尼日利亚奥贡州部分灌溉水质监测的研究结果及灌溉管理对农业环境的可持续性影响

© 2014 Akinyemi and Souley.出版社：Elsevier B.V.信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 9（2014）123 - 1282014年环境系统科学与工程尼日利亚奥贡州部分灌溉水源水质监测J.O. Akinyemia *，S.O.Souleyba Olabisi Onabanjo大学工程和环境研究学院，Ago-Iwoye，尼日利亚b尼日利亚阿贝奥库塔农业大学水资源管理和农业气象系摘要农业环境的可持续性对于像尼日利亚这样的发展中国家来说非常重要，水质问题往往被忽视，因为优质水供应被认为是丰富和容易获得的。水的化学分析表明其适合灌溉目的。河流、溪流和地下水是尼日利亚西南部奥贡州重要的潜在灌溉水源。因此，在奥贡州的一些地方政府地区进行了一项研究，以确定不同灌溉来源（河流和地下水）的质量。这些地区包括北阿贝奥库塔、伊福、奥巴费米-奥沃德和奥德达。测定了水样的理化性质。结果表明，水源水质总体较好，适宜灌溉。所有水源中的氯离子含量均在建议范围内。然而，在一些地下水取样地点，观察到pH值在4.8和6.3之间，表明它是酸性的。这可能是由于地下水中存在高浓度的铁离子和亚铁离子。地下水的电导率，总溶解固体和钠离子的平均值被认为是57%，高于地表水。这意味着，虽然河流可以很容易地用来灌溉该地区种植的不同作物，但在使用地下水进行灌溉时，必须进行一定程度的适当灌溉管理，以维持环境管理。版权所有© 2014作者.出版社：Elsevier B.V. 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究院负责评选和同行评议* 通讯作者：J.O.阿金耶米联系电话：电话：+2348034671336电子邮件address:joakinyemi@gmail.com2212-6678 © 2014作者出版社：Elsevier B.V. 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究所负责的选择和同行评审124J.O. Akinyemi和S.O. Souley / IERI Procedia 9（2014）123关键词：水质;灌溉;环境管理1. 介绍农业是水的主要消费者。灌溉用水占世界可用淡水资源的三分之二以上，占世界可耕地的35%。总的来说，农业使用了90%的淡水（Shady，1998年）。根据世界水事理事会1998年关于水问题的全球智囊团的预测，到2050年，70多个国家将出现缺水，其中包括35个非洲国家和几个加勒比国家，造成所谓的“水紧张”（Shady，1998年）。灌溉农业依赖于可用质量的充足水供应。有必要不断监测灌溉水的水质，以实现环境可持续性，特别是在尼日利亚和世界上许多其他地区。大量使用几乎所有优质供水意味着新的灌溉项目和那些寻求新的额外供水的项目必须依赖质量较低和不太理想的水源，这将需要适当的环境管理设计。无论灌溉水源是什么（主要是河流、小溪、运河和水井），水中总是溶解着一些可溶性盐。水质管理中最具挑战性的问题之一是过量的营养物质问题，以及如果没有适当的设计，它们可能造成的环境污染。特别令人关注的是氮和磷化合物。其他问题包括地下水和地表水中过量的硝酸盐，氨对鱼类的毒性，氨氯化的有效性改变，以及地表水中还原氮化合物的含氮氧需求。所有天然水都含有溶解的物质，包括来自自然过程的植物营养素。当化学杂质的含量超过一定的限度时，它可能是有害的。水的主要可溶性成分是Ca2+、Mg2+、Na+，有时还有K+等阳离子，而Cl-则是决定灌溉水质量及其是否适合灌溉的主要因素。土壤盐渍化是由土壤中蒸发和毛管运动的双重作用引起的。随着时间的推移，土壤中保留的水变得越来越咸，特别是在排水不良的土壤中。这一过程被认为是历史上许多灌溉工程失败的原因（OTA，1983）。在有关灌溉质量和土壤溶液含盐量的调查中，认识土壤中的盐分分布是很重要的。土壤因素，如质地、排水特性、作物生长的性质和气候条件，在确定灌溉水的适宜性方面也很重要。这些问题涉及使用劣质水，包括盐度、渗透性和毒性等。在大多数灌溉计划中，需要适当的排水往往与需要减少水涝和盐碱危害有关。必须认真考虑排水处理问题，以使下游的供水不受污染（粮农组织，1973年）。人们注意到，在干旱和半干旱的灌溉生态系统中，排放的水往往含有一定浓度的有毒微量金属（如镉、硒）和持久性有机化合物，这些物质被认为对植物和动物的生命构成威胁（美国地质勘探局，1986年）。