利用多种同位素追踪岩溶地下水硝酸盐来源及定量化研究

The nitrate contamination of groundwater is widely exist in our country. Because of special structural system in the southwest, the karst groundwater is more vulnerable contaminated by nitrate，it need further study to identify the sources of nitrate and the quantitative calculation. The project select Haiyang-Zhaidi underground river in Guilin as research area，the characteristics of the nitrate would be analysed by the 3H isotope results and the water chemistry data in the same period；Using δ 15N,δ 18O, 87Sr/86Sr and 11B four isotopes and field survey to analyze qualitatively the nitrate sources of the karst groundwater；The nitrate sources would be quantitative calculated by SIAR model，the results are the distribution of contribution rate and probability statistics for each source. The findings can provide scientific basis for management and treatment of nitrate.pollution in karst groundwater

地下水硝酸盐污染在我国广泛存在，西南地区由于其特殊的结构体系，岩溶地下水更易受到硝酸盐污染，急需对硝酸盐的来源进行深入研究并进行定量化分析。本项目以桂林海洋-寨底地下河为研究区，根据3H 同位素测试结果与同期水化学数据，分析三氮的分布特征；利用δ15N、δ18O 、87Sr/86Sr和11B四种同位素结合野外调查，阐明岩溶地下水硝酸盐来源；采用SIAR模型，定量化计算硝酸盐来源，得出每种来源贡献率分布情况及各种概率统计值。研究结果将为岩溶地下水硝酸盐污染防治提供科学参考依据。

近年来，西南岩溶地区农业用地的扩张，化肥密集使用以及工厂废水等任意排泄，导致该区地下水硝酸盐污染问题日益严峻。针对现有研究方法存在的问题，在桂林海洋-寨底地下河系统内，利用多种同位素和SIAR模型，建立一套地下河系统硝酸盐来源定量化计算方法体系，取得如下主要成果：（1）根据水质R型影响因子模型，研究区内原生环境因子比例最高，但各时期比例有明显差异。丰水期，因前期施肥期影响，导致化肥比例最高，但平水期和枯水期两季，化肥比例明显减小，但人畜粪便与污水比例逐渐提高。（2）地下河硝酸盐污染主要以NO3-为主，NO3-高值区域主要集中在研究区中部和北部。由丰水期到枯水期NO3-浓度呈逐渐增大，沿地下水流动方向，NO3-浓度由北向南呈逐渐降低趋势。（3）根据污染源特征、污染过程、含水层结构及含水介质特征等，建立了西南典型岩溶地下河系统污染模式，包括间歇型入渗污染、持续型入渗污染、灌入型污染和越流型污染。（4）采用SIAR模型，根据δ15N、δ18O、87Sr/86Sr等同位素测试数据，定量化计算了桂林海洋-寨底地下河系统的硝酸盐污染来源：1.由丰水期至枯水期，由化肥占主导向由动物粪便与污水占主导进行转变。丰水期以化肥来源为主，动物粪便与污水来源集中分布在研究区中部；平水期化肥区域开始缩小，仅剩北部和东部地区，动物粪便与污水来源区域已覆盖中部径流区和排泄区；枯水期以动物粪便与污水为主，化肥区域较小。2.北部耕地区：化肥为主，沿水流方向，化肥比例逐渐增高，粪便与污水比例逐渐降低，土壤和降雨占比小，变化小；中部耕地区：从上游到下游，由化肥为主向由粪便与污染为主进行过渡；养殖和耕地混合区：化肥、动物粪便与污水交替占主导，与居民区远近密切相关，距离远时化肥比例较大，动物粪便与污水比例较小，距离近时则相反；排泄区：土壤有机氮和降雨比例较大，且受上游污染物输入影响。研究成果为西南岩溶地区地下河系统硝酸盐污染防治工作提供了科学依据。