淡水环境中氮污染同位素示踪的研究进展

淡水环境氮污染形势严峻,水环境的氮污染严重威胁着居民的健康,氮污染治理迫在眉睫。目前氮污染治理的有效手段是确定氮污染来源,积极减控氮源输入。文章分析了国内地下水和地表水的氮污染现状、国内外识别氮源的技术手段以及地下水和地表水氮污染的迁移转化等研究进展。结果表明,国内的地下水和地表水由南到北,从东到西的氮污染程度及地下水和地表水污染类型具有显著的一致性,地表水和地下水氮污染具有积极的响应机制。地下水主要受硝态氮污染,污染等级多为Ⅲ级;地表水主要受氨氮和总氮污染,等级多为Ⅳ和Ⅴ级。由于大量含氮化合物的输入,中国东部和南部已成为氨氮和总氮污染严重地区。在分析不同地区地下水和地表水氮污染特征基础上,综合利用传统的水化学分析法、同位素示踪技术和同位素模型,不仅可判别氮污染的来源,而且可识别氮源并确定氮源的贡献率,从而揭示地下水与地表水中氮污染的迁移转化过程和机理。研究结果为识别地表水、地下水受氮污染所带来的风险,保护淡水资源与环境提供了科学依据。由于地下水与地表水是相互作用的关系,氮同位素在氮迁移转化的过程中会发生相应转化,其矿化作用、硝化作用、反硝化作用等直接影响氮同位素的分馏,因此精确地定量化识别污染源亦成为需要克服的难题。     

黄山景观区域氮、硫湿沉降来源与地球化学过程

黄山是世界著名的地质公园,近年来该地区酸雨频率增加,威胁着景区的地质生态环境.本研究通过长期降水化学观测与氮、氧、硫同位素地球化学分析,探讨黄山景区氮、硫湿沉降来源与地球化学过程,以期揭示酸雨成因.结果表明,研究期间酸雨频率为62.5%. SO■和NO~-_3为主要致酸离子.[SO■]/[NO~-_3]当量比均值为1.7,主要受早期氮排放和移动源递增贡献影响.氮、氧、硫同位素组成和分异数据表明,降水中SO■和NO~-_3主要来源为移动源(燃油)释放,工业源(燃煤)贡献次之,降水硝酸、硫酸的形成主要为燃油燃烧及其氧化物氧化过程. Ca~(2+)和NH~+_4为酸雨的主要中和因子.我国逐渐增加的移动源化石燃料排放已经对黄山景区大气环境产生显著影响.     

东江流域土壤、植被和悬浮物的碳、氮同位素组成

碳、氮同位素值对监测流域植被组成、环境变迁是一种非常有效的指标,为中短时间尺度环境变化研究提供了一条新的途径。以亚热带山区的东江流域为例,以流域内的植被、土壤及水体悬浮物为研究对象,应用其有机质同位素组成（δ13C、δ15N）,揭示流域植被的成分和环境变化的信息。研究发现：东江流域土壤碳同位素、C/N比值差值不大;植被的氮同位素差值明显,C/N比值差异较大。对东江流域悬浮物δ13C值近20年的监测表明：其值在早期逐年升高,近10年来转趋稳定并呈明显下降趋势,变化范围在-17.8‰～-26.1‰之间,反映了该流域植被破坏和恢复的过程以及土壤侵蚀状况的变化趋势。     

稳定同位素在污染物溯源与示踪中的应用

由于稳定同位素在特定污染源中组成确定,且具有分析结果精确可靠、在污染物迁移与转化过程中不发生显著变化的特点,故已被广泛应用于环境污染事件的仲裁、环境污染物的来源分析与示踪研究中。介绍了稳定同位素分馏对于来源分析的影响以及稳定同位素技术在污染物溯源与示踪中识别大气多环芳烃来源、推测环境中硫和铅的来源、考察甲基叔丁基醚来源与降解过程等方面的应用进展。     

