府河-白洋淀硝酸鹽來源判定及遷移轉化規(guī)律*

梁慧雅, 翟德勤, 孔曉樂, 袁瑞強, 王仕琴

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府河-白洋淀硝酸鹽來源判定及遷移轉化規(guī)律*

梁慧雅1,2, 翟德勤3, 孔曉樂1,2, 袁瑞強4, 王仕琴1**

(1. 中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學院農(nóng)業(yè)水資源重點實驗室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室 石家莊 050022; 2. 中國科學院大學 北京 100049; 3. 中電建水環(huán)境治理技術有限公司 深圳 518100; 4. 山西大學太原 030006)

近年來白洋淀流域內經(jīng)濟高速發(fā)展、人口增加, 生活污水排放量增大, 嚴重威脅府河和白洋淀水質, 其中硝酸鹽濃度過高引發(fā)的水體富營養(yǎng)化是河流系統(tǒng)面臨的重要難題。以白洋淀和唯一一條常年有水的入淀河流——府河為研究對象, 結合水化學、水中氫氧同位素(d2H、d18O)和硝酸鹽氮同位素(d15N)的方法, 分析2008—2016年水化學特征和水化學類型變化, 明確府河-白洋淀淀區(qū)硝酸鹽污染來源以及沿程遷移轉化規(guī)律, 為其水質富營養(yǎng)化管理提供參考。研究結果表明: 府河2008年硝酸鹽d15N值>10‰, 2014年硝酸鹽d15N值的變化范圍是2.07‰~18.49‰, 府河硝酸鹽主要來自于保定市和沿府河村落的生活污水; 但2009年硝酸鹽d15N值的變化范圍是-3.7‰~4‰, 府河硝酸鹽主要來源于工業(yè)廢水。白洋淀淀區(qū)2008年和2014年硝酸鹽d15N值的變化范圍分別是5.8‰~11.7‰和3.31‰~12.53‰, 2009年d15N值的變化范圍是-3.8‰~0.7‰, 說明府河的生活污水和工業(yè)廢水是白洋淀淀區(qū)硝酸鹽的主要來源。2008—2014年Cl-和SO42-濃度比例逐漸減小, 工業(yè)廢水和生活污水的排入受到控制; 2009年因工業(yè)廢水的排放NO3-濃度超過50 mg·L-1, 2014年和2016年NO3-濃度未超標;控制硝酸鹽濃度變化的主要因素是降水稀釋、外源輸入及反硝化脫氮作用, 當溶解氧(DO)小于2 mg·L-1時, 硝酸鹽的減少主要受反硝化作用影響。

府河-白洋淀流域; 水質; 水體富營養(yǎng)化; 硝酸鹽; 氫氧同位素; 氮同位素; 水化學特征

白洋淀是我國華北平原最大的淡水湖泊, 對于攔蓄洪水、調節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境以及發(fā)展淀區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)等具有重要作用[1]。但是, 由于近年來流域內經(jīng)濟高速發(fā)展和人口的增加, 使得污染物負荷迅速增大[2], 其中硝酸鹽濃度過高引發(fā)的水體富營養(yǎng)化是河流系統(tǒng)面臨的重要難題。府河是白洋淀8條入淀河流中唯一一條常年有水的河流, 主要接受保定市的生活污水和污水處理廠的工業(yè)廢水, 非常規(guī)水源的補給加速白洋淀的水體富營養(yǎng)化進程。在造成富營養(yǎng)化的各種形態(tài)的氮中, 自然水體中NO3-N的來源與遷移轉化是氮元素生物環(huán)境化學特征研究的重點與難點, 水體中過高的硝酸鹽不僅導致水體富營養(yǎng)化而且還威脅人類健康。在較淺的河床及較高的表面積與容積比的河道中, 輸入河流中的氮素可發(fā)生活潑的生物地球化學轉化反應, 如硝化、反硝化和生物吸收等過程, 并受外源輸入等過程的控制[3-4], 確定水體中硝酸鹽的來源以及研究氮的循環(huán)過程就顯得尤為重要。

