Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đánh giá nguồn gốc và sự biến đổi của nitrate trong nước ngầm trên sườn núi Meru, Tanzania
Tóm tắt
Các thành phần đồng vị ổn định của nitơ-nitrate (15N-NO3) và oxy-nitrate (18O-NO3), cùng với nồng độ các chất dinh dưỡng (NO3−, NH4+, NO2−, PO4 3−) từ các mẫu nước được thu thập từ các nguồn nước, giếng nông và lỗ khoan trong mùa khô và mùa mưa đã được sử dụng để khảo sát nguồn gốc và quá trình biến đổi sinh địa hóa của NO3− trong nước ngầm dọc theo các sườn núi Meru. Khoảng 80% tất cả các nguồn nước có nồng độ nitrate cao hơn nồng độ nền 10 mg/l trong cả hai mùa, trong khi nồng độ của NH4+ và NO2− rất thấp có thể do quá trình nitrat hóa. Nồng độ NO3− vượt quá 50 mg/l đã được quan sát thấy ở một số nguồn nước. Nồng độ PO4 3− trong tất cả các nguồn nước ngầm rất thấp trong cả hai mùa do sự pha loãng và hấp phụ. Giá trị δ15N-NO3− của nước từ các lỗ khoan trung bình là +11.6 ± 2.1 và +10.7 ± 2.1 ‰ trong mùa khô và mùa mưa, tương ứng. Tương tự, giá trị δ18O-NO3− của nước lỗ khoan trong mùa mưa và mùa khô trung bình là +5.2 ± 1.3 và +4.6 ± 1.9 ‰, tương ứng. Đối với giếng đào, giá trị δ15N-NO3− của nước giếng trung bình là +13.3 ± 2.5 và +12.5 ± 2.3 ‰ trong mùa khô và mùa mưa, tương ứng, trong khi giá trị δ18O-NO3− của mùa mưa và mùa khô trung bình là +7 ± 2.3 và +6.4 ± 2.1 ‰, tương ứng. Giá trị δ15N-NO3− của nước từ các nguồn suối trung bình là +11.2 ± 2.2 ‰ trong mùa khô và +11.7 ± 3.5 ‰ trong mùa mưa, trong khi giá trị δ18O-NO3− của mùa mưa và mùa khô trung bình là +7.3 ± 3.6 và +5.9 ± 2.6 ‰, tương ứng. Dữ liệu đồng vị đã gợi ý rằng nguồn gốc của NO3− trong các nguồn nước chủ yếu do nước thải và/hoặc phân động vật, một phần rất nhỏ từ nitrogen hữu cơ trong đất. Một số mẫu được thu thập gần các bãi phân và cơ sở vệ sinh có giá trị δ15N trong khoảng từ 16 đến 20 ‰ cho thấy sự xuất hiện của quá trình phân nitrat.
