Deciphering Nitrate Sources and Biogeochemical Pathways Along Intermediate Flow System in Volcanic Aquifer of the Denpasar Basin, Bali, Indonesia
本研究利用对70份地下水样本进行的多示踪剂水化学和双硝酸盐同位素分析，揭示了登巴萨盆地火山含水层中的硝酸盐污染源于补给区的农业肥料和城市排放区的生活污水，且其运移受中间流系统的调节，并受到局部微生物反硝化作用的部分缓解。
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隐藏在地球之下的水是人类生活的沉默伙伴，它填满了我们的水井，滋养着我们的庄稼。然而，这一无形的资源极易受到地面活动的影响。当农民施用化肥或城市产生废物时，富含氮的化合物可能会渗入土壤并向下移动，最终污染地下水。科学家通过观察水的化学成分以及不同来源留下的独特“指纹”来研究这些运动。正如特定类型的土壤可能会在鞋子上留下独特的痕型一样，不同的污染源会在水中留下独特的化学特征。通过解读这些特征，研究人员可以追踪污染物的来源，以及它在穿过地下时是如何变化的，这一过程对于保护我们饮用的水至关重要。
在印度尼西亚巴厘岛的登帕萨尔盆地（Denpasar Basin），一组研究人员致力于绘制这一隐藏的旅程图。该盆地是一个由不同层次构成的景观：顶部是高山森林，中部是起伏的农业丘陵，底部是密集的城市化沿海平原。地下水自然地从高山流向农田，最后进入城市。研究人员在整个路径上采集了七十份来自泉水和水井的水样。他们测量了硝酸盐（一种常见的污染物）和氯化物（一种常见于人类排泄物的盐类）的含量。更重要的是，他们分析了硝酸盐分子中氮和氧的同位素。同位素是同一种元素的略微不同的版本，它们的比例就像条形码一样，揭示了硝酸盐是来自化肥、动物粪便还是人类污水，以及它是否在途中被细菌分解。
研究揭示了一个遵循地形坡度的清晰污染模式。在高山补给区（即水首次进入地下的地方），硝酸盐水平较低。在这里，化学特征表明农业化肥是主要来源，但含量较少。随着水流向下移动到常见的传统稻田和种植园所在的中间海拔地区，化学混合物开始发生变化。该区域的水显示出混合的迹象，携带了来自土壤的化肥和有机物的痕迹。然而，最剧烈的变化发生在低洼的城市地区。在城市中，硝酸盐浓度激增，部分样本甚至达到了远高于饮用水安全标准的水平。城市水井中的化学指纹讲述了另一个故事：污染主要由生活污水主导。高水平的氯化物（人类废弃物的一个组成部分）证实，漏失的化粪池系统和未经处理的污水才是罪魁祸首，而非海水入侵或天然岩石风化。
这项发现之所以特别重要，在于水的流动方式。研究人员发现，城市中受高度污染的水并非仅仅来自其正上方的地表。相反，它是中间流系统的一部分。在中部海拔地区补给的水在吸收了农业径流后，在地下旅行并最终在低地涌出。这条“地下高速公路”使得来自农场的污染物与城市的污水混合在一起，形成了一种复杂的污染鸡尾酒。研究还发现，大自然正在尝试净化水质。在许多样本中，化学比例表明细菌正在分解硝酸盐，这一过程被称为反硝化作用，它能将污染物转化为无害的氮气。然而，这种自然的净化作用是有限的。由于火山土壤允许氧气容易通过，导致环境往往含氧量过高，使得细菌无法高效工作，从而使大部分硝酸盐保持原状。
研究人员得出结论，虽然高山的地下水仍相对洁净，但城市排放区的地下水正承受着人类活动的严重压力。研究排除了城市高盐分是由海水引起的观点，而是将其直接指向人类排泄物。研究还强调，仅仅依赖硝酸盐的总量可能会产生误导；化学和同位素数据表明，即使硝酸盐水平在法定限度内，水可能也已经处于退化的早期阶段。研究结果表明，巴厘岛旅游业和城市发展的快速扩张正超过自然环境过滤水的能力。为了保护这一重要资源的未来，该研究强调需要更好地管理污水系统，并深入了解水如何在这些火山景观中流动，以确保城市下方的隐藏流向不会成为公共健康的隐形威胁。
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