近些年來, 眾多學者對府河-白洋淀由非點源污染引起的地表水污染進行了水質評估[5-7]。而對于硝酸鹽的污染, 自20世紀70年代起人們開始利用硝酸鹽氮同位素的值分析硝酸鹽的來源, 主要根據(jù)不同成因的硝酸鹽的氮同位素組成存在差異以及含氮物質間分餾作用機理的不同。Segal-Rozenhaimer等[8]研究約旦河污水排放是NH4-N的主要來源, 運用氮同位素來分析河流沿程硝化過程。王吉蘋等[3]研究發(fā)現(xiàn)五川溪流沿程NO3-N與NH4-N濃度升高而NO3-δ15N值減小的主要原因是地表徑流氮素輸入和溪流系統(tǒng)沉積物和水體界面的硝化過程共同作用。2010年王珺等[9]采用d15N示蹤法對白洋淀府河中含氮污染物來源進行了研究, 結果表明污染物主要來源于保定市生產(chǎn)和生活廢水, 農(nóng)業(yè)面源污染對河流含氮污染物的貢獻不大。但是, 目前對于府河-白洋淀沿程硝酸鹽氮的時空遷移轉化規(guī)律及機理研究較少。因此, 利用氮穩(wěn)定性同位素結合水化學對府河地表水年際硝酸鹽來源、含量變化及遷移轉化規(guī)律進行研究對保護白洋淀水質具有重要意義。

本文以華北平原白洋淀的主要入淀河流府河和白洋淀為研究對象: 1)通過觀測府河和白洋淀流域主要離子的年際變化, 分析2008—2016年府河地表水和白洋淀的水化學特征和水化學類型變化; 2)利用氫氧同位素的方法, 分析水中氫氧同位素的季節(jié)以及沿程變化特征; 3)結合d15N和NO3-濃度判斷不同年份和季節(jié)NO3-的污染來源以及污染程度; 4)分析與水文參數(shù)以及其他離子之間的關系, 研究不同年份硝酸鹽在沿河流動過程中的遷移轉化規(guī)律。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于白洋淀流域, 地處華北平原中部(38°43￠~39°02￠N, 115°45￠~116°07￠E), 總面積362.8 km2[10]。屬溫帶大陸性氣候, 年均降水量510 mm, 年均蒸發(fā)量1 369 mm, 年際降水不均勻, 75%的降雨集中在6—9月, 54%的蒸發(fā)集中在5—8月, 年平均氣溫13.8 ℃[11-12]。府河屬大清河南支, 是白洋淀8條入淀河流中唯一一條常年有水的河流, 屬于典型非常規(guī)水源補給的城市河流, 每天大約有1′105m3的生活污水和廢水流入河中, 占河水平均流量的45.24%[7]。

1.2 樣品的采集和分析方法

本研究沿府河和白洋淀進行實地調查和水樣采集, 在府河共設置8個采樣點, 其中府河上游的樣點包括銀定莊(F1)、仙人橋村(F2)和南孫村(F3); 中游的樣點包括小望亭村(F4)、南劉口村(F5)和膳馬廟村(F6); 下游的樣點包括安州(F7)和安新縣府河大橋(F8)。白洋淀設置9個采樣點。采樣時段為2008年9月、2009年6月、2011年6月、2014年7月和2016年6月。沿府河從上游到下游進行取樣, 采樣點位置如圖1所示。采樣點的設定主要考慮了府河排污口、沿程地形分布、流程距離等具有代表性的因素。監(jiān)測站點涵蓋了府河沿程的典型區(qū)域, 可以較為全面地反映府河白洋淀沿線區(qū)域的水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境狀況。

