GEOLOGIJA 50/2, 467–475, Ljubljana 2007
Porazdelitev in izvor nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja
Distribution and origin of nitrates in the groundwater of Ljubljansko polje
Janko URBANC1 & Brigita JAMNIK2
1Geolo{ki zavod Slovenije, Dimi~eva ul. 14, SI-1000 Ljubljana, janko.urbanc@geo-zs.si 2JP Vodovod-Kanalizacija d.o.o., Vodovodna cesta 90, SI-1000 Ljubljana, bjamnik@vo-ka.si
Ključne besede: Ljubljansko polje, vodonosnik, izotopi, du{ik-15 Key words: Ljubljansko polje, aquifer, isotopes, Nitrogen-15
Izvle~ek
Prisotnost nitratov, pomembnih onesnaževal virov pitne vode, v vodonosniku Ljubljanskega polja trenutno {e ne predstavlja okoljskega bremena, ki bi nemudoma zahtevalo takoj{nje ukrepe. Kljub temu njihova prisotnost opozarja na antropogeni vpliv, ki ni zanemarljiv. V prispevku je obravnavana raz{irjenost nitratov v vodonosniku Ljubljanskega polja. Podana je ocena vpliva dveh pomembnej{ih izvorov nitratov, to je vpliva kmetijstva in vpliva urbane rabe prostora. Obravnavana je porazdelitev nitratov v prostoru in spremembe koncentracije s ~asom, prav tako je opredeljen glavni vir nitratov v vodonosniku.
Abstract
The presence of nitrates, an important pollutant of drinking water sources, at present doesn’t represent an environmental burden that would demand immediate remedial measures in the aquifer of Ljubljansko polje. Nevertheless their presence indicates an anthropogenic influence that can not be neglected. The article discusses the spread of nitrates in the aquifer of Ljubljansko polje and gives an estimation of the influence of two important nitrate sources, the agricultural and urban land use. The distribution of nitrates in the area is also discussed and the concentration changes with time are examined closely. The most important nitrate source in the groundwater is determined on the basis of nitrate-nitrogen isotope study. The results are correlated to the known land use of the urban area.
Sampling for the present study was performed from the autumn 2002 to the summer 2004. The sampling locations were active wells of the public water supply, industrial wells, sampling wells of the existing monitoring network and the Sava river. The results show an uneven distribution of nitrates in the Ljubljansko polje aquifer. Areas with a concentration of up to 40 mg/l can be found, whereas the values in the river bank are low and comparable to those in the river water. On the average the concentration ranges from 20 to 25 mg/l. The nitrate concentration depends largely on the location in the aquifer and does not show significant changes during the time of the research projects, with some exceptions which confirm a local input of nitrates from the surface in the vicinity of the sampling site.
The most positive groundwater nitrate 815N values were found in the area where the groundwater flows from the densely populated area. The least positive values are found in the groundwater, where the sampling site is surrounded by entirely agricultural land. The spatial variation of the nitrogen source is important. The 815N values seem to be more sensitive to nitrate input than the nitrate concentration itself and show changes with time. When the sampling site is far away from the source of contamination the amplitudes of NO3 concentration and 815N are lower. The reason can be found in the homogenization of the groundwater flow.
468
Uvod
Nitrate poleg pesticidov pri{tevamo k glavnim onesnaževalom virov pitne vode. Nitrati nastajajo z oksidacijo organskih snovi, ki vsebujejo du{ik. V vodo prihajajo najve~krat z izpiranjem gnojil, ki jih uporabljamo v kmetijstvu, ali pa z izpiranjem fekalnih odplak iz netesnih kanalizacijskih sistemov ali greznic.
Ljubljansko polje v primerjavi z nekaterimi drugimi prodnimi vodonosniki na ob-mo~ju Slovenije z nitrati ni obremenjeno do take mere, da kakovost podzemne vode ne bi ustrezala kriterijem za pitno vodo ali merilom dobrega kakovostnega stanja podzemne vode. ^eprav s podatki o koncentracijah nitratov izpred obdobja hitre urbanizacije in intenzivnej{e kmetijske pridelave ne razpolagamo, iz porazdelitve koncentracij v prodnih nanosih Save pod urbanimi in kmetijskimi povr{inami mesta lahko sklepamo, da je koncentracija nitratov na dolo~enih ob-mo~jih vodonosnika precej vi{ja od naravnega ozadja.