海洋溶解氧同位素的测量方法及其在长江口缺氧研究中的应用

海洋溶解氧及其同位素组成可有效示踪海洋氧循环过程中复杂的生物、化学和物理过程.海洋溶解氧的采集及提取过程需在严格的真空条件下进行,以避免大气中氧气带来的影响.本文详细阐述了利用特制的真空样品瓶采集海水,并在实验室真空管线上提取及纯化溶解气体的过程.纯化后的溶解气体在气体同位素质谱仪上测量,经过零点校正、质量干扰校正和空气标样校正后得到高精度的氧同位素和氧氩比数据.基于以上方法,本实验对长江口混合层海水及底层沉积物进行了呼吸作用暗培养.通过在不同的时间节点采集暗培养的海水,并测量其溶解氧同位素组成.基于实验结果,计算出长江口特征的水柱呼吸氧同位素分馏系数为-20.9‰,沉积物呼吸的氧同位素分馏系数为-8.8‰,二者具有明显的差异,可被用作区分及量化分析长江口不同耗氧机制的端元值.结合长江口原位采集的底层溶解氧的同位素组成,及本实验确定的水柱呼吸和沉积物呼吸的氧同位素分馏端元值,基于呼吸过程中氧同位素分馏的质量守恒,计算出长江口F6站位（126.00°E,30.60°N）水柱耗氧占比约为71%,沉积物耗氧的比例约为29%,说明发生在水柱中的生物呼吸作用为长江口F6站位的主要耗氧机制.     

准好氧填埋渗滤液中氮转化机理

依据准好氧填埋的原理构建了填埋试验装置,在填埋装置各个层次设计采样装置.定期采集渗滤液进行分析,测定各个层次区域渗滤液中氨氮、硝态氮、亚硝态氮和总氮的质量浓度,分析各形态氮之间的变化规律与相关性,初步探讨氮转化的机理.结果表明,准好氧填埋上层区域中,渗滤液的氨氮与硝态氮质量浓度变化相关性极显著;中层和下层区域由于处于兼氧和厌氧状态,硝化作用较弱,渗滤液中氨氮与硝态氮质量浓度变化相关性不显著.上层渗滤液中氨氮与总氮相关性不显著,中层和下层氨氮与总氮相关性极显著,表明中层和下层区域中,渗滤液的氨氮质量浓度变化是导致总氮含量变化的主要贡献因素.     

基于稳定同位素的天津市北塘排污河污染源解析研究

依据不同采样点污染物组分不同,分析各样品中氢、氧同位素组成比率,判断各采样点污染贡献率。研究以天津市北塘排污河为例,将其分为若干段,每一段作为一个箱式模型对流人和流出区段的溶解态氢、氧同位素比率进行检测,借助氢、氧同位素成分比率图求算各区段的污染贡献率,同时判断是否有新污染源增加,研究表明北塘排污河下游中心桥闸处污染贡献率最高,达到污染总量的70％,另外发现2个污染未知源,分别位于北塘排污河中游检测点和山岭子问、山岭子与永和闸间。     

淡水水体溶解有机氮对有毒藻种的生物有效性

溶解有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)是多数天然水体中溶解氮的主要组成部分。天然水体DON是许多微生命体包括有毒藻种的氮营养源,在供水安全以及水体富营养化等方面的生态环境效应不容忽视。文章系统地介绍了淡水水体DON含量与来源、生物有效性与估算方法,以及对有毒藻种生长的影响。DON的来源是影响水体中DON含量动态特征的关键因素。DON来源包括陆地径流,植物碎屑,土壤淋溶液,沉积物释放,大气沉降,藻类、大型植物、细菌与细胞死亡或自我分解,微型及大型浮游动物捕食和排泄、分泌物释放等。研究表明约有12%～72%的DON可迅速被生物所利用,具显著差异,究其原因可能是其来源组成、化学本质(分子质量与极性)、测试生物组成、是否有细菌作用等因素造成的。不同藻种具有不同氮源利用能力,DON对藻类生长具有直接或间接的作用,并可能影响藻类群落结构(有毒藻类成为优势种)。考虑到水环境保护与饮用水安全供水的重要性,未来研究应重视淡水水体DON生物有效性与其化学本质的揭示,尤其是对有毒藻种。     

淡水水体溶解有机氮对有毒藻种的生物有效性

溶解有机氮（Dissolved organic nitrogen,DON）是多数天然水体中溶解氮的主要组成部分。天然水体DON是许多微生命体包括有毒藻种的氮营养源,在供水安全以及水体富营养化等方面的生态环境效应不容忽视。文章系统地介绍了淡水水体DON含量与来源、生物有效性与估算方法,以及对有毒藻种生长的影响。DON的来源是影响水体中DON含量动态特征的关键因素。DON来源包括陆地径流,植物碎屑,土壤淋溶液,沉积物释放,大气沉降,藻类、大型植物、细菌与细胞死亡或自我分解,微型及大型浮游动物捕食和排泄、分泌物释放等。研究表明约有12％～72％的DON可迅速被生物所利用,具显著差异,究其原因可能是其来源组成、化学本质（分子质量与极性）、测试生物组成、是否有细菌作用等因素造成的。不同藻种具有不同氮源利用能力,DON对藻类生长具有直接或间接的作用,并可能影响藻类群落结构（有毒藻类成为优势种）。考虑到水环境保护与饮用水安全供水的重要性,未来研究应重视淡水水体DON生物有效性与其化学本质的揭示,尤其是对有毒藻种。     

