基于硝酸鹽氮氧同位素的三門峽黃河濕地硝酸鹽來(lái)源分析

官慶松

(1.河南科技大學(xué) 應(yīng)用工程學(xué)院，河南 三門峽 472000；2.三門峽市黃河濕地環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心，河南 三門峽 472000)

1 引言

目前，國(guó)家將黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展定位重大國(guó)家戰(zhàn)略，黃河濕地作為“黃河之腎”，具有保持水源、凈化水質(zhì)、控制土壤侵蝕、調(diào)節(jié)氣候和維護(hù)生物多樣性等重要生態(tài)功能[1～3]。黃河三門峽庫(kù)區(qū)濕地屬于國(guó)家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)，是國(guó)家級(jí)珍禽白天鵝的棲息地及重要水源涵養(yǎng)地，該區(qū)地處冬候鳥遷徙中線，每年有大量冬候鳥經(jīng)此地往返南北或在此越冬。黃河三門峽流域超標(biāo)的主要污染物為生物化學(xué)需氧量(BOD5)、COD、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)[4]，長(zhǎng)期的氮超標(biāo)勢(shì)必會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，增加黃河的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

濕地質(zhì)量可以表征流域生態(tài)健康和污染狀態(tài)[5,6]，雖然濕地可通過(guò)攔蓄徑流中懸浮物，移出和固定營(yíng)養(yǎng)物、有毒物質(zhì)，凈化與過(guò)濾濕地水質(zhì)[2,7]，但三門峽黃河濕地作為白天鵝的重要越冬場(chǎng)所，對(duì)環(huán)境變化具有高度敏感性和脆弱性。保護(hù)區(qū)周邊氮的污染源復(fù)雜多樣，外源氮輸入持續(xù)增強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致氮持續(xù)積累到濕地沉積物中，而過(guò)量的氮會(huì)直接影響濕地植物[8,9]、土壤及微生物的新陳代謝[10, 11]，直接或間接的威脅濕地生態(tài)的健康發(fā)育。同時(shí)，濕地沉積物中積累的氮會(huì)進(jìn)一步釋放到水體，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，濕地水質(zhì)惡化進(jìn)一步加劇[12,13]，造成惡性循環(huán)。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

樣品采集時(shí)間為2020年6月，水庫(kù)水位較低，濕地未被淹沒(méi)。共設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)：未長(zhǎng)植物的光灘點(diǎn)(GT)，以蘆葦香蒲為主要覆蓋植被樣點(diǎn)YJW(110°43′E, 34°37′N)，以水毛草為主要覆蓋植被樣點(diǎn)CS(110°51′E, 34°38′N)，其中GT和YJW屬于同一區(qū)域濕地，水體連通性一致。采樣深度為0～5 cm，5～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～50 cm，在3 m2范圍內(nèi)用沉積物采樣器采集3份作為平行樣品，樣品采集后，立即裝入自封袋并排盡空氣，同時(shí)，采集水樣和植物樣品，并快速轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室預(yù)處理。

圖1 采樣點(diǎn)位置

2.2 樣品分析

δ15Nsample值以空氣中氮?dú)庾鳛閰⒖紭?biāo)準(zhǔn)，δ15Nsample值按以下公式計(jì)算：

(1)

式(1)中，R(15N/14Nair)為空氣中氮?dú)獾牡凰刎S度比值。δ15Nsample值的分析精度為±0.2‰。

δ18O值以SMOW國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，δ18O值按以下公式計(jì)算：

(2)

式(2)中，R(18O/16OV-SMOW)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物SMOW的氧同位素豐度比值。δ18O值的分析精度為±0.3 ‰。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

3 結(jié)果與分析

3.1 水體理化參數(shù)

3.2 沉積物理化分析

4 討論

水體總氮含量較高，存在富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，過(guò)量的氮負(fù)荷會(huì)加重濕地的凈化效率，進(jìn)一步影響濕地的健康。沉積物處于還原環(huán)境，硝化作用較弱，使得氨氮積累成為無(wú)機(jī)氮的主要形態(tài)。土壤有機(jī)碳含量的高低直接反映濕地、草地的貯碳能力，本研究濕地土壤有機(jī)碳含量為0.07%～0.24%，遠(yuǎn)低于世界土壤有機(jī)碳均值2%[22]。

表1 濕地水質(zhì)理化特征

表2 濕地沉積物理化特征

圖濃度的自然對(duì)數(shù)與 和 同位素相關(guān)性

氮氧同位素特征值對(duì)硝酸鹽來(lái)源具有較好的指示意義，根據(jù)研究區(qū)域周圍環(huán)境，選取沉積物硝酸鹽潛在來(lái)源為大氣降水、化學(xué)肥料、人畜糞肥、土壤有機(jī)氮礦化、生活污水，不同來(lái)源硝酸鹽氮同位素組成情況如圖3所示。沉積物硝酸鹽氮氧同位素特征值一部分位于端元范圍外部，一部分位于硝態(tài)氮肥，大氣降雨區(qū)域，說(shuō)明沉積物中硝酸鹽是多種來(lái)源混合的結(jié)果，其中，硝態(tài)氮肥，大氣降雨為主要貢獻(xiàn)源。沉積物中硝酸鹽的遷移轉(zhuǎn)化復(fù)雜，硝化作用，反硝化作用，硝酸鹽異化還原為銨，都會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)分餾效應(yīng)。

圖3 黃河濕地沉積物硝酸鹽來(lái)源分布

5 結(jié)語(yǔ)