利用氮氧同位素解析赤水河流域水体硝酸盐来源及其时空变化特征

赤水河流域作为长江上游重要的水源涵养区,其生态环境状况及水环境质量备受关注。为了了解流域河水氮素来源,本次研究利用硝酸盐稳定同位素(~(15)N、~(18)O)示踪技术并结合流域土地利用类型空间分布分析了赤水河流域丰水期与枯水期干流及主要支流河水硝酸盐来源与转化过程。结果表明,流域水体NO_3~-浓度具有明显的时空变化,其中丰水期NO_3~-浓度要高于枯水期,喀斯特区域的NO_3~-浓度要高于非喀斯特区域。流域干、支流水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-季节性差异明显,丰水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较大,干流差异较小,而枯水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较小,干流差异较大。结合氮氧同位素和土地利用信息发现,丰水期支流NO_3~-受其土地利用方式的影响,其来源具有多样性;干流NO_3~-浓度则主要受支流混合作用影响。枯水期干流NO_3~-受流域人为活动影响较为显著,点源输入造成水体氮同位素分布范围较宽,主要来源表现为生活污水和土壤有机氮;而支流NO_3~-多表现为土壤有机氮来源,部分支流受流域内城镇影响,生活污水对河流NO_3~-贡献较大。流域水体氮污染控制应以农业面源氮流失为主,同时严格控制点源污染的输入。     

洱海不同途径氮来源季节性特征及对水体氮贡献

通过研究2013年入湖河流颗粒物、干湿沉降和表层沉积物氮同位素及变化,试图揭示洱海不同途径入湖氮来源季节性变化特征,并引入Iso Source模型,初步定量估算不同来源氮对洱海水体氮的贡献.结果表明:(1)洱海主要入湖河流δ15N季节性变化范围为1.5‰~9.1‰.其中,春季氮的主要来源为内源性有机质;夏季和秋季来源主要为土壤流失;冬季的主要来源为生活污水.(2)干、湿沉降δ15N季节性变化范围分别为+6.86‰~+8.49‰和-10.03‰~-8.15‰,其中湿沉降主要集中在夏秋季节,氮主要来源为机动车尾气和农业土壤释放,而干沉降主要集中在冬春季节,氮主要来源为煤炭燃烧和土壤氮释放.(3)洱海表层沉积物δ15N的变化范围为3.89‰~6.38‰,北部湖区沉积物氮主要来源为农业化肥,中部湖区主要来源为内源性有机质,南部湖区主要来源为土壤氮.(4)洱海各入湖氮来源中,废水对水体氮贡献率最大,占比为29%~44%,其次为内源性有机质,占比为24%~31%.此外,土壤氮和化肥也具有一定贡献,占比分别为14%~19%和8%~10%,而其他氮来源的贡献率较低,合计占比小于12%.沿湖区域生活污水排放及湖泊自生内源性有机质共占洱海入湖氮来源的42%~57%,应予以重点关注.     

鄱阳湖水体悬浮有机质碳氮同位素分布特征及来源探讨

通过对鄱阳湖及其入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)水体悬浮有机质碳、氮同位素含量的测定,分析了鄱阳湖及其入湖河流水体悬浮有机质碳同位素(δ13CPOM)和氮同位素(δ15NPOM)时空分布特征,探讨了其水体悬浮有机质和氮素来源.结果表明,鄱阳湖区枯水期δ13CPOM、δ15NPOM值分布范围分别为-26.59‰~-24.91‰(n=9)和5.88‰~17.49‰(n=9),丰水期分别为-27.10‰~-25.88‰(n=9)和2.99‰~19.69‰(n=9);入湖河流水体枯水期δ13CPOM、δ15NPOM值变化范围分别为-27.79‰~-25.22‰(n=6)和2.87‰~9.26‰(n=6),丰水期分别为-28.07‰~-26.02‰(n=6)和2.12‰~8.75‰(n=6).有机质来源分析表明:C3植物是鄱阳湖区及其入湖河流水体悬浮有机质的主要来源;而氮素来源比较复杂,在不同季节和不同的地点也不尽相同,生活污水、化肥及其土壤流失氮是鄱阳湖区水体悬浮颗粒物氮素的3种主要来源;化肥、陆源有机质及其土壤流失氮是其入湖河流水体悬浮颗粒物氮素的3种主要来源.     

