不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源识别

胡晓冕, 李艳利, 孙 伟, 尹希杰

(1.河南理工大学 资源与环境学院, 河南 焦作 454000;2.国家海洋局 第三海洋研究所 海洋与海岸地质环境开放实验室, 福建 厦门 361005)

1 研究区概况

太子河流域位于辽宁省东部(东经122°45′07"—123°84′49"，北纬40°95′28"—41°37′14")，主要流经本溪、辽阳、鞍山等城市，干流全长413 km，流域面积1.39万km2。太子河流域属温带湿润半湿润气候区，降水较为丰富，多集中在6—8月，年平均降水量为701 mm，年平均气温在5～10℃。1月份气温最低，7月份气温最高，太子河上游地区位于观音阁水库以上，为山地森林区；太子河流域中游地区位于观音阁水库至参窝水库这个区间，为低山丘陵区；参窝水库以下位于太子河流域下游地区，为平原区。本文选择太子河上游地区为研究对象，主要用地类型为林地，面积比例占80%以上(图1)，主要支流包括太子河南支、北支和小汤河。

图1 研究区域采样点布设及土地利用状况

2 研究方法与数据

2.1 样品采集及分析

于枯水期(2016年5月)和丰水期(2016年8月)分别在太子河南支、太子河北支和小汤河采集河流表层水样，5月采集6个水样(1—6)，8月采集9个水样(1，3—10)。8月份采集的4个水样(7—10)与5月位置不同，采样点用GPS定位，具体分布见图1A。

水体δ18O值使用平衡法，取0.2 ml水样于顶空瓶中，在恒温样品盘上密闭吹入0.3%的CO2+He混合气，时间为5 min，带走瓶中空气。水样平衡18 h，使其达到同位素交换平衡。使用同位素质谱仪测定平衡之后的CO2同位素比值。水中体δ18O值测试精度为0.3‰。表1为研究区域测试数据。

表1 不同采样期河流化学指标和同位素数据

2.2 土地利用数据获取

本研究中的土地利用数据来源于2010年9月的Landsat5 TM影像。土地利用类型划分为耕地、林地、水域、建设用地、农村居民点以及未利用土地。在ArcGIS软件中，基于DEM和水系分布图，以采样点为出口划分了10个子流域，将流域土地利用数据与子流域边界叠加分析，获取各个子流域土地利用数据(图1B)。

2.3 数据处理

本文中土地利用与采样点位图均在ArcGIS 10.2中进行处理，数据统计在Excel和OriginPro 8中进行。

3 结果与分析

3.1 子流域土地利用分析

研究区域划分出的10个子流域的土地利用类型数据见图2，主要用地类型是耕地和林地。耕地所占比例范围是4.11%(点位4)～28.44%(点位1)，林地所占比例范围是70.72%(点位1)～95.49%(点位4)，农村居民点所占比例范围是0(点位4，8，9)～1.3%(点位3)，城镇用地占比例为0，未利用土地仅在子流域4中出现，所占比例为0.4%。

图2 太子河上游流域10个子流域土地利用组成

3.2 主要水化学离子的时空变化分析

图3 化学指标浓度和同位素组成箱体

4 讨 论

4.1 氯离子和不同形态氮的时空差异分析

4.2 不同采样期硝酸盐来源分析

图4 不同采样期和值

图的摩尔浓度比与关系

4.3 硝酸盐迁移转化过程的识别

5 结 论

(2) 枯水期太子河上游地区硝酸盐主要来源于土壤有机氮。丰水期太子河上游地区河流硝酸盐主要来自于土壤有机氮和复合肥料。太子河北支也同时受人类排放的废水和废弃物影响。

(3) 丰水期，硝酸盐从流域陆面运输至河流过程中发生了硝化作用。枯水期，太子河北支从上游至下游氮的运输过程中发生了硝化作用。太子河上游地区没有明显的反硝化作用发生。