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千岛湖是浙江省重要的饮用水源,然而水体氮污染威胁着千岛湖水体的用水安全。尽管有许多研究关注千岛湖水体营养盐的状况,然而鲜有对千岛湖水体氮在水平和垂向上的分布及其来源与转化的综合性研究。本研究以千岛湖表层水体和分层水体为研究对象,利用硝酸盐氮氧同位素并结合稳定同位素模型(SIAR),探究了千岛湖水体氮的时空变化及其主要来源,探讨了千岛湖水体热力分层时期水体氮在垂向上的分布特征与转化过程,并计算了各污染源的贡献率,以期为千岛湖水体保护和百万人民用水安全提供科学依据。主要结论如下:
单因子水质评价结果表明千岛湖水体主要为IV类水体。而内梅罗综合污染指数法评价结果大大好于单因子水质评价的结果,千岛湖水体水质良好,造成这两种评价方法结果差异明显的原因是由于千岛湖水体氮含量超标严重。
在千岛湖流域,硝酸盐(NO3-)是千岛湖水体氮的主要赋存形式。枯水期水体总氮大于丰水期水体总氮,而溶解性有机氮(DON)在丰水期含量明显增加。千岛湖水体的δ15N-NO3-值变化范围为+1.3‰~+11.8‰、δ18O-NO3-值变化范围为+2.5‰~+13.5‰。在枯水期,化肥是千岛湖水体氮的主要来源;在丰水期,化肥、土壤氮和生活污水及有机肥是千岛湖水体氮的主要来源;同化作用和硝化作用是千岛湖表层水体NO3-的主要生物地球化学过程,其中同化作用在千岛湖中心湖区和农村区域表现明显。SIAR模型计算各氮源对千岛湖水体氮的贡献率,结果表明:在枯水期,化肥对水体氮的贡献率占到了53.4%,其次依次为生活污水及有机肥(19.2%)、土壤氮(18.9%)和降水(8.5%)。在丰水期,土壤氮对水体氮的贡献增加,为31.6%,其次依次为化肥(30.8%)、生活污水及有机肥(24.2%)和降水(13.4%)。在千岛湖流域,化肥和土壤氮是最主要的氮来源,在城市区域、农村区域和中心湖区分别占66.1%、71.7%和68.2%。
在千岛湖上层水体(0~10m)中,硝化作用和浮游植物的同化作用共同控制水体氮的形态组成和氮氧同位素值(δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)的变化。中层水体(10~30m)中,硝化作用是主要的生物地球化学过程,使得水体NO3-含量增加而δ18O-NO3-值减小。底层水体(30~40m)受到硝化作用、底泥氮释放和反硝化作用的共同影响。化肥是千岛湖水体NO3-的最主要来源,在S1和S2处的贡献率分别为51.9%和30.6%。由于新安江上游的农业面源污染使得S1处化肥贡献率远高于S2。土壤氮是仅次于化肥的第二大水体NO3-来源,在S1和S2处的贡献率分别为17.8%和27.8%。此外,底泥对底层水体NO3-的贡献不可忽视。
单因子水质评价结果表明千岛湖水体主要为IV类水体。而内梅罗综合污染指数法评价结果大大好于单因子水质评价的结果,千岛湖水体水质良好,造成这两种评价方法结果差异明显的原因是由于千岛湖水体氮含量超标严重。
在千岛湖流域,硝酸盐(NO3-)是千岛湖水体氮的主要赋存形式。枯水期水体总氮大于丰水期水体总氮,而溶解性有机氮(DON)在丰水期含量明显增加。千岛湖水体的δ15N-NO3-值变化范围为+1.3‰~+11.8‰、δ18O-NO3-值变化范围为+2.5‰~+13.5‰。在枯水期,化肥是千岛湖水体氮的主要来源;在丰水期,化肥、土壤氮和生活污水及有机肥是千岛湖水体氮的主要来源;同化作用和硝化作用是千岛湖表层水体NO3-的主要生物地球化学过程,其中同化作用在千岛湖中心湖区和农村区域表现明显。SIAR模型计算各氮源对千岛湖水体氮的贡献率,结果表明:在枯水期,化肥对水体氮的贡献率占到了53.4%,其次依次为生活污水及有机肥(19.2%)、土壤氮(18.9%)和降水(8.5%)。在丰水期,土壤氮对水体氮的贡献增加,为31.6%,其次依次为化肥(30.8%)、生活污水及有机肥(24.2%)和降水(13.4%)。在千岛湖流域,化肥和土壤氮是最主要的氮来源,在城市区域、农村区域和中心湖区分别占66.1%、71.7%和68.2%。
在千岛湖上层水体(0~10m)中,硝化作用和浮游植物的同化作用共同控制水体氮的形态组成和氮氧同位素值(δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)的变化。中层水体(10~30m)中,硝化作用是主要的生物地球化学过程,使得水体NO3-含量增加而δ18O-NO3-值减小。底层水体(30~40m)受到硝化作用、底泥氮释放和反硝化作用的共同影响。化肥是千岛湖水体NO3-的最主要来源,在S1和S2处的贡献率分别为51.9%和30.6%。由于新安江上游的农业面源污染使得S1处化肥贡献率远高于S2。土壤氮是仅次于化肥的第二大水体NO3-来源,在S1和S2处的贡献率分别为17.8%和27.8%。此外,底泥对底层水体NO3-的贡献不可忽视。