资助项目:国家自然科学基金(41401029,U1704241,13A610319); 河南省高等学校重点科研项目(19A170006)
第一作者:胡晓冕(1995—),男,山东潍坊人,硕士研究生,研究方向为环境地球化学。E-mail:1530529421@qq.com 通信作者:李艳利(1979—),女,河南焦作人,博士,副教授,主要从事水文生态研究。E-mail:liyanli@hpu.edu.cn
(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.College of Resources and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China; 2.Open Laboratory of Ocean & Coast Environmental Geology, Third Institute of Oceanography State Administration, Xiamen, Fujian 361005, China)
nitrate; stable isotope; chloride ion; the upstream of Taizi River; sources tracing
为了更好地对太子河上游区域河流硝酸盐污染进行防治,联合硝酸盐氮氧同位素(δ15 N-NO-3和δ18 O-NO-3)、水的氧同位素(δ18 O-H2O)、氯离子(Cl-)、硝酸盐(NO-3)、氨氮(NH+4-N),对不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源进行了识别。结果 表明:枯水期ρ(Cl-),ρ(NO-3),ρ(NH+4-N)和δ18 O-NO-3显著高于丰水期,δ15 N-NO-3无显著时间差异。空间上,枯水期,太子河北支ρ(NO-3)显著高于南支。丰水期,太子河南支ρ(Cl-)显著高于北支。太子河北支ρ(Cl-)和ρ(NO-3)在丰水期和枯水期的空间变化呈相反趋势。丰水期太子河南支ρ(Cl-)和ρ(NO-3)的空间变化趋势与枯水期一致。枯水期太子河上游地区NO-3主要来源于土壤有机氮。可见,丰水期的主要来源是土壤有机氮、复合肥料。另外,丰水期上游区域土壤中的大气沉降可能也是河流硝酸盐的一个主要来源。丰水期硝酸盐从土壤冲刷进入河流过程中发生了硝化作用。枯水期太子河北支河流内硝化过程影响着硝酸盐浓度变化。
In order to better control the nitrate pollution in the upstream areas of Taizi River Basin, the nitrate(NO-3), chloride(Cl-), ammonium(NH+4-N), δ15 N-NO3-, δ18O-NO-3 and δ18O-H2O were analyzed. The sources of nitrate in upstream areas of Taizi River Basin in different hydrological periods were identified. The results show that: Cl-, NO-3, NH+4-N concentrations and the δ18O-NO-3 in the dry season are significantly higher than those in the wet season, and the δ15 N-NO-3 does not show significant seasonal variations; spatially, the nitrate concentrations in the north branch of Taizi River Basin(NTR)are significantly higher than those in the south branch of Taizi River Basin(STR)in the dry season; the Cl- concentrations in STR were significantly higher than those in NTR in the wet season; the trends of Cl- and NO-3 concentrations from the upper reach to the lower reach of NTR in the dry season are opposite with those in the wet season; the trends of Cl- and NO-3 concentrations from the upper reach to the lower reach of STR in the dry season are consistent with those in the wet season. It can be concluded that the nitrate is derived mainly from the soil nitrogen in dry season, whereas it is from synthetic fertilizer and soil N in the wet season; moreover, the atmospheric nitrate deposition in the upper reaches of the soil may also be a source of the nitrate in the wet season. Nitrification occurs in the process of transport of nitrate from the soil to the river in the wet season. The nitrification process affects the nitrate concentration in NTR during the dry period.
