张光辉1，2，刘中培1，张行南2，连英立1，严明疆1
（1-中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄050061；2-水文水资源与水利工程国家重点实验室，南京210024）
摘要：1970年河北平原年均化肥使用量仅为18.5万t，平均产生每公斤粮食施肥量14.6g；1985年农药使用量3.26万t，平均产生每公斤粮食施药量1658mg。至2005年，化肥使用量达到303.4万t，平均产生每公斤粮食施肥量增至116.8g，净增7倍；农药使用量8.08万t，平均产生每公斤粮食施药量增至3109mg，净增1451mg。农用化肥和农药在农田施用量不断提高，加之河北平原地下水补给量不断减少、开采量不断增大，已导致地下水的天然化学组分平衡遭到破坏，HCO3-Cl型地下水分布面积已由1985年的1250km2增至2005年的6980km2、HCO3-SO4型水由4210km2增大为16450km2、SO4-HCO3型水由498km2增大为1330km2、Cl-HCO3-SO4型水由96km2增大1170km2。若按2000~2006年多年平均的雨水资源量、水资源总量和地下水资源量均承考虑，则每方的雨水资源、总水资源和地下水资源中化肥、农药含量分别为37.46g/m3、249.96g/m3、292.6g/m3和996.1mg/m3、6655.4mg/m3、7792.3mg/m3。1959年河北平原的石家庄地区地下水中NO3平均含量仅为2.35mg/L，至2005年地下水中NO3平均值高达56.2mg/L。因此，急需重视化肥、农药最佳施用量与粮食安全、地下水安全之间关系及对策研究。
关键词：河北平原；地下水安全情势；化肥农药；污染；最佳施用量
随着农田化肥和农药施用量的不断提高，它们伴随降水、灌溉水入渗补给地下水，已造成地下水化学组分及其浓度发生明显变化。从区域角度看，我国大部分地区化肥、农药施用量已经接近或者超过适宜用量，甚至有些地区已达到极限[1-19]。过量施用化肥、农药，不仅使农田生产成本增加，而且还对土壤、水资源、大气等生态环境造成负面影响[8-18]。河北平原该类问题更加严峻，因为该区是以开采地下水为主，开采量占总供水量的80%以上，农田区开采量占主导地位，且河北平原地下水系统已处于严重超采，农田活动对其影响愈来愈强烈[7，19-21]。一旦地下水遭受污染，治理将十分困难。因此，探究河北平原地下水安全状况与农田施用化肥、农药之间关系具有重大现实意义。
地下水中化学组成和浓度分布特征不仅是经长期地质历史作用过程，包括溶滤、离子交替-吸附、蒸发浓缩、脱酸和混合作用等而形成的，它们还与现代补给水源的化学组分状况有关，与农田施用化学物质的性状和数量有关。地下水中化学组分的多少在时空上是不断变化的，有毒有害污染物质伴随补给水分进入地下水中，严峻影响地下水可利用的安全性[7，19-21]。在河北平原，由于长期大规模超采地下水，已导致地下水动力场和水化学条件发生了急剧变化，地表的各类污染物质更容易进入地下含水层系统中，使地下水水质发生变化。本文重点关注区域地下水质量变化与农田施用化肥、农药数量和强度之间关联性，进行如下探讨。
1．天然条件下地下水化学组分特征
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