Từ khóa
#nitrate #nước ngầm #đồng vị ổn định #nguồn gốc #biến đổi sinh địa hóa #Meru #TanzaniaTài liệu tham khảo
Agca N, Karanlik S, Ödemis B (2014) Assessment of ammonium, nitrate, phosphate, and heavy metal pollution in groundwater from Amik Plain, southern Turkey. Environ Monit Assess 186(9):5921–5934. doi:10.1007/s10661-014-3829-z
Alva AK, Dou H, Paramasivam S, Wang FL, Graetz DA Sajwan KS (2006) An evaluation of sources of nitrogen in shallow groundwater using 15N abundance technique. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng 41:2257–2269. doi:10.1080/10934520600872839
Aravena R, Mayer B (2010) Isotopes and processes in the nitrogen and sulfur cycles. In: Aelion CM, Höhener P, Hunkeler D, Aravena R (eds) Environmental Isotopes in biodegradation and bioremediation. Taylor & Fransis Group, Boca Raton, pp 203–246
Aravena R, Robertson WD (1998) Use of multiple isotope tracers to evaluate denitrification in ground water: study of nitrate from a large-flux septic system plume. Groundwater 36:975–982. doi:10.1111/j.1745-6584.1998.tb02104.x
Aravena R, Evans ML, Cherry JA (1993) Stable isotopes of oxygen and nitrogen in source identification of nitrate from septic systems’. Groundwater 31:180–186. doi:10.1111/j.1745-6584.1993.tb01809.x
Ayers RS, Westcot DW (1994) Water quality for agriculture. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 29, Rev. 1., Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. http://www.fao.org/DOCReP/003/T0234e/T0234e00.htm. Accessed 26 May 2015
Barkan E, Luz B (2003) High-precision measurements of 17O/16O and 18O/16O of O2 and O2/Ar ratio in air. Rapid Commun Mass Spectrom 17(24):2809–2814. doi:10.1002/rcm.1267
Böttcher J, Strebel O, Voerkelius S, Schmidt HL (1990) Using isotope fractionation of nitrate-nitrogen and nitrate-oxygen for evaluation of microbial denitrification in a sandy aquifer. J Hydrol 114:413–424. doi:10.1016/0022-1694(90)90068-9
Bowell RJ, Robertson S, Walles K, Bwankuzo MA, Cowan J, Kimaro N, Mjengera HA, Terkhell K, Warren A, Wood A (1997) Improving water quality assessment and supply. In: Pickford J (ed) Water and sanitation for all: partnerships and innovations. Proceedings of the 23rd WEDC conference, Durban, pp 146–149
Casciotti KL, McIlvin M, Buchwald C (2010) Oxygen isotopic exchange and fractionation during bacterial ammonia oxidation. Limnol Oceanogr 55(2):753–762. doi:10.4319/lo.2010.55.2.0753
Choi WJ, Han GH, Lee SM, Lee GT, Yoon KS, Choi SM, Ro HM (2007) Impacts of land-use types on nitrate concentration and δ15N in unconfined groundwater in rural Korea. Agric Ecosyst Environ 120:259–268. doi:10.1016/j.agee.2006.10.002
Dawson JB (1992) Neogene tectonics and volcanicity in the North Tanzania sector of the Gregory Rift Valley: contrasts with the Kenya sector. Tectonophysics 204(1–2):81–92. doi:10.1016/0040-1951(92)90271-7
ECETOC (1988) Nitrate and drinking water. Brussels, European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals (Technical Report No. 27). Brussels, Belgium, p 174
Elisante E, Muzuka ANN (2015) Occurrence of nitrate in Tanzanian groundwater aquifers: a review. Appl Water Sci. doi:10.1007/s13201-015-0269-z
Fogg GE, Rolston DE, Decker DL, Louie DT, Grismer ME (1998) Spatial variation in nitrogen isotope values beneath nitrate contamination sources. Groundwater 36(3):418–426. doi:10.1111/j.1745-6584.1998.tb02812.x
Food Standard Agency (2003) Safe Upper Levels for Vitamins and Minerals: Expert Group on Vitamins and Minerals, p 360. http://cot.food.gov.uk/sites/default/files/cot/vitmin2003.pdf. Accessed 22 April 2015