Dosedanje raziskave kažejo, da so meritve izotopske sestave du{ika v vodi u~inko-vito orodje za ugotavljanje izvora nitratov (Yamano et al, 2003). Namen raziskave je bil ugotoviti zna~ilnosti izotopske sestave du{ika v nitratih v podzemni vodi Ljubljanskega polja ter na tej osnovi opredeliti glavni vir onesnaženja podzemne vode z nitrati. V raziskavi smo dolo~ili tudi prostorsko in ~asovno variabilnost izotopske sestave du{i-ka v nitratih v podzemni vodi.
Rezultati raziskave opozarjajo na obmo~-ja vodonosnika, kjer se kažejo odstopanja od vrednosti, ki bi lahko bile pri~akovane zgolj zaradi naravnih danosti. Njeni izsledki predstavljajo osnovo za na~rtovanje rabe prostora, ki s pitno vodo oskrbuje pomemben delež prebivalcev osrednjega dela Slovenije. Usmeritve evropske okoljske politike ne dopu{~ajo poslab{evanja kakovostnega stanja podzemne vode, zato je pravo~asno zaznavanje kakovostnih sprememb v vodo-nosniku nujno za izvedbo pravo~asnih in u~inkovitih ukrepov.
Z raziskavo smo želeli dose~i ve~ ciljev:
? Ugotoviti prostorske zna~ilnosti izo-topske sestave nitratov na Ljubljanskem polju
Prostorske zna~ilnosti izotopske sestave nitratov smo ugotavljali na osnovi mreže vzor~nih mest, ki so bila izbrana tako, da njihova zaledja predstavljajo
Janko Urbanc & Brigita Jamnik
razli~ne vrste rabe prostora (kmetijsko ali urbano zaledje).
? Ugotoviti ~asovno spremenljivost izo-topske sestave nitratov Ugotavljali smo spreminjanje izotop-ske sestave du{ika v podzemni vodi s ~asom. Obdobje opazovanj je trajalo od jeseni 2002 do poletja 2004. Na ta na~in smo se izognili specifi~nim zna-~ilnostim, ki se pojavijo znotraj letnega ciklusa zaradi ekstremnih vremenskih razmer, kakor tudi eventualnim izjemnim antropogenim vplivom, kar bi lahko prispevalo k napa~nemu razumevanju in interpretaciji rezultatov.
? Opredeliti izvor nitratov – razmejitev med vplivom umetnih gnojil ter vplivom organskih gnojil oziroma drugih organskih onesnaževalcev V tem delu raziskave smo na osnovi izo-topske sestave du{ika sku{ali razmejiti vplive zaradi gnojenja z mineralnimi gnojili od vplivov du{ika organskega izvora (fekalne odplake, gnojevka, gnoj).
Opis obravnavanega obmo~ja
Vodonosnik Ljubljanskega polja se razprostira na vzhodnem delu Ljubljanske kotline, ki jo je s pleistocenskimi in holo-censkimi prodnimi nanosi zapolnila reka Sava (Žlebnik, 1971, Drobne et al., 1997). Pleistocenski nanosi so ponekod globlji od 100 m. Struga Save danes poteka po severnem delu ravnice. Neprepustna podlaga z re~nimi nanosi zasute kotanje je sestavljena iz skrilavcev in pe{~enjakov karbonske in permske starosti. Med dobro prepustnimi pe{~eno prodnimi nanosi se ob~asno nahajajo manj prepustne le~e konglomerata, glina in melj, kar je vzrok za precej{nje lokalne spremembe hidravli~ne prevodnosti.
Globina do gladine podzemne vode, ki je nagnjena v smeri od severo–zahoda proti jugo–vzhodu, je ve~ja v zahodnem delu Ljubljanskega polja in manj{a vzdolž reke Save. Hidravli~na prepustnost vodonos-nih plasti Ljubljanskega polja je visoka, od 1,2 × 10–2 m/s v osrednjem delu polja do 3,7 × 10–3 m/s na obrobju polja in {e nekoliko nižja ob vznožju hribovja med Mednim in Zalogom. Eksperimentalno dolo~ena hitrost toka podzemne vode zna{a okrog 25 m/dan (Auersperger et al, 2005), ocenjuje pa se, da zna{ajo hitrosti podzemne vode na tem ob-mo~ju v razponu od nekaj metrov do nekaj deset metrov na dan.
