【摘 要】
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随着世界经济水平的快速发展和人口总量的急剧增加,地表水环境污染引发的水质污染问题已愈来愈受到全球各国的重视,改善和修复地表水环境,尤其是提高城乡河道水体的水质是世界各国必须面对的一项艰巨任务。城乡河道水体的水质修复越来越依靠对污染源数据的准确掌握,然而,氮磷营养盐等常规水化学指标缺乏对复杂来源污染物的有效指示。为了更好地掌握污染物来源信息,本研究以水体中碳污染物(以有色溶解性有机质衡量)和氮污染物
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随着世界经济水平的快速发展和人口总量的急剧增加,地表水环境污染引发的水质污染问题已愈来愈受到全球各国的重视,改善和修复地表水环境,尤其是提高城乡河道水体的水质是世界各国必须面对的一项艰巨任务。城乡河道水体的水质修复越来越依靠对污染源数据的准确掌握,然而,氮磷营养盐等常规水化学指标缺乏对复杂来源污染物的有效指示。为了更好地掌握污染物来源信息,本研究以水体中碳污染物(以有色溶解性有机质衡量)和氮污染物(以NO3-衡量),探究水体中碳氮污染物的来源与贡献。本研究选取了浙江省宁波市的5个不同土地利用特征区域内的城乡河道,利用常规水化学指标(氨氮、总氮、总磷、电导率、溶解氧、Cl-、SO42-和NO3-浓度评估了各区域城乡河道水体的水质的整体状况,并利用三维荧光结合平行因子分析技术(EEM-PARAFAC),以及NO3-氮氧稳定同位素(δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)结合稳定同位素质量混合模型(Mix SIAR)分别对河道水体中广泛存在的有色溶解性有机质和NO3-污染物进行耦合分析,最终确定水体中碳氮污染物的来源及其贡献。本研究的主要结论如下:(1)常规水化学指标的分布特征从污染物总量上初步反映了5个区域河道水体的水质。A区域和B区域河道水体的水质劣于C区域和D区域,而E区域河道水体水质较好。NO3-/Cl-浓度的摩尔比与Cl-浓度的关系进一步揭示了水体中NO3-的主要来源。然而,这些常规水化学指标未能敏锐指示污染物来源及其贡献,不利于全面了解宁波市城乡河道污染源特征。(2)紫外和荧光光谱参数宏观地描述了溶解性有机质(CDOM)的性质及其外源输入和自生源特征。进一步地,利用CDOM源解析法共解析得到5个荧光组分,分别指示了水体中有机污染物的潜在来源及其贡献。其中,类色氨酸物质可作为监测生活污水源污染物的新型水质指标。(3)荧光组分与水化学指标的相关性分析表明,类色氨酸组分C4和C5比氮磷营养盐对水体中生活源污染物进行了更敏锐地指示。另一方面,主成分分析(PCA)结果表明,不同来源的污染物输入能够显著影响CDOM的荧光特性。与常规水化学指标相比,CDOM源解析法能够更准确地识别出污染物来源。(4)水体中NO3-的氮氧稳定同位素(δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)特征表明,硝化过程主导了研究区域河道水体中氮素转化过程,并定性识别出水体中NO3-的3个主要潜在污染源:土壤有机氮(SN)、粪便和污水(M&S)以及肥料(SF)。稳定同位素质量混合模型Mix SIAR结果表明,SN是5个区域河道水体中NO3-最重要的潜在来源。其中,SN对E区域和D区域河道水体中NO3-的贡献较高,而其对A区域河道水体中NO3-的贡献较低,且与M&S的贡献率的分布趋势大致相反。此外,SF对E区域和C区域河道水体中NO3-具有较高的贡献率,揭示了农业施用大量肥料对河道水体中NO3-的赋存规律具有显著影响。与传统水质检测方法相比,使用CDOM源解析法和水体中NO3-稳定同位素示踪法对水体中碳氮污染物进行耦合分析,通过了解水体中碳氮污染物的来源、赋存和转化规律并量化不同污染源的贡献,能够更准确地示踪水体中污染物的重要潜在来源,并加深对城乡河道水体中碳氮污染物来源信息的准确掌握,为城乡河道水环境治理提供数据支撑。
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