洱海入湖河流水体悬浮颗粒物有机碳氮来源特征

以洱海主要入湖河流水体悬浮颗粒物为研究对象,运用稳定同位素技术,研究了不同季节、不同河流水体悬浮颗粒物中有机碳、氮的来源,探讨了其与流域环境和人类活动之间的关系. 结果表明:①入湖河流水体悬浮颗粒物δ13C的离散程度为夏季<秋季<冬季<春季,变化范围分别为-25.1‰~-16.9‰、-30.0‰~-10.7‰、-20.9‰~-11.0‰和-28.6‰~-14.4‰;δ15N的离散程度为冬季>夏季>春季>秋季,变化范围分别为-0.5‰~8.8‰、5.4‰~10.6‰、3.4‰~7.9‰和6.2‰~8.7‰. ②入湖河流水体悬浮颗粒物有机质的来源,春季以陆源C₃植物和自生有机质为主,并且C₃植物来源的有机质贡献呈逐渐增大趋势;夏季主要来源于陆源C₃植物;秋季仍以陆源C₃植物和水生植物的混合来源为主,但水生植物来源有机质比例有所上升;冬季则以陆源C₃、C₄植物和水生植物来源有机质混合来源为主. ③入湖河流水体悬浮颗粒物中的氮,春季主要来源于土壤流失和水生植物残体,并且土壤流失氮比例逐渐升高;夏季主要来源于土壤流失;秋季来源于土壤流失、化学肥料和水生植物死亡的共同作用;冬季来源于化学肥料、土壤流失和水生植物,并且化学肥料带来的氮比例有所上升.      

千岛湖水体氮的垂向分布特征及来源解析

选取千岛湖水深0.2,5,10,20,30和40m处水样进行分析,利用氮氧同位素和稳定同位素模型（SIAR）研究千岛湖水体氮（N）的垂向分布特征,分析水体N的来源并计算各N源的贡献率.结果表明,硝酸盐（NO₃^-）和溶解性有机氮（DON）是千岛湖水体总溶解氮（TDN）的主要形式,分别占溶解态N的57.9%和39.7%.千岛湖水体δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-的平均值分别为4.5‰和4.3‰.上层水体（0~10m）中,硝化作用和浮游植物的同化作用共同控制水体N的形态组成和氮氧同位素值（δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-）的变化.中层水体（10~30m）中,硝化作用是主要的生物地球化学过程,使得水体NO₃^-含量增加而δ¹⁸O-NO₃^-值减小.底层水体（30~40m）受到硝化作用、底泥N释放和反硝化作用的共同影响.化肥是千岛湖水体NO₃^-的最主要来源,在S1和S2处的贡献率分别为51.9%和30.6%.新安江上游的农业面源污染使得S1处化肥贡献率远高于S2.土壤N是仅次于化肥的第二大水体NO₃^-来源,在S1和S2处的贡献率分别为17.8%和27.8%.此外,底泥对底层水体NO₃^-的贡献不可忽视.     

运用硫同位素、氮氧同位素示踪里湖地下河硫酸盐、硝酸盐来源

为揭示里湖地下水水质的时空变化规律,结合硫同位素及氮氧同位素分析水质变化原因,为开发和保护岩溶水资源提供科学依据.于2010年1月至12月,2014年5月、10月对里湖地下河进行监测,分析其常规水化学组成及δ34S-SO2-4、δ15NNO-3、δ18O-NO-3特征.结果表明:1地下河水化学类型为HCO3-Ca型,受到大气降水、人类活动等影响,各离子表现出明显的时空变化规律;2自污水处理厂运营以来,地下河中硫酸盐浓度略有降低,但仍然偏高,与2010年相比,硝酸盐污染加剧.受人类活动影响上游拉易洞、南丹河,中游凉风洞、甘田坝等地硫酸盐、硝酸盐浓度较高,下游小龙洞处浓度较低;3地下河δ34S-SO2-4值在-4.12‰~-0.93‰之间,通过与潜在硫源的δ34S比对,推断由工业和居民生活燃煤产生的大量硫氧化物引起雨水酸化,以酸雨的形式向当地地下水输入大量SO2-4;4δ15N-NO-3值在0.26‰~11.58‰之间,平均为7.61‰,δ18O-NO-3在-2.33‰~21.76‰之间,平均为9.38‰,结合硝酸盐氮氧同位素组成分析,认为土壤氮、人畜粪便和污水是研究区硝酸盐的主要贡献者,也是地下水中硝酸盐污染加剧的主要原因.     

