运用氮、氧双同位素技术研究永安江硝酸盐来源

以洱海入湖河流永安江为研究对象,利用硝酸盐δ15N和δ18O双同位素技术对永安江水体的硝酸盐氮来源进行识别。在永安江沿程共布置9个监测点,分析硝酸盐的污染特征,并利用离子交换树脂法对水样进行预处理后测试硝酸盐δ15N和δ1 8O。结果表明,永安江硝酸盐氮源负荷占永安江总氮源污染的50%左右,各采样点ρ(硝酸盐)为0.07~5.22 mg·L-1,均值为1.00~2.39 mg·L-1。经同位素测试,各采样点δ15N-NO3-均值为6.12‰~13.88‰,δ18O-NO3-均值为8.24‰~11.72‰;永安江河水中硝酸盐主要来自于流域内化学肥料、牲畜粪便、生活污水和土壤有机氮硝化;利用Iso Source混合模型对4种形态的硝酸盐来源进行定量分析,发现化学肥料占37.3%,牲畜粪便占34.6%,村落污水占18.2%,土壤有机氮占9.9%。利用Iso Source混合模型可为河流硝酸盐来源定量研究提供新的研究思路,硝酸盐贡献比例与河流流经村落位置及土地利用类型有关。     

天然水体中铵态和硝态氮δ15N的测定

介绍了一种天然水体中铵态和硝态氮δ15N的测定方法,包括3个步骤:(1)离子交换法富集水中铵态和硝态氮;(2)蒸馏法进一步提纯铵态和硝态氮;(3)阳离子树脂萃取由转化和蒸馏得到的铵态氮,并将树脂干燥后送入元素分析仪串联质谱(EA-IRMS)测定δ15N.用这种方法处理NH4Cl和KNO3配制的人工模拟水样和野外采集的天然水样,发现δ15N-NH4+和δ15N-NO3-测定的准确性高、重复性好,人工模拟水样δ15N-NH4+的测定值和标准值相差0.560‰,δ15N-NO3-的测定值和标准值相差0.341‰,所有水样重复间的标准偏差在0.008‰—0.384‰之间.测定方法需要的水样体积较少,水样处理速度较快,离子交换后水样中的铵态和硝态氮可长期保存,适合野外天然水体δ15N测定.     

宝象河雨季径流过程氮素输移特征及来源示踪

为探究滇池主要入湖河道的氮素来源及输移特征,研究于雨季对宝象河水系径流氮营养盐进行了系统监测,分析了宝象河径流过程中氮的浓度、赋存形态特征及其变化规律等环境过程,并对不同区位的氮来源进行了示踪.结果表明,干流总氮浓度从上至下呈现增长趋势,河源至中游地区以硝酸盐氮(NO_3~--N)为主,而下游则以氨氮(NH_4~+-N)为主.流域主要氮源总氮浓度从低到高依次为:雨水、村镇排污口、农田沟渠径流、城市排污口,其中农田沟渠径流以NO_3~--N为主,而其他三类则以NH_4~+-N为主.雨季宝象河流域各主要氮源的汇入是导致宝象河径流氮浓度及其赋存形态的变化的重要原因,不同氮源的氮赋存形态在一定程度上决定了对应受纳区河道径流氮赋存形态.干流水体δ~(15)N-NO_3~--N从河源至入湖口呈现先增后减的趋势,其变化范围是6.576‰—9.708‰.流域雨水、农田沟渠径流、村镇排污口和城市排污口等氮源δ~(15)N-NO_3~--N分别为3.389‰—5.619‰、6.681‰—19.623‰、5.031‰—9.278‰和5.497‰—7.02‰.降雨和土壤径流是河源氮素主要贡献源;农业源和村镇源是上游、中游地区氮素主要贡献源;宝象河下游除了农业源、村镇源外,城市源也是其主要贡献源.研究结果能为滇池流域氮素面源污染精确治理和调控提供依据.     

黄河流域马莲河枯水期水化学特征及形成机制

为查明马莲河流域水环境现状,于2016年4月采集河水、支流水和地下水样品37组,运用Piper三线图和同位素分析来探究水体主要阴阳离子、氢氧稳定同位素特征及其空间变化,结合Gibbs图、端元图解和相关性分析等方法揭示河水化学组分的形成作用.结果表明:枯水期马莲河水呈弱碱性,总溶解固体TDS均值2685.1 mg·L-1,离子组成以Na~+、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)为主,水化学特征和中国主要河流有较大差异.沿着流向TDS和Cl~-、Na~+质量浓度呈降低趋势、水化学类型具分带规律.不同水体δD、δ~18O分布特征不一,地下水沿着当地降雨线分布,河水和支流水沿着蒸发线分布.硫酸盐和岩盐是水体离子的主要来源,河水化学组成由蒸发盐风化、蒸发浓缩和地下水补给3种作用控制.其中,蒸发盐风化是首要因素,决定了河水化学组分的宏观特征,蒸发作用和地下水补给影响了河水化学组成的空间变异.     