樣品包括府河水和白洋淀水, 共66個。現(xiàn)場測量溫度()、電導率(EC)、pH、溶解氧(DO)和氧化還原電位(ORP)。其中EC、由便攜式手持測定儀Horiba ES-71測定, pH、DO和ORP由便攜式手持測定儀Horiba D-75測定。水樣裝入100 mL塑料瓶中, 并封口在4 ℃下保存, 盡可能避免與空氣接觸, 塑料瓶在裝樣前用水樣潤洗兩遍。樣品帶回中國科學院節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室后1周內進行測定。HCO3-采用稀硫酸-甲基橙滴定法滴定。陰陽離子(F-、Cl-、NO3-、SO42-、Na+、K+、Mg2+、Ca2+)采用離子色譜(ICS-2100, Dionex, 美國)測定, 離子平衡分析可以接受的誤差在5%以內[13]?？側芙夤腆w(TDS)含量利用各離子含量總和減去1/2的HCO3-含量計算[14]。d2H、d18O采用液態(tài)水穩(wěn)定性同位素分析儀(L2120-i Isotopic H2O; Picarro美國)進行測定。

d15N采用樹脂吸附洗脫的方法進行富集: 1)制作陰離子吸附柱: 針管中加1.5 g氯離子吸附樹脂, 10 mL的3 mol?L-1鹽酸淋洗交換柱, 再加15 mL超純水去除過量的氯離子, 最后加0.5 mL超純水使柱子保持濕潤, 密封冷藏保存。2)吸附: 野外采樣后, 將2 L的水樣通過0.45 mm膜過濾去掉水中顆粒物, 吸附交換速度控制500~1 000 mL·h-1, 完成后帶回實驗室, 整個過程要保持交換柱有水, 不要讓柱子中水干掉; 3)洗脫: 應用3 mol?L-1的HCl洗脫吸附在陰離子交換柱上的硝酸根離子, 將含有硝酸根的洗脫液中加入氧化銀, 將硝酸根轉化為硝酸銀, 將硝酸銀溶液經(jīng)過冷凍干燥成粉末[15], 用穩(wěn)定同位素質譜儀(Isoprime100; Elementar, 德國)測定δ15N值。

NO3-在地表水中濃度的變化受到稀釋、外源輸入和生化反應的影響, 相比之下Cl-具有較強的親水性, 化學性質保守, 因此用Cl-作為理想的溶質示蹤劑來指示NO3-的運移。根據(jù)氯質量守恒, 通過比較實測NO3-濃度和計算NO3-濃度, 判斷NO3-濃度變化的主要影響。用(1)式計算樣點的NO3-濃度, Cao等[16]利用此法分析松花江-黑龍江硝酸鹽變化主要受稀釋作用, 而烏蘇里江的NO3-變化主要是外源輸入過量的硝酸鹽。

N=O×(C/O) (1)

式中:O和O是府河第1個樣點的NO3-和Cl-濃度,C是第個樣點Cl-的濃度,N是計算的第個樣點NO3-的濃度。1)測量NO3-濃度≈計算NO3-濃度, 稀釋作用是控制NO3-濃度變化的主要原因; 2)測量NO3-濃度<計算NO3-濃度, 生化反應是影響NO3-濃度變化的主要原因; 3)測量NO3-濃度>計算NO3-濃度, 證明有新的排放源排放NO3-到地表水。

2 結果與分析

2.1 府河和白洋淀水化學特征變化

采集的府河和白洋淀樣品的野外調查水化學參數(shù), 上游、中游、下游和白洋淀平均陰離子含量如表1所示。2008—2016年采樣期間, 府河pH變化范圍是7.4~8.2, 白洋淀pH變化范圍是8.1~8.6, 均呈弱堿性。府河EC和TDS平均值年際變化順序: 2009年6月>2011年6月>2014年7月>2008年9月>2016年6月, 且府河的采樣點沿程TDS和EC值也體現(xiàn)出同樣的規(guī)律。TDS和EC總體變化呈現(xiàn)雨季前(2009年6月和2011年6月)>雨季中(2014年7月)>雨季后(2008年9月)的特征, 可見降水對府河水質具有最顯著的影響。但是同為雨季前, 在降雨量影響一致的情況下, 2016年的TDS、EC小于2009年和2011年, 推斷這樣的變化可能主要受到府河排污量、排污濃度或者是南水北調導致保定生活用水發(fā)生改變的影響。因為白洋淀淀體水量比較大, 容量也比較大, 白洋淀淀體水質比較穩(wěn)定, 因此其EC和TDS的變化幅度要比府河小, 而府河在流動過程中受不同年份不同季節(jié)降水稀釋以及排放質量控制等影響, 年際變化幅度較大, 且沿程由于受水體自凈作用等影響, 年內變化幅度較大。