Porazdelitev in izvor nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja
469
Podzemna voda na Ljubljanskem polju se hitro obnavlja, kar pomeni, da se onesnaževala iz vodonosnika relativno hitro odplavijo s tokom vode, obstoji pa tudi stalna nevarnost hitrega vdora onesnaževal s povr-{ine ali reke Save v vodonosnik (Auersper-ger et al, 2005). Pe{~eno-prodni vodonosnik Ljubljanskega polja se namre~ v glavnem napaja iz dveh komponent, reke Save, ki infiltrira v vodonosnik na stiku s prodnimi sedimenti ter iz padavin, ki se infiltrirajo do vodonosnih plasti na samem Ljubljanskem polju. Deleža omenjenih komponent v podzemni vodi sta lahko v razli~nih delih vodo-nosnika dokaj razli~na. Na delež reke Save v podzemni vodi vpliva glavni tok podzemne vode, ki je vzporeden z reko Savo, tako da v osrednjem delu vodarne Kle~e, ki je od infiltracijskega obmo~ja na obmo~ju Roj oddaljena že 3 km, najdemo pretežno re~no vodo in manj{i del padavinske komponente (Jamnik & Urbanc, 2000). Dolvodno lahko privzamemo, da se pove~uje tudi delež lokalne padavinske vode v podzemni vodi. Obe napajalni komponenti sta izpostavljeni razli~nim virom onesnaženja, zato obstaja odvisnost med njunim razmerjem me{anja in kemijsko sestavo podzemne vode.
Reka Ljubljanica, ki je prepoznaven okoljski element Ljubljanske kotline, na ob-mo~ju do Fužin zaradi nepropustne struge ne vpliva na hidrokemijske razmere v vodo-nosniku Ljubljanskega polja, dolvodno pa del podzemne vode drenira v reko Ljubljanico. Glavnina dinami~nega dela podzemne vode na vzhodnem delu Ljubljanskega polja drenira v reko Savo, nekaj podzemne vode pa odteka v izvire, ki tudi v su{nem obdobju ne presahnejo.
Metode
Na~rt vzor~evanja je bil zasnovan tako, da smo lahko spremljali zna~ilnosti sprememb izotopske sestave du{ika v nitratih vzdolž toka podzemne vode od severozahodnega dela Ljubljanskega polja, pod osrednjim delom mesta ter naprej proti vzhodu. Vzor~na mesta ležijo na desnem bregu reke Save v osrednjem delu polja, kjer je obmo~-je, ki se izkori{~a za potrebe javne oskrbe s pitno vodo. Levi breg Save, kjer leži vodarna Jar{ki prod, je manj obremenjen z nitrati, zato ni bil vklju~en v raziskavo.
V na~rt vzor~evanja je bilo zajetih 14 vzor~nih mest podzemne vode: vodnjaki iz ~rpali{~ vodovodnega sistema (VD Kle~e-8,
VD Kle~e-11, VD Kle~e-17, VD Šentvid-2a, VD Hrastje-1a, VD Hrastje-3), industrijski vodnjaki (VD Yulon, VD Dekorativna, VD Geo-ZS) in piezometri oz. vodnjaki (VD Vodovodna, BŠV-1/99, Hrastje AMP, VD Na-vje) ter reka Sava (slika 1). Nekatera vzor~-na mesta so bila opazovana mese~no, druga pa v trimese~nih intervalih v obdobju od oktobra 2003 do poletja 2004 (Tabela 1).
Osnovni kemijski parametri podzemnih vod so bili analizirani v laboratoriju JP Vodovod-Kanalizacija, meritve izotopske sestave du{ika pa so potekale na Institutu J. Stefan v Ljubljani. Nitrati so bili izolirani iz vode na Biorad AG1-X8 izmenjevalni koloni (Silva et al., 2000). S kolone so bili izprani z 3N HCl raztopino in nevtralizirani s srebrovim oksidom (Merck) do pH 6. Raztopina je bila prefiltrirana in liofilizirana. Su{ina je bila analizirana s preto~nim masnim spektrometrom za stabilne izotope Europa 20-20, povezanim z elementnim analizatorjem.
