地下水NO3^-氮与氧同位素研究进展

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因。不同来源的NO3^-具有不同的氮、氧同位素组成,利用地下水NO3^-中的δ15N和δ18O值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源。引起地下水中NO3^-含量显著减少的不同物理、化学和生物过程,所产生的氮、氧同位素分馏效应有明显差别。地下水系统中反硝化作用发生时,NO3^-中氮和氧同位素分馏系数呈一定比例。因此NO3^-中δ15N和δ18O值也是示踪地下水硝酸盐循环,尤其是反硝化作用的有效手段。利用NO3^-中氮和氧双同位素,并与其他环境同位素及化学分析技术相结合,示踪NO3^-来源及其循环是地下水硝酸盐污染研究的重要方向之一。综述了利用地下水硝酸盐中氮和氧同位素识别NO3^-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向。     

水环境硝酸盐氮污染研究新方法——15N和18O相关法

最近40年，硝酸盐已成为一个共同的地下水污染物。使用CaO定量地除云CO2和H2O的新的焊封管燃烧法分析了NO3^-中的氮同位素比值。应用AgNO3 C的新的焊封管燃烧法进行了NO3^-中氧同位素分析。安阳和林县饮用水中广泛的NO3^-N污染大大超过饮用标准是一个主要问题。食管癌的死亡率与饮用水中NO3^-、NO2^-、NH4^ 和亚硝胺过剩的含量成正比。δ（^15N)和δ（^18O)研究资料指出，在这个地区饮用水中的NO3^-主要来自农家肥和化肥。地下水NO3^-的δ(^18O)明确地指出，在这个地区不存在有意义的反硝化作用发生。相反，由NH4^ 到NO3^-的需氧硝化作用可导致NO3^-中的氧1／3来自空气，2／3来自水。     

地下水NO3-氮与氧同位素研究进展

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因.不同来源的NO3-具有不同的氮、氧同位素组成,利用地下水NO3-中的δ15N和δ18O值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源.引起地下水中NO3-含量显著减少的不同物理、化学和生物过程,所产生的氮、氧同位素分馏效应有明显差别.地下水系统中反硝化作用发生时,NO3-中氮和氧同位素分馏系数呈一定比例.因此NO3-中δ15N和δ18O值也是示踪地下水硝酸盐循环,尤其是反硝化作用的有效手段.利用NO3-中氮和氧双同位素,并与其他环境同位素及化学分析技术相结合,示踪NO3-来源及其循环是地下水硝酸盐污染研究的重要方向之一.综述了利用地下水硝酸盐中氮和氧同位素识别NO3-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向.     

硝化和反硝化对湖泊有机质沉积成岩前降解作用的研究

贵州红枫湖10月叶绿素a(chla)和NO3^-含量均比7月明显降低。利用氮同位素等数据对此进行了研究，结果表明，含量的降低是由不同的生物地球化学作用引起的。chla含量的降低主要是水体中有机质降解(硝化)所致，而NO3^- 含量的降低则是缺氧季节湖泊沉积物表层反硝化作用的结果。缺氧季节表层水体仍然能发生较强烈的硝化作用。硝化作用和反硝化作用分别发生在热分层湖泊的上层和沉积物表层。反硝化作用不仅消耗大量的NO3^-，而且还造成了一定量的有机质降解(有机碳作为电子受体)。据估算，在红枫湖后五测点和大坝测点，总有机碳在沉积成岩前分别降解了78％和68％。其中由硝化作用引起的总有机质降解量分别为35．8%和25．9％，而反硝化作用则分别为13．4％和9．2％。     

含氮污水净化的数学模型及其实例模拟

含水层中氮污染已经是相当普遍的问题。本文分析了含水层中水流运动、对流－弥散作用、物理化学吸附和生物化学反应等对污染物运移的影响，特别是阐述了含水层中NO3^-、NO2^-、NH4^ 三种形式之间的转化关系，在此基础上，探讨了这些物理、化学和生物作用导致的物质转化过程定量描述的数学模式。     

