Sporing av næringsstoffkilder – nitrater i vann

Nitrat er et naturlig forekommende molekyl med tre oksygenatomer som omgir et midtre nitrogenatom. Nitrat dannes naturlig ved bakteriell nitrogenbinding og finnes derfor i jordsmonn, avløpsvann og overflatevann. Nitrat produseres også kunstig i kommersiell skala, brukes som konserveringsmiddel for kjøtt, og på grunn av høy løselighet og biologisk nedbrytbarhet også som bærer for andre næringsstoffer i gjødsel.


Hvorfor er for mye nitrat en bekymring?

Overbruk av nitratbasert gjødsel, både naturlig og kunstig, har i løpet av de siste hundre årene ført til store mengder nitrat i det øvre jordsmonnet, som så transporteres ned i grunnvannet gjennom infiltrasjon. Høye konsentrasjoner nitrat i drikkevannet kan være giftig (10 mg/l eller høyere EPA, 2018) ved at det frarøver blodet oksygen via methemoglobinemi. 


Store mengder nitrat i overflatevann vil dessuten overstimulere algeveksten. Disse algeoppblomstringene blokkerer sollys og skaper anoksiske soner (svært lave konsentrasjoner av oppløst oksygen) som skaper et ulevelig miljø for sjøliv. Eutrofiering kan ha stor negativ innvirkning på marin bransje og fiskerinæringen.


Sources of Nitrates

Beta Analytics tjenester innen nitrattesting

ISO 17025-setifiserte Beta Analytic gjør målinger av nitratkonsentrasjon og isotoper, som kan brukes til å finne kilden til nitrater, miljøendringer grunnet nitrat og hva som skjer med nitrat i naturen.

Kilde

Et nitratmolekyl inneholder naturlig ulike isotoper av oksygen og nitrogen. De vanligste er oksygen-16 og nitrogen-14, mens oksygen-18 og nitrogen-15 er sjeldne. Etter som nitrat dannes og forbrukes naturlig eller kunstig, varierer nitratmolekylets masse. 


Disse forskjellene uttrykkes som delta-verdier og sammenliknes med internasjonale standarder.
For eksempel: 

Endringer

Et nitratmolekyl i naturen vil sannsynligvis endres, for eksempel gjennom denitrifikasjon, som er en prosess der bakterier forbruker NO3 . I denitrifikasjon går mikrobene fortrinnsvis etter nitratmolekyler som bærer nitrogen-14 og oksygen-16, slik at det gjenværende nitratet blir anriket med isotopene oksygen-18 og nitrogen-15. Nitrifikasjon har motsatt effekt.

Innvirkning

Kilde, tilgjengelighet av oksygen, pH og arealbruk spiller alt sammen en rolle i nitratets isotopverdier og må tas med i beregningen når isotopdata analyseres. Nitratisotopene er et nyttig verktøy for å forstå hvor nitrat kommer fra og hvilke prosesser molekylet gjennomgikk før det endte opp i prøveglasset.

Beta Analytic utfører raske, ISO 17025-sertifiserte målinger av oksygen- og nitrogenisotoper ved hjelp av et isotopforholdmassespektrometer (IRMS). Resultatene rapporteres innen 14 arbeidsdager.


Referanser:

Aravena, R., Evans, M. L., & Cherry, J. A. (1993). Stable isotopes of oxygen and nitrogen in source identification of nitrate from septic systems. Groundwater, 31(2), 180-186.

Florida Department of Health Fact Sheet – Chemicals in Private Drinking Water Wells

Hosono, T., Tokunaga, T., Kagabu, M., Nakata, H., Orishikida, T., Lin, I. T., & Shimada, J. (2013). The use of δ15N and δ18O tracers with an understanding of groundwater flow dynamics for evaluating the origins and attenuation mechanisms of nitrate pollution. Water research, 47(8), 2661-2675.

Isotope Tracers in Catchment Hydrology (1998), C. Kendall and J. J. McDonnell (Eds.). Elsevier Science B.V., Amsterdam. pp. 519-576.

Li, S. L., Liu, C. Q., Li, J., Xue, Z., Guan, J., Lang, Y., … & Li, L. (2013). Evaluation of nitrate source in surface water of southwestern China based on stable isotopes. Environmental earth sciences, 68(1), 219-228.

US EPA Fact Sheet – Preventing Eutrophication: Scientific Support for Dual Nutrient Criteria

US EPA National Primary Drinking Water Regulations