土地利用類型對渭河流域關中段地表水硝酸鹽污染的影響

張 妍,畢直磊,張 鑫,宋進喜,李 楠

西北大學城市與環(huán)境學院陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點實驗室, 西安 710127

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

渭河位于中國的西北地區(qū),發(fā)源于今甘肅省定西市渭源縣的鳥鼠山,主要流經今甘肅省、陜西省,在潼關縣港口鎮(zhèn)匯入黃河。渭河流域關中段(32.77°—36.09°N、105.86°—111.55°E),主要流經關中平原,北岸為地勢較為平緩的渭北高原,南岸為地勢較陡的秦嶺山脈,中部為地勢低平的渭河谷地。流域內有著包括山地、黃土坮塬、丘陵和平原等地貌類型在內的復雜多樣的地形地貌,地勢西高東低。土壤類型以黃綿土、褐土、灰褐土為主。氣候類型為大陸性季風氣候,屬于暖溫帶半濕潤半干旱的氣候帶。年平均氣溫在7.8℃到13.5℃之間。全年渭河流域降雨分布規(guī)律為南多北少、西多東少,降雨量在350—700mm之間[19]。

渭河流域支流眾多,水系分布呈扇形,屬不對稱水系。南岸支流包括石頭河、黑河、灞河、灃河等(圖1)。南岸支流發(fā)源于秦嶺山區(qū),主要表現(xiàn)為水清、源短、流急,主要流經山區(qū),比降較大,水流較為湍急,水資源較為豐富。渭河北岸分布著許多較大支流,包括千河、金陵河、涇河、北洛河等。北岸支流發(fā)源于黃土高原和丘陵地帶,比降偏小,水流含沙量大,尤其是渭河的最大支流涇河的年均徑流量約為15.33×108m3[20]。

關中段渭河流域的土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)/工礦/居民用地和未利用地6類(圖2)。土地利用方式影響污染物的排放和傳輸過程,對河流水質具有重要影響。不同分布格局下的土地利用方式會對水環(huán)境污染產生不同的影響。

圖1 研究區(qū)位置及樣點分布圖 (S1—S34表示采樣點) Fig.1 Location of the study area and distribution of surface water sampling sites (S1—S34 represent sample sites)

圖2 渭河流域關中段土地利用類型 (W1—W13表示子流域)Fig.2 Land-use types in the Weihe River basin in Guanzhong area in the Weihe River basin (W1—W13 represent subwatershed)

1.2 子流域劃分

基于研究區(qū)的DEM數(shù)據(DEM為中國科學院計算機網絡信息中心ASTER GDEM 30米分辨率高程數(shù)據),利用Arcgis10.2.1中的水文分析模塊根據河流的流向、流量及河流長度等地形因素,將渭河流域關中段劃分為13個子流域(圖2)。

1.3 樣品的采集與分析

1.4 數(shù)據分析與統(tǒng)計

實驗數(shù)據采用SPSS16.0做描述性統(tǒng)計,采用ArcGIS10.1進行空間分析,使用Sigmaplot10.0軟件作圖。

2 結果與討論

研究區(qū)地表水各項基本水質理化見表1。pH值范圍在6.5—8.9之間,均值為8.2。EC值的范圍為185—2317 μS/cm,平均值為1007 μS/cm。一般情況下,未受污染的水體其EC值通常小于300 μS/cm,隨著人類活動的作用EC值會明顯增高(金贊芳等, 2004)?？梢娧芯繀^(qū)地表水人類活動的影響較大。ORP范圍為3.7—97.4 mV,平均值為50.4 mV。說明地表水總體呈一定的氧化性。DO的范圍為4.6—12.9 mg/L,平均值為9.8 mg/L。當水中DO含量大于2 mg/L時,不適合發(fā)生反硝化作用[22]。

表2 地表水硝酸鹽含量的統(tǒng)計特征

圖3 地表水硝酸鹽空間分布圖 (S1—S34表示采樣點；W1—W13表示子流域)Fig.3 Spatial distribution of nitrate concentrations in surface water (S1—S34 represent sample sites; W1—W13 represent subwatershed)

圖4 地表水中δ15N與的關系 (S1—S34 表示采樣點) Fig.4 The plot between δ15N and in surface water (S1—S34 represent sample sites)

圖5 地表水水質指標與土地利用類型的RDA 分析 Fig.5 Redundancy analysis for water quality indexes of surface water and land-use types

圖6 不同子流域土地利用百分比Fig.6 Percentage of land-use types in different watersheds

表3 土地利用類型與硝酸鹽含量的相關性

*表示相關性達到 0.05水平

圖7 地表水硝酸鹽的δ15N頻數(shù)分布Fig.7 Histograms of δ15N of nitrate in surface water

圖8 地表水硝酸鹽的氮同位素空間分布圖 (S1—S34表示采樣點；W1—W13表示子流域)Fig.8 Spatial distribution of nitrogen isotope of nitrate in surface water (S1—S34 represent sample sites; W1—W13 represent subwatershed)

3 結論