淮南潘集采煤沉陷区地表水中氮、磷特征

根据2012年11月至2013年9月的9次监测数据,分析了淮南潘集开放型和封闭型采煤沉陷区地表水中氮、磷时空分布特征及污染源;通过相关性分析揭示了同类水体内氮、磷之间的响应关系和运移特征;通过各形态氮、磷比率分析了两类水体中氮、磷组成.结果表明,NH3-N(氨氮)年内时间差异性较小,整体呈KB(开放型地表水)>FB(封闭型地表水),最大值分别为0.621 mg·L-1(6月)和0.813 mg·L-1(6月);NO-2-N(亚硝酸氮)时空差异性均较小,NO-3-N(硝酸盐氮)和TN(总氮)年内时间差异性较大,空间差异性较小,整体上均呈FB>KB.KB与FB内NO-2-N最大值分别为0.0485 mg·L-1(6月)和0.0532 mg·L-1(6月),NO-3-N(硝酸盐氮)最大值分别为0.635 mg·L-1(11月)和0.623 mg·L-1(4月),TN最大值分别为2.295 mg·L-1(11月)和2.261 mg·L-1(1月).PO3-4和DTP(溶解性总磷)含量基本呈KB>FB,两形态磷在KB内的最大值分别为0.174 mg·L-1(11月)和0.055 mg·L-1(11月),FB内最大值分别为0.0298 mg·L-1(6月)和0.0391 mg·L-1(5月);TP(总磷)基本呈KB相似文献   

不同施氮水平对玉米产量、氮素利用效率及土壤无机氮含量的影响

通过研究不同施氮水平对玉米产量、氮素利用率及土壤硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)残留量的影响,为氮肥的合理利用提供依据.在黑龙江省农业科学院科技园区布置田间小区试验,结果显示:玉米产量随施氮量增加而增加,施氮量为165 kg·hm-2时,氮肥利用率最高,当施氮量高于165 kg·hm-2,产量反而有降低的趋势,过量施氮也并不能增加玉米对氮素的吸收,因而氮素利用率也随施氮量的增加而降低.玉米收获后土壤剖面无机态氮质量分数的变化因施氮量的不同而表现出差异,0~80 cm土层硝态氮积累量随氮肥输入量的增加而显著增加,以表层(0~40 cm)硝态氮质量分数最高,中间层(60~80 cm)质量分数最低,100 cm以下土层以施氮量为165 kg·hm-2的处理土壤硝态氮积累量最低,降低了硝态氮淋溶风险;铵态氮的质量分数相对较低,不同的施氮量对土壤铵态氮质量分数的影响主要在0~20 cm土层,铵态氮质量分数与施氮量并无显著的相关关系.综合考虑玉米产量、氮素利用率与生态环境效益,以165 kg·hm-2(优化施氮量)为最佳氮肥施用量.     

山东省地下水硝酸盐溯源研究

针对山东全省农村地区进行地下水取样,采用离子交换色层法对地下水NO3--N质量浓度大于10 mg·L-1的地下水样品进行预处理,做溯源研究,同时采集当地植物、化学肥料、人畜粪便、土壤等样品,测定δ15N值,以针对山东地区,对现存的δ15N值数据库进行完善与补充,使本研究更具代表性与准确性。研究结果表明,如以研究区域整体为单位,有35.45%地下水样品的NO3--N来自于粪肥污染,有27.1%的地下水样品是受化肥污染,还有37.45%的地下水样品的NO3--N污染来自于化肥、粪肥以及生活污水的混合污染。作者还进一步分析了地下水中NO3--N平均质量浓度高于20 mg·L-1的烟台和潍坊,结果表明,烟台地区的地下水NO3--N污染有55.56%来自于粪肥污染,有5.56%来自于化肥污染,有38.88%来自于化肥、粪肥以及生活污水的混合污染;潍坊地区的地下水NO3--N污染有16.13%来自于粪肥污染,有48.39%来自于化肥污染,还有35.48%来自于化肥、粪肥以及生活污水的混合污染。     

