氮同位素方法在地下水氮污染源识别中的应用

使用的8种化肥进行监测,发现δ15N平均值为-0.39%～0.08%;另一方面,有机肥的δ15N都较高,大于1.0%。有关下水道排水的研究报道也很多。吉田等发现污水处理厂的处理水δ15N值为1.13%～1.70%[19]190。Mariotti等报道法国生活污水的δ15N值为1.0%～1.35%[24]。日本香川县化粪池的δ15N值为0.83%～1.05%。总的来说,下水道的排水因处理方法的不同有所差别,但一般在0.82%～1.70%变动[25]。一般而言,下水道排水氨氮浓度很低,但吉田等发现流入野川的下水道排水氨氮的浓度特别高,同位素测定发现δ15NNH4值为0.82%。3地下水的氮同位素值一般讲,城市地下水的δ15N值较住宅区高,而农村地区δ15N值较低[26230]。在生活污水和畜禽废水为污染源的地下水层,δ15N值一般在1%以上[21]156,[31]265,[32]96,[33]152,[34]199。Kreitler发现纽约州有化粪池的旧住宅区地下水的δ15N值为1.21%～2.13%;而有化粪池的新型住宅区地下水同位素值为0.35%～1.22%[10]981,[19]191,[21]167,[31]266。农业用地的地下水δ15N值为0.10%～1.08%,化肥施用地区地下水δ15N值较低,有机肥施用地区地下水δ15N值较高,有时候超过1.0%。当然,施肥的方法、灌溉的情况及土壤的特性等都会影响同位素值[31]263,[32]94,[33]149,[34]198,[35240],[41]497,[42]107,[43]。研究发现稻田排水的δ15N值平均为0.7%以上,而且从春天到秋天有增加的趋势。很少有稻田地下水δ15N值的报道,日本水稻田地下水δ15N值为0.05%～3.84%,这个值比旱地的高。表3是典型的受污染源污染的地下水δ15N值,选取其中的3个详细介绍。中国太湖地区的氮污染研究表明,地表水氨氮和硝酸盐浓度较高,δ15N值也较高,为1.93%～2.83%,说明有生活污水和动物排泄物进入湖水。大规模的湖面围网养殖、饲料的投入也是水体氮污染源之一。从稻田地区淋洗出的硝酸盐进入地表水,在地表水硝酸盐中所占的比例并不高。井水主要是硝酸盐氮(0.31～43.47mg/L),氨氮浓度很低,很多井监测不到,但监测到高浓度的一氧化二氮,δ15N值也较高,为(1.90%±0.76%)。稻田土壤层不同深度的δ15N值随着土层的深入逐渐升高,在3.54%～7.72%。由此说明井水中硝酸盐主要来自农田淋洗出的硝酸盐,也说明从上部土层下渗的硝酸盐经历了反硝化作用[22]63。表3地下水的δ15N值地下水N污染源δ15N值/%作者化粪池0.81～1.39Aravenaetal.1998化肥0.34～0.71化粪池0.64～5.83Aravenaetal.1993化肥0.37～0.77FlipseandBonner化肥和氨挥发1.4农业用地0.1～0.60Foggetal反硝化作用的农业活动区1.4化肥0.1～0.7GormlyandSpalding化肥和氨挥发>0.95化肥和氨挥发0.49～0.80Heaton动物排泄物0.93～1.87农业活动和居住区0.49～1.70Hirata水稻田0.05～3.84居住区0.35～1.22Kreitler农业用地0.33～1.08化粪池和养殖场0.67～1.87养殖场0.54～4.31Komoretal.灌溉农地0.09～2.26居住区(化粪池)0.15～1.17自然地0.17～0.55反硝化作用的农业活动区0.85～3.12Hirata自然地-0.74～0.13氮肥0.13～1.60SpaldingandFultion动物排泄物0.46～1.50化肥0.06～0.48WellsandKrothe化肥和动物排泄物0.36～0.84动物排泄物>0.95自然地-0.2～0.6Williamsetal有机肥和生活污水>0.6Komor等[31]260研究了明尼苏达州某地区的地下水情况,发现20%的井水超过了美国地下水硝酸盐氮标准(10mg/L)。该地区年降水量为660mm,玉米地的灌溉水量为200～260mm,施肥量160kg/hm2,地下水位在地面以下10m处,带水层厚度为6～18m,透水性非常好。图1为不同土地利用方式的各个用地地下水δ15N值的分布情况,每一地块有它自身独特的δ15N值。畜禽养殖场的地下水δ15N值有一些样品出现了本次调查的最高值,超过4%,认为这是反硝化作用的结果,从地面向地下观察,发现深度越深反硝化作用越明显。在灌溉的农业活动区,施用有机肥的地块δ15N值要比施用化肥的高。在非灌溉的农业活动区,化肥施用地块的δ15N值要比化肥和有机肥共用地块的δ15N值高。从图1上很难