黄河下游地区河水主要离子和锶同位素的地球化学特征

对黄河下游地区河水主要阴阳离子、锶元素及其同位素组成进行了分析.结果发现其水化学组成主要以Ca~(2+),Na~+,HCO_3~-和SO_4~(2-)离子为主,分别占阴阳离子组成的75%以上.干流与支流间在化学组成上存在显著差异,黄河干流的SO_4~(2-),NO_3~-和Cl~-具有共同的来源,而支流河水中的SO_4~(2-),NO_3~-和Cl~-来源不同.黄河下游具有较高的锶含量及较低的锶同位素组成,锶含量变化范围在0.0429 mg·l~(-1)-0.936mg·l~(-1)之间,平均含量为0.394 mg·l~(-1),锶同位素组成变化范围在0.70986-0.71139之间,平均值为0.71118,其中黄河人海口的锶同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr=0.70986)与现代海水锶同位素比值(0.70916)相近,表明其锶同位素组成受海水作用影响较大.对主要元素、微量元素锶及其同位素组成分析研究发现,黄河下游地区河水锶同位素组成主要源于蒸发盐岩和碳酸盐岩的风化溶解作用,而人类活动的影响相对较小.由锶同位素平衡方程计算得出,黄河下游地区河水锶同位素组成由大气降水和岩石风化作用混合而成,其中大气降水对黄河下游地区~(87)Sr/~(86)Sr的贡献率约为30%,而岩石风化对其贡献率约为70%.     

九洲江流域水环境重金属污染特征及来源解析

九洲江流域环境综合治理已被列为国家跨地区生态补充试点,开展流域重金属污染调查与研究,能为流域生态补偿和综合治理提供科学依据.为了研究九洲江流域水环境重金属浓度分布特征,在流域干流和支流选取了33个采样点,于2018年枯水期、丰水期和平水期分3次进行采样监测,测定13种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Fe、Mn、Hg、As、Sb、Tl、Se)的含量.结果表明,13种重金属平均浓度从大到小排序为Fe>Mn> Zn> As> Sb> Pb> Cu> Cr> Ni> Tl> Se=Cd=Hg,Fe、Zn、Pb、Sb和As呈现出丰水期>枯水期>平水期浓度分布特征,Mn则是枯水期>平水期>丰水期,As、Sb、Pb和Mn呈现出干流>支流浓度分布特征,Fe和Zn则是支流>干流,干流As和Sb呈现出丰水期浓度明显升高的污染特征;九洲江流域干流和支流Fe和Mn污染较重,大部分点位均超过参照标准限值,是九洲江流域重金属的首要污染物,As在丰水期支流点位有超标,超标率为5.6%,Sb在枯水期、丰水期的干流和支流均有超标现象,超标率范围为6.7%—30%,其它重金属浓度均未超标.内梅罗综合指数法分析结果表明,S13温泉镇中屯河重金属污染最重,污染相对较重的前10位均为支流点位.相关性分析、主成分分析和聚类分析结果表明,Mn、Pb、Cu、Tl、Fe和Zn浓度主要受自然地质环境影响,As和Sb具有同源性,主要来源于化肥和农药的农业面源污染,Ni和Cr来源可能是自然环境和畜禽养殖和城镇污水处理厂排放共同影响的结果.     

北京密云水库小流域地下水硝酸盐污染来源示踪

为确定北京密云水库小流域地下水中氮污染特征及来源,分别在雨季和旱季采集34个地下水样进行分析.结果表明,该流域地下水中NO-3-N污染严重,雨季和旱季NO-3-N的平均含量分别为15.86 mg·L-1和14.67 mg·L-1,均超过世界卫生组织饮用水标准(10 mg·L-1),污染主要分布于人口密集、农业活动频繁的中部地区.研究区域NH+4-N和NO-2-N的含量较低,其中,NO-2-N分布极不均匀.雨季和旱季δ15N的变化范围分别为5.00‰—20.16‰和-5.90‰—12.28‰,表明地下水硝酸盐的主要来源为人畜粪便和污水的排放,也可能为土壤有机氮和农业施肥的混合,表明旱季发生反硝化作用造成同位素的分馏.雨季,硝态氮与村镇面积呈正相关;氨氮与村镇及地表水面积呈显著正相关关系.旱季,硝态氮与村镇面积呈正相关,氨氮与草地面积呈正相关,亚硝态氮与地表水面积呈显著的正相关关系.     

