近50年来河北平原化肥、农药施用量和强度的不断增加（图3），加剧了土壤和地下水中NO3-升高的速率，同时超量开采地下水进一步恶化了环境条件。实验结果表明，地下水位不断下降，浅层地下水中NO3含量也随之增加（图4）。随着包气带厚度的增大，氧化条件增强，而还原条件相对变弱，地下水中NO3上升幅度和强度都出现了明显增大趋势。在中东部及滨海平原区，地下水位埋深相对较浅，加之沉积物颗粒较细，还原作用相对较强，主要表现为水中NH4+含量增高。
图3 近50年来河北地区化学农药使用量及生产每公斤粮食施用强度变化
3.1农田农药化肥使用量变化及效应
从图3可见，自20世纪70年代以来河北平原农田化肥（折纯，下同）使用量持续、大幅增加，1970年化肥使用量仅为18.5万t，平均产生每公斤粮食施肥量为14.6g。进入80年代，化肥使用量增加数倍，1985年达到110.4万t/a，平均产生每公斤粮食施肥量为56.1g，净增2.84倍；农药使用量3.26万t/a，平均产生每公斤粮食施药量1658mg。1995年化肥使用量达到220.7万t，平均产生每公斤粮食施肥量为80.6g，在1985年的基础上又分别增加99.9%和43.7%；农药使用量7.27万t/a，平均产生每公斤粮食施药量2654mg，相对1985年分别增加123.1%和60.1%。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为116.8g，在1995年的基础上再分别增加37.5%和44.9%；农药使用量8.08万t/a，平均产生每公斤粮食施药量3109mg，相对1995年分别增加11.2%和17.2%。
若按2000~2006年期间年均雨水资源量、水资源总量和地下水资源量平均承受考虑，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37.4g/m3、249.9g/m3、292.6g/m3和996.1mg/m3、6655.4mg/m3、7792.3mg/m3。
《2006年河北省环境状况公报》表明，河北全省农药、化肥的使用量呈上升趋势，大量及不合理地使用农药、化肥等，造成土地肥力下降，土壤质量退化，农产品质量不安全因素增加，加之由于水资源匮乏而使用污水灌溉农田，造成农业污染事故56起，污染耕地面积2583hm2；在监测的131个断面中，55.7%的断面水质为Ⅴ类、劣Ⅴ类，13.7%的断面水质为Ⅳ类，其中子牙河水系32个监测断面中，3个断流、19个劣Ⅴ类和9个Ⅳ类断面。《2007年河北省环境状况公报》指出，在监测130个有水断面，Ⅳ类断面19个、Ⅴ类断面11个和劣Ⅴ类断面64个，占实际监测断面的72.3%，主要污染物源于氨氮、总磷、石油类、挥发酚等；154 眼监测结果：石家庄、唐山、秦皇岛、保定、张家口和沧州（浅层水）水质较差，地下水中主要为总硬度、硝酸盐氮等超标。
3.2农田施用农药化肥对水环境及地下水影响机理
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