印度孟加拉邦集中产粮区氟化物污染对饮用地下水的潜在危害.doc

72009年第4期 评价印度孟加拉邦集中产粮区氟化物污染对饮用地下水的潜在危害评价印度孟加拉邦集中产粮区氟化物污染对饮用地下水的潜在危害*Manik Chandra Kundu & Biswapati Mandal（Directorate of Research, Bidhan Chandra Krishi Viswavidyalaya,Kalyani 741 235, West Bengal, India）翻译：葛秀珍；校对：孙建平【摘 要】 由于印度集中产粮区的岩性和农业活动，我们评价该区氟化物（F）污染对饮用地下水的潜在危害。从不同类型的井中采集308个水样并分析水样的pH、EC、NO3 N 荷载和氟含量。记录有代表性的岩性，把该区使用肥料和杀虫剂的区域也要录入数据库。这些水样在反应中几乎是中性的而且不含盐，NO3N含量低(0.02 4.56gmL1)，水中氟化物含量也低(0.011.18gmL1)，其中2.27% 超过1.0g mL1 ，对地下水有氟中毒潜在的威胁。随着采样的含水层深度的变化，上述水样平均含量空间变化甚微，因为这个区域的岩性是同质均匀的。这些水样的氟含量表明，氟含量与农用磷肥的量（个别地区超量使用）之间是正相关(r=0.12, P=0.05)，但是，研究发现，氟含量与杀虫剂使用的人为活动以及与这些水样的NO3N含量、pH值和EC值之间都不存在这种关系。研究结果表明，磷肥的使用也许对地下水中氟的富集起到一定的作用。【关键词】 农业活动 氟化物 地下水 岩性前言氟中毒是一种可以致命的疾病，世界上数百万人的健康受其影响。印度20个州的居民由于饮用氟（F）富集的水，出现了地方性氟中毒，涉及人口6500万，其中，600万是儿童。地下水中天然形成的氟化物主要受气候、围岩成份和水文地质条件控制。 印度大陆地下水氟含量高与火成岩和变质岩有关。诸如磷肥、杀虫剂使用，污水灌溉、农用超采等人为活动也是地下水氟浓度增加的原因。WHO (2006)规定的饮用水氟的允许极限是1.5gmL1，预计印度65%的村庄的饮用水氟含量都超标，居民有氟中毒的风险。饮用水氟化物浓度总量对于控制氟中毒扩散非常重要。* Assessment of potential hazards of fluoride contamination in drinking groundwater of an intensively cultivated district in West Bengal, India .Environ Monit Assess (2009) 152:97103 DOI 10.1007/s10661-008-0299-1孟加拉邦Hooghly 地区是农业产粮最集中的地区之一，施肥量最大、杀虫剂使用量最多同时该区地下水下降速率令人震惊。 为了评价农业活动对地下水氟浓度的影响，在该区含水层采集了水样。前人资料目录还说明，该区没有进行过地下水氟化物浓度评价以及上述因素对地下水氟浓度的影响评价。因此，为进行此研究，调查了印度孟加拉邦Hooghly区饮用水的水质、氟化物浓度和与该浓度相关区域的地质条件以及一些相关的种植业的人为活动。研究场地位置和水文地质概况研究区域（印度孟加拉邦Hooghly区）位于北纬223932和281020，东经883015和873020(见图1)，面积 3149 km2 ，人口504万。该区被17块农业田分为三部分，气候炎热、多雨、半湿润，年平均气温26.8C (尽管每月平均温度在16-33)，降水1,599 mm，水稻和马铃薯是主要作物。Ustic 和 Hyperthermic分别是土壤潮湿区和气温变化区，这个区域是由Ganga河流及其支流沉积发育形成的孟加拉盆地的一部分。根据陆地构成的起源和演变，该区大致分为两部分（1）Dwarakeswar西侧老的冲积平原；（2）东侧均质冲积平原，该层进一步划分为（a）天然防洪堤；（b）蜿蜒的洪积平原；（c）冲积平原。从地质角度看，整个区域是由混合的冲积层堆积而成，从地表到150m的岩性主要是粘土、泥砂和不同粒度的细砂到粗砂，偶尔夹杂细的砂砾层（图2）；东部为粘土，坚硬而厚度大；西部土质肥沃、渗透性好、非常松散。该地区的土分三层，总区域的64.4为新开发土；23.1为新成土；12.4为淋滤土。