評價印度孟加拉邦集中產(chǎn)糧區(qū)氟化物污染對飲用地下水的潛在危害

1、評價印度孟加拉邦集中產(chǎn)糧區(qū)氟化物污染對飲用地下水的潛在危害*Manik Chandra Kundu & Biswapati Mandal（Directorate of Research, Bidhan Chandra Krishi Viswavidyalaya,Kalyani 741 235, West Bengal, India）翻譯：葛秀珍；校對：孫建平【摘 要】 由于印度集中產(chǎn)糧區(qū)的巖性和農(nóng)業(yè)活動，我們評價該區(qū)氟化物（F）污染對飲用地下水的潛在危害。從不同類型的井中采集308個水樣并分析水樣的pH、EC、NO3 N 荷載和氟含量。記錄有代表性的巖性，把該區(qū)使用肥料和殺蟲劑的區(qū)域也

2、要錄入數(shù)據(jù)庫。這些水樣在反應(yīng)中幾乎是中性的而且不含鹽，NO3N含量低(0.02 4.56gmL1)，水中氟化物含量也低(0.011.18gmL1)，其中2.27% 超過1.0g mL1 ，對地下水有氟中毒潛在的威脅。隨著采樣的含水層深度的變化，上述水樣平均含量空間變化甚微，因為這個區(qū)域的巖性是同質(zhì)均勻的。這些水樣的氟含量表明，氟含量與農(nóng)用磷肥的量（個別地區(qū)超量使用）之間是正相關(guān)(r=0.12, P=0.05)，但是，研究發(fā)現(xiàn)，氟含量與殺蟲劑使用的人為活動以及與這些水樣的NO3N含量、pH值和EC值之間都不存在這種關(guān)系。研究結(jié)果表明，磷肥的使用也許對地下水中氟的富集起到一定的作用?！娟P(guān)鍵詞】 農(nóng)

3、業(yè)活動 氟化物 地下水 巖性前言氟中毒是一種可以致命的疾病，世界上數(shù)百萬人的健康受其影響。印度20個州的居民由于飲用氟（F）富集的水，出現(xiàn)了地方性氟中毒，涉及人口6500萬，其中，600萬是兒童。地下水中天然形成的氟化物主要受氣候、圍巖成份和水文地質(zhì)條件控制。 印度大陸地下水氟含量高與火成巖和變質(zhì)巖有關(guān)。諸如磷肥、殺蟲劑使用，污水灌溉、農(nóng)用超采等人為活動也是地下水氟濃度增加的原因。WHO (2006)規(guī)定的飲用水氟的允許極限是1.5gmL1，預(yù)計印度65%的村莊的飲用水氟含量都超標(biāo)，居民有氟中毒的風(fēng)險。飲用水氟化物濃度總量對于控制氟中毒擴散非常重要。* Assessment of potent

4、ial 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 地區(qū)是農(nóng)業(yè)產(chǎn)糧最集中的地區(qū)之一，施肥量最大、殺蟲劑使用量最多同時該區(qū)地下水下降速率令人震驚。 為了評價農(nóng)業(yè)活動對地下水氟濃度的影響，在該區(qū)含水層采集了水樣。前人資料目錄還說明，該區(qū)沒有進行過地下水

5、氟化物濃度評價以及上述因素對地下水氟濃度的影響評價。因此，為進行此研究，調(diào)查了印度孟加拉邦Hooghly區(qū)飲用水的水質(zhì)、氟化物濃度和與該濃度相關(guān)區(qū)域的地質(zhì)條件以及一些相關(guān)的種植業(yè)的人為活動。研究場地位置和水文地質(zhì)概況研究區(qū)域（印度孟加拉邦Hooghly區(qū)）位于北緯22°3932和28°1020，東經(jīng)88°3015和87°3020(見圖1)，面積 3149 km2 ，人口504萬。該區(qū)被17塊農(nóng)業(yè)田分為三部分，氣候炎熱、多雨、半濕潤，年平均氣溫26.8°C (盡管每月平均溫度在16-33)，降水1,599 mm，水稻和馬鈴薯是主要作物。Ustic