表1 府河上、中下游和白洋淀地表水水化學參數(shù)平均值

空白處為未測定。The blanks are unmeasured parameters.

由府河Piper圖可見(圖2), 2008年府河的水化學類型多樣, 包括Na·Ca-Cl·SO4·HCO3型、Na·Ca- SO4型、Na·Ca-SO4·HCO3型, SO42-濃度不同程度增加是由于當?shù)赜猩饘俚囊睙捲斐晌鬯湃? 2009年府河也受到富含硫化物或者硫酸根離子工業(yè)廢水的排入, 其水化學類型為Na·Ca-HCO3·SO4型; 2011年府河水化學類型主要是Na·Ca-Cl·HCO3型; 2014年水化學類型以Na·Ca-HCO3·Cl型為主; 2016年府河水化學類型同樣為Na·Ca·Mg-HCO3型。

2008年白洋淀水化學類型以Na·Ca- HCO3·Cl·SO4型為主; 2009年白洋淀的水化學類型均是Na·Mg-HCO3·Cl·SO4型; 2014年白洋淀水化學類型以Na·Mg-HCO3·Cl型為主; 2016年白洋淀水化學類型Na·Ca·Mg-HCO3·Cl型。府河和白洋淀水化學類型年際變化具有一致性, 說明府河直接影響到白洋淀水質, 同時白洋淀和府河水化學類型的差異性也說明從府河到白洋淀沿程水質發(fā)生了一系列變化。2008年、2009年、2011年至2014年Cl-和SO42-濃度比例逐漸減小。

2.2 府河和白洋淀水氫氧同位素特征

由圖3可見, 府河和白洋淀氫氧同位素值均位于全球大氣降水線和當?shù)卮髿饨邓€的下方, 且不同年份和季節(jié)的樣點氫氧同位素值距離當?shù)卮髿饨邓€的距離不同, 說明府河水主要來自于降水, 但是不同年份不同季節(jié)的水分補給來源和蒸發(fā)程度不同。從圖3可知, 白洋淀的氫氧同位素值較府河的氫氧同位素值更為富集, 說明白洋淀內受蒸發(fā)作用更為強烈。不同年份雨季前期(2011年6月)、中期(2014年7月)和后期(2008年9月)水體的氫氧同位素特征(圖3)表明, 府河雨季前、雨季中和雨季后水體的氫氧同位素具有不斷富集的特征。根據(jù)降水同位素的季節(jié)性效應, 降雨過程中較為富集的同位素先降落下來, 后期降水相對貧化[17]。由于河流更新能力一般為6 d, 所以采樣期間地表水的同位素值代表了常規(guī)所排泄的污水同位素值與降水補給期間的同位素值。2011年6月、2014年7月和2008年9月府河排污的生活污水水源較為穩(wěn)定, 均為居民的生活用水, 則氫氧同位素關系的分布不僅代表了雨季前、中和后期的逐漸富集的降水同位素的特征, 也代表了不同季節(jié)地表水的蒸發(fā)程度; 2016年6月氫氧同位素未體現(xiàn)出季節(jié)效應是由于2014年12月12日南水北調中線干線工程正式通水使得保定的生活用水發(fā)生變化[18]。除了2008年各采樣點沿程變化沒有明顯規(guī)律外, 2011年、2014年(除點F2, 是2011年和2014年采樣上游的初始點仙人橋村)和2016年府河采樣點沿河體現(xiàn)出沿程同位素逐漸富集的趨勢,說明沿程的蒸發(fā)作用加強。