图 1 印度孟加拉邦Hooghly区研究区域位置图资料与方法采集水样十一月，在研究区遍布17个地段的不同村镇，利用分层随机取样，从诸如大口径井、管井（TW）、浅层管井(STW)、微型深管井(MDTW)、深层管井(DTW)的不同水源，共采集了308个用于饮用的地下水样。选择在十一月采样有利于记录地下水氟化物的最高浓度，因为其他月份，比如五月到七月，受季风季节的大雨影响，将溶去土壤中的一些氟离子，同时还将滤去一些作为肥料添加给含水层的过磷酸钙(SSP)。采集的水样装入1L清洗干净的、灭菌的聚乙烯瓶内。采集水样以前，让水从水源流出5分钟左右，然后开始采集，这样可以采集到稳定电导率的水样。在部分水样中添加几滴H2SO4，使水样的pH值降到2.0或者更低，然后储存，准备测定NO3N。剩余的水样保存起来，等待进行氟化物浓度测定。方法水样采集后，现场立即进行pH值和EC值测定；用Crosby等茜素S目视法在实验室测定氟化物浓度。用这种方法，F与Zr、茜素S色淀反应生成无色的ZrF62和染液。色淀燃液的颜色随着氟化物含量增加而渐渐变浅。在锥形烧杯中加入100ml地下水样，然后，依次加入5ml茜素红溶液（用重蒸溜水溶解0.75g茜素红S至1L，备用）、氧锆基酸溶液（用600ml重蒸馏水溶解0.354g ZrOCl28H2O，然后加入33.3ml浓硫酸、10.1ml浓盐酸，最后加入蒸馏水，使体积达到1L），完全混合，静置1h。随后，利用520 nm的分光光度计记录水样的颜色(Systronics UV VIS 分光光度计108)，最后，通过对比标准液(用蒸馏水溶解0.221 g氟化钠，使体积达到1L，备用)吸光度计算氟化物含量。水样NO3N的浓度用氨苯磺胺的二氮化合物和N-1-萘基乙二胺盐酸盐的显色反应生成的紫色含氮染液测定，用540 nm自动分析器记录水样的颜色。统计分析所有分析水样的三个平行测定的平均值、分类、标准偏差、平均标准误差和线性相关用统计软件包SPSS计算。图 2 孟加拉邦Hooghly区井的岩性柱状图结果与讨论从不同地段和水源采集地下水样的pH值和EC值变化不大（表1）。水样无色、无味。在反应中，这些水样几乎是中性的，不含盐，一些水样或者呈现弱酸性或者呈现弱碱性。平均而言，Arambag(0.99 g mL1)、Chanditala-II(0.79 g mL1)、Dhaniakhali (0.84 gmL1)地段的NO3N浓度较高；Jangipara (0.41 g mL1)、Chanditala-I (0.47)和Goghat-I (0.50 g mL1)地段较低（表1）。各个水源间，大口径井水样的NO3N浓度最高，依次递减的为管井浅层管井微型深层管井深层管井（图3）。研究发现，NO3N浓度与井的深度呈负相关 (r=0.44, P0.01)。结果表明，所有水样的NO3N浓度都低于WHO确定的饮用水的阈限（10.0g mL1），而且这个浓度还随着采样深度的增加而降低。Kar 等 (2003) 和Kundu (2007)在孟加拉邦临近的农业耕种区的水样中也得出类似的结论。在不同的研究的地段中，水样的平均氟化物浓度变化很小（表1），变化范围为0.01 1.18 g mL1，平均0.36g mL1。这说明，水样中的氟化物浓度没有高于WHO规定的允许极限（1.5 g mL1）。而最近的“快速评价”项目中，对孟加拉邦不同地区地下水氟化物含量的调查表明，七个区的43个地段中，特别是Birbhum, Bankura, Purulia的地下水氟化物含量高于允许极限，但是，我们目前对不同相关区域即Hooghly的研究表明，没有发现地下水污染。前三个区域的地质概况完全不同于Hooghly。Hooghly区为混合的冲积层，Birbhum、Bankura和Purulia 为夹杂有富含氟化物的太古代岩石的Gondwana和Vindhyan沉积层。表 1 印度孟加拉邦Hooghly 区不同水源和位置采集的地下水样pH、EC、NO3N 荷载和F含量的变化地段/参数水样编号pHEC(dS m1)NO3-N(g