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摘要
随着城镇化进程加速,我国河流生态系统遭受严重的氮污染,过量的氮素对
水环境健康造成了威胁。本研究以秦皇岛饮马河流域为研究对象,探讨了该地区
河流与土壤中氮的时空分布特征,以及降雨对不同形态氮浓度的影响。使用硝酸
盐氮、氧同位素技术和悬浮颗粒物碳、氮同位素技术,识别了硝酸盐与悬浮颗粒
物的主要来源,并结合MixSIAR模型,定量识别了不同来源的贡献率,旨在为
区域水环境氮污染控制提供科学指导。
(1)通过分析河流总氮(TN)、溶解性总氮(TDN)、硝酸盐氮(NO3--N)
和氨氮(NH4+-N)的时空分布特征发现,研究区支流对干流氮负荷的贡献率较低,
中游地区河流TN、TDN、NO₃⁻-N浓度较高,下游地区NH₄⁺-N浓度较高。此外,
降雨的冲刷作用与稀释作用,对氮浓度的影响显著。
(2)通过分析土壤TN、NO₃⁻-N和NH₄⁺-N的空间分布特征,以及TN、离
子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、强碱可浸取态氮(SAEF-N)
和强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)的时间变化规律发现,土壤氮的主要形态为
有机态氮,上游地区土壤TN浓度较高,淋溶、植物的吸收以及微生物的活性会
影响土壤NH₄⁺-N和NO₃⁻-N的浓度。可转化态氮的含量表现为SOEF-NIEF-
NSAEF-NWAEF-N。降雨的影响会造成SOEF-N的积累,进而升高了TN浓
度。此外,土壤TN与水体NH₄⁺-N具有显著的负相关关系,说明土壤中的氮素
被释放进入水体,造成水体NH₄⁺-N浓度的升高。
(3)应用硝酸盐氮、氧同位素技术,解析研究区硝酸盐的来源。硝酸盐主
要来源为大气氮沉降、粪便及污水、农业化肥以及土壤氮源。结合MixSIAR模
型定量分析出研究区污染源的贡献率为粪便及污水土壤氮源≈农业化肥大气
氮沉降。枯水期与丰水期降雨前,以土壤氮源和农业化肥为主的农业源的贡献率
最高,降雨后以粪便及污水为主的城镇源贡献率升高。
(4)应用悬浮颗粒物碳、氮同位素技术,解析研究区悬浮颗粒物的来源。
悬浮颗粒物的主要来源有浮游生物、水生植物、陆生植物以及土壤有机质。结合
MixSIAR模型定量分析,枯水期和丰水期降雨前,悬浮颗粒物的贡献率浮游生
物水生植物土壤有机质陆生植物。丰水期降雨后,降雨的冲刷作用会将外源
的氮冲刷进入水体,进而造成土壤有机质贡献率的升高。
关键词:饮马河流域,时空变化,同位素,MixSIAR模型
Spatiotemporaldistributioncharacteristicsandsource
analysisofnitrogenintheYinmaRiverBasinof
Qinhuangdao
Abstract
Withtheaccelerationofurbanization,riverecosystemsinourcountryhave
sufferedseriousnitrogenpollution,andtheexcessiveamountofnitrogenhasthreatened
thehealthoftheaquaticenvironment.ThisstudyfocusesontheYinmaRiverbasinin
Qinhuangdaoastheresearchobject,exploringthespatiotemporaldistribution
characteristicsofnitrogenintheregionsriversandsoil,aswellastheimpactofrainfall
ontheconcentrationsofdifferentformsofnitrogen.Byemployingnitratenitrogen,
oxygenisotopetechniques,andtheisotopictech
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