豫北大田蔬菜种植区地下水重金属的分布特征及来源解析

选择豫北山前平原大田蔬菜种植区地下水为研究对象,分枯水期(5月)和丰水期(10月)采集地下水样品,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析重金属含量,借助空间分布特征,并结合主成分分析方法,对地下水重金属进行源解析.结果表明:(1)研究区枯水期和丰水期浅层地下水pH值均值分别为7.26和7.15,电导率(EC值)均值分别为1200μS·cm~(-1)和1256μS·cm~(-1),丰水期浅层地下水表现为较低的pH值和较高的EC值.(2)研究区枯水期和丰水期浅层地下水重金属含量均低于《地下水质量标准》Ⅲ类标准,枯水期浅层地下水重金属含量均值大小依次为NiZnVCuCrCoAsPbCd,丰水期浅层地下水重金属含量均值大小依次为VNiZnCoCuCrPbAsCd.除V、Co和Ni外,其余重金属含量均值在枯水期和丰水期差异不显著.(3)受人类活动影响的Pb、Zn和As等重金属的空间分析结果表明,区内浅层地下水重金属含量较大的区域主要分布在区内东南部以及丹河和沁河交汇处附近,这两个区域土地利用方式主要为蔬菜用地,显示化学肥料对地下水重金属的影响.(4)采用主成分分析方法,提取4个主成分,主成分1包括Cr、Pb、Cd和V,其来源一致,可能与施用磷肥有关等;主成分2包括Ni和Cu,显示成土母质以及复合肥等肥料的混合作用;主成分3包括Co,显示其来自成土母岩;主成分4包括As和Zn,显示锌肥以及有机肥等肥料使用的影响.     

莱州湾-龙口湾表层沉积物有机质特征及来源分析

通过对莱州湾-龙口湾表层沉积物样品中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳与总氮的比值(C/N)、稳定碳氮同位素(δ13C、δ15N)生物地球化学指标的测定,分析了该区域沉积物中有机质的特征和来源.结果显示,莱州湾表层沉积物中TOC含量为0.47%±0.40%,龙口湾TOC含量为0.82%±0.37%,TN含量相差不大,因此龙口湾沉积物有机质相对含量高于莱州湾.港口的建设使龙口湾内水体流速减慢,加上龙口湾入海河流较少,使得龙口湾沉积物平均粒径(19.40μm)远低于莱州湾(43.89μm),比较容易吸附有机质.莱州湾沉积物中δ13C值为-24.96‰—21.46‰,平均值为-23.63‰;龙口湾表层沉积物中δ13C值为-23.02‰—22.39‰,平均值为-22.73‰.由此看来,莱州湾沉积物中有机质主要来源于陆生C3植物和藻类,而龙口湾有机质大部分来源于藻类,少数来自陆生C3植物.根据经典的二元模式计算,龙口湾陆源有机质的贡献比例范围为23.15%—33.67%,平均值为28.84%,莱州湾陆源贡献比例范围为7.65%—65.97%,平均值为43.75%.莱州湾沿岸有众多河流入海,尤其是含沙量最多的黄河,给湾内带来大量的陆上有机质,而龙口湾入海河流较少,沉积物中的陆上有机质较少.     

袁河水系溶解态痕量金属元素分布特征及来源分析

为研究袁河水系水体溶解态痕量金属元素污染来源与水质状况,分别于2018年7月和2019年1月在袁河干流和支流采集38个表层水样,检测了痕量金属元素Cr、Fe、Mn、As、Al、Cd、Ni和Tl的浓度.采用单因素方差分析分析袁河水系痕量金属元素的时空特征,基于痕量金属元素水质指数评价袁河痕量金属元素污染程度,采用相关分析、主成分分析探讨痕量金属元素污染的主要来源.结果表明,袁河部分金属元素时间或空间差异显著,Cr、Cd、As浓度在丰、枯水期之间差异显著,Fe、Cd、Tl浓度在干、支流之间差异显著.袁河丰、枯水期污染程度相似,主要污染河段位于宜春河段和新余河段,重度污染采样点基本上位于支流.痕量金属元素中Cr、Fe、As主要来源于城市废水,工业活动和采矿活动;Ni、Cd、Tl主要来源于生活污水和工业废水;Mn、Al主要来源于自然活动和采矿活动.本研究可以为袁河流域的痕量金属元素污染治理提供科学依据.