[发明专利]流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的定量辨识方法

说明书

本发明属于农业面源污染技术领域，具体涉及一种流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的定量辨识方法，包括以下步骤：(1)同位素溯源的样品采集与分析；(2)流域中入河硝态氮来源的贡献比例的计算；(3)流域出口径流监测及硝态氮样品的采集与分析；(4)流域出口硝态氮总入河负荷的计算；(5)流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的计算。本发明在定量辨识流域中硝态氮不同来源的贡献比例及监测流域出口径流及硝态氮浓度的基础上，确定降雨条件下不同来源的硝态氮入河来源负荷及入河系数，从而为流域湖泊等水污染的扩散、迁移负荷量估算提供了准确有效的方法。

技术领域

本发明属于农业面源污染技术领域，具体涉及一种流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的定量辨识方法。

背景技术

近几十年来，经济的迅速发展和人类活动的加剧，农业活动、工业、生活等产生了大量的氮磷污染物进入河流和湖泊，导致水体富营养化，加剧水体生态系统的退化，产生农业面源污染等一系列生态环境问题。因此，控制流域湖泊氮污染，尤其是硝态氮的问题，精准识别入河硝态氮的来源，量化其来源入河负荷和入河系数尤为重要。

随着同位素技术的运用与进步，氮、氧稳定同位素已经广泛被应用于许多大型河流中硝态氮来源辨识。氮氧同位素技术是利用不同的硝态氮来源具有不同的¹⁵N-NO₃、¹⁸O-NO₃稳定同位素特征，能够更加科学直观的解析出水体中硝态氮的来源。氮氧稳定同位素技术不仅能够定性识别硝态氮的来源，还能够定量判断入河硝态氮来源的贡献比例。典型的定量解析模型主要包括基本质量守恒模型、IsoSource模型、IsoError模型及IsoConc模型在内的同位素质量平衡混合模型，及SIAR模型。有学者通过使用投入产出计算和稳定同位素方法来量化和确定流域中的硝酸盐来源；有的采用硝酸盐稳定同位素(¹⁵N和¹⁸O)和水化学成分(NO₃^-和Cl^-)了解水体中硝态氮的来源及时空变化。但这些研究运用氮氧同位素技术不能定量计算流域中硝态氮来源的入河负荷及入河系数。

流域实时监测是通过对流域出口径流泥沙来反映流域内部水情、水质、旱情以及其他信息的经典方法。它能够监视和测定水体中污染物的种类和浓度及变化趋势，评价水质状况等，能够量化水体污染物的入河负荷，但是其不能辨别污染物的来源。

氮氧稳定同位素技术可以准确辨别和定量入河硝态氮的来源和贡献比例，但不能定量确定硝态氮入河来源的负荷；流域实时监测可以量化污染物的入河负荷，但不能辨别污染物的来源。本发明提供一种基于氮氧稳定同位素与流域实时监测相结合的方法，可以在定量辨识流域中硝态氮不同来源的贡献比例及监测流域出口径流及硝态氮浓度的基础上，确定降雨条件下不同来源的硝态氮入河负荷和入河系数，这对于硝态氮污染源的精确解析、面源污染的综合治理提供更合理的依据。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的定量辨识方法，解决了流域中硝态氮来源入河估算结果不准确的问题。

本发明的技术方案为：

一种流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的定量辨识方法，包括以下步骤：(1)同位素溯源的样品采集与分析；(2)流域中入河硝态氮来源的贡献比例的计算；(3)流域出口径流监测及硝态氮样品的采集与分析；(4)流域出口硝态氮总入河负荷的计算；(5)流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的计算。

进一步地，步骤(1)同位素溯源的样品采集与分析包括：

样品采集：确定研究区内土地利用类型及污染源信息后，在研究区流域采集水体样品和背景值样品并用GPS定位；水样、雨水样品收集在聚乙烯塑料瓶中进行养分和硝态氮氮氧同位素分析；从采样点附近采集0-20cm表土，并装在密封袋中，在流域附近肥料销售点采集有机肥、化肥样品，将所有的样品用冰袋保护立即送至实验室，并放在4℃冰箱里黑暗冷藏等待分析；