地下水位波动带三氮迁移转化过程研究进展

三氮是我国地下水中典型污染物,其在包气带和含水层中的迁移转化过程受到高度关注。近几年,地下水位波动带中的三氮迁移转化已经成为新的研究领域。在综合运用文献计量分析法,定量分析相关研究趋势的基础上,系统总结地下水位波动带形成及特点,梳理波动带中三氮迁移转化过程及生物地球化学过程最新研究表述及成果,并对今后可能的研究热点和方向进行了展望。现有研究表明:水位波动带中环境指标如土壤含水率、氧化还原电位、溶解氧和有机质含量均表现出一定的分带性规律,微生物菌群结构和功能基因更多样化,并呈现一定的分布特征。随着地下水位波动,包气带中的三氮易浸溶进入地下水并发生迁移。地下水位上升,硝化作用减弱,反硝化作用增强;地下水位下降,硝化作用增强,反硝化作用减弱。为完善水位波动带三氮迁移转化过程研究,应进一步关注:（1）将水化学演化分析与分子生物学高通量测序方法相结合,深入探究水位波动带三氮转化与微生物作用机理;（2）除关注硝化、反硝化作用外,增加异化还原、同化还原和厌氧氨氧化等作用过程的研究;（3）细化分析更多情境、更多影响因素的水位波动过程,识别水位波动带三氮转化的关键影响要素。     

地下水硝酸盐污染的同位素研究进展

土壤原生氮、无机化肥和动物粪便等氮源中15N富集程度存在差异,使得利用稳定同位素N(δ15N/14N)能有效识别地下水中NO3-的来源。但N不是一个稳定的示踪剂,地下水中NO3-的δ15N是N源的初始δ15N值、后期进入含水层的迁移路径中和地下水流运动途径中不同形态的N之间相互转化过程,如矿化、吸附、硝化和反硝化作用,发生的同位素分馏作用后的综合反映。利用地下水中NO3-的δ15N确定其来源必须首先确定分馏作用是否发生及其反应程度。本文重点探讨了判断分馏作用是否发生及其反应程度的方法,总结了N同位素判别地下水NO3-污染源方法的发展历程,并指出未来研究工作应该以硝酸盐在包气带中的迁移转化规律为重点。     

城市地下水硝酸盐污染及其成因分析——以珠海香洲区为例

为判断华南地区典型城市地下水硝酸盐污染源,采集珠海市香洲城区及周边地区地下水样,并测定NO3-、NH4+、NO2-、PO43-、1δ5N-NO3-以及EC、pH值等。结果显示:在城市区地下水大多数样品中,NO3-是主要的无机氮形态。近40%的水样超过世界卫生组织饮用水标准(NO3--N≤10mg/l),部分井水有NO2-检出,整体污染较为严重。地下水硝酸盐1δ5N落在6.879‰~26.144‰范围内,而生活污水及化粪池泄漏是地下水NO3--N主要污染源。反硝化作用可能是导致雨季地下水1δ5N值升高的重要因素。另外,稀释、混合等作用可能是导致地下水NO3-浓度季节变化复杂的原因。     

硝酸盐中15N和18O的测试新技术及其在地下水氮污染防治研究中的进展

针对硝酸盐对地下水污染的严重性，介绍了用CaO除去CO2和H2O的测定氮同位素比值的燃烧等方法和和利用AgNO3 C(石墨）生成CO2的测定NO^-3中氧同位素比值的燃烧法，研究了用^15N和^18O同位素分析地下水中NO^-3来源和判断硝化作用和反硝化作用的发生机理。     

卫河流域河流地下水流系统氮素运移的数值模拟

卫河是海河流域污染最严重的河流之一,该河如何影响附近浅层地下水的水质是长期受到重视但缺乏定量研究的关键问题。为探讨这一问题,利用Hydrus 2d模型模拟河流非饱和带氮素的迁移转化,以GMS软件中的RT3D模块模拟氮素在饱和含水层中的运移,将包气带底部淋滤出的污染物浓度定为饱和带溶质运移模型的上边界条件,首次实现了河流非饱和带饱和含水层氮素运移的联合模拟,得到河流线状污染源对浅层地下水的影响程度及范围。研究结果表明：由于吸附作用、硝化反硝化作用的存在,从河流上游到下游,包气带厚度加大,运移至含水层中的NH4-N、NO2-N浓度呈下降趋势,而NO3-N浓度则呈上升趋势。随着入渗时间的增长,进入饱和含水层中的NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度逐渐升高并最终保持稳定。污染的河流对浅层地下水的影响呈带状分布,污染物随入渗水流在包气带中垂直入渗;在饱和含水层中以水平运移为主,污染羽偏向地下水流动的方向,其影响距离不超过500 m。     