河流系统在全球氮循环中发挥着关键作用,因为河流是氮运输和转化的重要渠道。过去几十年,合成肥料的广泛施用、大气沉降、生物污水和废弃物的排放以及化石燃料的燃烧,导致河流氮负荷过高,引起水体酸化、富营养化和生态系统恶化,同时增加人类健康风险[1]。河流中的硝酸盐(NO-3)是无机氮(DIN)中最稳定的热力学形态,且不易被土壤吸附,占世界大多数河流DIN的80%。为了减轻河流的氮负荷,有效治理河流污染,实现水资源的可持续利用,对硝酸盐来源及迁移转化过程的识别就显得尤为重要。
目前,双同位素(δ15N-NO-3和δ18O-NO-3)技术被广泛用来识别硝酸盐源及其迁移转化。各种源(无机和有机肥料、动物粪便、大气沉降、生活污水)具有独特的同位素特征[2],且硝酸盐在经历不同的生物过程(如同化和反硝化),轻同位素(14N和16O)较重同位素(15N和18O)被优先利用,会引起可预测的动力学分馏效应[3],基于源的同位素特征和生物转化过程引起的同位素的变化特征,可以有效识别硝酸盐的来源及其迁移转化过程。例如,之前许多试验研究表明反硝化和浮游植物的同化过程分别引起氮、氧同位素以1:2,1:1的比例增长,使剩余的硝酸盐中富集15N和18O。硝酸盐双同位素(δ15N和δ18O)的同时使用可以为氮循环的分析提供互补信息。相比于δ15N-NO-3,δ18O-NO-3对硝酸盐内部循环(同化过程、矿化过程和硝化过程)的分析更为有效。这是因为通过同化和矿化过程,氮原子是在不同氮库中循环,而氧原子会在硝化作用中被移除和代替[4]。
为了减少硝酸盐源识别过程中的不确定性,近年有很多研究联合δ15N-NO-3和δ18O-NO-3[5]、非氮元素的同位素、其他形态氮同位素以及水化学参数来识别氮源。水化学参数广泛应用于氮源识别的研究中,主要是因为氮源中包含其他离子或者有助于其他离子的渗滤。例如氯离子(Cl-),其主要来自于生活污水、人和动物的排泄物等。Cl-具有生物化学惰性,其浓度仅通过混合过程发生改变[6]。大量文献将Cl-和NO-3联合使用来判别硝酸盐的来源[7-8]。
太子河流域位于中国东北地区,是我国重要的工农业生产基地,存在严重的水污染问题[9],1997—2008年氮的输入量达到1.74万t。上游地区河流氮的输入量超过了河流的移除和容纳力,硝酸盐会运输到河流的下游,加剧河流下游的富营养化问题。因此,本文通过不同水文期河流表层水Cl-,NO-3,NH+4浓度以及δ15N-NO-3和δ18O-NO-3的分析,以解决如下科学问题:(1)太子河上游河流区域硝酸盐是否主要来源于土壤有机氮?不同水文期其来源是否具有显著差异?(2)不同水文期控制河流硝酸盐分布的主要生物转化过程是什么?希望研究结果为太子河流域氮的控制管理提供科学依据和实践价值。
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。
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。
每个样品采集5 L,装于聚乙烯储水袋中,在24 h内用孔径0.45 μm的醋酸纤维滤膜过滤水样,过滤后的水样保存于1.5 L采样瓶中并进行编号,放置冰箱中保存(4℃),直到开始试验为止。现场用便携式水质参数仪(SX731,上海三信仪表厂)测定水体pH值、电导率(EC)、水温(T)和总溶解固体(TDS)等参数,ρ(Cl-)和ρ(NO-3)采用(ICS 3000,Dionex)离子色谱仪测定,测试精度为0.25%; ρ(NH+4-N)采用纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009)测定,误差范围2%。
