杨平恒教授课题组在喀斯特地下水氮的生物地球化学循环领域取得重要进展

发布时间:2020-05-28 11:20:54     作者:    浏览次数: 次

如何实现发展与生态保护的双赢是生态文明建设的一项重要课题。世界遗产地是由联合国教科文组织和世界遗产委员会确认的人类罕见的、无法替代的财富,是全人类公认的具有突出意义和普遍价值的自然景观及文物古迹。世界遗产地美丽的风景、较高的环境和文化质量吸引着越来越多的游客前去观光。众多的游客可能会带来环境压力,可能会恶化遗产地地下水的水质。

近几十年来,地下水硝酸盐污染成为国内外最普遍、污染面积最大的地下水污染问题,威胁着生态环境和人类的供水安全。水体硝酸盐污染最显而易见的危害就是水体富营养化。人类饮用过高硝酸盐浓度的水会引起高铁血红蛋白症、癌症、基因损坏和甲状腺肿大等疾病,严重威胁人类的生命健康。而在喀斯特地区,由于地下水流系统具有高渗透性的特征,地下水极易受到硝酸盐的污染,且难以治理。基于此,地理科学学院杨平恒教授课题组在前期十余年野外观测研究工作的基础上,对位于金佛山喀斯特世界遗产地内的水房泉小流域地下水硝酸盐及其同位素开展了2个水文年的监测,从地下水硝酸盐补给、径流和排泄的角度研究了地下水氮循环机理。

研究发现该小流域地下水硝酸盐浓度主要在旅游高峰期(夏季伏旱期和冬季干旱期)升高,而其余大部分时间地下水硝酸盐浓度处于自然本底值。结合研究区实际情况,考虑了大气降水、土壤有机氮和污水等三种硝酸盐来源,运用贝叶斯同位素混合模型(MixSIAR)算得旱季粪污水贡献量高于雨季。在此基础上,研究了流域地下水硝酸盐的迁移转化过程,发现来自某酒店的富氧自来水与污水在化粪池混合后,发生硝化作用。旅游高峰期,局部监测点水体中有机质耗氧分解之后形成厌氧环境,发生反硝化作用,降解了部分硝酸盐。在雨季期间,因雨水携带生物体进入地下水流系统中,发生了生物吸收同化硝酸盐的过程。最后,结合硝酸盐来源和迁移转化过程,论文提出实现生态旅游,提升污水处理技术、定期清理化粪池粪污废物等措施。

 

硝酸盐双同位素的分布特征

 

硝酸盐迁移转化的概念模型

杨平恒课题组将这些成果以题为《Nitrate migration and transformations in groundwater quantified by dual nitrate isotopes and hydrochemistry in a karst World Heritage site》(基于双同位素和水化学的一处世界遗产地喀斯特地下水硝酸盐迁移转化),在线发表在TOP期刊《Science of the Total Environment》上。该研究成果可为全球喀斯特地下水流系统硝酸盐通量的管控提供科学依据。硕士研究生明晓星为第一作者,杨平恒教授为通讯作者。研究得到中央高校基本科研业务费专项培育项目、重庆市基础研究与前沿探索面上项目和国家自然科学基金共同资助。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138907