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喀斯特水体高含量硝酸盐及其极强的季节性输出：基于在线传感器与稳定同位素分析

12、水文地质与水科学 > 专题5：岩溶水资源与环境变化

氮作为一种合成蛋白质和核酸的基本生命元素，对维系生态系统正常运转起到不可或缺的作用，但过多氮素的输入将导致一系列环境和生态问题。喀斯特地区作为一种脆弱生态系统，土壤形成时间较长，土壤层浅薄且不连续，加之发达的喀斯特岩溶管道系统，使得氮在土壤层的固持有限，因此氮在喀斯特生态系统的植被恢复过程中尤为重要。之前的研究表明，喀斯特水体具有较高的硝酸盐浓1-2，如何准确认识氮在喀斯特关键带土壤与水体间运移机制及其动态变化与快速响应的喀斯特水文系统的关系与控制因素，是深入认识氮在喀斯特关键带中循环的关键。基于此，本研究利用硝酸盐传感器技术，在典型喀斯特流域，选择了不同流域尺度和土地利用方式的五个点，安装在线硝酸盐传感器，获得18个月高分辨率NO3- - N浓度的时间序列。结果表明NO3- - N浓度变化对降雨引起的流量变化呈现快速响应，浓度范围0.72 -16.3 mg/L 3。具有最高NO3- - N均值和单位面积输出通量的点位于管道流系统较为发育的上游子流域。而下游随着流域面积的增加，氮的输出通量随着喀斯特水文网络系统的缓冲呈现降低趋势。此外，氮的输出强度呈现显著的季节性差异，特别是具有洼地农业的子流域，雨季输出总量占全年97%，并主要集中在其中两个月内。而在较大流域，雨季输出总量仅有61%，表明喀斯特硝酸盐仍受生物地球化学过程的影响，浓度及总量呈现衰减趋势。综合所有在线观测点结果发现，NO3- - N浓度除其中一点17%时间段好于地表水五类标准，其他点均100%超出该标准，表明了喀斯特水体表现出持久高浓度，呈现较为明显水体氮污染3。