鄱阳湖表层沉积物有机碳、氮同位素特征及其来源分析

通过对鄱阳湖及其主要入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)15个表层沉积物样品中有机碳(TOC)、氮(TN)、C/N值、δ13C及δ15N含量的测定,分析探讨了鄱阳湖及其主支流沉积物有机质和氮素来源.结果表明:鄱阳湖湖区表层沉积物中TOC的含量(干重)在0.63%~1.86%之间,平均值为(1.15±0.35)%(n=9),比其主支流TOC含量高; TN含量变化范围为0.06%~0.16%,平均值为(0.10±0.03)%(n=9),各入湖河流表层沉积物有机质TN含量处在0.03%~0.08%之间,平均值为(0.06±0.02)%(n=6).鄱阳湖湖区沉积物中有机质的碳、氮稳定同位素变化范围分别为-25.66‰~-12.56‰和3.51‰~6.27‰,平均值分别为(-22.48±4.10)‰和(4.71±0.95)‰(n=9).各入湖河流沉积物δ13C和δ15N值含量范围分别为-25.24‰~-19.55‰和0.94‰~4.64‰,平均值分别为(-23.27±2.42)‰和(3.19±1.30)‰(n=6).有机质来源分析表明:土壤有机质、水生维管束植物和浮游植物是鄱阳湖及其主要入湖河流沉积有机质主要的3种来源,其中土壤有机质的贡献最大;土壤有机质和人工合成肥料是其沉积物氮素主要来源,对于入湖河流来说,人工合成肥料贡献更大.     

稳定同位素追踪水体中的氮来源的研究现状

氮是水体中的主要污染物之一。近几十年来,随着工农业的发展,使得水体中氮的污染呈上升趋势,并在今后可能会持续,最根本的解决方法是找到源头,从根本上切断污染途径以达到消除氮源的污染。在查阅相关文献的基础上,阐述了水中用同位素追踪研究氮的来源的研究进展和存在的问题,对于评价氮的污染现状、污染控制和环境管理具有十分重要的意义。     

地下水“三氮”污染来源及其识别方法研究进展

地下水"三氮"污染来源的识别研究对污染控制与修复有重要的意义.在阐述地下水"三氮"污染来源(大气氮沉降、土壤天然有机氮矿化、地表径流氮输入、人类活动氮排放等)及其在我国的分布特征的基础上,总结了国际上常用的"三氮"污染来源识别方法,包括水化学方法、统计学相关方法、区域氮平衡法、稳定同位素示踪法及一些新型示踪方法.指出由于"三氮"污染来源的多样性及污染形成机制的复杂性,单一识别方法在应用中均有较明显的局限性,目前主流识别手段为稳定同位素示踪法与多种识别方法相综合.进一步提出要加强新型示踪方法的开拓、定量识别方法的优化,污染源识别与迁移转化机制、地下水补排条件、地下水-地表水转化关系等研究相结合为未来发展的主要趋势.     

石生苔藓氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降的空间变化和来源

对贵阳市区到农村地区4个方向的石生苔藓氮含量和氮同位素组成进行了对比分析.苔藓氮含量变化范围为0.85%～2.97%,并从市区(2.24%±0.32%)往外明显降低(1.27%±0.13%),表明贵阳市区氮沉降最高、往外逐渐降低,但在较远的农村地区(> 25 km)苔藓氮含量出现回升(平均1.33%～1.75%),反映了农村地区大气氮输入有所增加.苔藓氮同位素均为负值(-2.50‰～-1.39‰),并从市区到农村地区明显升高.市区苔藓较负的氮同位素比值(平均-8.87‰～-8.59%o)主要指示了城市排泄物和污水所释放的氨源贡献,而郊区和农村地区苔藓较高的氮同位素信号(平均-3.83‰～-2.48‰)主要反映了农业氨源的影响,苔藓氮含量回升可能与农业活动增强有关.此外,贵阳地区苔藓氮同位素的分布特征与受氧化态氮源控制的地区苔藓氮同位素变化相反,因而,贵阳地区大气氮沉降以铵(NHx)沉降为主,该结论有助于更加准确地认识城市地区大气氮沉降的来源和变化.     

