基于氮氧同位素和擬桿菌16S rRNA的巖溶地下水硝酸鹽來源研究——以重慶老龍洞地下河流域?yàn)槔?pdf

1、地下水是西南巖溶區(qū)人類重要的飲用水源，重慶市巖溶地下水資源量為118.33億m3·a-1，占重慶市地下水資源總量的73.65％。隨著城市化及工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，三廢的大量排放使巖溶地下水遭受了嚴(yán)重的硝酸鹽污染，其來源包括化肥、糞肥、生產(chǎn)/生活污水及大氣氮沉降、土壤有機(jī)氮等，其中人畜糞便和人類生活污水來源的硝酸鹽污染來源復(fù)雜，且難以凈化。利用NO3-中的δ15N和δ18O同位素，研究巖溶地下水中的NO3-來源和遷移過程是現(xiàn)階段常用的定性和定量分

2、析手段，但是對于來源于人畜糞便的NO3-定性定量研究仍然存在不足。
　　由于人畜糞便都是有機(jī)氮來源，其在NO3-中的δ15N和δ18O上的值域分布重合，因此δ15N和δ18O不適用于人畜糞便NO3-的區(qū)分和辨別。擬桿菌屬（Bacteroides）細(xì)菌是專性分布于溫血?jiǎng)游锬c道的一類腸道細(xì)菌，而且來源于不同宿主的Bacteroides具體的種類不同。因此擬桿菌屬（Bacteroides）常用于分析環(huán)境中糞便污染的宿主來源。本研究以重慶

3、市南山老龍洞地下河系統(tǒng)為研究對象，將δ15N-NO3-、δ18O-NO3-與擬桿菌屬（Bacteroides）16S rDNA分析相結(jié)合，分析重慶南山老龍洞地下河中硝酸鹽的人、畜糞便硝氮污染的來源和比例分布。
　　2014年度每月取樣分析流域內(nèi)6個(gè)井水以及2個(gè)地下河水樣品中的水化學(xué)特征、同位素特征和微生物指標(biāo)。其中水化學(xué)性質(zhì)、微生物指標(biāo)用于確定地下水的基本性質(zhì)和污染程度，δ15N-NO3-、δ18O-NO3-用于示蹤地下水中 NO

4、3-來源，擬桿菌屬（Bacteroides）16Sr RNA PCR-DGGE分析用于確定地下水中人、畜糞便來源的硝酸鹽污染各自所占比例，為巖溶地區(qū)地下水硝酸鹽污染的防治和安全飲水提供科學(xué)依據(jù)。
　　根據(jù)一年的采樣和分析，研究結(jié)果表明：（1）水化學(xué)分析結(jié)果表明：老龍洞流域地下水水化學(xué)類型以HCO3--Ca2+·Mg2+型水為主，少數(shù)樣品為HCO3--Ca2+·Na+型。各采樣點(diǎn)地下水的Na+、K+、SO42-、NO3-含量普遍偏高

5、，其中NO3-含量超過了國家地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，說明老龍洞地下水存在嚴(yán)重的NO3-污染。流域地下水NO3-含量豐水期高于枯水期，表現(xiàn)為降水將大氣、地表污染物帶入地下的特征；地下河中游地下水NO3-含量高于下游，經(jīng)同位素分析表明反硝化作用減少了下游出口處的NO3-含量。
　　（2）同位素分析結(jié)果表明：老龍洞出口地下水δ15N-NO3-和δ18O-NO3-在豐水期均值分別為20.3‰和6.7‰；平水期均值分別為21.7‰和1

6、1.5‰；在枯水期值分別為23.2‰和7.9‰。污水的δ15N-NO3-和δ18O-NO3-均值分別為21.5‰和11.9‰。所有樣品的氮氧同位素值幾乎全部落在動(dòng)物糞便及污水同位素值范圍內(nèi)，說明動(dòng)物糞便和人類排放的生活污水是研究區(qū)地下水硝酸鹽污染的主要來源。根據(jù)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區(qū)，NO3-含量與δ15N呈負(fù)相關(guān)關(guān)系這三個(gè)研究結(jié)果，說明研究區(qū)地下水存在反硝化作

7、用。
　　（3）微生物指標(biāo)分析表明：老龍洞地下河流域地下水遭受了嚴(yán)重的糞便（細(xì)菌）污染，超出國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)1000倍以上。糞大腸桿菌（Fecal Coliform。FC）和糞鏈球菌（Fecal Streptococcus，F(xiàn)S）比值表明流域內(nèi)地下水受人類糞便污染影響為主，其中部分井水也受到多種動(dòng)物糞便的影響。
　?。?）夏季（5月）和冬季（11月）地下水樣品擬桿菌屬（Bacteroides）的16S rRNA PCR-DGG

8、E分析及測序結(jié)果表明地下河水中人類糞便污染為主要污染來源，其中5月老龍洞地下水與兩個(gè)人類糞便樣品相似性為7.1%~69.1%，地下河出口處最高；與豬糞之間的相似性為1.1%~53.4%，11月老龍洞流域地下水與人類糞便樣品相似性最高達(dá)到為70.3%；與豬糞之間的相似性最低為21.7%，較五月份有所增加?？傮w來說，井水受周邊環(huán)境影響較大，靠近養(yǎng)豬場和使用糞肥農(nóng)田的受動(dòng)物糞便影響為主，靠近人類生活區(qū)的受人類糞便影響為主。老龍洞出口地下水全年