不同收获时期和控氮条件对水培小白菜硝酸盐含量的影响

在水培中采用收获前降低营养液浓度、完全停止供氮以及在不同时期采收等方法来研究小白菜硝酸盐含量的控制方式及其效果,结果表明:适时采收和收获前适当控氮可以降低小白菜的硝酸盐含量。在小白菜生长第26d左右硝酸盐含量最低,此后l~2d产量增长较快,此时采收品质较好;小白菜硝酸盐含量呈明显的日变化,并且与硝酸还原酶活性呈正相关,在下午16:00时左右采收硝酸盐含量最低,仅为894mg.kg-1;完全断氮7d后,小白菜硝酸盐含量显著降低,但产量也受到明显的影响。而采用低浓度营养液控氮4d左右采收既可控制硝酸盐含量又不会使产量过低。     

灌淤土施氮后土壤硝态氮的动态变化

通过室内模拟试验,探讨不同水分条件下灌淤土施用不同氮肥后硝态氮随时间的变化规律,并在田间条件下,测定不同氮肥形态和数量对土壤硝态氮含量的影响。灌淤土施氮后土壤硝态氮含量变化与土壤含水量及氮肥种类有关。施肥9d后,土壤中的硝态氮迅速增加;土壤水分低于田间持水量的50%或水分过饱和都明显影响灌淤土的硝化作用;施用大颗粒尿素产生的硝态氮最少,淋失或流失的几率小。灌淤土土体中硝态氮的残留与施氮种类及数量有直接关系。施肥使土壤表层硝态氮显著增加,施用大颗粒尿素尤为突出,但施大颗粒尿素后,60cm土体中残留的硝态氮总量最少。随着施氮量增加,表层土体中硝态氮含量增加。合理的施肥水平一般不会造成硝态氮的大量累积,而过量施氮则导致硝态氮明显积累,对通气透水性好的灌淤土,容易造成硝态氮淋失。     

我国七个站点降雨和森林穿冠水中硝态氮同位素丰度

采集了我国7个站点的降雨和森林穿冠水样品,分析测定了水样中硝态氮和总氮的同位素丰度.降雨中硝态氮δ15N值范围为-9.00‰至9.71‰,其中北方站点冬季降雨中硝态氮δ15N值要远高于其他站点,可能是由于北方冬季燃煤供暖所致.穿冠水中硝态氮δ15N值范围为-16.59‰至-0.32‰,比降雨中的硝态氮δ15N值要低,其可能原因是林冠层中存在硝态氮的交换过程,从而产生了分馏作用.降雨和穿冠水中TN的δ15N值范围分别为-7.94‰至-3.07‰和-4.55‰至-1.73‰,其中穿冠水中TN的δ15N值要略高于降雨中的值.     

Effectiveness of emergent and submergent aquatic plants in mitigating a nitrogen–permethrin mixture

Hydraulically connected wetland microcosms (～50?L) in series were used to test the effectiveness of varying combinations of two common aquatic vascular plants, parrot feather (Myriophyllum aquaticum) and cattail (Typha latifolia), for mitigating contamination from a mixture of nitrogen (ammonium nitrate) and permethrin. The upstream series included Myriophyllum only (M) and Typha only (T) while the combination upstream effluent into downstream series included Myriophyllum into Myriophyllum (M?+?M) and Typha into Myriophyllum (T?+?M). During flow, M into M?+?M more efficiently mitigated nitrogen than T into T?+?M. Post-flow, nitrogen removal efficiency was greater for T versus M and M?+?M versus T?+?M. Mean aqueous dissipation half-lives (t_1/2) of NH₄-N and NO₃-N were more rapid in T than M treatments. Ammonium and nitrate t_1/2 was highly correlated with aquatic plant above-ground shoot biomass. Permethrin mitigation efficiencies and t_1/2 were not significantly affected by plant species either singly or in combination. Trans-permethrin t_1/2 was moderately correlated with plant biomass, but not cis-permethrin t_1/2. Results of this study indicate differences in aquatic plant species and flow path influence nitrogen removal but not permethrin. However, plant species appears less important than overall plant biomass in ascertaining aquatic plant effectiveness in mitigating a nitrogen–permethrin mixture.     

