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地下水是西南岩溶区人类重要的饮用水源,重庆市岩溶地下水资源量为118.33亿m3·a-1,占重庆市地下水资源总量的73.65%。随着城市化及工农业的发展,三废的大量排放使岩溶地下水遭受了严重的硝酸盐污染,其来源包括化肥、粪肥、生产/生活污水及大气氮沉降、土壤有机氮等,其中人畜粪便和人类生活污水来源的硝酸盐污染来源复杂,且难以净化。利用NO3-中的δ15N和δ18O同位素,研究岩溶地下水中的NO3-来源和迁移过程是现阶段常用的定性和定量分析手段,但是对于来源于人畜粪便的NO3-定性定量研究仍然存在不足。 由于人畜粪便都是有机氮来源,其在NO3-中的δ15N和δ18O上的值域分布重合,因此δ15N和δ18O不适用于人畜粪便NO3-的区分和辨别。拟杆菌属(Bacteroides)细菌是专性分布于温血动物肠道的一类肠道细菌,而且来源于不同宿主的Bacteroides具体的种类不同。因此拟杆菌属(Bacteroides)常用于分析环境中粪便污染的宿主来源。本研究以重庆市南山老龙洞地下河系统为研究对象,将δ15N-NO3-、δ18O-NO3-与拟杆菌属(Bacteroides)16S rDNA分析相结合,分析重庆南山老龙洞地下河中硝酸盐的人、畜粪便硝氮污染的来源和比例分布。 2014年度每月取样分析流域内6个井水以及2个地下河水样品中的水化学特征、同位素特征和微生物指标。其中水化学性质、微生物指标用于确定地下水的基本性质和污染程度,δ15N-NO3-、δ18O-NO3-用于示踪地下水中 NO3-来源,拟杆菌属(Bacteroides)16Sr RNA PCR-DGGE分析用于确定地下水中人、畜粪便来源的硝酸盐污染各自所占比例,为岩溶地区地下水硝酸盐污染的防治和安全饮水提供科学依据。 根据一年的采样和分析,研究结果表明:(1)水化学分析结果表明:老龙洞流域地下水水化学类型以HCO3--Ca2+·Mg2+型水为主,少数样品为HCO3--Ca2+·Na+型。各采样点地下水的Na+、K+、SO42-、NO3-含量普遍偏高,其中NO3-含量超过了国家地下水水质标准中的Ⅲ类水标准,说明老龙洞地下水存在严重的NO3-污染。流域地下水NO3-含量丰水期高于枯水期,表现为降水将大气、地表污染物带入地下的特征;地下河中游地下水NO3-含量高于下游,经同位素分析表明反硝化作用减少了下游出口处的NO3-含量。 (2)同位素分析结果表明:老龙洞出口地下水δ15N-NO3-和δ18O-NO3-在丰水期均值分别为20.3‰和6.7‰;平水期均值分别为21.7‰和11.5‰;在枯水期值分别为23.2‰和7.9‰。污水的δ15N-NO3-和δ18O-NO3-均值分别为21.5‰和11.9‰。所有样品的氮氧同位素值几乎全部落在动物粪便及污水同位素值范围内,说明动物粪便和人类排放的生活污水是研究区地下水硝酸盐污染的主要来源。根据地下水中DO偏低(小于2mg·L-1),δ15N-NO3-和δ18O-NO3-比值位于反硝化作用区,NO3-含量与δ15N呈负相关关系这三个研究结果,说明研究区地下水存在反硝化作用。 (3)微生物指标分析表明:老龙洞地下河流域地下水遭受了严重的粪便(细菌)污染,超出国家饮用水标准1000倍以上。粪大肠杆菌(Fecal Coliform。FC)和粪链球菌(Fecal Streptococcus,FS)比值表明流域内地下水受人类粪便污染影响为主,其中部分井水也受到多种动物粪便的影响。 (4)夏季(5月)和冬季(11月)地下水样品拟杆菌属(Bacteroides)的16S rRNA PCR-DGGE分析及测序结果表明地下河水中人类粪便污染为主要污染来源,其中5月老龙洞地下水与两个人类粪便样品相似性为7.1%~69.1%,地下河出口处最高;与猪粪之间的相似性为1.1%~53.4%,11月老龙洞流域地下水与人类粪便样品相似性最高达到为70.3%;与猪粪之间的相似性最低为21.7%,较五月份有所增加。总体来说,井水受周边环境影响较大,靠近养猪场和使用粪肥农田的受动物粪便影响为主,靠近人类生活区的受人类粪便影响为主。老龙洞出口地下水全年主要受人类粪便污染为主,与人类粪便相似性最高达到64.6%,同时存在猪粪及其他动物粪便污染,冬季猪粪污染较其他季节所占比例增大;2月和3月老龙洞出口地下水主要受猪粪污染为主,还包括其他动物粪便污染来源。