(GMWL:d2H=8.13d18O+10.8[19]; LMWL:d2H= 6.54d18O-2.711[11])

2.3 府河-白洋淀硝酸鹽時空變化及來源識別

由圖4可知, 不同采樣期間府河硝酸鹽濃度均值的大小順序為: 2009年6月(85.0 mg·L-1)>2011年6月(47.8 mg·L-1)>2008年9月(35.2 mg·L-1)>2016年6月(13.7 mg·L-1)>2014年7月(6.3 mg·L-1)。府河硝酸鹽濃度的年際變化再次證明除降水的補給和稀釋作用, 根據(jù)調查2009年有工業(yè)廢水排放到府河, 使得水體中硝酸鹽濃度最高且所有樣點的硝酸鹽濃度均超過了WHO規(guī)定的飲用水標準50 mg·L-1。白洋淀在不同采樣期間2008年、2009年、2014年和2016年NO3-平均濃度分別為7.02 mg·L-1、5.67 mg·L-1、0.79 mg·L-1和2.61 mg·L-1, 白洋淀的NO3-濃度遠遠小于府河NO3-濃度, 且府河NO3-濃度上游-中游-下游呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢, 說明除府河入淀河流沿程的水體自凈作用外, 外來補給水源的稀釋作用, 白洋淀內生物吸收凈化作用以及淀區(qū)內硝酸鹽的脫氮作用都影響著白洋淀水質。

地表水NO3-的可能污染來源有大氣沉降、工廠廢水、動物糞便、生活污水及土壤微生物氮等, 而府河作為保定市生產(chǎn)生活污水的排污河NO3-主要來源是大氣沉降、工廠廢水、生活污水。依據(jù)Xue等[20]的不同來源的d15N值, 生活污水d15N值是4‰~19‰, 工業(yè)廢水d15N值是-4‰~15‰。Cl-主要來自于生活污水, 且不受水中各種物理、化學及微生物過程的影響, 是污水的主要水化學指示因子。由圖5a知, 2008年d15N值>10‰, 說明硝酸鹽主要來源于生活污水; 2009年d15N值的變化范圍是-3.7‰~4.0‰, 說明府河硝酸鹽主要來源于工業(yè)廢水排放, 這也是造成2009年府河硝酸鹽濃度超標異常的主要原因, 說明工業(yè)污水對水質影響非常大。其中F1-2009是2009年采樣最上游的起始點銀定莊是一個生活污水渠(圖5b), 其Cl-和NO3-濃度均較高; 2014年府河的d15N值的變化范圍是2.07‰~18.49‰, 且由圖5b可知其Cl-濃度較高, 主要來源是生活污水, 其中F2-2014是2014年府河上游的仙人橋村未受到污水排放的影響, 其Cl-和NO3-濃度可以作為背景值。2008年和2014年白洋淀d15N值的變化范圍分別是5.8‰~11.7‰和3.31‰~12.53‰, 可見影響白洋淀硝酸鹽氮的因素較多, 除了府河生活污水外, 白洋淀內居民生活以及白洋淀周邊農(nóng)業(yè)化肥施用等造成白洋淀硝酸鹽氮來源的多樣性; 而2009年白洋淀d15N值的變化范圍是-3.8‰~0.7‰, 可見2009年工業(yè)廢水排入府河直接影響著白洋淀。

