硫氧同位素示踪南京北郊大气PM2.5中硫酸盐来源

采用EA-IRMS联用技术对2014年1月南京北郊大气细粒子(PM2.5)中硫酸盐的硫和氧同位素组成进行了分析,结合大气颗粒物化学组成,追溯南京北郊大气PM2.5中硫酸盐的来源,并评估了各污染源的贡献率.结果表明,2014年1月南京北郊硫酸盐气溶胶的硫同位素组成(δ34S)范围为2.7‰~6.4‰,平均值为5.0‰±0.9‰(n=16);氧同位素组成(δ18O)值范围为10.6‰~16.1‰,平均值为12.5‰±1.37‰(n=16).通过气溶胶与可能污染源的δ34S值对比和后向轨迹分析,得出结论:研究区域大气中硫同位素组成主要受当地燃煤中硫的影响,其次是远距离传输硫.此外,有低δ34S值硫源存在,但贡献比较小,可能来自生物成因硫.绝对主因子分析结果显示:人为成因硫和远距离传输硫贡献率分别为46.74%和31.54%.     

南京春季北郊地区大气PM2.5中主要化学组分及碳同位素特征

PM_(2.5)是大气的重要污染物之一,其成分复杂,为研究PM_(2.5)的污染特征及来源,于2016年3月采集南京北郊地区大气中的PM_(2.5),利用Dinoex ICS-3000和ICS-2000型离子色谱和DRI Model 2001A热/光碳分析仪分别测定了PM_(2.5)中的阴阳离子和碳质组分,利用元素分析仪-同位素质谱仪测定大气PM_(2.5)中的总碳同位素(δ~(13)CTC)组成特征.结果表明,2016年3月期间南京北郊地区PM_(2.5)污染严重,平均浓度达(106.16±48.70)μg·m~(-3),且88%观测天中存在明显的二次有机污染,SOC平均浓度为(3.58±2.78)μg·m~(-3),且在晴天条件下高浓度的二次有机碳(SOC)与紫外线作用下的O_3具有较强的相关性.大气PM_(2.5)中δ~(13)CTC值范围是-26.56‰~-23.75‰,平均值为(-25.47‰±0.63‰),结合化学组分的三相聚类分析结果可知,大气PM_(2.5)主要来源于燃煤过程、机动车排放,此外还受地质源和生物质燃烧源的影响.     

基于硫氧同位素研究南京北郊夏季大气中硫酸盐来源及氧化途径

采用EA-IRMS联用技术对2014年夏季南京北郊大气PM_(2.5)中硫酸盐的硫和氧同位素组成进行了分析,计算了SO_2氧化为硫酸盐的异相和均相氧化过程的贡献率以及一次、二次硫酸盐的比例.结果表明,2014年夏季南京北郊大气中硫酸盐气溶胶的硫同位素组成(δ~(34)S)范围为1.7‰~4.8‰,平均值为3.2‰±1.0‰(n=15);氧同位素组成(δ~(18)O)值范围为7.5‰~12.9‰,平均值为9.3‰±1.7‰(n=15).通过比较气溶胶硫酸盐及可能污染源的δ~(34)S,该研究区域夏季大气中的硫源主要来自当地燃煤与尾气排放.大气气溶胶中的硫酸盐主要为二次硫酸盐,且SO_2的氧化途径以均相氧化为主,比例为59.3%.夏季大气中SO_2的异相氧化以过量O_2下的Fe~(3+)催化氧化为主,均相氧化的主要机制包括O_3氧化反应及NO_2氧化反应.     

南京北郊地区昼夜大气PM2.5中硫同位素的组成及来源

为研究南京地区昼夜大气PM_2.5中的硫同位素组成情况,采用Delta V Advantage同位素质谱仪技术对2016年3-4月南京北郊地区大气PM_2.5中昼夜δ34S（硫同位素值）进行分析,结合大气颗粒物化学组成,追溯昼夜大气PM_2.5及SO₄2-的来源.结果表明:南京北郊地区PM_2.5和SO₄2-的整体变化趋势一致,具有同源性.南京北郊地区白天大气PM_2.5的δ34S范围为4.23‰~7.16‰,平均值为5.45‰±0.91‰;晚上δ34S的范围为4.20‰~6.73‰,平均值为5.22‰±0.83‰.相较于晚上,白天δ34S略高主要与NO_x对SO₂的异相氧化反应和机动车尾气的排放有关.重霾天δ34S范围为4.20‰~7.16‰,平均值为5.39‰±0.87‰;清洁天δ34S范围为3.14‰~5.14‰,平均值为4.03‰±0.57‰.重霾天的硫源与燃煤、机动车尾气排放及NO_x对SO₂的异相氧化反应有关;而清洁天主要受到机动车尾气排放及SO₂与O₃均相氧化反应的影响.研究显示,南京北郊地区ρ（PM_2.5）昼大于夜,而ρ（SO₄2-）夜大于昼,重霾天大气PM_2.5的δ34S高于清洁天,这主要与NO_x、SO₂、O₃的相互转化有关.      