δ15N在污水生物脱氮机理研究中的应用

近年来,硝酸盐氮的污染愈来愈严重.无论是地表水还是地下水都受到不同程度的氮污染.控制氮污染及处理氮污染问题已经提到我国水污染控制的议事日程.本文探索微生物处理含氮污水的过程中反硝化作用的脱氮机理,使用δ15N标识技术研究水体中三氮运移转化过程中的质量不守恒,证明δ15N标识技术研究确定不同形态氮的数量各系是可行的.研究水体中三氮质量不守恒现象,将解决含氮污水生物净化中污泥上浮问题、氮污染含水层生物修复中气阻问题.     

地下水氮循环与砷迁移转化耦合的研究现状和趋势

地下水中铵根、砷、溶解铁的共存是一个普遍现象。它们之间发生强烈的相互作用,并影响地下水系统的氮循环和砷迁移转化。文章在系统总结地下水氮循环过程及影响因素、地下水氮循环功能微生物及特征、地下水砷富集的水文地球化学过程等国内外研究现状的基础上,深入分析了地下水系统中的氮循环过程（硝化、反硝化、铁铵氧化、厌氧铵氧化、硝酸根异化还原产铵等）对地下水砷迁移转化的影响,总结出含水层中铁氧化物和溶解态Fe(II)的动态转化是氮循环影响地下水中砷迁移转化的重要桥梁。据此提出不同氧化还原环境的含水层中氮循环过程、地下水氮循环与砷迁移转化耦合机理、Fe(III)-Fe(II)的循环-地下水氮循环-砷迁移转化之间的相互作用过程、地表水-地下水相互作用带氮-铁-砷的循环过程及其对人类活动的响应等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势。这些科学问题的解决不仅有利于识别地下水中氮的来源和迁移转化,而且有利于提高对高砷地下水富集机理的整体认识。     

泰安市地下水污染现状与成因分析

采用参数分级评价叠加型指数法对泰安市地下水污染现状进行的评价结果显示，泰安地下水已遭受严重污染。地下水污染以地下水中宏量组分、NO3^-、硬度、TDS的迅速上升高以及地下水遭受人为环境物质的污染为主要标志；地下水污染主要受地下水系统水文地质结构、钠污河流、污水灌溉及地下水开采控制和影响，地下水污染是人类活动影响的结果。     

运用氮、氧同位素技术判别常州地区地下水氮污染源

本文运用氮、氧同位素技术对常州地区地下水氮的污染来源进行了研究.结果表明：潜水和微承压水中NO3-含量高,平均含量为38.32 mg/L,δ^15N为4.818‰～32.834‰,δ^18O为12.502‰～20.757‰,反映了多数潜水和微承压水受到了厩肥和污水的污染;中深层承压水（第1承压水、第2承压水、第3承压水）中NO3^-含量低,NO3^-平均含量为0.52 mg/L,未受到氮污染,δ^15N为2.163‰～6.208‰,δ^18O为17.051‰～23.201‰,NO3^-应主要来源于早期形成时的大气降水.     