本研究中样品硝酸盐δ15N和δ18O值测定使用叠氮法:取40 ml水样于顶空瓶中(60 ml),加入CdCl2(0.8 ml的20 g/L)和NH4 Cl(0.8 ml的250 g/L)溶液,然后将卷成内径1.5 cm的锌卷(3 cm×10 cm)加入顶空瓶中进行还原反应,转速220 r/min于振荡器中振荡20 min,温度设定为30℃,此条件下用锌还原出镉,镉将样品中NO-3全部转化为NO-2。取出锌卷后,用针筒抽取2 ml的2 mol/L NaN-3乙酸缓冲液注入密闭顶空瓶中,摇匀,放置于转速220 r/min的振荡器中振荡30 min,将生成的NO-2转化为N2O。用针筒抽取氢氧化钠溶液(1 ml的6 mol/L)注入顶空瓶使得转化反应终止。在同位素质谱仪(Thermo MAT 253)分析N2O氮氧同位素值。δ15N-NO-3和δ18O-NO-3值使用国际参考USGS35和IAEA-NO-3校准,测试精度分别为0.3‰,0.5‰。
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。
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)。
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。
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%。
由表1可知,枯水期ρ(Cl-),ρ(NO-3)和ρ(NH+4-N)范围分别是8.06~11.29,9.14~16.08,0.05~0.39 mg/L,平均值分别为9.22,14.04,0.20 mg/L。丰水期ρ(Cl-),ρ(NO-3)和ρ(NH+4-N)范围分别是0.14~2.99,1.33~11.35,0.00~0.10 mg/L,平均值分别为1.61,6.58,0.05 mg/L。相较于太子河流域中游和下游地区[10],上游河流ρ(Cl-),ρ(NO-3)和ρ(NH+4-N)较低,说明人类活动对上游地区河流水化学离子的影响相对较低。
整体上看,ρ(NO-3)显著高于ρ(NH+4-N),说明NO-3是可溶性无机氮的主要形态。丰水期ρ(Cl-),ρ(NO-3)和ρ(NH+4-N)显著低于枯水期(图3),说明降雨的稀释作用对河流水化学离子浓度会产生显著影响。
空间上,枯水期太子河北支ρ(NO-3)显著高于南支(图3)。丰水期太子河南支ρ(Cl-)显著高于北支(图3)。枯水期太子河北支ρ(Cl-),ρ(NO-3)从上游至下游呈现轻微降低的趋势(表1),而丰水期太子河北支ρ(Cl-),ρ(NO-3)从上游至下游呈现升高趋势(表1)。ρ(Cl-)和ρ(NO-3)相同的变化趋势说明NO-3和Cl-有相似的源。太子河北支从上游到下游,农村居民点用地比例增加(图2),可能随着人口密度增加,河岸堆积的废弃物也会增加,丰水期快速的径流会将其冲刷入河流引起ρ(Cl-)和ρ(NO-3)增加。丰水期太子河南支ρ(Cl-)和ρ(NO-3)的变化趋势与枯水期一致,从上游至下游ρ(Cl-)先降低后升高的趋势,ρ(NO-3)呈升高趋势(表1)。说明NO-3具有不同于Cl-的来源。太子河南支从上游到下游,耕地比例显著增加(4.11%~19.34%),化学肥料可能是引起ρ(NO-3)增加的主要原因。ρ(Cl-)和ρ(NO-3)的变化趋势不一致也可以说明NO-3主要来源于农业活动。小汤河从上游至下游ρ(NO-3)呈现增加趋势。结合土地利用数据(图2),小汤河从上游至下游,耕地和农村居民点用地比例均有所增加,丰水期快速的径流会将流域土壤表层化学肥料和河岸堆积的废弃物冲刷进入河流,引起ρ(NO-3)增加。