因此，本研究旨在确定尼日利亚西南部奥贡州不同灌溉水源的质量。2. 材料和方法调查研究在四个不同的地方政府地区进行，即Abeokuta北部、Ifo、Obafemi-Owode和Odeda。 该地区位于北纬60 38和70 30，东经3°，3 ° 48。 研究于1996年10月至1997年4月进行。基底岩下地区的地形与沉积岩下地区的地形形成了明显的对比。基底岩石下面的区域的地形特征是从J.O. Akinyemi和S.O. Souley / IERI Procedia 9（2014）123125北部的奥洛克梅吉海拔约30米至40米。在沉积岩下的地区可识别的地形形式是北部高地，由高原组成，最高海拔约为213米，位于阿贝奥库塔东北部。下伏的白垩系砂岩和向南平缓的斜坡控制着地表。Ewekoro洼地地势低洼，多沼泽，海拔约30米（Jones和Hockey，1964年）。该地区经历两个主要季节，即旱季和雨季。旱季通常发生在11月至次年2月，该地区受到东北风的影响。雨季从3月持续到10月，盛行西南风。由于降雨量分布的双峰特征，有两个主要的生长季节。第一季从3月下旬至7月下旬，结束于约一个月的短暂干旱期，第二季从8月下旬至11月上旬。年平均降雨量从北部的1200毫米到南部的1,472毫米不等（OORBDA，1996年）。平均最低和最高气温分别为23°C和32°C。相对湿度在76%到85%之间变化，分别与旱季和雨季相吻合。平均日日照时数在3.8 - 6.8之间，随着云量的增加而减少，特别是在6月至9月期间，其范围为3.48- 4.98。该地区的主要河流包括Oyan和Ogun，它们起源于奥贡州以外。其他流经该地区的河流包括北部的Opeji，Atadi，Owiwi，Otere和Onigbodugi，而南部的Ibu，Iberon和Ese河。当地有许多溪流在旱季干涸，形成了局部的池塘。2.1. 水取样在五个地点，即Ibaro-Ekiti、Lisa Olukoya、Olokemeji、Aro村和Kobape的一个池塘，对Oyan河和Ogun河的地表水源进行了取样。在Owode总部、农业大学、Abeokuta（UNAAB）永久场址和伊福地方政府的Ososun，对泉水、水井和钻孔进行了取样，作为地下水源。从这些地点采集了一些水样（500毫升）。测试瓶装满水样，贴上标签，用软木塞住，然后转移到实验室，根据标准测试（APHA、AWWA和WPCF，1975年）进行化学分析。每个采样点重复测试三次，然后记录。测试样品的以下参数：- pH、电导率、总溶解固体（TDS）、氯化物、钠、钙和镁离子以及钠吸收率（SAR）3. 结果和讨论表1显示了研究区域某些特定地表水的物理化学组成。pH值的平均值范围为4.8至7.9。大多数值高于7.5，表明其碱性。4.5-8.5范围外的灌溉水可能会导致营养失衡或可能含有有毒离子。地点1的高值可能是由于该地区存在粘土，通常为碱性/碱性。位置5的低值最有可能是由于三价铁和亚铁离子的污染。表1研究区部分地表水水源地理化性质。奥扬河位置1位置2OGUN河位置3位置4池塘位置5实验室pH值7.907.707.707.504.77电导率92.0096.4090.00100.2090.47126J.O. Akinyemi和S.O. Souley / IERI Procedia 9（2014）123在25° C时（mmhos/cm）总溶解固体mg/l88.3292.1686.4096.1986.85氯离子mg/l7.508.0010.5011.5017.0钠离子mg/l9.0011.0010.006.9033.50钙离子mg/l0.150.128.8014.400.42镁离子mg/l4.008.0014.006.001.10钠吸收0.950.830.480.386.18比率（SAR）位置1; Ibaro-Ekiti（上游），位置2; Lisa Olukoya（下游），位置3; Olokemeji（上游），位置4; Aro村（下游），位置5; Kobape所有地表水样品的电导率值范围为90 - 100.2mmhos/cm，平均值为156.26mmhos/cm（表2）。该值低于3，000 mmhos/cm的临界水电导率（Gupta等人，1998年）。 这表明水源预计不会有任何盐度问题，因为电导率可以很好地显示溶解盐的程度研究区域各井的总溶解固体（TDS）范围为150至247.40 mg/l（表2）。这些数值低于4，000 mg/l的临界水平。盐度水平对灌溉是非常重要的。使用具有非常高的盐度水平的水源增加了土壤水的渗透势。