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氮循环是人类影响环境的一个重要表征,人类生产活动的三种主要方式:即农业生产、人口增长和燃烧排放已严重干扰了氮循环。目前,我国河流的硝酸盐研究基本上通过确定污染源或利用不同氮源的产出情况及河流流量来计算氮的通量。考虑到氮循环中普遍存在复杂的物理和化学作用以及生物转化过程,传统的方法难以准确估算河水不同氮来源的贡献以及分析氮的地球化学循环过程。本文在宜溧河流域水体稳定氮同位素以及水质状况和离子特征研究基础上,利用氮同位素方法半定量识别水体氮的来源,为控制宜溧河流域氮的污染并为宜溧河水质管理与利用提供一定的科学依据。
对宜溧河流域水体氮同位素组成特征分析表明,宜溧河流域水体氮同位素变化整体上呈现规律性。枯水期水体氮同位素值表现为两头高中间低,上游水体同位素值最高;氨氮的同位素值则相反,两头低中间高。在丰水期氨氮同位素比值很高,整体变化趋势与枯水期相似,硝态氮的同位素较低,变化范围也小。除了丰水期氨氮同位素值外,宣溧河流域水体中的氮同位素特征值集中在化肥氮同位素特征值范围,表明农业面源污染可能是宜溧河流域水体氮的主要来源。
通过宜溧河流域水体离子特征三角图和Gibbs图解分析表明:宜溧河流域水化学类型为以HCO3--Ca2+-Na+型为主。宜溧河流域水体中NO3-、SO42-、K+、Ca+和Cl-之间的相关性都很好,相关性最低也达到0.31,说明它们都有共同的来源,受人类影响较大,变化趋势也与TN、TP基本一致,表明宜溧河流域水体中硝酸氮的主要来源是人为影响。受流域城镇以及企业的空间布局影响,河湖水体水质状况的空间差异显著,水体氮同位素较好地示踪了宜溧河流域水质的时空变化。流域水体氮同位素与水体TN、TP、COD的变化趋势一致,在枯水期氨氮和硝态氮含量与氮同位素值的相关系数分别为0.74(R2)和0.44(R2),相关性非常高。
根据同位素端元混合原理,计算了不同季节流域水体中生活污水和农业污染中氮源的贡献。在枯水期,河流水体硝态氮不同来源比例空间变化明显,不同河段差异明显,丰水期则变化不大。不管是丰水期还是枯水期,流域水体氮污染的主要以面源为主,但点源也占有较大的比重,特别在枯水期,强烈受人类活动的影响,局部河段点源影响明显增加。