广东东江流域多氯萘的大气沉降研究

为考察多氯萘(PCNs)通过大气沉降作用对东江流域的影响,利用通用型大气沉降采样器,在东江流域广东省境内代表性地段布设11个采样点,于2010年冬季(1、2月)和夏季(7、8月)分别采集和分析了沉降样品中PCNs的通量及组成.结果表明,东江流域总PCNs日均沉降通量为828 pg.(m2.d)-1,对应毒性当量(TEQ)为0.14 pg.(m2.d)-1,由此估算东江流域广东境内PCNs年沉降总量为8.5 kg,相应TEQ年沉降总量为1.3 g.地域上,广州和东莞地区沉降通量明显高于惠州,同时城镇采样点的沉降通量显著高于农村;季节上,各采样点总体呈现夏季高于冬季的特点;组成上,三氯萘(tri-CNs)是主要的污染物,占总量的50%以上,但广州、东莞的5～8氯萘含量比惠州高.来源分析表明,东江流域PCNs的大气沉降可能受燃烧源与非燃烧源的共同影响;东莞大气沉降中PCNs多来自燃烧源,广州点大气沉降的PCNs以非燃烧源为主.     

东江表层沉积物中的有机磷系阻燃剂

采用索氏抽提,HLB固相萃取柱分离净化和气相色谱质谱联用仪(GC-MS-EI/SIM)的分析方法对采自东江的17个沉积物中的8种有机磷系阻燃剂(OPFRs)的浓度及分布进行研究.结果表明,所有样品中均检测到了OPFRs,其总浓度为1.52~86.17ng/g.三(1-氯-2-丙基)磷酸酯(TCPP)为最主要污染物,最高浓度达51.64ng/g,其后为三苯基磷酸酯(TPP)、三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)、三(1,3-二氯异丙基)磷酸酯(TDCP),最高浓度分别为22.03,9.51,6.09ng/g,而其他烷基类OPFRs除三乙基磷酸酯(TEP)外未被检出.OPFRs总浓度和与总有机碳(TOC)存在极显著的相关性(r=0.74,P＜0.001),说明沉积物中TOC的含量对有机氯代磷系阻燃剂的分布起重要作用.尽管东江沉积物中的OPFRs含量(均值25.43ng/g)远低于多溴联苯醚(PBDEs)含量(均值588ng/g),但随着PBDEs的全球禁用,相关有机磷系阻燃剂的污染态势需要引起更多关注.     

过去20年东江水质演变趋势

饮用水源河流水质演变是流域水污染防治与水资源管理的重要研究内容。分析了过去20年东江水质变化趋势。结果表明：①过去20年东江干流水质总体良好,但近年来变差趋势较明显;东江千流由上而下表现出较明显水质变差趋势。②2003～2010年东江干流各段水质基本在Ⅱ～Ⅲ类;其中上游河段基本维持在Ⅱ类,中下游部分指标达到Ⅲ类。     

东江流域水资源优化配置研究

该文建立了一个以东江流域水资源合理利用为目标,考虑防洪、供水、航运、压咸等约束,采用大系统“分解协调”原理,运用逐步宽容约束法及递阶分析法,通过三大水库与河道、区间径流联合调度,进行自流域至供水行业的多层次优化的水资源优化配置模型。在特枯水年来水情况下,对2020年水平年水资源进行优化调配,得出各个用水户两种不同初始条件下的配水结果。说明只有在三大水库初始蓄满的条件下,才能满足特枯年各个用水户2020水平年的需水要求。     

黄河流域河水氮污染分析

通过对黄河水系干、支流1980－1990－1997－1999年河水氮污染水质监测数据进行分析，发现：（1）自流域上游至下游，各主要支流河水氮污染有增加的趋势，造成干流河水氮污染沿程亦呈增加的趋势；（2）点污染对黄河干、支流河水氮污染的贡献较大，但在1990－1997年间，流域河水氮污染的点源／面源之比有降低的趋势，干流潼关站河水中总氮的点源与面源之比由1990年的2．7降至1997年的1．8；（3）黄河干、支流河水氨氮、总氮的含量在1980－1990－1997－1999年间存在明显的加速上升趋势，主要是由流域废污水排放量和氮肥施用量的增加所致。     