mL1)F(gmL1)范围平均值SD范围平均值SD范围平均值SD范围平均值SDMogra206.9-7.77.340.210.250.670.500.140.101.200.580.270.110.960.340.20Balagar156.88.17.350.280.360.780.540.110.251.690.730.380.190.800.490.18Pandua226.58.27.340.420.060.850.480.200.151.450.630.340.060.670.260.17Polba226.57.87.300.280.080.980.340.240.232.360.750.570.090.830.340.19Chanditala-I166.87.57.230.210.081.160.400.300.201.250.470.280.010.760.370.24Chanditala-II156.57.87.190.300.020.730.300.240.263.450.840.850.031.120.450.26Singur146.37.67.040.380.040.730.340.270.182.230.730.600.120.920.420.26Haripal196.88.17.320.280.070.890.360.270.071.900.730.450.071.050.460.28Goghat-I186.27.46.970.360.060.720.280.180.021.520.500.380.020.660.280.18Goghat-II196.57.56.930.330.030.680.280.180.022.040.770.530.071.180.400.36Khanakul-I147.86.26.970.390.080.650.370.180.201.250.670.380.020.740.370.21Khanakul-II156.57.56.970.390.030.680.370.180.261.600.670.380.04-0.770.370.21Arambag296.48.27.260.420.080.690.390.210.024.560.991.020.04-0.900.410.26Tarakeswar226.28.07.060.440.101.200.390.260.121.070.520.260.071.000.490.24Pursura186.47.57.140.260.080.980.320.240.111.710.590.520.020.540.230.17Dhaniakhali206.28.47.220.500.080.890.410.240.091.980.790.600.021.000.400.25Jangipara106.57.97.380.400.920.890.580.230.070.850.410.230.020.310.140.10总计3086.28.47.180.380.021.200.390.230.024.560.680.550.011.180.360.24来自大口径井、TW、STW、MDTW、DTW不同水源的水样氟化物浓度分别为0.13 0.51、 0.011.18、0.03 1.12、0.070.70 和0.05 1.00 gmL1 ，平均为0.27、0.38、 0.35、 0.27和0.35 g mL1 (图3)，结果表明，尽管这些井的深度不同（117.0 m (DTW) 23.4 m (大口径井)），但是，不同水源（井）的水样氟化物含量几乎没有太大的变化；与NO3N不同,这些井中水样的氟化物浓度与采集的深度没有关系 (r=0.023)。研究结果表明，调查区（F的主要来源区）的水平和垂直方向都是均匀的，迄今为止，该区域的岩石/矿物的含氟量一直都备受关注的。 因为围岩中含F矿物与水之间的相互作用是众所周知的，所以，应该控制游泳池（浴池）水的氟浓度，而Suthar等研究发现，氟浓度的变化还与该区地下水深度有关。图 3 孟加拉邦Hooghly采集区深度、不同水源(TW 、 STW 、 MDTW、DTW)采集的地下水样F含量、NO3N 荷载的变化(误差条线为平均值的标准误差)图 4 地下水样中氟化物含量的频率分布含有不同F含量的地下水样的频率分布表明，308个水样中，34.7% 的氟含量低于0.25 g mL1；40.9%的氟含量为0.25 0.50 g mL1；22.1% 的氟含量为0.50 1.00 g mL1 ；只有2.3%的氟含量高于1.0g mL1 （图4）。WHO 1984年在指南中对该区域制定的氟含量为，气候炎热时，饮用水最佳F含量低于1.0 g mL1；气候寒冷时，饮用水F含量达到1.5 g mL1。由于气候炎热，少数村庄的居民需水量大，即调查Goghat-II 的Teladighi、Sultandighi和Haji