不同水文期太子河上游區(qū)域河流硝酸鹽來(lái)源識(shí)別

胡曉冕, 李艷利, 孫 偉, 尹希杰

(1.河南理工大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 河南 焦作 454000;2.國(guó)家海洋局 第三海洋研究所 海洋與海岸地質(zhì)環(huán)境開放實(shí)驗(yàn)室, 福建 廈門 361005)

1 研究區(qū)概況

太子河流域位于遼寧省東部(東經(jīng)122°45′07"—123°84′49"，北緯40°95′28"—41°37′14")，主要流經(jīng)本溪、遼陽(yáng)、鞍山等城市，干流全長(zhǎng)413 km，流域面積1.39萬(wàn)km2。太子河流域?qū)贉貛駶?rùn)半濕潤(rùn)氣候區(qū)，降水較為豐富，多集中在6—8月，年平均降水量為701 mm，年平均氣溫在5～10℃。1月份氣溫最低，7月份氣溫最高，太子河上游地區(qū)位于觀音閣水庫(kù)以上，為山地森林區(qū)；太子河流域中游地區(qū)位于觀音閣水庫(kù)至參窩水庫(kù)這個(gè)區(qū)間，為低山丘陵區(qū)；參窩水庫(kù)以下位于太子河流域下游地區(qū)，為平原區(qū)。本文選擇太子河上游地區(qū)為研究對(duì)象，主要用地類型為林地，面積比例占80%以上(圖1)，主要支流包括太子河南支、北支和小湯河。

圖1 研究區(qū)域采樣點(diǎn)布設(shè)及土地利用狀況

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 樣品采集及分析

于枯水期(2016年5月)和豐水期(2016年8月)分別在太子河南支、太子河北支和小湯河采集河流表層水樣，5月采集6個(gè)水樣(1—6)，8月采集9個(gè)水樣(1，3—10)。8月份采集的4個(gè)水樣(7—10)與5月位置不同，采樣點(diǎn)用GPS定位，具體分布見圖1A。

水體δ18O值使用平衡法，取0.2 ml水樣于頂空瓶中，在恒溫樣品盤上密閉吹入0.3%的CO2+He混合氣，時(shí)間為5 min，帶走瓶中空氣。水樣平衡18 h，使其達(dá)到同位素交換平衡。使用同位素質(zhì)譜儀測(cè)定平衡之后的CO2同位素比值。水中體δ18O值測(cè)試精度為0.3‰。表1為研究區(qū)域測(cè)試數(shù)據(jù)。

表1 不同采樣期河流化學(xué)指標(biāo)和同位素?cái)?shù)據(jù)

2.2 土地利用數(shù)據(jù)獲取

本研究中的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于2010年9月的Landsat5 TM影像。土地利用類型劃分為耕地、林地、水域、建設(shè)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)以及未利用土地。在ArcGIS軟件中，基于DEM和水系分布圖，以采樣點(diǎn)為出口劃分了10個(gè)子流域，將流域土地利用數(shù)據(jù)與子流域邊界疊加分析，獲取各個(gè)子流域土地利用數(shù)據(jù)(圖1B)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

本文中土地利用與采樣點(diǎn)位圖均在ArcGIS 10.2中進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在Excel和OriginPro 8中進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 子流域土地利用分析

研究區(qū)域劃分出的10個(gè)子流域的土地利用類型數(shù)據(jù)見圖2，主要用地類型是耕地和林地。耕地所占比例范圍是4.11%(點(diǎn)位4)～28.44%(點(diǎn)位1)，林地所占比例范圍是70.72%(點(diǎn)位1)～95.49%(點(diǎn)位4)，農(nóng)村居民點(diǎn)所占比例范圍是0(點(diǎn)位4，8，9)～1.3%(點(diǎn)位3)，城鎮(zhèn)用地占比例為0，未利用土地僅在子流域4中出現(xiàn)，所占比例為0.4%。

圖2 太子河上游流域10個(gè)子流域土地利用組成

3.2 主要水化學(xué)離子的時(shí)空變化分析

圖3 化學(xué)指標(biāo)濃度和同位素組成箱體

4 討 論

4.1 氯離子和不同形態(tài)氮的時(shí)空差異分析

4.2 不同采樣期硝酸鹽來(lái)源分析

圖4 不同采樣期和值

圖的摩爾濃度比與關(guān)系

4.3 硝酸鹽遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的識(shí)別

5 結(jié) 論

(2) 枯水期太子河上游地區(qū)硝酸鹽主要來(lái)源于土壤有機(jī)氮。豐水期太子河上游地區(qū)河流硝酸鹽主要來(lái)自于土壤有機(jī)氮和復(fù)合肥料。太子河北支也同時(shí)受人類排放的廢水和廢棄物影響。

(3) 豐水期，硝酸鹽從流域陸面運(yùn)輸至河流過(guò)程中發(fā)生了硝化作用?？菟?，太子河北支從上游至下游氮的運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生了硝化作用。太子河上游地區(qū)沒(méi)有明顯的反硝化作用發(fā)生。