6、 和 Hyperthermic分別是土壤潮濕區(qū)和氣溫變化區(qū)，這個區(qū)域是由Ganga河流及其支流沉積發(fā)育形成的孟加拉盆地的一部分。根據(jù)陸地構(gòu)成的起源和演變，該區(qū)大致分為兩部分（1）Dwarakeswar西側(cè)老的沖積平原；（2）東側(cè)均質(zhì)沖積平原，該層進一步劃分為（a）天然防洪堤；（b）蜿蜒的洪積平原；（c）沖積平原。從地質(zhì)角度看，整個區(qū)域是由混合的沖積層堆積而成，從地表到150m的巖性主要是粘土、泥砂和不同粒度的細砂到粗砂，偶爾夾雜細的砂礫層（圖2）；東部為粘土，堅硬而厚度大；西部土質(zhì)肥沃、滲透性好、非常松散。該地區(qū)的土分三層，總區(qū)域的64.4為新開發(fā)土；23.1為新成土；12.4為淋濾土。圖 1

7、 印度孟加拉邦Hooghly區(qū)研究區(qū)域位置圖資料與方法采集水樣十一月，在研究區(qū)遍布17個地段的不同村鎮(zhèn)，利用分層隨機取樣，從諸如大口徑井、管井（TW）、淺層管井(STW)、微型深管井(MDTW)、深層管井(DTW)的不同水源，共采集了308個用于飲用的地下水樣。選擇在十一月采樣有利于記錄地下水氟化物的最高濃度，因為其他月份，比如五月到七月，受季風(fēng)季節(jié)的大雨影響，將溶去土壤中的一些氟離子，同時還將濾去一些作為肥料添加給含水層的過磷酸鈣(SSP)。采集的水樣裝入1L清洗干凈的、滅菌的聚乙烯瓶內(nèi)。采集水樣以前，讓水從水源流出5分鐘左右，然后開始采集，這樣可以采集到穩(wěn)定電導(dǎo)率的水樣。在部分水樣中添加幾

8、滴H2SO4，使水樣的pH值降到2.0或者更低，然后儲存，準(zhǔn)備測定NO3N。剩余的水樣保存起來，等待進行氟化物濃度測定。方法水樣采集后，現(xiàn)場立即進行pH值和EC值測定；用Crosby等茜素S目視法在實驗室測定氟化物濃度。用這種方法，F(xiàn)與Zr、茜素S色淀反應(yīng)生成無色的ZrF62和染液。色淀燃液的顏色隨著氟化物含量增加而漸漸變淺。在錐形燒杯中加入100ml地下水樣，然后，依次加入5ml茜素紅溶液（用重蒸溜水溶解0.75g茜素紅S至1L，備用）、氧鋯基酸溶液（用600ml重蒸餾水溶解0.354g ZrOCl2·8H2O，然后加入33.3ml濃硫酸、10.1ml濃鹽酸，最后加入蒸餾水，使體積

9、達到1L），完全混合，靜置1h。隨后，利用520 nm的分光光度計記錄水樣的顏色(Systronics UV VIS 分光光度計108)，最后，通過對比標(biāo)準(zhǔn)液(用蒸餾水溶解0.221 g氟化鈉，使體積達到1L，備用)吸光度計算氟化物含量。水樣NO3N的濃度用氨苯磺胺的二氮化合物和N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽的顯色反應(yīng)生成的紫色含氮染液測定，用540 nm自動分析器記錄水樣的顏色。統(tǒng)計分析所有分析水樣的三個平行測定的平均值、分類、標(biāo)準(zhǔn)偏差、平均標(biāo)準(zhǔn)誤差和線性相關(guān)用統(tǒng)計軟件包SPSS計算。圖 2 孟加拉邦Hooghly區(qū)井的巖性柱狀圖結(jié)果與討論從不同地段和水源采集地下水樣的pH值和EC值變化不大（表1

10、）。水樣無色、無味。在反應(yīng)中，這些水樣幾乎是中性的，不含鹽，一些水樣或者呈現(xiàn)弱酸性或者呈現(xiàn)弱堿性。平均而言，Arambag(0.99 g mL1)、Chanditala-II(0.79 g mL1)、Dhaniakhali (0.84 gmL1)地段的NO3N濃度較高；Jangipara (0.41 g mL1)、Chanditala-I (0.47)和Goghat-I (0.50 g mL1)地段較低（表1）。各個水源間，大口徑井水樣的NO3N濃度最高，依次遞減的為管井>淺層管井>微型深層管井>深層管井（圖3）。研究發(fā)現(xiàn)，NO3N濃度與井的深度呈負相關(guān) (r=0.44, P