Natan~nost meritev je bila kontrolirana z referen~nimi materiali IAEA NO3, USGS25 in USGS26. Analitska napaka je zna{ala +/- 0.2 promila, merilna negotovost celotnega postopka je bila manj{a od +/- 0.4 promila.
Izotopska sestava du{ika v podzemnih vodah
Du{ik ima dva stabilna izotopa, 14N in 15N. Izotop 14N mo~no prevladuje, saj v atmosferskem du{iku najdemo 99,64 % izotopa 14N in samo 0,36 % izotopa 15N. Izotopsko sestavo du{ika izražamo v promilih. Raziskave kažejo, da so izmerjene vrednosti du{ika v razponu od približno - 50 ‰ do + 50 ‰, ~eprav se ve~ina izmerjenih vrednosti ?15N giblje v precej ožjem obmo~ju, med - 10 ‰ in + 20 ‰. Izotopska sestava atmosferskega du{ika zna{a 0 ‰ in se prakti~no ne spreminja, zato se uporablja kot standard pri meritvah izotopske sestave.
Prevelika uporaba gnojil izrazito pove~a koncentracijo nitratov v podzemni vodi. Anorganska (umetna) gnojila so proizvedena iz atmosferskega du{ika in vklju~ujejo ureo ter amonijev in kalijev nitrat. Ta gnojila imajo izotopsko sestavo du{ika vrednosti dokaj blizu zra~nemu du{iku, zato se njihove ?15N vrednosti gibljejo med - 4 in + 4 ‰. (Kendall, 1998).
Organska gnojila, kamor pri{tevamo hlevski gnoj, gnojevko in gnojnico ter tudi t.i. ze-
470
Janko Urbanc & Brigita Jamnik
lena gnojila, so mnogo bolj obogatena s težjim du{ikovim izotopom. V organskih gnojilih se ve~ina vrednosti ?15N giblje med 10 in 20 ‰. Za ta gnojila je zna~ilen tudi mnogo ve~ji razpon ?15N vrednosti, vrednosti zna-{ajo tako od + 2 do + 30 ‰.
Med organskimi ter anorganskimi gnojili obstaja torej precej{nja razlika v izotopski sestavi du{ika, ki jo je možno uporabiti za ugotavljanje izvora nitratov v podzemnih vodah.
Izotopska sestava du{ika v podzemni vodi se lahko mo~no spremeni proti pozitivnim vrednostim ?15N zaradi denitrifika-cijskih procesov. Ker so ti procesi zna~ilni predvsem za redukcijsko okolje (Kendall, 1998) ocenjujemo, da v vodonosniku Ljubljanskega polja niso zelo izraziti, saj gre v tem primeru za dobro prezra~en vodonosnik z dovolj kisika.
Interpretacija rezultatov
Podzemna voda Ljubljanskega polja po hidrokemijski klasifikaciji spada v kalcije-vo-magnezijevo-hidrokarbonatni tip vod. Rezultati meritev koncentracij kalcija se ve~inoma gibljejo v intervalu od 70–90 mg/l, magnezija pa od 15–25 mg/l.
Slika 1 prikazuje spreminjanje nivoja podzemne vode v osrednjem delu Ljubljanskega polja na opazovalnem mestu VD Vodovodna v obdobju 2000–2005. Potek dia-
grama kaže, da je bil minimum nivoja podzemne vode v jesenskem obdobju su{ne-ga leta 2003 zelo izrazit, temu pa je sledil intenziven dvig do lokalnega maksimuma spomladi 2004. Razlika med najvi{jim in najnižjim nivojem podzemne vode je na opazovalnem mestu VD Vodovodna v ~asu trajanja projekta zna{ala približno 4 m.
