Поведение соединений азота и их трансформация в системе почва– подземные воды сельскохозяйственных ландшафтов Западной Сибири

Евгения Александровна Солдатова; Дарья Валерьевна Пургина

doi:10.17308/geo.2020.4/3063

Евгения Александровна Солдатова Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук https://orcid.org/0000-0003-3967-4822
Дарья Валерьевна Пургина Национальный исследовательский Томский политехнический университет

DOI: https://doi.org/10.17308/geo.2020.4/3063

Ключевые слова: биогеохимический цикл азота, водная миграция, нитраты, аммоний, изотопный состав нитратов, микробиологические процессы, Томская область

Аннотация

Цель – рассмотреть особенности миграции и трансформации соединений азота в системе почва–подземные воды на примере сельскохозяйственных ландшафтов Томского района Томской области. Материалы и методы. Исследования проводились на основе результатов химического и микробиологического анализа образцов подземных вод и почв, а также анализа изотопного состава нитрат-иона, растворенного в подземных водах. Химический состав подземных вод и почв определялся методами титриметрии, потенциометрии, пламенной фотометрии, фотоколориметрии, флуориметрии и высокотемпературного-каталитического окисления. Микробиологический анализ образцов подземных вод и почв осуществлялся путем культивирования групп микроорганизмов, принимающих участие в круговороте азота, на питательных средах. Изотопный состав нитрат-иона проанализирован методом бактериальной денитрификации с использованием изотопного масс-спектрометра, соединенного с дополнительным модулем для пробоподготовки следовых газов. Результаты. Обработка полученной геохимической информации с применением аппарата математической статистики позволила выявить процессы, происходящие с соединениями азота в течение сельскохозяйственного сезона и определить их локализацию в системе почва–подземные воды, включая влияние микрофлоры на трансформацию соединений азота. Проведенные исследования также позволили выявить некоторые взаимосвязи между формующейся геохимической обстановкой в водоносном горизонте и процессами, происходящими в почве.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Евгения Александровна Солдатова, Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории моделирования гидрогеохимических и гидротермальных процессов Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук, г. Москва, Россия

Дарья Валерьевна Пургина, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник Отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия

