农业区地下水硝酸盐污染：生物地球化学脱氮机制与预测模型

"地质与生态互动：硝酸盐污染的地下水脱氮活动及预测模型" 这篇博士学位论文关注的是地球科学和物质科学领域，特别是在地下水硝酸盐污染及其生物地球化学过程，特别是脱氮作用方面。作者塔玛拉·科尔贝在雷恩第一大学的地球科学研究单位（UMR CNRS 6118）和OSUR雷恩宇宙科学观测站进行了深入的研究。 硝酸盐污染是全球农业地区普遍存在的问题，主要源于过度施肥。这种污染对地下水质量和生态环境产生了负面影响，威胁到人类健康和生态系统的福祉。论文探讨了硝酸盐在地下水中的生物地球化学转化，其中一个重要过程是反硝化，即微生物将硝酸盐还原为二氮气体（N2）或氧化亚氮（N2O）。这个过程依赖于无氧环境、反硝化微生物的存在以及可供微生物利用的电子供体。 论文指出，脱氮速率在空间上存在显著差异，这些差异受地下水流动结构、生物地球化学活动以及地层地质条件的共同影响。为了更好地理解和预测这一过程，作者提出了一种综合方法，结合了保守和反应性示踪剂的使用，以及地下水流量和传输模型。这种方法在法国布列塔尼地区的76平方公里结晶无限含水层中得到了应用。通过测量CFC-12、O2、NO3-和溶解N2的浓度，可以重建过去饱和带的硝酸盐输入历史，并揭示脱氮活动的时空模式。 研究发现，脱氮能力主要由电子供体的分布控制。论文提出了一种通用的解释框架，结合示踪剂信息和半显式聚类参数模型，用于评估区域脱氮能力和硝酸盐残留。这种方法有助于克服在局部尺度上无法充分理解微生物过程的问题，从而在更大范围内进行预测。 总而言之，这篇论文为理解和管理农业区地下水中的硝酸盐污染提供了一个创新的科学基础，强调了生物地球化学过程在地下水质量管理中的重要性，并为建立预测模型提供了新的工具和方法。这不仅有助于保护地下水资源，还有助于制定更有效的农业实践和环境保护政策。