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Environmental Pollution: 包气带微量氮氧同位素揭示地下水硝酸盐污染全过程
2012-11-30 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

地下水硝酸盐污染是我国北方农业区普遍存在的问题之一,个别地区十分严重,直接威胁着老百姓的饮水安全,修复起来十分困难而且代价高昂。因此,深入研究硝酸盐污染机理,对于开展源头防控十分关键。然而,以往对地下水中硝酸盐的迁移转化研究或者集中在作物根系层的农业范畴,或者仅关心含水层本身,而对于作为硝酸盐从地表进入含水层的关键通道-包气带的研究很少,因而,无法全面揭示硝酸盐污染机理与过程。

地质与地球物理研究所工程地质与水资源研究室博士生袁利娟与导师庞忠和研究员等利用新兴的包气带水分微量硝酸盐同位素测试技术,将包气带土壤钻探和含水层钻井取样相结合,采用多种示踪剂相互印证的技术路线,重点研究了硝酸盐在包气带及含水层中的迁移转化的接续环节,实现了对硝酸盐从包气带到含水层的迁移转化过程的全程刻画。专项研究工作是在国家自然科学基金和国家国土资源大调查计划联合资助下完成的,并且以地下水硝酸盐污染比较严重的华北平原唐山地区为实例开展了重点研究(图 1)。

研究发现,在包气带中,蒸发是导致硝酸盐含量上升(从179 mg/L到549 mg/L)的主要原因(图2a),反硝化是硝酸盐含量下降的主要过程,降解的硝酸盐最高可达输入量的50%(图2b, 2c)。相比之下,在含水层中,稀释作用是导致硝酸盐含量降低(100 mg/L-10 mg/L)的主要过程。硝酸盐氧同位素的富集系数定量给出了包气带及含水层中的反硝化贡献份额。该成果对于我国地下水硝酸盐污染防治具有指导意义。

图1:唐山研究区的地貌单元与土壤钻及地下水采样位置图

 图2:a)包气带中NO3与Cl之间的相关性表明蒸发是导致硝酸盐含量升高的主要过程;b)包气带中ln(NO3/Cl)与δ18ONO3的相关性证明反硝化是导致硝酸盐含量下降的关键过程;c)反硝化过程中硝酸盐氧同位素的瑞利分馏模式。

 该成果近期发表在国际权威的环境科学领域期刊Environmental Pollution上(Yuan et al. Integrated assessment on groundwater nitrate by unsaturated zone probing and aquifer sampling with environmental tracers. Environmental Pollution. 2012, 171: 226-233)。

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