硝酸盐水质污染与污染源类型的相关性以及氮同位素的应用分析

王超

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东 济宁 272100)

1 硝酸盐水质污染与各类污染源类型的相关性分析

莱芜市工业污染源主要分布在经济开发区、城镇周围，化工企业主要分布在口镇、大王庄镇、鹏泉街道、里辛街道，黑色金属冶炼及加工企业主要分布在莱城区凤城街道西、钢城区里辛街道、羊里镇。

农业污染源主要是面状污染，污染源为化肥、农药、污水灌溉、养殖场排泄物，主要分布在大王庄镇南—羊里镇—寨里镇—口镇西南—方下镇西—杨庄镇一带属于生姜、大蒜种植区；规模化养殖场在区内主要位于大王庄镇、寨里镇、牛泉镇、里辛街道的山区及山前地带。

生活污染源主要是生活污水和垃圾处理场的有害物质经过雨水淋滤渗入地下水中，导致地下水污染。生活污染源在农村，多呈条带状分布，在城区多呈点状分布。

该次对以上污染源的分布位置有针对性的进行水样布点采集工作，水样采集方法及步骤符合地下水环境监测技术规范及国家相关取样规范、规程执行，采集完成后立即添加保护试剂，放入带有冰盒的保温箱内，样品运输、保存及储存时效符合规范的要求。样品测试环节的空白样及加标样合格，重复样测试均在偏差以内(表1)。

表1 污染源类型与硝酸盐检测值对应关系

根据该次水质化验结果结合各类污染源分布位置，剔除多种污染源叠加影响硝酸盐水质的取样点，挑选有代表性的单独对应污染源类型的水质取样点，硝酸盐测试数据统计结果见表1。

从表1可以看出各类污染源的硝酸盐数值分布相对集中，各类污染源对硝酸盐指标数值贡献见图1。

图1 各类污染源对硝酸盐指标数值贡献示意图

从表1及图1中可以看出，莱芜市地下水中对硝酸盐影响数值贡献最大的污染源类型为畜禽养殖，其次为农业面源污染、固体废弃物、工业废水排放、生活污水、矿坑排水。

2 氮同位素来源分析

2.1 方法原理

硝酸盐的来源分为自然源和人为源，自然源主要有大气沉降、固氮作用、有机物通过硝化作用等形成的硝酸盐、动植物遗体中硝酸盐的释放、光电作用形成的硝酸盐；人为源主要有化肥、化石燃料的燃烧、汽车尾气、生活污水、粪肥等[3-4]。不同来源的硝酸盐具有不同的N、O同位素特征(图2)[5-20]。

图2 不同来源的硝酸盐δ15N、δ18O典型值域

污染源δ15N典型值域范围(103)δ18O典型值域范围(103)大气湿沉降15～+15+20～+70大气干沉降高于湿沉降值无机肥料4～4+17～+25有机肥料+2～30+17～+25动植物遗体+10～20土壤有机氮和溶解无机氮+3～8植物固氮0～+2污水+4～+19

2.2 检测结果及来源分析结果

该次工作采集15N及δ18O同位素共10件，同位素分析结果见表3，15N来源分析见表3。

表3 15N及δ18O测试结果

将表3中的15N及δ18O同位素结果展布在硝酸盐δ15N、δ18O典型值域图上(图3)，δ15N值变化范围为(5.82～19.95)×10-3，δ18O值变化范围为(-8.76～-5.34)×10-3，表明该区硝酸盐来源为粪便、化肥及工业污染。

图3 硝酸盐氮氧同位素特征值

2.3 氮同位素特征分析

(1)该次所取同位素水样δ18O值均较低，即各水样中均较贫重同位素而相对富轻同位素，反映大陆性气候特点。

(2)2,3,6,8,9取样点处地下水埋深较浅，蒸发作用相对其他取样点强烈，反映出降水到达地面后与岩石矿物发生多种理化反应，导致地下水18O逐渐富集，参与水循环频繁。其他取水样点水位埋深相对较大、蒸发相对较弱，参与水循环缓慢。区内地下各含水层中δ18O浓度分布较均匀，反映面状补给的特征，即孔隙水接受大气降水的面状入渗补给。

3 结论

(1)通过对莱芜市42处的硝酸盐水质监测结果的数理统计，对硝酸盐数值影响贡献最大的污染源类型为畜禽养殖，其次为农业面源污染、固体废弃物、工业废水排放、生活污水、矿坑排水。

(2)根据该区10处地下水中氮氧同位素特征值，结合硝酸盐监测浓度，该区硝酸盐来源为粪便、化肥及工业污染，部分采样点的15N及δ18O的比值大于2，存在反硝化作用。