秦皇岛饮马河流域氮的时空分布特征及来源解析.pdf

摘要

随着城镇化进程加速，我国河流生态系统遭受严重的氮污染，过量的氮素对

水环境健康造成了威胁。本研究以秦皇岛饮马河流域为研究对象，探讨了该地区

河流与土壤中氮的时空分布特征，以及降雨对不同形态氮浓度的影响。使用硝酸

盐氮、氧同位素技术和悬浮颗粒物碳、氮同位素技术，识别了硝酸盐与悬浮颗粒

物的主要来源，并结合MixSIAR模型，定量识别了不同来源的贡献率，旨在为

区域水环境氮污染控制提供科学指导。

（1）通过分析河流总氮（TN）、溶解性总氮（TDN）、硝酸盐氮（NO3--N）

和氨氮（NH4+-N）的时空分布特征发现，研究区支流对干流氮负荷的贡献率较低，

中游地区河流TN、TDN、NO₃⁻-N浓度较高，下游地区NH₄⁺-N浓度较高。此外，

降雨的冲刷作用与稀释作用，对氮浓度的影响显著。

（2）通过分析土壤TN、NO₃⁻-N和NH₄⁺-N的空间分布特征，以及TN、离

子交换态氮（IEF-N）、弱酸可浸取态氮（WAEF-N）、强碱可浸取态氮（SAEF-N）

和强氧化剂可浸取态氮（SOEF-N）的时间变化规律发现，土壤氮的主要形态为

有机态氮，上游地区土壤TN浓度较高，淋溶、植物的吸收以及微生物的活性会

影响土壤NH₄⁺-N和NO₃⁻-N的浓度。可转化态氮的含量表现为SOEF-NIEF-

NSAEF-NWAEF-N。降雨的影响会造成SOEF-N的积累，进而升高了TN浓

度。此外，土壤TN与水体NH₄⁺-N具有显著的负相关关系，说明土壤中的氮素

被释放进入水体，造成水体NH₄⁺-N浓度的升高。

（3）应用硝酸盐氮、氧同位素技术，解析研究区硝酸盐的来源。硝酸盐主

要来源为大气氮沉降、粪便及污水、农业化肥以及土壤氮源。结合MixSIAR模

型定量分析出研究区污染源的贡献率为粪便及污水土壤氮源≈农业化肥大气

氮沉降。枯水期与丰水期降雨前，以土壤氮源和农业化肥为主的农业源的贡献率

最高，降雨后以粪便及污水为主的城镇源贡献率升高。

（4）应用悬浮颗粒物碳、氮同位素技术，解析研究区悬浮颗粒物的来源。

悬浮颗粒物的主要来源有浮游生物、水生植物、陆生植物以及土壤有机质。结合

MixSIAR模型定量分析，枯水期和丰水期降雨前，悬浮颗粒物的贡献率浮游生

物水生植物土壤有机质陆生植物。丰水期降雨后，降雨的冲刷作用会将外源

的氮冲刷进入水体，进而造成土壤有机质贡献率的升高。

关键词：饮马河流域，时空变化，同位素，MixSIAR模型

Spatiotemporaldistributioncharacteristicsandsource

analysisofnitrogenintheYinmaRiverBasinof

Qinhuangdao

Abstract

Withtheaccelerationofurbanization,riverecosystemsinourcountryhave

sufferedseriousnitrogenpollution,andtheexcessiveamountofnitrogenhasthreatened

thehealthoftheaquaticenvironment.ThisstudyfocusesontheYinmaRiverbasinin

Qinhuangdaoastheresearchobject,exploringthespatiotemporaldistribution

characteristicsofnitrogenintheregionsriversandsoil,aswellastheimpactofrainfall

ontheconcentrationsofdifferentformsofnitrogen.Byemployingnitratenitrogen,

oxygenisotopetechniques,andtheisotopictech