2.4 影響硝酸鹽遷移轉化的主要因素

注入新源、稀釋、生化反應均可控制硝酸鹽的濃度。溶解氧(DO)是表征地表水氧化還原環(huán)境的最重要的參數(shù)。由圖6a知, 2016年NO3-測量濃度大于計算濃度, 且沿程硝酸鹽濃度呈減小趨勢, 2016年6月DO值范圍是0.3~1.1 mg·L-1, 處于厭氧環(huán)境, 因此推斷2016年6月硝酸鹽沿程濃度減小主要控制因素是反硝化脫氮作用。在圖6d中, 2009年6月NO3-濃度的測量值均小于計算值, 控制硝酸鹽濃度的主要因素是生化反應, F1(NO3-, 130.8 mg·L-1)→F2(NO3-, 72.2 mg·L-1)→F3(NO3-, 71.4 mg·L-1) NO3-濃度減少,d15N值富集, F1(d15N,-3.7‰)→F2(d15N,-2.0‰)→ F3(d15N, 4.0‰), 主要是因為F1是銀定莊生活污水渠, 且2009年工業(yè)污水的排放使府河處于厭氧環(huán)境易發(fā)生反硝化作用。由圖6c判斷, 2011年6月雖然沿程發(fā)生同位素富集推斷出沿程蒸發(fā)作用加強, 但2011年6月NO3-濃度測量值大于計算值, 可推斷是外源輸入主要控制NO3-濃度變化。

由圖6b可判斷, 2014年7月F3(NO3-, 5.4 mg·L-1)→F4(NO3-, 14.8 mg·L-1)硝酸鹽濃度增加, NO3-濃度測量值大于計算值, 說明該河段沿程外源輸入更多的硝酸鹽。2014年的F6(NO3-, 8.8mg·L-1)→ F7(NO3-, 4.6 mg·L-1), 沿程NO3-濃度減小, 且其NO3-測量值小于NO3-計算值, 影響NO3-濃度變化的主要因素是生化反應, 推斷可能是反硝化作用導致沿程NO3-濃度減少; 2014年7月F6、F7的DO值均是1.07 mg·L-1, 較有利于水體中反硝化過程的進行, 且F6→F7的HCO3-濃度增大, 由459.0 mg·L-1增加到487.5 mg·L-1, 符合反硝化反應發(fā)生時的方程式(2):

5/4CH2O+NO3-→1/2N2+5/4HCO3-+1/4H++1/2H2O (2)

3 結論

通過對2008—2016年府河和白洋淀水化學特征、水化學類型分析發(fā)現(xiàn): 降水控制著水體的總離子濃度, 表現(xiàn)為府河年際TDS濃度、EC值: 雨季前期>雨季中期>雨季后期, 而白洋淀淀體水量比較大, 容量也比較大, 因此水質比較穩(wěn)定; 府河水化學類型在2008—2014年Cl-和SO42-濃度比例逐漸減小, 說明府河工業(yè)廢水和生活污水得到控制; 府河作為白洋淀唯一常年有水的入淀河流其水化學類型年際變化與白洋淀具有一致性, 而其差異性則是白洋淀本身受周圍居民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響以及府河到白洋淀沿程水質發(fā)生的一系列變化。

根據(jù)d15N值以及調查情況分析硝酸鹽的時空分布特征, 結果與以往的研究結果一致證明府河的硝酸鹽污染來自村落的生活污水, 農(nóng)業(yè)面源污染貢獻不大; 但2009年6月工業(yè)廢水的排放造成府河硝酸鹽濃度嚴重超標; 白洋淀的d15N值與府河d15N值變化一致, 說明白洋淀硝酸鹽的主要來源是府河生活污水, 白洋淀的d15N值的變化范圍較大證明白洋淀內居民生活以及白洋淀周邊農(nóng)業(yè)化肥施用等造成了白洋淀硝酸鹽來源的多樣性。從府河到白洋淀沿程降水稀釋和外源輸入是控制硝酸鹽變化最主要的因素, 而當2009年6月、2016年6月和2014年7月水體環(huán)境DO值小于2 mg·L-1, 硝酸鹽減少可能主要由反硝化作用控制。因此減少并改善府河的生活、生產(chǎn)排污是控制白洋淀硝酸鹽污染的有效途徑。

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Sources, migration and transformation of nitrate in Fuhe River and Baiyangdian Lake, China*

LIANG Huiya1,2, ZHAI Deqin3, KONG Xiaole1,2, YUAN Ruiqiang4, WANG Shiqin1**

(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences / Key Laboratory of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Sciences / Hebei Key Laboratory of Water-saving Agriculture, Shijiazhuang 050022, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Power China Water Environment Governance, Shenzhen 518100, China; 4. Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