Slika 2 kaže lokacije vzor~nih mest, isto-~asno pa tudi zna~ilnosti pojavljanja nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja. Razpon koncentracij na krožnem grafu je 40 mg/l. Najpogostej{a koncentracija se giblje od 20–25 mg/l, najdemo pa tudi ob-mo~ja, kjer se koncentracija že približuje 40 mg/l, kakor tudi obmo~ja, ki so z nitrati malo obremenjena. Manj obremenjena so predvsem obmo~ja ob reki Savi, saj se v reki Savi kot izvoru podzemne vode in v obrežnem pasu koncentracija nitratov v povpre-~ju giblje okrog 5 mg/l. Prisotnost nitratov v podzemni vodi je v povezavi tudi z drugimi indikatorji onesnaženosti podzemnih voda (Jamnik & Urbanc, 2000).
Koncentracija nitratov v vodnjakih na obrobju vodarne Kle~e je izrazito ve~ja kot v vodnjakih v osrednjem delu vodarne. Vzrok relativno nizke koncentracije nitratov v osrednjem delu vodarne Kle~e je mo~ pripisati hitremu toku podzemne vode, v katerem prevladuje komponenta reke Save in v kateri je koncentracija nitratov dokaj nizka. Najvi{jo koncentracijo nitratov opazimo na zahodnem obrobju vodonosnika Ljub-
Slika 1. Nihanje nivoja podzemne vode na opazovalnem mestu VD Vodovodna. Figure 1. The groundwater level changes on VD Vodovodna sampling site.
Porazdelitev in izvor nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja
471
Slika 2. Povprečna koncentracija nitratov
v podzemni vodi Ljubljanskega polja v obdobju
2002-2004. Razpon koncentracije na krožnem
grafu je 40 mg/l.
Figure 2. Average nitrate concentration in the
groundwater of Ljubljansko polje in the period
2002-2004. The range of the concentration on the
pie graph is 40 mg/1.
nrtrati (mgJI)
ljanskega polja. V osrednjem delu polja koncentracija nitratov s tokom podzemne vode rahlo nara{~a, južno od vodarne Hrastje dosegajo koncentracije nitrata ponovno nekoliko nižje vrednosti.
Zna~ilnost vode reke Save je, da poleg nizke koncentracije nitratnega iona izkazuje dokaj negativno povpre~no izotopsko sestavo du{ika (Tabela 1). Vrednosti ?15N so se gibale v obmo~ju od 2,6–4,6 ‰.
Na severozahodnem obmo~ju Ljubljanskega polja, kjer je bil v sklop odvzemnih mest vklju~en aktivni vodnjak vodarne Šentvid, je pri~akovan ve~ji delež vode reke Save(Urbanc & Jamnik, 1998), posledi~no lahko opazimo nekoliko nižjo koncentracijo nitratov od povpre~ja, ki velja za Ljubljansko polje. ^asovni niz sprememb koncentracije nitratov in izotopske sestave du{ika v podzemni vodi v vodnjaku VD Šentvid-2a vzporedno z vodnjakoma VD Kle~e-11 in VD Hrastje-1a je prikazan na slikah 3 in 4. Vodnjak VD Kle~e-11 je bil izbran kot eno najbolj obremenjenih mest v vodarni Kle~e, zato je koncentracija nitratov na tem mestu tudi do dvakrat vi{ja kot v osrednjem delu vodarne. Pomembnej{ih nihanj v koncentraciji nitratov na posameznih odvzemnih mestih aktivnih vodnjakov vodarn ne opazimo. Koncentracija nitratov znotraj vodarne Kle~e je v ve~ji meri odvisna od lokacije od-
Tabela 1. Povpre~ne koncentracije nitratov,
kloridov, sulfatov in izotopske sestave du{ika
v nitratih (?15N) v podzemni vodi Ljubljanskega
polja.
Table 1. Average concentrations of nitrates,
chlorides, sulphates and isotopic composition
of nitrogen in nitrates (?15N) in the groundwater
of Ljubljansko polje.