由表1和图3可知,枯水期δ15N-NO-3值和δ18O-NO-3值的范围分别是3.12‰~4.14‰,9.13‰~11.45‰,平均值分别为3.58‰,10.30‰。丰水期δ15 N-NO-3值和δ18O-NO-3值的范围分别是-3.97‰~9.20‰和0~6.95‰,平均值分别为2.22‰和4.42‰。丰水期双同位素变化范围较大,δ18O-NO-3值显著低于枯水期(图3),说明丰水期硝酸盐来源可能较复杂,且氮浓度变化受复杂的生物化学过程影响较大。空间上,3条河流δ15N-NO-3值差异显著,丰水期北支δ15N-NO-3显著高于其他两条河流,而3条河流的δ18O-NO-3值没有显著差异。说明太子河北支流可能受人类排放的废水和废弃物影响更大。结合土地利用数据(图2),太子河北支各子流域耕地比例(13.12%~28.44%)和农村居民点用地比例(0.36%~1.30%)都高于其他两条河流,可能造成丰水期更多的人类废弃物被冲刷进入河流。丰水期,太子河南支从上游至下游δ15N-NO-3和δ18O-NO-3值呈现升高的趋势(表1),硝酸盐浓度也同时增高,可能下游有重同位素信号的硝态氮影响其变化。小汤河δ18O-H2O和δ18O-NO-3的空间变化趋势一致,说明小汤河硝酸盐的氧信号有一部分来源于水。
两个采样期硝态氮(NO-3-N)浓度(2.15 mg/L)显著高于NH+4-N浓度(0.11 mg/L),说明硝态氮是影响太子河上游区域水质的主要因子,因为NO-3-N不易被土壤吸附,容易随水流运输,而NH+4-N容易被吸附在河床和河岸的土壤上[11]。相较于太子河中游和下游[10-12],上游区域林地比例高,有较低的EC,ρ(Cl-),ρ(NO-3),ρ(NH+4-N)和δ15N-NO3,说明太子河流域上游地区人类活动强度相对较弱。丰水期ρ(Cl-),ρ(NO-3)和ρ(NH+4-N)低于枯水期,说明降雨的稀释效应对物理化学参数有主要影响。Zhang等[13]也发现中国北方平原地表水中NO-3浓度在5月份最高,其主要受该季节化肥施用和灌溉的影响。
如图4所示,大气沉降(AD)δ15N-NO-3的范围为-10‰~9‰,δ18O-NO-3值范围为25‰~75‰[14]。硝态氮肥(NF)中δ15N-NO-3的范围为-4‰~4‰,δ18O-NO-3值范围为17‰~25‰[15-16]。复合肥料(SF)中δ15N-NO-3值范围为-5‰~5‰,δ18O-NO-3值范围为-10‰~15‰[17]。土壤有机氮(SON)的δ15N-NO-3值和δ18O-NO-3值范围分别为0~8‰,-10‰~15‰[18]。人畜粪便和生活污水(M&S)的δ15N-NO-3值和δ18O-NO-3值范围分别为4‰~25‰,-10‰~15‰[19-20]。本研究中两个采样期δ15N-NO-3和δ18O-NO-3主要落在SF和SON范围内。δ18O-NO-3范围为0~11.45‰,但是因为大气沉降δ18O-NO-3范围宽且高(25‰~75‰),极低的大气沉降比例就会造成河流样品双同位素图(δ15N和δ18O)的分散,通过双同位素不能直接判断大气沉降不是研究区河流硝酸盐的来源。这与之前研究结果一致[7],他们发现大气硝酸盐不通过土壤而直接沉降至河流仅占河流硝酸盐很小的一部分。枯水期,太子河上游河流硝酸盐双同位素值主要位于SON区间。丰水期,太子河上游河流硝酸盐双同位素主要位于SF和SON范围内。太子河北支ρ(Cl-)和ρ(NO-3)从上游至下游均呈上升趋势。说明硝酸盐和氯离子具有相似的源。北支下游硝酸盐氧信号增强,而硝酸盐氮信号减弱,说明丰水期太子河北支的硝酸盐可能混合了大气沉降氮的信号。太子河南支ρ(NO-3)从上游至下游呈上升趋势,ρ(Cl-)呈先下降后增加的趋势,说明NO-3具有不同于Cl-的来源。太子河南支从上游至下游硝酸盐氧信号呈升高趋势,说明太子河南支的硝酸盐可能混合了大气沉降氮的信号。