污染河水对地下水化学环境的影响

地表浅部岩土层对水中有机物、悬浮物、胶体等杂质的过滤截留作用是显著的，具有随岩土颗粒由粗到细，对杂质的去除率逐渐增强的特点。污水补给地下水后，地下水化学环境在距河流一段距离先呈厌氧环境，其NH4^ 稳定，SO4^2-减少，HCO3^-升高，随后逐渐向喜氧环境转化，导致NH4^ 降低，NO3^-和NO2^- 增加，HCO3^－减少，SO4^2-骤然增多，即出现强烈的硫化及硝化作用。厌氧环境沿河道在补给地下水方向呈条带状分布，其宽度受水力坡度、岩土颗粒大小、污水浓度及补给时间等因素影响。     

土壤-含水层侧渗系统在净化河水中的应用——以郑州市索须河工程为例

由于降水较少以及地下水超采,北方地区大部分河流基流匮乏,河水主要来自未经深度处理的城市生活污水和工业废水,河水水质难以达标.在这些地区,利用河流漫滩土壤和含水层的天然净化能力,建立近自然土壤-含水层侧渗系统是净化河水的有效途径之一.在介绍侧渗系统净化机理及适用条件的基础上,通过室内试验和野外示范工程研究索须河土壤-含水层对河水中氨氮的去除效果.室内试验表明该处土壤及浅部含水层对氨氮的去除主要通过稀释、吸附和微生物等作用;通过对示范工程典型剖面上的监测井观测表明该系统对氨氮的去除效果良好,受降水补给的土壤和含水层使得河水中的氨氮硝化为亚硝酸盐和硝酸盐.硝酸盐在地下水中很难被去除,只有少部分通过反硝化作用转化成N2.土壤-含水层侧渗系统行之有效,可应用于类似索须河的北方河流.     

用δ^15N确定大型养猪场附近地下水污染羽的硝酸盐的来源

动物粪便中的氮进入地下水和地表水有几种途径，包括粪便池的泄漏、疏忽的喷洒、地面迳流、不适当的排泄、大气扩散以及过度地粪便施肥等。动物粪便中的氮经硝化作用后，在浅表地下水中具有高度的可移动性，由于硝酸根结合阳离子的能力低，硝酸盐的浓度只能靠脱硝作用削弱，因此，土壤和含水层中的硝酸盐浓度高。     

青木关岩溶地下水系统硝酸盐污染研究进展及展望

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因。不同来源的NO3-具有不同的氮同位素组成,利用地下水NO3-中的δ15N值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源。以重庆青木关岩溶地下河为例,综述了利用地下水硝酸盐中氮同位素识别NO3-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向。     

NO3-中15N和18O同位素新技术在岩溶地区地下水氮污染研究中的应用——以河南林州食管癌高发区研究为例

介绍了在野外用阴离子交换树脂收集地下水中的NO-3的新技术,以及用AgNO3 和氧化铜丝及铜颗粒燃烧反应测定氮同位素比值;用AgNO3+ C(石墨)生成CO2 测定NO-3 中氧同位素比值的密封石英管燃烧法。安阳和林州岩溶区饮用水中广泛的NO-3 - N污染大大超过饮用标准,食管癌的死亡率与饮用水中NO-3 、NO-2 、NH+4 和亚硝胺过剩的含量成正比。δ18O和δ15N资料证实,饮用水中的NO-3主要来自农家肥和化肥,这个地区没有发生有意义的反硝化作用,而以硝化作用为主。在食管癌低发区(东部)存在反硝化作用而使该区地下水中硝酸盐含量降低。δ18O和δ15N资料还表明氧化环境中可能出现局部反硝化作用。      

利用~(15)N和~(18)O识别地下水硝酸盐污染源——以博茨瓦纳东南部拉莫茨瓦为例

硝酸盐污染是博茨瓦纳地下水最严重的问题之一,严重影响了饮水安全。以博茨瓦纳东南部的拉莫茨瓦地区为例,采用水化学和同位素技术,对拉莫茨瓦地区12个地下水样品和2个地表水样品中的氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐的含量和分布特征以及~(15)N和~(18)O同位素进行了分析,研究拉莫茨瓦地下水中的硝酸盐的来源和形成机理。结果表明拉莫茨瓦地下水以HCO_3-Mg型为主,硝酸盐含量较高的地下水主要来自于拉莫茨瓦白云岩含水层内,南部地下水中NO_3~-浓度小于北部地区。研究区的地下水主要来源与大气降水,北部地区蒸发作用较强。拉莫茨瓦村子地下水中的硝酸盐主要来源于粪便污染,受硝化与反硝化作用和蒸发作用的影响,墓地也对地下水中硝酸盐也存在一定影响。