Gatseva PD, Argirova MD (2008) High-nitrate levels in drinking water may be a risk factor for thyroid dysfunction in children and pregnant women living in rural Bulgarian areas. Int J Hyg Environ Health 211(5–6):555–559. doi:10.1016/j.ijheh.2007.10.002
Ghiglieri G, Balia R, Oggiano G, Pittalis D (2010) Prospecting for safe (low fluoride) groundwater in the Eastern African Rift: the Arumeru District (Northern Tanzania). Hydrol Earth Syst Sci 14:1081–1091. doi:10.5194/hess-14-1081-2010
GITEC and WEMA (2011) Groundwater Assessment of the Pangani Basin, Tanzania. The Pangani BasinWater Board (PBWB) and the International Union for Conservation of Nature (IUCN) Report
Granger J, Sigman DM (2009) Removal of nitrite with sulfamic acid for nitrate N and O isotope analysis with the denitrifier method. Rapid Commun Mass Spectrom 23(23):3753–3762. doi:10.1002/rcm.4307
Heaton THE (1986) Isotopic studies of nitrogen pollution in the hydrosphere and atmosphere: a review. Chem Geol Isot Geosci Sect 59:87–102. doi:10.1016/0168-9622(86)90059-X
Hiscock KM (2005) Hydrogeology: principles and practice. Blackwell Science Ltd, Malden
Jalali M (2005) Nitrates leaching from agricultural land in Hamadan, western Iran. Agric Ecosyst Environ 110(3–4):210–218. doi:10.1016/j.agee.2005.04.011
Jørgensen SE (2000) Principles of Pollution abatement: pollution abatement for 21st century. Elsevier Science Ltd., Amsterdam, p 520
Kaown D, Koh DC, Mayer B, Lee KK (2009) Identification of nitrate and sulfate sources in groundwater using dual stable isotope approaches for an agricultural area with different land use (Chuncheon, mid-eastern Korea). Agric Ecosyst Environ 132:223–231. doi:10.1016/j.agee.2009.04.004
Kashaigili JJ (2012) Tanzania. In: Pravelic P, Giordano M, Keraita B, Ramesh V, Rao T (eds) Groundwater availability and use in Sub-Saharan Africa: a review of 15 countries. Int Water Manag Inst, Battaramulla, pp 195–216
Kendall C (1998) Tracing nitrogen sources and cycling in catchments. In: Kendall C, McDonnell JJ (eds) Isotope tracers in catchment Hydrology. Elsevier Science B.V, Amsterdam, pp 516–576
Kendall C, Elliott EM, Wankel SD (2007) Tracing anthropogenic inputs of nitrogen to ecosystems. In Michener R, Lajtha K (eds) Stable isotopes in: ecology and environmental science. Blackwell Publishing, New York, pp 375–449
Kiptum CK, Ndambuki JM (2012) Well water contamination by pit latrines: a case study of Langas. Int J Water Res Environ Eng 4(2):35–43. doi:10.5897/IJWREE11.084
Koh D, Kim E, Ryu J, Ko K (2009) Factors controlling groundwater chemistry in an agricultural area with complex topographic and land use patterns in mid-western South Korea. Hydrol Process 23(20):2915–2928. doi:10.1002/hyp.7382
Komor SC, Anderson HW (1993) Nitrogen isotopes as indicators of nitrate sources in Minnesota sand-plain aquifers. Groundwater 31(2):260–270. doi:10.1111/j.1745-6584.1993.tb01818.x
Korom SF (1992) Natural denitrification in the saturated zone: a review. Water Resour Res 28(6):1657–1668. doi:10.1029/92WR00252
Kreitler CW (1979) Nitrogen-isotope ratio studies of soils and groundwater nitrate from alluvial fan aquifers in Texas. J Hydrol 42(1–2):147–170. doi:10.1016/0022-1694(79)90011-8
Kroopnick P, Craig H (1972) Atmospheric oxygen: isotopic composition and solubility fractionation’. Science 175(4017):54–55. doi:10.1126/science.175.4017.54
Mato RRAM (2002) Groundwater pollution in urban Dar es Salaam, Tanzania: assessing vulnerability and protection priorities. Dissertation, Technische Universiteit Eindhoven
Mckenzie JM, Mark BG, Thompson LG, Schotterer U, Lin PN (2010) A hydrogeochemical survey of Kilimanjaro (Tanzania): implications for water sources and ages. Hydrogeol J 18(4):985–995. doi:10.1007/s10040-009-0558-4
