应用氮氧同位素以及同位素模型识别天津水体中硝酸盐的潜在来源

摘要

天津地表水系发达，大量的农业活动，上升的人口以及城市化进程的加快造成了天津地表及地下水体NO3-污染，因此识别水体中的NO3-来源及其贡献比率对于控制水体质量、保护沿海生态系统具有重要的意义。
　　本文以天津市为研究区域，利用硝酸盐(NO3-)中氮(δ15N)氧(δ18O)稳定同位素技术以及同位素模型——SIAR，结合研究区域的土地利用类型、水体物理化学特性等分析了天津市境内6条地表河流（由北至南分别是:蓟运河、潮白新河、海河、大沽排污河、独流减河、子牙新河）及河口（潮白新河和蓟运河的共同河口、海河口）、浅层地下水NO3-的来源。地表河流中的无机含氮化合物以硝酸盐(NO3-)和铵盐(NH4+)为主，其中位于天津南部的大沽排污河和子牙新河出现严重的NH4+污染;浅层地下水中的无机含氮化合物以NO3-含量最高。
　　根据氮氧同位素研究结果，发现动物粪便或污水(manure and sewage，M&S)、土壤有机氮(Soil)、化肥或降雨中的NH4+(NH4+ in fertilizer and rain，NF&R)是天津地表河流NO3-的主要来源。M&S是潮白新河、潮白新河和蓟运河共同河口、大沽排污河和子牙新河最主要的NO3-来源，其中潮白新河的主要NO3-来源是动物粪便，潮白新河和蓟运河共同河口的主要NO3-来源是生活污水，子牙新河主要的NO3-来源是工业污水。Soil是蓟运河和海河上游河段最主要的NO3-来源。M&S，Soil和NF&R是独流减河主要的NO3-来源。海河上游河段、子牙新河、浅层地下水发生了明显的反硝化反应，但海河口并没有发生反硝化反应，其余河流及河口也未发生反硝化反应。天津浅层地下水受到多种NO3-来源的共同影响，由北至南，地下水NO3-的含量逐渐降低，反硝化反应是天津浅层地下水NO3-消减的主要原因。
　　在利用氮氧稳定同位素进行NO3-来源定性识别的基础上，本研究利用SIAR混合模型，对5大潜在NO3-来源(M&S; Soil; NF&R; NF, NO3-in fertilizer; NP, NO3-in precipitation)的贡献比率进行了定量估算。估算结果表明:M&S、Soil和NF&R是天津地表河流、河口及浅层地下水主要的NO3-来源，它们对于地表河流及河口的平均贡献比率之和达60％，其中M&S的平均贡献比率范围是17～56％; Soil的平均贡献比率范围是21～37％，NF&R的平均贡献比率范围是14～25％，NF的平均贡献比率范围是6～20％，NP的平均贡献比率范围是2～11％。对浅层地下水而言，M&S、Soil和NF&R的平均贡献比率之和达70％，其中M&S的平均贡献比率约为27％; Soil的平均贡献比率约为23％; NF&R的平均贡献比率约为21％; NF的平均贡献比率约为19％; NP的平均贡献比率约为10％。各潜在NO3-来源对浅层地下水的贡献比率在枯水期和丰水期时有微小的差异，但总体表现呈M&S＞ Soil＞ NF&R＞ NF＞ NP的规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外相关研究综述

1．2．1 地表水NO3-来源研究进展

1．2．2 地下水NO3-来源研究进展

1．2．3 水体NO3-来源定量研究进展

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究技术路线

第二章 研究区概况及研究方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 天津市地表水概况

2．1．2 天津市河口概况

2．1．3 天津市地下水概况

2．2 野外采样及实验室分析

2．2．1 样点布设

2．2．2 野外采样

2．2．3 实验室分析

2．3 分析方法

2．3．1 双同位素法

2．3．2 SIAR模型

第三章 天津地表水及地下水理化性质分析

3．1 地表河流及河口理化性质分析

3．2 地下水理化性质分析

第四章 双同位素法识别水体NO3-源

4．1 双同位素法识别地表河流及河口NO3-源

4．2 双同位素法识别地下水NO3-源

第五章 基于SIAR模型的NO3-来源定量研究

5．1 NO3-源对地表河流及河口NO3-的贡献比率

5．2 NO3-源对地下水NO3-贡献比率

第六章 结论与展望

6．1 主要研究结论

6．2 存在的不足及展望

参考文献

致谢