卤系阻燃剂在东江工业水体中的质量浓度及其分配特征

本研究分析了东江工业水体中卤系阻燃剂的浓度,组成分布以及分配特征.结果表明多溴联苯醚(PBDEs)是水体中的主要的卤系阻燃剂,占总卤系阻燃剂的41.0%,其质量浓度范围为1 102.3~3 666.9 pg·L~(-1),其中BDE209是颗粒相的主要成分.四溴双酚A(TBBPA)占总卤系阻燃剂的32.4%,其质量浓度范围为1 120.9~2 856.5 pg·L~(-1),其他卤系阻燃剂如十溴二苯乙烷(DBDPE)、德克隆(DP)和六溴环十二烷(HBCDs)分别占总卤系阻燃剂的16.3%、7.3%和3.0%,其质量浓度范围分别为397.7~1 736.8、235.7~778.1和9.5~266.8 pg·L~(-1).在对水体溶解相和颗粒相分配的研究中发现,PBDEs、DBDPE、DP和HBCDs主要存在于水体颗粒相中,而TBBPA由于其较大的水溶性,主要存在于溶解相中;卤系阻燃剂的lgK_(oc)与lgK_(ow)之间存在显著的相关性,但是lgK_(oc)实测值与其理论预测值有一定差异,这可能是受控于悬浮颗粒(SPM)含量和溶解有机碳(DOC)含量这两个因素,此外,颗粒相和溶解相之间分配是否达到平衡也是影响测量lg Koc值的因素.     

北京水源地水体中颗粒有机质的碳氮同位素研究

对北京潮河、白河和密云水库水体中悬浮颗粒物和表层沉积物的稳定碳、氮同位素及其来源进行了分析.结果表明,研究区内冬季水体中悬浮颗粒物的δ13C值比夏季的偏负,其变化范围分别为-30.75‰～-25.75‰（冬季）和-29.34‰～-25.91‰（夏季）;δ15N值冬季较夏季偏正,其变化范围分别为-0.83‰～9.67‰（...     

东江流域敌敌畏的排放量估算及归趋模拟

农药的持续使用,使流域环境污染十分普遍,对其污染水平进行评估很有必要.相比传统的监测手段,与GIS结合的模型作为评估手段具有显著的优势,但是由于农药应用情景及相关排放量的数据不易获得,对流域农药的模拟评估造成了阻碍.本研究建立了一种农药排放量估算的方法,基于流域内作物种植情况及农药施用标准,通过使用情境分析和数学推演,可获得不同子流域单元的输入量;并以此为源输入数据,使用半分布式流域水文模型——SWAT（soil and water assessment tool）模型,以敌敌畏在东江流域为例进行模拟.模型的验证结果显示,模拟浓度与监测结果的差异值绝大多数在一个数量级以内,表明基于源输入估算的SWAT模型可有效评估流域农药的环境归趋.模拟结果表明,流域敌敌畏每年的排放量占到使用量的3.72%,河道内的降解等反应损失达2.35%.东江流域多数河段敌敌畏的质量浓度超过0.1 μg·L^-1,其污染需引起关注.     

东江干流河岸带植物群落类型分布格局研究

对东江干流河滨带植物群落类型进行详细调查,并对其空间分异情况进行了系统研究。根据野外调查所获90个样地数据资料,结合应用了TWINSPAN、DCA、CCA等数量分析方法。调查中共发现样内植物56科187属271种;TWINSPAN分类将该90个样地归并划分为15个群丛;DCA排序的第一轴的累积变异量为9.3%,前两轴的累积变异量为15.8%;CCA排序前两轴对物种-环境关系的解释量为62.6%;DCA、CCA排序分析揭示了群落在上、中、下游的分布情况,以及这些群落的分布格局与温度、人类干扰强度、土壤含水量等因子之间的相互关系。     

东江流域水环境中颗粒态和胶体态金属元素的分布和来源

运用连续流离心机和切面流超滤分离技术,从东江流域的水库、河流、河口3种水体中分离了大量的悬浮颗粒物(0.45μm)和胶体(1 nm~0.45μm),并用元素分析仪和电感耦合等离子体/质谱(ICP-MS)对有机碳和金属进行了表征.通过对比3种水体中颗粒态金属的含量(μg·g-1)和浓度(ng·L-1)发现,水库颗粒物有更高的重金属含量,与其在有机碳上的富集有关;河流颗粒物有更高的金属浓度,与地表径流和人为排放有关.另外,随着有机质含量的增加,湖泊水体中多种重金属的含量呈现先增加后降低的关系,显示了生物富集和生物稀释的双重作用.从东江中游到河口样品,Mg、Ti、Co、Ni等元素在颗粒物中的含量依次升高,Cu、As、Cd、Sn、Sb等元素则依次降低,这与海水的稀释作用以及与盐度变化引起的絮凝沉降有关.河流中胶体态金属的含量与浓度均大于水库,显示了河流受到更多的人类活动影响.虽然重金属主要分布在颗粒物中,但对比各种重金属的含量在颗粒态和胶体态中的顺序变化,发现地表径流带来的地壳元素倾向于分布在颗粒态中,而人为排放来源的金属倾向于分布在胶体态中.