图4 不同采样期δ15N-NO-3和δ18O-NO-3值
研究表明[21],在生活污水及粪便中检测出高ρ(Cl-),而化学肥料中并未发现Cl-。因此Cl-一定程度上可以用来指示生活污水及粪便对河流氮的贡献。Cl-具有生物化学惰性,不易受到生物化学过程影响,河流中Cl-仅能通过混合作用改变其浓度。因此,NO-3/Cl-的摩尔浓度比可以用来辅助识别硝酸盐来源[22]。结合NO-3/Cl-的摩尔浓度比和δ15N-NO-3的关系图(图5),低NO-3/Cl-的浓度比值(<1)和低的Cl-浓度表示NO-3来源是粪便和生活污水,低Cl-摩尔浓度和高NO-3/Cl-值(>1)表示NO-3来源于化学肥料。低Cl-浓度和低NO-3/Cl-值表示NO-3来源是土壤有机氮。Cl-浓度没有明显改变,而NO-3/Cl-值发生变化表明硝酸盐可能受生物化学过程影响[10]。结合NO-3/Cl-的摩尔浓度比和δ15N-NO-3的关系图,发现太子河上游流域NO-3至少来源于3个不同的源。一个具有低的NO-3/Cl-的摩尔浓度比(<1)和δ15N-NO-3(<4‰),第2个是高的NO-3/Cl-的摩尔浓度比(>1)和低的δ15N-NO-3(<4‰),第3个是高的NO-3/Cl-的摩尔浓度比(>1)和高的δ15N-NO-3(>4‰)。枯水期,除北支上游(1)的所有点位均具有低的NO-3/Cl-值(0.46~1.00)和δ15N-NO-3(<4‰),说明NO-3主要来自于土壤有机氮。丰水期,除太子河南支上游(4)和北支中游(7)的所有点位均具有较高的NO-3/Cl-值(>1)和较低的δ15N-NO-3(<4‰),说明NO-3主要来自于化学肥料。太子河南支上游点位具有较低NO-3/Cl-值(0.45)和δ15N-NO-3(<4‰),说明南支上游NO-3主要来源于土壤有机氮。太子河北支具有较高的NO-3/Cl-值(>1)和δ15N-NO-3(>4‰),说明北支中游硝酸盐受化学肥料和人类排放的废水、废物影响。
图5 n(NO-3)/n(Cl-)的摩尔浓度比与δ15N-NO-3关系
土壤有机氮的矿化和化学肥料不会带来新的氯离子,因此,丰水期硝酸盐浓度降低的程度并未像氯离子那样,说明河流中的氮主要来自于土壤中残留的化学肥料和土壤有机氮。另外,太子河南支和北支从上游至下游,ρ(NO-3)和δ18O-NO-3呈升高趋势,很有可能是硝酸盐携带了大气中的氧信号。这与Sebestyen等[23]的发现一致。他们发现降雨和融雪径流期间,大气沉降是森林型流域河流硝酸盐的主要来源。径流的快速流动可能更好地连接大气沉降、河流邻近景观和氮迁移通道。
