基于稳定同位素技术识别河流硝酸盐污染源研究进展
2019-06-20孙文青陆光华薛晨旺余文杰
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。