土壤溶液渗透压的增加增加了植物从土壤中吸收水分所需的能量。因此，呼吸作用增加，大多数植物的生长和产量随着渗透压的增加而逐渐下降。表2研究区部分地下水的物理化学成分。参数位置6春天在Owode总部位置7以及在农业大学。阿贝奥库塔位置Ososun的8个钻孔（Ifo当地政府）实验室pH值5.596.126.30电导率156.26233.92257.70250 c（mmhos/cm）总溶解固体mg/l150.00224.56247.40氯离子（mg/l）8.001.0020.00钠离子（mg/l）1.5622.0040.00镁离子（mg/l）2.131.093.20钠吸收3.441.330.68比率（SAR）分析的水的氯化物水平范围为7.50 - 170 mg/l，平均值为8.0 mg/l。 使用原水不会产生与氯化物相关的问题，因为这些数值低于灌溉水的临界值300 mg/l（粮农组织，1985年）。高氯化物通过增加渗透压而影响植物的生长，这反过来又由于植物可用水的减少而降低了作物的生长。过量的氯离子被植物组织吸收，积累在叶子上，也会导致叶子灼伤。样品的钠吸附比（SAR）值范围为0.36 - 6.18（表1）。这些值低于临界值9。 SAR是水中钠浓度水平的直接结果。 由于所有样品的SAR值均为低至中等，因此使用这些来源时，预期不会对灌溉水造成钠危害。钠以可交换态存在于土壤中时，会引起土壤的不良变化，特别是对土壤结构的影响。过量的钠将导致粘土颗粒分散而不是聚集，并且在某些情况下也会溶胀。这导致土壤孔隙度低，渗透性差，潮湿时通气性差，干燥时大土块被深裂缝分开这样的土壤很难J.O. Akinyemi和S.O. Souley / IERI Procedia 9（2014）123127在潮湿或干燥时使用耕作工具。霍夫曼等人; 1980年指出，相对于总溶解盐的浓度，当存在超过阈值（40毫克/升）时，它能够分散土壤。土壤的分散导致水和空气渗入土壤的速率降低。当这些土壤干燥时，就会结皮，使耕作变得困难，从而不利地干扰种子发芽和出苗。所有分析样品中的钙浓度范围为0.12 - 14.4 mg/l（表1）。这些值在灌溉水的通常范围内，即0- 20 mg/l。钙含量与水的硬度有关，有助于将水分类为软或硬。没有一个水可以说是硬的。所有这些水源的水都可以安全地用于灌溉目的。表2显示了研究区某些地下水的物理化学成分。海水呈中度酸性，pH值介于5.59至6.30之间。因此，水在长时间使用时很可能具有腐蚀性，这表明如果不添加石灰，则需要使用PVC，塑料或涂层良好的钢管进行供水。据报告，尼日利亚西南部某些地下水的pH值在5至6.5之间（Asseez，1972年）。电导率值为156.26 ~ 275.70mmhos/cm。Ososun钻孔的pH值和EC值最高，分别为6.30和257.70。据理查德，1954年所有的地下水下降在C1S1（低盐度，低碱度）.地下水的总溶解固体含量在150 - 247.4ppm之间。这些值表明，可以使用喷水灭火系统，而不会对喷嘴造成太大损坏。所有采样器中的氯化物浓度范围为1- 20 mg/l，平均值为9.67 mg/l。钠吸附比（SAR）范围为0.68至3.44，表明碱度危害较低。钠浓度范围为16.6至57.2 mg/l，而镁离子范围为1.09至3.2 mg/l。根据粮农组织1985年的标准，这些值在灌溉水的可接受值范围内。根据灌溉水中不同离子的浓度，预计不会产生直接毒性效应。在位置6、7和8中，钙离子浓度分别为1.56、20.00和40.00 mg/l。然而，可以观察到，只有位置8的值高于20 mg/l的临界值。地下水的电导率、总溶解固体和钠离子的平均值均比地表水高57%（表3）。这表明，地表水在本研究区的灌溉水质总体上优于地下水。奥贡河和奥扬河特别适合，因为所有采样点的SAR都低于3。对甘薯、豆类、花生、高粱、番茄、甜菜等耐毒作物，建议在该地区采用地下水进行充分灌溉。希望进行灌溉的农民可能需要了解本研究区域内对不同灌溉水敏感和耐受的作物。表3地表水和地下水地表水地下水百分比差异pH7.116.0015.60电导率93.81215.9656.60（mmhos/cm），25 ℃总溶解固体89.98207.3256.60(TDS)（毫克/升）氯离子（mg/l）10.909.6711.30钠离子（mg/l）14.0832.4756.60钙离子（mg/l）4.7821.1977.40镁离子（mg/l）6.622.1467.7特区1.761.802.00128J.O. 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