Meru District Council (2013) Meru district council profile, p 80 (unpublished report)
Mjemah IC (2007) Hydrogeological and hydrogeochemical investigation of a coastal aquifer in Dar es Salaam, Tanzania. Dissertation, University of Gent
Mtoni Y, Mjemah IC, Bakundukize C, Van Camp M, Martens K, Walraevens K (2013) Saltwater intrusion and nitrate pollution in the coastal aquifer of Dar es Salaam, Tanzania. Environ Earth Sci 70:1091–1111. doi:10.1007/s12665-012-2197-7
NBS and Office of Chief Stastitian Zanzibar (2013) 2012 Population and Housing Census: Population Distribution by Administrative Areas. United Republic of Tanzania, Dar es Salaam. http://ihi.eprints.org/1344/. Accessed 26 Apr 2014
Nishikawa T, Densmore JN, Martin P, Matti J (2003) Evaluation of the source and transport of high nitrate concentrations in ground water, Warren Subbasin, California. Water-Resources Investigations Report 03-4009. U.S. Geological Survey, Sacramento, p 146
Nkotagu H (1996) Origins of high nitrate in groundwater in Tanzania. J Afr Earth Sci 22(4):471–478. doi:10.1016/0899-5362(96)00021-8
Nkotagu HH, Mbwambo K (2000) Hydrology of selected watersheds along lake Tanganyika shoreline: The Lake Tanganyika Biodiversity Project. Technical Research Report Number 11, -111. 2000. http://www.ltbp.org/FTP/SSS11.PDF. Accessed 4 June 2014
Panno SV, Hackley KC, Hwang HH, Kelly WR (2001) Determination of the sources of nitrate contamination in karst springs using isotopic and chemical indicators. Chem Geol 179:113–128. doi:10.1016/S0009-2541(01)00318-7
Pastén-Zapata E, Ledesma-Ruiz R, Harter T, Ramírez AI, Mahlknecht J (2014) Assessment of sources and fate of nitrate in shallow groundwater of an agricultural area by using a multi-tracer approach. Sci Total Environ 470–471:855–864. doi:10.1016/j.scitotenv.2013.10.043
Pittalis D (2010) Interdisciplinary studies for the knowledge of the groundwater fluoride contamination in the eastern African rift: Meru district-North Tanzania. Dissertation, University of Sassari
Rivett MO, Buss SR, Morgan P, Smith JW, Bemment CD (2008) Nitrate attenuation in groundwater: a review of biogeochemical controlling processes. Water Res 42(16):4215–4232. doi:10.1016/j.watres.2008.07.020
Rwebugisa RA, (2008) Groundwater re-charge assessment in the Makutupora Basin, Dodoma, Tanzania. Dissertation, International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation, Enschede
Silva SR, Ging PB, Lee RW, Ebbert JC, Tesoriero AJ, Inkpen EL (2002) Forensic applications of nitrogen and oxygen isotopes in tracing nitrate sources in urban environments. Environ Forensics 3(2):125–130. doi:10.1006/enfo.2002.0086
Tesoriero AJ, Puckett LJ (2011) O2 reduction and denitrification rates in shallow aquifers. Water Resour Res. doi:10.1029/2011WR010471
USEPA (2013) Aquatic life ambient water quality criteria for ammonia—freshwater. EPA-822-R-13-001. Washington, DC. http://water.epa.gov/scitech/swguidance/standards/criteria/aqlife/ammonia/upload/AQUATIC-LIFE-AMBIENT-WATER-QUALITY-CRITERIA-FOR-AMMONIA-FRESHWATER-2013.pdf. Accessed 13 July 2015
Wendland F, Hannappel S, Kunkel R, Schenk R, Voigt HJ, Wolter R (2005) A procedure to define natural groundwater conditions of groundwater bodies in Germany. Water Sci Technol 51(3–4):249–257
WHO (2008) Guidelines for drinking-water quality: incorporating first and second addenda to third edition, Vol. 1, Recommendations, Geneva: WHO Press, Geneva, p 668. http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/fulltext.pdf. Accessed 12 Dec 2014
Wilkinson C, Downie C, Cattermole PJ (1983) Geological Survey of Tanzania, Arusha (geological map). Quarter degree sheet 55, with geological explanation. United Kingdom Directorate of Overseas Survey, UK