丰水期太子河北支ρ(Cl-)和ρ(NO-3)呈显著正相关关系(y=0.23x-0.09,R2=0.96),说明丰水期太子河北支的Cl-和NO-3有共同的来源。枯水期太子河北支δ15N-NO-3和δ18O-NO-3呈显著负相关关系(y=-1.50x+15.41,R2=0.91),枯水期太子河北支ρ(NO-3)和δ15N-NO-3呈显著正相关关系(y=1.26x-16.11,R2=0.92)。说明随着ρ(NO-3)升高,有更正的氮信号和更负的氧信号混入硝酸盐,可能河流内硝化过程影响着硝酸盐浓度变化。丰水期太子河南支ρ(NO-3)和δ15N-NO-3呈显著正相关关系(y=0.33x-0.73,R2=0.99),δ15N-NO-3和δ18O-NO-3呈显著正相关关系(y=1.09x+3.15,R2=0.90)。说明随着ρ(NO-3)增加,硝酸盐氮氧同位素信号也更正。可能是多种过程影响硝酸盐的变化。丰水期径流快速冲刷流域的大气沉降硝酸盐会引起ρ(NO-3)升高,硝酸盐同位素的氧信号更强。径流也会冲刷含有更正氮信号的硝酸盐进入河流。丰水期小汤河的δ18O-NO-3和δ18O-H2O呈显著正相关(y=0.59x+12.10,R2=0.99),硝酸盐的氧信号有2/3来自于水,说明硝化作用影响了小汤河的硝酸盐。另外,丰水期硝酸盐氧同位素信号显著低于枯水期,可能丰水期硝酸盐混入了水的氧信号,说明丰水期硝酸盐从土壤冲刷进入河流过程中,可能发生硝化作用。
硝化过程是有机氮化合物通过两个步骤(氨氧化过程和亚硝酸盐氧化过程)氧化为硝酸盐的过程[24]。硝化作用产生的硝酸盐的δ18O被认为能够反映出水和氧分子贡献的大小,1/3来源于氧,2/3来源于水分子[25]。结合氨氧化为硝酸盐的同位素动力学分馏和平衡分馏[26],计算太子河上游地区河流的δ18O-NO-3值理论范围是-11.48‰~-3.87‰。δ18O-NO-3的实测值范围为2.9‰~11.45‰(仅点位7为0),均高于理论值。这种计算与过程理解不一致,而且会为硝酸盐源分配的端元提供了不真实的δ18O[25]。综上所述,丰水期太子河上游区域硝酸盐从土壤迁移至河流过程中发生了硝化作用。
反硝化是生物在非氧化环境下还原硝酸盐为氮气(N2)或一氧化二氮(N2 O)的过程。反硝化过程中异氧微生物会优先利用轻同位素,δ15N和δ18O则会在硝酸盐中富集,δ15N-NO-3和δ18O-NO-3值会随着ρ(NO-3)降低而增加。研究表明,若δ15N-NO-3/δ18O-NO-3的增加比例值为1.3~2.1,则说明反硝化过程的发生[27],若δ15N-NO-3/δ18O-NO-3的增加比例接近1,说明同化过程影响硝酸盐浓度。联合ρ(NO-3)和硝酸盐δ15N和δ18O的变化能更好地理解反硝化和同化过程。两个采样期ρ(NO-3)和δ15N-NO-3没有负相关关系,且δ18O-NO-3与δ15N-NO-3增加比例不在1.0~2.1范围内(图4),说明太子河上游地区硝酸盐没有被反硝化过程和同化过程显著影响。本研究结论与其他的研究结果一致[13],他们也发现林地为主要用地类型的区域没有显著的反硝化过程,也有可能是硝酸盐源的稀释和混合过程影响了ρ(NO-3)和δ15N-NO-3的关系。另外,多个NO-3源的稀释效应和河流流量也可能会削弱ρ(NO-3)和δ15N-NO-3的关系。ρ(NO-3)和δ15N-NO-3较低也说明NO-3主要来源于林区原始土壤的过滤[27]。
(1)丰水期ρ(Cl-),ρ(NO-3),ρ(NH+4-N)和δ18O-NO-3显著低于枯水期。δ15N-NO-3无显著时间差异。空间上,枯水期,太子河北支ρ(NO-3)显著高于南支; 丰水期,太子河南支ρ(Cl-)显著高于北支。太子河北支的ρ(Cl-)和ρ(NO-3)在枯水期和丰水期的空间变化趋势不同。太子河南支的ρ(Cl-)和ρ(NO-3)在两个采样期的空间变化趋势一致。空间上,丰水期,太子河北支δ15N-NO-3显著高于其他两条河流; 枯水期,太子河南支δ18O-NO-3值显著高于北支。
(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。