Preparation,characterization, and kinetics of nanoscale iron in nitrate nitrogen removal from polluted water

The aim of this study was to examine the production of nanoscale ions via the liquid phase reduction method and the effectiveness of the removal of nitrate nitrogen (NO₃^?–N) as well as measure the products and kinetics of the reactions. The nanoparticles obtained were approximately 50 nm in diameter and the main component was iron (Fe). This custom-made nanoscale Fe was highly positively charged, and reacted rapidly with NO₃^?–N in oxygen-free and neutral conditions at room temperature. A 90% removal rate was achieved when the reaction occurred for 30 min in simulation sample water with vigorous shaking at 250 r/min at NO₃^?–N concentrations of 30, 50, 80 or120 mg N/L. The nanometer Fe dosage was maintained throughout the experiment at 4 g/L. A first-order kinetics equation was applied to the obtained experimental data which followed a pseudo first-order reaction. Data demonstrated that the removal of nitrate nitrogen from polluted groundwater using a nanoscale Fe iron was effective and rapid.     

Variation in trace element mobility and nitrogen metabolism of Verbascum olympicum Boiss. under copper stress

The aim of this study was to evaluate the effects of copper (Cu) stress on accumulation and transport of trace elements, nitrogen assimilation, and growth parameters of Verbascum olympicum. Eight-week-old seedlings were grown in Hoagland's solution and exposed to 0, 50, 250, or 500?µM CuSO₄ for seven days in laboratory conditions. Bioaccumulation of trace elements (boron, bismuth, cobalt, Cu, iron, lithium, manganese, molybdenum, nickel, lead, zinc) in the roots and leaves was determined by inductively coupled plasma–mass spectrometry after one, three, and seven days. Chlorophyll content, nitrate reductase, and glutamine synthetase activities, soluble protein content, and biomass were determined. Copper accumulated in the roots and leaves (up to 19609.8 and 256.2?mg?kg^?1 dry weight, respectively). Other trace elements accumulated to higher levels in the roots of Cu-treated plants compared with those of control plants. High Cu concentrations decreased nitrogen-assimilatory enzyme activities. Compared with control plants, those treated with high Cu concentrations showed lower chlorophyll contents, total protein contents, and biomass. Nitrogen assimilation and growth parameters of V. olympicum were negatively affected by Cu treatment but mineral nutrition was not severely disrupted. The results support the suitability of V. olympicum as a candidate for phytoremediation of Cu-contaminated soils.     

水肥耦合效应对保护地土壤硝态氮运移的影响

采用二次回归正交旋转组合设计,研究了水肥耦合效应对保护地土壤硝态氮运移的影响。结果表明,0—20cm土层硝态氮含量主要受灌水和施氮的影响,且灌水影响程度大于施氮,灌水与0—20cm土层硝态氮含量呈负相关,而与施氮呈正相关。20—40cm土层和40—60cm土层硝态氮也主要受灌水和施氮的影响,但施氮影响程度大于灌水。灌水和施氮对0—20cm土层硝态氮含量影响有相互拮抗作用。施磷对3个层次土壤硝态氮含量影响都很小。     

不同施肥模式对芋艿产量及菜地土壤中氮素迁移累积的影响

以太湖流域的临安市太湖源镇具有代表性的大田蔬菜地为研究对象,通过9种不同施肥量模式的田间试验,探讨芋艿Colocasia esculenta L．Schoot季蔬菜地速效氮在土壤中的动态变化、剖面垂直分布及累积,了解施肥措施对蔬菜种植的生态及环境影响。各施肥处理均能提高芋艿产量,但增加幅度因施肥措施不同而不同,适量施肥已满足芋艿生长对养分的需求,继续增施对边际产量的增效不明显。在芋艿生长过程中,不同施肥模式下土壤中的铵态氮、硝态氮、速效氮质量分数动态变化的趋势不同;芋艿收获后,硝态氮、铵态氮、速效氮在土壤剖面中质量分数的垂直分布因氮肥投入水平的不同而有所差异;土壤剖面中速效氮的累积量与氮肥投入密切相关;综合评价来看,低量控释肥＋低量化肥是各施肥模式中比较具经济效益、环境效益的合理施肥模式;因而,在实际蔬菜生产中,要适量施用氮肥,适当采用混合施肥模式如低量控释肥＋低量化肥,防止因过量施用氮肥而导致硝态氮的过量累积及其带来的水环境污染等环境问题。