11、0.01)。結(jié)果表明，所有水樣的NO3N濃度都低于WHO確定的飲用水的閾限（10.0g mL1），而且這個濃度還隨著采樣深度的增加而降低。Kar 等 (2003) 和Kundu (2007)在孟加拉邦臨近的農(nóng)業(yè)耕種區(qū)的水樣中也得出類似的結(jié)論。在不同的研究的地段中，水樣的平均氟化物濃度變化很?。ū?），變化范圍為0.01 1.18 g mL1，平均0.36g mL1。這說明，水樣中的氟化物濃度沒有高于WHO規(guī)定的允許極限（1.5 g mL1）。而最近的“快速評價”項目中，對孟加拉邦不同地區(qū)地下水氟化物含量的調(diào)查表明，七個區(qū)的43個地段中，特別是Birbhum, Bankura, Purulia的

12、地下水氟化物含量高于允許極限，但是，我們目前對不同相關(guān)區(qū)域即Hooghly的研究表明，沒有發(fā)現(xiàn)地下水污染。前三個區(qū)域的地質(zhì)概況完全不同于Hooghly。Hooghly區(qū)為混合的沖積層，Birbhum、Bankura和Purulia 為夾雜有富含氟化物的太古代巖石的Gondwana和Vindhyan沉積層。表 1 印度孟加拉邦Hooghly 區(qū)不同水源和位置采集的地下水樣pH、EC、NO3N 荷載和F含量的變化地段/參數(shù)水樣編號pHEC(dS m1)NO3-N(g mL1)F(gmL1)范圍平均值SD范圍平均值SD范圍平均值SD范圍平均值SDMogra206.9-7.77.340.210.250

13、.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-I166.87.57.230.210.081.160.400.300.2

14、01.250.470.280.010.760.370.24Chanditala-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

15、.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-II156.57.56.970.390.030.680.370.180.261.600.670.380.370.21Arambag296.48.27.260.420.080.690.390.210.024.560.991.020.410.26Tara

16、keswar226.28.07.060.440.101.200.390.260.121.070.520.260.071.000.490.24Pursura186.47.57.140.260.080.980.320.240.111.710.590.520.020.540.230.17Dhaniakhali206.28.47.220.500.080.890.410.240.091.980.790.600.021.000.400.25Jangipara106.57.97.380.400.920.890.580.230.070.850.410.230.020.310.140.10總計3086.28.4

17、7.180.380.021.200.390.230.024.560.680.550.011.180.360.24來自大口徑井、TW、STW、MDTW、DTW不同水源的水樣氟化物濃度分別為0.13 0.51、 0.011.18、0.03 1.12、0.070.70 和0.05 1.00 gmL1 ，平均為0.27、0.38、 0.35、 0.27和0.35 g mL1 (圖3)，結(jié)果表明，盡管這些井的深度不同（117.0 m (DTW) 23.4 m (大口徑井)），但是，不同水源（井）的水樣氟化物含量幾乎沒有太大的變化；與NO3N不同,這些井中水樣的氟化物濃度與采集的深度沒有關(guān)系 (r=0.0

18、23)。研究結(jié)果表明，調(diào)查區(qū)（F的主要來源區(qū)）的水平和垂直方向都是均勻的，迄今為止，該區(qū)域的巖石/礦物的含氟量一直都備受關(guān)注的。 因為圍巖中含F(xiàn)礦物與水之間的相互作用是眾所周知的，所以，應(yīng)該控制游泳池（浴池）水的氟濃度，而Suthar等研究發(fā)現(xiàn)，氟濃度的變化還與該區(qū)地下水深度有關(guān)。圖 3 孟加拉邦Hooghly采集區(qū)深度、不同水源(TW 、 STW 、 MDTW、DTW)采集的地下水樣F含量、NO3N 荷載的變化(誤差條線為平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差)圖 4 地下水樣中氟化物含量的頻率分布含有不同F(xiàn)含量的地下水樣的頻率分布表明，308個水樣中，34.7% 的氟含量低于0.25 g mL1；40.9%的氟含量為0.25 0.50 g mL1；22.1% 的氟含量為0.50 1.00 g mL1 ；只有2.3%的氟含量高于1.0g mL1 （圖4）。WHO 1984年在指南中對該區(qū)域制定的氟含量為，氣候炎熱時，飲用水最佳F含量低于1.0 g mL1；氣候寒冷時，飲用水F含量達到1.5 g mL1。由于氣候炎熱，少數(shù)村莊的居民需水量大，即調(diào)查Goghat-II 的Teladighi、Sultandighi和Haji