Baseflow and Coupled Nitrification-Denitrification Processes Jointly Dominate Nitrate Dynamics in a Watershed Impacted by Rare Earth Mining

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作者
Wang Shu,Qiuying Zhang,Joachim Audet,Thomas Hein,Peifang Leng,Mei Hu,Zhao Li,Hefa Cheng,Gang Chen,Fadong Li,Fengchang Wu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (1): 719-729 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c05909
摘要

Mining activities cause severe nitrogen pollution in watersheds, yet our understanding of the transport pathways, transformation processes, and control mechanisms of nitrate (NO3-) in these areas is limited. Based on nearly 4-year observations of groundwater and river in China's largest ion-adsorption rare earth mining watershed, we revealed the dynamics of NO3- and its drivers using stoichiometry-based load model, molecular biological, and multi-isotope approaches. Results indicated that the NO3- dynamics were jointly controlled by sources (precipitation, terrestrial inputs, and sediment supply) and processes (hydrological and biological). The monthly NO3- export load from the 444.4 km2 watershed was 3.72 × 105 kg. Groundwater (36 ± 26%) and soil nitrogen (25 ± 17%) were the primary exogenous sources of NO3-. Baseflow was the main hydrological pathway for legacy nitrogen into the river, contributing 66.8% of the NO3- load. Coupled nitrification-denitrification were key biological processes affecting the NO3- transformation, with denitrification contributing 58%. Burkholderia were most associated with NO3- transformation. Dissolved organic carbon and oxygen were major drivers affecting the NO3- production and consumption. This study highlights effective control and management strategies for nitrogen pollution in mining-affected watersheds, considering not only reducing nitrogen inputs but also integrating hydrological pathways and nitrogen transformation mechanisms.
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