Vzor~no mesto	nitrat mg/l	515N (%o)
VD Šentvid-2a	15,7	7,4
VD Kleče-11	24,2	5,8
VD Geo-ZS	26,1	6,5
BŠV-1/99	28	6,7
VD Yulon	16,4	7,6
VD Hrastje-la	23,1	7,0
reka Sava*	4,9	4,2
VD Kleče-8a*	12,1	7,6
VD Kleče-17*	14	6,9
VD Vodovodna*	28,3	5,5
VD Dekorativna*	33,2	8,8
VD Navje*	28,3	9,4
Hrastje AMP*	16,5	6,6
VD Hrastje-3*	24,0	6,1
* vzor~enje v trimese~nih intervalih v obdobju od oktobra 2003 – julija 2004.
472
Janko Urbanc & Brigita Jamnik
vzema, kot od sprememb v ~asu hidrolo{ke-ga leta.
V opazovanem ~asovnem obdobju je pri-{lo do maksimuma v izotopski sestavi du{i-ka konec leta 2003 in v pozno pomladnem obdobju 2004 (slika 4). Prvi maksimum povezujemo z vnosom nitratov organskega izvora s prihodom jesenskih padavin 2003, ki so sledile zelo dolgotrajnemu su{nemu obdobju, drugi maksimum pa je opazen zgolj na obmo~jih s kmetijskim zaledjem (vodarni Kle~e in Šentvid) in ga pripisujemo vnosu du{ika v obliki organskih gnojil v pomladnem obdobju 2004. Na obmo~jih z izrazitim nekmetijskim zaledjem (BŠV-1/99, VD Geo-ZS, VD Yulon) pomladni maksimum v letu 2004 tudi ni tako izrazit (slika 5 in slika 6). Dvig izotopske sestave du{ika v jesenskem obdobju 2003 pripisujemo obema izvoroma organskega du{ika. Prvi, nižji maksimum na krivulji, ki pripada VD Šent-
vid-2a v primerjavi z drugim maksimumom potrjuje tezo o obeh izvorih in kaže na pre-vladujo~ vpliv organskega du{ika s kmetijskih povr{in v pomladnem obdobju.
Visok prvi maksimum v izotopski sestavi du{ika v VD Hrastju-1a kaže na dotok podzemne vode izpod mestnih povr{in in organskega du{ika, ki izvira iz kanalizacijskega omrežja. Na severu vodarne Hrastje, kjer je bil v raziskavo vklju~en VD Hrast-je-3, je povpre~na izotopska sestava du{ika nižja, torej je prisoten ve~ji delež mineralnega du{ika, kot na jugu Hrastja. Medtem ko je koncentracija nitratov na severu vodarne Hrastje v izrazitem nara{~anju (Jamnik et al, 2003), koncentracija nitratov na južnem delu vodarne ne kaže bistvenih sprememb. ^e ugotovitev o porazdelitvi koncentracij nitratov povežemo s povpre~no izotopsko sestavo du{ika, le-ta odraža uporabo mineralnih gnojil na kmetijskih po-
Slika 3. Spreminjanje
koncentracije nitratov
v vodnjakih vodarn
na Ljubljanskem
polju (VD Šentvid-2a,
VD Kle~e-11 in VD
Hrastje-1a).
Figure 3: Temporal
variations of the
nitrate concentration
in the abstraction
wells of public water
supply at Ljubljansko
polje.
Slika 4. Spreminjanje
izotopske sestave
du{ika v nitratih
v vodnjakih vodarn
na Ljubljanskem
polju (VD Šentvid-2a,
VD Kle~e-11 in VD
Hrastje-1a).
Figure 4: Temporal variations of nitrogen isotope composition in the nitrates from the abstraction wells of public water supply at Ljubljansko polje.
Porazdelitev in izvor nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja
473
Slika 5. Spreminjanje koncentracije nitratov
v vodnjakih
na Ljubljanskem polju
z nekmetijskim
zaledjem
(VD Geo-ZS, BŠV-1/99
in VD Yulon).
Figure 5: Temporal
variations of nitrate
concentrations in
the industrial wells
with non-agricultural
catchment area.
vr{inah na obmo~ju vodarne Hrastje, kjer se odvija intenzivna vrtnarska pridelava za trg.