Литература

1. Beus A. A., Grigoryan S. V. Geohimicheskiye metody poiskov i razvedki mestorozhdeniy tverdyh poleznyh iskopaemyh [Geochemical methods of exploration and prospecting of solid mineral deposits]. Moscow, Publ. Nedra, 1975. 280 p. (In Russ.)
2. Djukarev A. G. Landshaftno-dinamicheskiye aspekty tayezhnogo pochvoobrazovaniya v Zapadnoy Sibiri [Landscape and dynamic aspects of taiga soil formation in Western Siberia]. Tomsk, Publ. NTL, 2005. 284 p. (In Russ.)
3. Zinovik K. V., Khvashevskaya A. A., Soldatova E. A. Chemical composition of groundwater of non-centralized water supply in the Tomsky district of Tomsk region. Voprosy estestvoznaniya, 2018, no. 1(15), pp. 97-102. (In Russ.)
4. Krainov S. R., Zakutin V. P. Zagryazneniye podzemnyh vod v sel'skohozyaistvennyh regionah [Pollution of groundwater in agricultural regions]. Moscow, Publ. Geoin-formmark, 1993. 86 p. (In Russ.)
5. Lepokurova O. E., Ivanova I. S., Shvartsev S. L., KolubaevaYu. V., Nalivayko N. G. Chemical and microbiological composition of groundwaters of decentralized water supply of southern and central districts of Tomsk region. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2016, vol. 327, no 5, pp. 29-41. (In Russ.)
6. Nepryahin E. M. Pochvy Tomskoy oblasti [Soils of Tomsk region]. Tomsk, Publ. Tomskogo Universiteta, 1977. 438 p. (In Russ.)
7. Netrusov A. I., Egorova M. A., Zaharchuk L. M. Praktikum po mikrobiologii [Laboratory course on microbiology]. Moscow, Publ. centr “Akademiya”, 2005. 608 p. (In Russ.)
8. Savichev O. G. Vodnyye resursy Tomskoy oblasti [Water resources of Tomsk region]. Tomsk, Publ. Tomskogo Politehnicheskogo Universiteta, 2011. 224 p. (In Russ.)
9. Shvartsev S. L. Gidrogeohimiya zony gipergeneza [Hydrogeochemistry of hypergenesis zone]. Moscow, Publ. Nedra, 1998. 366 p. (In Russ.)
10. Aravena R., Robertson W.D. Use of multiple isotope tracers to evaluate denitrification in ground water: study of nitrate from a large-flux septic system plume. Ground water, 1998, vol. 36, pp. 975-982.
11. Fukada T.A., Hiscock K.M., Dennis P.F., Grischek T. A dual isotope approach to identify denitrification in groundwater at a river-bank infiltration site. Water Research, 2003, vol. 37, no. 13, pp. 3070-3078.
12. Granger J., Sigman D.M., Lehmann M.F., Tortell P.D. Nitrogen and oxygen isotope fractionation during dissimilatory nitrate reduction by denitrifying bacteria. Limnology and Oceanography, 2008, vol. 53, no 6, pp. 2533-2545.
13. Kendall C. Tracing nitrogen sources and cycling in catchments. Isotope tracers in catchment hydrology. Eds. C. Kendall, J.J. McDonnell. Amsterdam, Elsevier, 1998, pp. 519-576.
14. Nikolenko O., Jurado A., Borges A.V., Kn& o & ller K., Brouyere S. Isotopic composition of nitrogen species in groundwater under agricultural areas: A review. Science of the Total Environment, 2018, vol. 621, pp. 1415-1432.
15. Sebilo M., Billen G., Mayer B., Billiou D., Grably M., Garnier J., Mariotti A. Assessing nitrification and denitrification in the Seine River and estuary using chemical and isotopic techniques. Ecosystems, 2006, vol. 9, pp. 564-577.
16. Shvartsev S.L. Geochemistry of fresh groundwater in the main landscape zones of the Earth. Geochemistry International, 2008, vol. 46, no. 13, pp. 1285-1398.
17. Sigman D.M., Casciotti K.L., Andreani M., Barford C., Galanter M., B& o &hlke J.K. A bacterial method for the nitrogen isotopic analysis of nitrate in seawater and fresh-water. Analytical Chemistry, 2001, vol. 73, pp. 4145-4153.
18. Soldatova E., Dong Y., Li J., Liu Y., Zan J., Boeckx P., Sun Z. Nitrogen transformation and pathways in the shallow groundwater-soil system within agricultural landscapes. Environmental Geochemistry and Health, 2020. DOI
19. Widory D., Petelet-Giraud E., Negrel P., Ladouche B. Tracking the sources of nitrate in groundwater using coupled nitrogen and boron isotopes: A synthesis. Environmental Science and Technology, 2005, vol. 39, no. 2, pp. 539-548.
20. Widory D., Petelet-Giraud E., Brenot A., Bronders J., Tirez K., Boeckx P. Improving the management of nitrate pollution in water by the use of isotope monitoring: the δ 15N, δ 18O and δ 111B triptych. Isotopes in Environmental and Health Studies, 2013, vol. 49, no 1, pp. 29-47.
21. Xue D., De Baets B., Botte J., Vermeulen J., Van Cleemput O., Boeckx P. Comparison of the silver nitrate and bacterial denitrification methods for determination of nitrogen and oxygen isotope ratios of nitrate in surface water. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2010, vol. 24, pp. 833-840.
22. Xue D., De Baets B., Vermeulen J., Botte J., Van Cleemput O., Boeckx P. Error assessment of nitrogen and oxygen isotope ratios of nitrate as determined via the bacterial denitrification method. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2010, vol. 24, no14, pp. 1979-1984.