基于稳定同位素和贝叶斯模型的引黄灌区地下水硝酸盐污染源解析

摘要

地下水硝酸盐(NO3-)污染已经成为全球严重的水环境问题之一,由于饮用水中高含量NO3-会转化成亚硝酸盐而增加各种疾病和癌症风险,其来源的确定对于NO3-污染的预防和控制非常重要.本文以黄河下游第二大灌区——潘庄灌区为例,首次采用NO3-的氮氧稳定同位素结合贝叶斯模型追溯地下水NO3-的来源并量化各种来源的贡献比例.结果表明,地下水NO3-含量分布在0.1～197.0 mg·L-1,平均值为34.2 mg·L-1.与《生活饮用水卫生标准》中规定的地下水NO3-最大含量[20 mg(N)·L-1,相当于NO3-含量90 mg·L-1]相比,有10％的样品NO3-含量超标.井深＜30 m、30～60 m和＞60 m的地下水NO3-平均含量分别为25.9 mg-L-1、39.7 mg·L-1和20.1 mg·L-1.空间上,宁津县、武城县、平原县和禹城市有大片区域地下水NO3-含量较高.地下水NO3-的δ15N组成范围为0.72‰～23.93‰,平均值为11.62‰;δ180组成范围为0.49‰～22.50‰,平均值为8.46‰.同位素结果表明粪便和污水、农业化肥是地下水中NO3-的主要污染来源.这反映了人类活动是引起地下水NO3-污染的主要原因.贝叶斯模型结果显示,粪便和污水对潘庄灌区地下水中NO3-平均贡献率高达56.2％,化肥的平均贡献率为19.3％,大气降水和土壤的平均贡献率分别为6.2％和12.3％.由于污水、粪便和化肥是地下水中NO3-的主要来源,为保护和改善研究区地下水水质,建议加强污水管道建设,强化畜禽粪便的管理以及提高化肥利用效率.