海岸带渔业区海水入侵与硝酸盐污染的综合水文地球化学研究：以辽东湾兴城为例

《Marine Environmental Research》：Seawater intrusion and nitrate pollution in coastal fishery areas: An integrated hydrogeological, hydrochemical, and isotopic approach

本研究针对海岸带渔业区面临的海水入侵(SWI)与硝酸盐污染问题，以辽东湾兴城渔业区为案例，综合运用水文地质调查、水化学分析与稳定同位素技术，揭示了地下水化学演化机制。研究发现68.2%样本处于咸淡水过渡带，70.4%样本存在硝酸盐超标(最高41.51 mg/L)，明确了农业施肥、生活污水和水产养殖为主要污染源，为海岸带地下水资源保护提供了科学依据。

　　

在经济发展与生态保护并重的今天，海岸带地区正面临着一场看不见的水下危机。当咸涩的海水悄然侵入陆地含水层，当农业活动带来的硝酸盐悄悄渗入地下水，这些变化正在悄然改变着沿海地区的生态环境格局。特别是在以水产养殖闻名的沿海渔业区，这种"咸涩交织"的污染问题尤为突出——既面临着海水入侵导致的地下水盐化，又承受着硝酸盐污染带来的健康风险。这种双重压力如何相互作用？其背后的机制是什么？这正是Yushi Xue等研究人员在《Marine Environmental Research》上发表的最新研究试图解答的科学问题。

研究人员选择辽东湾兴城海岸渔业区作为研究对象，这个地区不仅是中国重要的多宝鱼养殖基地，也是海水入侵的典型区域。通过综合运用水文地质调查、水化学分析和稳定同位素技术，研究团队系统揭示了该地区海水入侵与硝酸盐污染的耦合机制。

关键技术方法包括：水文地质野外调查与采样、水化学参数测试分析、Piper三线图与Gibbs图等水化学图示分析、氢氧稳定同位素(δ¹⁸O和δ²H)技术、离子比值分析、水文地球化学演化图(HFE-Diagram)以及硝酸盐污染源解析。研究样本来源于兴城海岸平原区的地下水样品。

地理背景

研究区位于辽东湾西岸的兴城海岸平原，地处烟台河与兴城河之间，为冲积海积平原，地势平坦，地面高程低于15米，地表坡度小于1‰。该地区是中国重要的多宝鱼养殖基地，2016年养殖总面积达170万平方米，年产量约2.5万吨。

地下水水化学特征

对地下水样品的测试结果显示，pH值在6.63-8.93之间，总溶解固体(TDS)变化范围较大(164.57-5449.67 mg/L)，电导率(EC)介于119.40-6350 μS/cm。地下水化学类型从内陆的Ca-HCO₃型向沿海的Na-Cl型演变，反映了海水入侵的影响程度。约68.2%的样品处于淡水-咸水过渡带，显示了广泛的海水混合现象。

淋滤与蒸发浓缩作用

通过Gibbs图分析发现，淡水样品主要受岩石风化控制，而咸水样品则显示出海水混合特征。Cl^-/Na⁺比值接近海水值(1.16)，且与TDS呈正相关，表明海水入侵是地下水盐化的主要机制。同时，部分样品显示出蒸发浓缩的影响，这可能与水产养殖活动有关。

海水入侵机制

离子比值和氢氧同位素证据表明，海水入侵是研究区地下水盐化的主要过程。δ¹⁸O和δ²H值沿海岸梯度变化，显示向海岸方向海水影响增强。地下水超采、水产养殖、水岩相互作用和微咸水灌溉是海水入侵的主要驱动因素。

硝酸盐污染特征与来源

令人担忧的是，70.4%的地下水样品存在硝酸盐污染，最高浓度达41.51 mg/L，超过Ⅲ类水质标准。NO₃^-/Cl^-与Cl^-关系图显示，硝酸盐污染主要来源于农业施肥、生活污水和水产养殖活动。高风险区与农业区、居民区和渔业区分布高度一致。

水文地球化学演化过程

HFE-Diagram分析揭示了海水混合、反向阳离子交换和硝酸盐污染是控制地下水化学演化的三个关键过程。从内陆到沿海，地下水化学环境从还原性向氧化性转变，影响了污染物的迁移转化行为。

污染分区特征

研究区可划分为三个典型的污染带：淡水区以硝酸盐污染为主；过渡区表现为轻度海水入侵与硝酸盐污染共存；咸水区则以严重海水入侵为特征。这种分区特征为差异化治理提供了依据。

结论与建议

该研究深刻揭示了海岸带渔业区地下水环境的复杂性。地下水质量同时受到自然过程和人类活动的双重影响。海水入侵与硝酸盐污染不仅独立存在，更通过复杂的水文地球化学过程相互耦合，加剧了地下水环境的恶化。

研究的创新之处在于系统阐明了不同咸淡水带的污染类型差异，并识别了关键的水文地球化学驱动因素。针对研究发现的问题，研究人员提出了分区管控和源头治理的策略，包括优化水产养殖模式、推广节水农业和规范地下水开采等具体措施。

这项研究不仅为理解海岸带地下水环境演化提供了新的视角，也为类似地区的生态环境保护和水资源管理提供了科学范式。随着海岸带地区开发强度的不断增加，这种综合水文地球化学研究方法将在应对复杂环境问题中发挥越来越重要的作用。