基于稳定同位素技术识别河流硝酸盐污染源研究进展

孙文青,陆光华,薛晨旺,余文杰

(西藏农牧学院水利土木工程学院，西藏 林芝 860000)

1 前 言

2 河流不同来源的同位素组成

2.1 大气沉降

2.2 硝态氮肥

2.3 污水和粪便

2.4 土壤有机氮

2.5 化肥和降水中的

图 不同来源硝酸盐δ18O与δ15N值域范围Fig. Range of δ18O and δ15N values in the nitrates from different sources

稳定同位素组成(δ)通常采用相对测量法进行测定，定义为待测样品稳定同位素的比值(Rsample)相对于标准样品同位素比值(Rstandard)的千分之偏差，如式(1)所示。

(1)

式(1)中，R代表某一元素的重同位素原子丰度与轻同位素原子丰度之比(15N/14N和18O/16O)，δ15N值参照大气中氮气(N2)，δ18O参照维也纳标准平均海水。

3.1 同位素预处理方法

3.1.1 蒸馏法

3.1.2 扩散法

3.1.3 离子交换树脂法

3.1.4 细菌反硝化法

3.1.5 叠氮酸法

表 硝酸盐氮、氧同位素测定预处理方法对比Tab. Comparison of pre-treatment methods for determination of δ15N and δ18O isotopes in nitrate

3.2 同位素测定技术

4 硝酸盐污染源定量识别的数学模型

4.1 质量平衡模型

质量平衡模型首先由Phillips等[36]提出。该模型选取2个质量平衡因子建立三元线性的基础质量平衡模型，如式(2)～式(4)所示。

δ15NT=f1δ15N1+f2δ15N2+f3δ15N3

(2)

δ18OT=f1δ18O1+f2δ18O2+f3δ18O3

(3)

1=f1+f2+f3

(4)

4.2 SIAR模型

SIAR模型由Parnell等[38]开发，基于R统计软件的稳定同位素混合模型，利用贝叶斯方法计算各氮污染源的贡献率。SIAR模型表达如式(5)所示。

(5)

式(5)中，Xij表示第i个混合样品中同位素j的值(i=1,2,3,…,N；j=1,2,3，…，J)；Pk表示第k个污染源的贡献率，由模型计算得出(k=1,2,3，…，K)；Sjk表示第k个污染源中同位素j的值，μ为其平均值，ω为其正态分布的方差；Cjk表示同位素j在第k个污染源中的分馏系数，λ为平均值，τ为其正态分布的方差；εij表示第i个混合样品中同位素j值的残差，0为其平均值，σ为其正太分布的方差。

5 研究展望