基于穩(wěn)定同位素技術識別河流硝酸鹽污染源研究進展

孫文青,陸光華,薛晨旺,余文杰

(西藏農牧學院水利土木工程學院，西藏 林芝 860000)

1 前 言

2 河流不同來源的同位素組成

2.1 大氣沉降

2.2 硝態(tài)氮肥

2.3 污水和糞便

2.4 土壤有機氮

2.5 化肥和降水中的

圖 不同來源硝酸鹽δ18O與δ15N值域范圍Fig. Range of δ18O and δ15N values in the nitrates from different sources

穩(wěn)定同位素組成(δ)通常采用相對測量法進行測定，定義為待測樣品穩(wěn)定同位素的比值(Rsample)相對于標準樣品同位素比值(Rstandard)的千分之偏差，如式(1)所示。

(1)

式(1)中，R代表某一元素的重同位素原子豐度與輕同位素原子豐度之比(15N/14N和18O/16O)，δ15N值參照大氣中氮氣(N2)，δ18O參照維也納標準平均海水。

3.1 同位素預處理方法

3.1.1 蒸餾法

3.1.2 擴散法

3.1.3 離子交換樹脂法

3.1.4 細菌反硝化法

3.1.5 疊氮酸法

表 硝酸鹽氮、氧同位素測定預處理方法對比Tab. Comparison of pre-treatment methods for determination of δ15N and δ18O isotopes in nitrate

3.2 同位素測定技術

4 硝酸鹽污染源定量識別的數(shù)學模型

4.1 質量平衡模型

質量平衡模型首先由Phillips等[36]提出。該模型選取2個質量平衡因子建立三元線性的基礎質量平衡模型，如式(2)～式(4)所示。

δ15NT=f1δ15N1+f2δ15N2+f3δ15N3

(2)

δ18OT=f1δ18O1+f2δ18O2+f3δ18O3

(3)

1=f1+f2+f3

(4)

4.2 SIAR模型

SIAR模型由Parnell等[38]開發(fā)，基于R統(tǒng)計軟件的穩(wěn)定同位素混合模型，利用貝葉斯方法計算各氮污染源的貢獻率。SIAR模型表達如式(5)所示。

(5)

式(5)中，Xij表示第i個混合樣品中同位素j的值(i=1,2,3,…,N；j=1,2,3，…，J)；Pk表示第k個污染源的貢獻率，由模型計算得出(k=1,2,3，…，K)；Sjk表示第k個污染源中同位素j的值，μ為其平均值，ω為其正態(tài)分布的方差；Cjk表示同位素j在第k個污染源中的分餾系數(shù)，λ為平均值，τ為其正態(tài)分布的方差；εij表示第i個混合樣品中同位素j值的殘差，0為其平均值，σ為其正太分布的方差。

5 研究展望