V ~asovni odvisnosti koncentracije nitratov v jesenskem obdobju 2003 opažamo visok maksimum na mestu BŠV-1/99 (slika 5), na mestu VD Hrastje-1a pa ne. Zaklju~uje-mo, da je poglavitni vzrok izrazito lokalno izpiranje onesnaževala iz netesnega kanalizacijskega omrežja. Na tem mestu prihaja do najve~jih nihanj v koncentraciji nitratov, kar ne pripisujemo vplivu razlik v dinamiki toka podzemne vode, ampak predvsem lokalnim in ~asovno odvisnim vplivom onesnaževanja.
Iz povpre~ne izotopske sestave ?15N v nitratih (slika 7) je razvidno, da najve~jo obogatitev s težjim du{ikovim izotopom najdemo v urbanih predelih mesta: VD Navje, VD Dekorativna, VD Yulon. Na prispevnem obmo~ju vodarne Hrastje je izotopska sesta-
Slika 6. Spreminjanje
izotopske sestave
du{ika v vodnjakih
na Ljubljanskem polju
z nekmetijskim
zaledjem
(VD Geo-ZS, BŠV-1/99
in VD Yulon).
Figure 6: Temporal
variations of the
nitrate isotope
composition in the
industrial wells with
non-agricultural
catchment area.
va ?15N v nitratih nekoliko nižja kot na prispevnem obmo~ju vodarne Kle~e, kar pomeni, da je delež mineralnega du{ika v nitratih v osrednjem delu vodonosnika ve~ji kot v njegovem severo–zahodnem delu.
Slika 8 prikazuje odvisnost povpre~ne vrednosti izotopske sestave ?15N v nitratih kot funkcijo koncentracije nitratov. Opazovalni mesti VD Navje in VD Dekorativna izkazujeta najbolj pozitivne vrednosti izo-topske sestave du{ika, med njima pa je ob-~utna razlika v koncentraciji nitratov.
Ve~ina ostalih vzor~nih mest na grafu 8 je razporejenih ob padajo~i liniji obratne odvisnosti med koncentracijo in izotopsko sestavo nitratov. Ob povi{evanju koncentracije nitratov torej beležimo vse bolj negativne vrednosti ?15N, kar lahko pomeni pove~eva-nje deleža du{ika iz anorganskih gnojil. V tak{nem primeru bi torej lahko ocenili, da ima z nitrati najbolj obremenjena podzemna
474
Janko Urbanc & Brigita Jamnik
Slika 7. Povprečna izotopska sestava 815N v nitratih
v podzemni vodi Ljubljanskega polja. Razpon na
krožnem grafu za izotopsko sestavo 815N v nitratih je
od 0-10 %o.
Figure 7. Average 815N isotope composition in the
nitrates in the groundwater of Ljubljansko polje.
The range of 815N isotope composition in the nitrates
on the pie graph is from 0-10 %o.
Slika 8. Povpre~na izotopska sestava
?15N v nitratih v podzemnih vodi
Ljubljanskega polja v odvisnosti
od povpre~ne
koncentracije nitrata.
Figure 8. Average
?15N isotope
composition
in the nitrates
in the groundwater
of Ljubljansko
polje versus nitrate
concentration.
voda prevladujo~ delež du{ika iz kmetijskih povr{in.
Na sliki 9 je shematsko prikazan dvig koncentracije nitratov vzdolž toka podzemne vode od reke Save preko vodarne Kle~e do juga vodarne Hrastje. Koncentracija nitratov med obema vodarnama nara{~a z manj-{o intenzivnostjo kot na obmo~ju med Savo in vodarno Kle~e. Med vodarnama Kle~e in Hrastje je kmetijskih povr{in bistveno manj,
zato v tem delu pripisujemo nara{~anje koncentracije nitratov v vodi predvsem vplivom iz urbanih obmo~ij.
Kljub hitri dinamiki podzemne vode in kratkemu zadrževalnemu ~asu na poti od reke Save do vodarne Kle~e je torej vpliv kmetijske rabe prostora na koncentracijsko raven nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja na tem obmo~ju zelo intenziven.
Porazdelitev in izvor nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja
475
Slika 9. Koncentracije
nitratov vzdolž toka
podzemne vode preko
vodarne Kle~e do
vodarne Hrastje.
Figure 9. Nitrate
concentration along
groundwater flow
through Kle~e towards
Hrastje waterworks.