The increasing urban sewage discharges have severely threatened the quality of surface water. Baiyangdian is the largest freshwater lake in the North China Plain, which plays a critical role in flood control, micro-climate regulation, improvement of ecological environment and development of aquaculture and tourism in the region. However, with rapid economic development and population growth in recent years, its’ pollutant load has increased rapidly. Also eutrophication of water body caused by high nitrate concentration has created a significant problem. Excessive nitrate in water not only causes eutrophication, but also threatens human health. Therefore, the investigation of the sources of nitrate pollution and transformation in Fuhe River-Baiyangdian Lake area is important in order to provide a reference for the management of eutrophication and water quality. For the period 2008–2016, the variation in hydrochemical type as well as sources of nitrate in Fuhe River and Baiyangdian Lake surface water systems were investigated by the combined use of hydrochemistry with isotopes (d2H,d18O andd15N). The environmental behavior of NO3-along the river was evaluated using Cl-as the standard reference to estimate the dilution and mix of different waters in the study area. 1) If variation in measured NO3-was similar to calculated NO3-, then it implied that dilution and mix effects were the controlling factors for the change in NO3-in the river. 2) If the measured NO3-was smaller than calculated NO3-, it implied that apart from dilution and mixing, other processes such as biochemical reactions influenced the change in NO3-. 3) If also measured NO3-was larger than calculated NO3-, it implied that there was excess NO3-entering the river compared with Cl-. The results showed that in September 2008, NO3-d15N in Fuhe River was higher than 10‰, with a range of 2.07‰–18.49‰ in July 2014. Domestic waste water from nearby villages was the dominant source of nitrate in Fuhe River. However, in June 2009, the range of NO3-d15N was-3.7‰–4‰ and discharge of industrial waste water had a significant impact on nitrate concentration in the river in June 2009. In Baiyangdian Lake, the ranges of NO3-d15N for September 2008 and July 2014 were 5.8‰–11.7‰ and 3.31‰–12.53‰, respectively. However, the range of NO3-d15N for June 2009 was-3.8‰–0.7‰. Domestic and industrial waste water in Fuhe River were the main source of nitrate pollution in Baiyangdian Lake. For 2008–2014, the proportion of Cl-and SO42-decreased gradually and the discharge of industrial wastewater and domestic sewage was controlled. In 2009, NO3-concentration in industrial waste water exceeded 50 mg·L-1. Then in 2014 and 2016, NO3-concentration fell below the standard. The spatial variation in nitrate concentration along the river was mainly affected by dilution, extra input of sewage and denitrification. In June 2011, the variation in nitrate concentration along the river was mainly affected by extra input of sewage. In June 2009, July 2014 and June 2016, denitrification impacted the decrease in concentration of nitrate in Fuhe River when dissolved oxygen (DO) was less than 2 mg·L-1.

Fuhe River-Baiyangdian Lake Basin; Water quality; Water eutrophication; Nitrate; Hydrogen and oxygen isotope; Nitrogen isotope; Hydrochemical characteristics

10.13930/j.cnki.cjea.161187

X523

A

1671-3990(2017)08-1236-09

* 國家自然科學基金項目(41471028)和中國科學院百人計劃項目資助

**通訊作者:王仕琴, 主要從事地下水環(huán)境方向研究。E-mail: sqwang@sjziam.ac.cn

梁慧雅, 主要從事水環(huán)境方向研究。E-mail: hyliang@sjziam.ac.cn

2016-12-30 接受日期: 2017-03-31

* This research was supported by the National Natural Science Foundation of China (41471028) and the Chinese Academy of Sciences Hundred Talents Project.

, E-mail: sqwang@sjziam.ac.cn

Dec. 30, 2016; accepted Mar. 31, 2017

梁慧雅, 翟德勤, 孔曉樂, 袁瑞強, 王仕琴. 府河-白洋淀硝酸鹽來源判定及遷移轉化規(guī)律[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2017, 25(8): 1236-1244

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