岩溶地下河雨季15N同位素及微常量元素特征研究——以重庆青木关地下河为例

摘要

我国西南岩溶区位于亚热带地区，具有良好的水热条件，水资源丰富。岩溶区水资源主要赋存形式是岩溶区地下水，是当地居民重要的生活生产用水，具有特殊的地上----地下双层结构，受地质地貌、地理位置等自然条件控制，再加上频繁的人类活动，使其极易遭受污染。尤其在农业区，其水质优劣更加重要。重庆市青木关地下河是西南岩溶槽谷区典型的地下河，土地利用方式主要以耕地为主，农业生产水平较为落后，工业少，流域内建有部分采石厂和废弃的煤窑。地下河从上游天池至丁家龙洞是附近居民生产生活供水的主要水源，其水质好坏直接关系到居民身体健康状况。本文从保护岩溶地下河水资源和环境出发，以重庆青木关地下河系统为例，对地下水动态变化特征、影响因素及硝酸盐污染来源进行研究分析，有助于深入了解地下水的形成、分布及其时空变化规律，为地下水的开发利用和治理提供依据。
　　 本研究首先采用野外取样、现场观测、实验室分析相结合的方法，对青木关地下河流域各种水体进行连续取样分析。并在此基础上结合野外现场观测阐述了青木关地下河雨季的物理变化规律。其次观测和取样过程从2010年5月持续至2010年11月。现场观测内容包括水温(T)、电导(EC)、pH值和Ca2+、HCO3-等实测值。实验室分析包括主要阳离子K+、Na+、Ca2+、Sr2+、Mg2+；主要阴离子HCO3-、NO3-、SO42-、Cl-。通过以上分析，得出青木关地下河的全年化学变化特征。本区水化学类型为Ca-HCO3型和Ca、Mg-HCO3型，Ca2+为主要的阳离子。第三由于研究区处于农业区，农业活动频繁，农业生产活动人工化肥以氮肥和钾肥为主，另外还有相当数量的粪肥。本文分析了青木关地下河各水体的硝态氮和氮同位素特征，利用水化学分析方法与同位素方法，区分辨别了自然因素与人为因素对地下水质的影响以及示踪了农业区岩溶地下河硝酸盐的主要来源。研究表明青木关地下河水质具有明显的随降水量变化特征：南段地下河干天池作为输入端，赖家槽和丁家龙洞作为输出端，以石灰岩为主的地下河出口丁家龙洞在经过岩溶管道水-岩相互作用后，具有较高的硝酸根浓度以及δ15N比值，说明地下河受到水田化肥的污染和动物粪便的污染。而北段地下河的水田和地下河入口岩口落水洞作为输入端，显示出受到化肥污染。综合可知，青木关地下河中南北段硝酸盐的污染来源不同，南段主要有化肥，粪便；北段主要有土壤有机氮，化肥以及其综合影响。