地科院杨平恒教授课题组在地下水硝酸盐生物地球化学过程方面取得重要进展

发布时间:2020-06-02 17:19:08     作者:    浏览次数: 次

近日,地理科学学院杨平恒老师课题组在《Environmental Pollution》和《Science of the Total Environment》等top期刊上,在线发表了题为“Nitrate Sources and biogeochemical processes in karst underground rivers impacted by different anthropogenic input characteristics”(不同人类输入强度下的喀斯特地下河系统硝酸盐来源和生物地球化学过程,杨平恒为第一作者和通讯作者)、“Nitrate migration and transformations in groundwater quantified by dual nitrate isotopes and hydrochemistry in a karst World Heritage site”(基于硝酸盐双同位素和水化学的世界遗产地喀斯特地下水硝酸盐迁移转化,研究生明晓星为第一作者,杨平恒为通讯作者)的研究论文,西南大学为第一署名单位。

硝酸盐(NO3)是生命体运行必不可少的营养物质。然而,自然界水体中过高的硝酸盐浓度会带来一系列的环境危害,如富营养化;人类饮用过高硝酸盐浓度的水则会严重威胁人类的生命健康,如引起高铁血红蛋白症、癌症、甲状腺肿大,损坏基因。二战后至今,过量的施肥、无序的污水排放等人类活动是造成水体硝酸盐浓度超标问题的主要原因,威胁着生态环境和供水安全。因此,如何精确定位硝酸盐的污染源头,辨别硝酸盐随水流运动所发生的浓度富集和生物降解等过程,是硝酸盐污染防治最为关键的科学问题。

基于此,地理科学学院杨平恒课题组利用硝酸盐同位素(15N18O)具有溯源和生物地球化学过程识别的“指纹”功能,在前期十余年野外观测的基础上,系统对比分析了重庆金佛山喀斯特世界遗产地(代表保护区)、青木关(代表郊区)和重庆市南山老龙洞(代表城市化)等三个环境梯度下喀斯特小流域地下水硝酸盐特征,利用经典的硝化混合过程和反硝化同位素分馏方程,重建了硝酸盐在地下水系统中的生物地球化学过程,在贝叶斯稳定同位素混合模型框架下,定量计算了硝酸盐的来源,建立了不同环境梯度下硝酸盐迁移转化的概念模型。论文发现了在保护区和郊区流域,地下水硝酸盐主要是土壤有机氮降解输入,地下水系统处于充氧的环境,主要发生了硝化过程,硝酸盐浓度得以积累;而在城市化流域,由于市政管网粪污渗漏输入,导致地下水系统处于缺氧的还原环境,硝酸盐在反硝化细菌作用下发生反硝化作用而得以降解。研究为不同土地利用方式下喀斯特地下水系统硝酸盐自然降解和通量管控、区域地下水环境质量与可持续发展提供了科学依据。论文的合作单位还有重庆市金佛山管理委员会和西肯塔基大学。

近三年来,杨平恒课题组在水资源(含深部地热水、浅层冷水和地表水)的形成和水质演化方面取得了系列研究进展,相关成果发表在《Journal of Hydrology》《Science of the Total Environment》《Applied Geochemistry》《Hydrogeology Journal》等期刊上。这些研究成果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、西南大学西南山地生态循环农业国家级培育基地、国家自然科学基金等共同资助。

论文1链接:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114835

论文2链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138907

 

 

三个环境梯度下地下水系统硝酸盐同位素分布特征

 

三个环境梯度下地下水系统硝酸盐生物地球化学转化的概念模型