Zaklju~ki
V podzemni vodi Ljubljanskega polja koncentracije nitratov ve~inoma ne presegajo 30 mg/l, na ožjih obmo~jih, kjer se podzemna voda koristi za potrebe javne oskrbe, so koncentracije pretežno {e nižje. Vzrok, da koncentracije nitratov v podzemni vodi ne presegajo mejnih vrednosti, lahko i{~emo v hitrem toku podzemne vode pod kmetijskimi in urbanimi povr{inami ter vplivu vode iz reke Save, v kateri je koncentracija nitratov ob~utno nižja.
Študija je pokazala na ve~ji delež obremenjevanja podzemne vode iz kmetijske dejavnosti v primerjavi z nitrati iz urbanih obmo~ij. Zaradi tega bo v prihodnje izjemnega pomena usmerjanje kmetovanja s ciljem ohranitve kakovostnega stanja podzemne vode v vodonosniku Ljubljanskega polja. Ugotovljeno je bilo, da je delež du{ika anorganskega izvora na prispevnem obmo~ju vodarne Kle~e nižji kot na severnem obmo~-ju vodarne Hrastje. To bi lahko pomenilo, da dosedanje usmerjanje rabe kmetijskega prostora na obmo~ju vodarne Kle~e bolj sledi zahtevam po trajnostnem gospodarjenjem s kmetijskim prostorom kot v osrednjem delu vodonosnika. Na nobenem od obravnavanih obmo~ij ne bi smeli dopustiti tak{ne kmetijske prakse, ki bi negativno vplivala na kakovost vode v vodonosniku.
Zahvala
Avtorja se zahvaljujeta JP Vodovod-Ka-nalizacija d.o.o. in upravi Mestne ob~ine Ljubljana – Zavodu za varstvo okolja in Oddelku za gospodarske dejavnosti in tu-
rizem, ki so raziskovalni projekt finan~no podprli.
Literatura
Auersperger, P., ^en~ur Curk, B., Jam-nik, B., Janža, M., Kus, J., Prestor, J. & Urbanc, J. 2005: Dinamika podzemne vode. V: Rejec Brancelj, I. (ur.), Smrekar, A. (ur.), Kladnik, D. (ur.), Perko, D. (ur.), Andjelov, M. Podtalnica Ljubljanskega polja, (Geografija Slovenije, 10). Ljubljana: Založba ZRC, str. 39–61.
Drobne, F., Mencej, Z. & Brilly, M., 1997: Preveritve in dopolnitve strokovnih osnov za do-lo~itev varstvenih pasov sedanjih in perspektivnih vodnih virov za obmo~je mesta Ljubljane in okolice. Delovno poro~ilo In{tituta za geologijo, geotehniko in geofiziko, arh.{t. K-II-30d/c 1/784, Ljubljana.
Jamnik, B. & Urbanc, J. 2000: Izvor in kakovost podzemne vode Ljubljanskega polja = Origin and guality of groundwater from Ljubljansko polje. – RMZ-mater. geoenviron., 47/2,. 167–178.
Jamnik, B., Železnik Bra~i~, B. & Ur-banc, J. 2003: Diffuse pollution of water protection zones in Ljubljana, Slovenia. Proceedings of the 7th International Specialised Conference on Diffuse Pollution and Basin Management, 2, 7/1–7/5, Dublin.
Kendall, C. 1998: Tracing nitrogen sources and cycling catchments. – Isotope Tracers in Catchment Hydrology, 519–576, Elsevier, Amsterdam.
Silva, S. R., Kendall, C., Wilkinson, D. H., Ziegler, A. C., Chang, C. C. Y. & Avanzino, R.J., 2000: A new method for collection of nitrate from fresh water and analysis of nitrogen and oxygen isotope ratios. – J. Hydrol., 228, 22–36.
Urbanc, J. & Jamnik, B. 1998: Izotopske raziskave podzemne vode Ljubljanskega polja. – Geologija, 41, 355–364, Ljubljana.
Yamano, K., Hiroyuki, I., Hirata, T. & Ishizuka, M., 2003: A new method to estimate a ratio of nitrogen derived from chemical fertilizer to organic origin nitrogen in groundwater. – RMZ Materials and Geoenvironment, 50, 427–430, Ljubljana.