南京北郊冬夏季大气PM2.5中碳质组分浓度及同位素组成研究

为研究南京北郊不同季节PM_(2.5)中碳质组分的主要来源,分别在2014年1月1—23日和2014年7月3—22日进行PM_(2.5)样品采集,并分析其中有机碳(OC)、元素碳(EC)浓度及总碳同位素组成.结果表明,冬季PM_(2.5)浓度高于夏季,平均值为(146.69±64.67)μg·m-3,OC、EC浓度较高,分别为(14.77±5.58)μg·m-3与(9.01±4.74)μg·m-3;而夏季PM_(2.5)浓度为(57.69±23.80)μg·m-3,OC、EC浓度分别为(5.94±2.20)μg·m-3和(2.78±1.25)μg·m-3.二次有机碳(SOC)占OC比重较小,冬、夏两季分别为36.99%与27.37%,这与采样点紧邻公路主干道使颗粒物未得到充分的二次反应有关.南京北郊冬季δ13C平均值为-25.38‰±0.36‰,夏季为-26.50‰±0.58‰,通过与潜在污染源的δ13C值对比,推断出采样期间冬季主要的潜在碳质污染源为煤炭燃烧及机动车尾气,夏季主要的潜在碳质污染源为生物质燃烧及汽车尾气.     

北京上甸子站大气CO2及δ13C(CO2)本底变化

基于北京上甸子站(SDZ)2007~2013年大气CO_2及2009~2013年大气δ13C(CO_2)瓶采样观测资料,筛分获得混合均匀且未受局地污染影响、具代表性的大气CO_2及δ13C(CO_2)本底数据.2007~2013年SDZ站大气CO_2年均本底浓度变化范围为385.6×10-6~398.1×10-6,年均增长率为2.0×10-6a-1;2009~2013年其大气δ13C(CO_2)年均本底值变化范围为-8.38‰~-8.52‰,年均增长率为-0.03‰·a-1.SDZ站2007~2013年的7~9月月均浓度最低水平均出现在2008年,且2007~2008年增长率仅为0.3×10-6a-1,推测主要源于2008年奥运期间北京及其周边省市节能减排措施实施导致碳排放量减少.SDZ站大气CO_2本底浓度季节变化最低值出现在8月,最高值出现在3月,季节振幅达到23.9×10-6;大气δ13C(CO_2)与CO_2季节变化特征大致呈镜像关系,其季节振幅为1.03‰.对SDZ站CO_2源汇的碳同位素"signature"(δs)研究表明,供暖季Ⅰ(01-01~03-14)和Ⅱ(11-15~12-31)的δs分别为-21.30‰和-25.39‰,推测主要源自化石燃料与生物质燃烧的影响;其植物生长季的δbio值为-21.28‰,推测主要来自植被活动的贡献.     

新乡市夏冬季节PM2.5稳定碳同位素特征分析

为了探究新乡市PM_(2.5)中δ~(13)C比值的季节性变化特征及其对污染来源的指示作用,于2017年夏冬季节采集PM_(2.5)有效样品91个,并测定了样品中的总碳、水溶性离子和稳定碳同位素比值(δ~(13)C).夏季和冬季的TC浓度平均值分别为11.78μg·m~(-3)和26.6μg·m~(-3).夏季δ~(13)C比值为-27.70‰～-25.22‰其中前14 d的δ~(13)C比值波动较大平均值为-26.96‰,而后16d的δ~(13)C比值相对稳定,平均值为-25.69‰,而且前半月和后半月火点数具有较大差异同时K_(nss)~+浓度与TC质量浓度显著相关(R~2=0.62,P0.01)这说明夏收季节生物质燃烧可能对δ~(13)C比值有显著影响.新乡地区冬季RH与TC/PM_(25)质量比值的显著负相关(R~2=0.68,P0.01),揭示了在霾增长初期以SOA增长为主,而污染期以SIA贡献为主.冬季采样期δ~(13)C比值为-26.72‰～-23.49‰,对霾发展过程中稳定同位素组成的研究发现在霾增长过程中δ~(13)C比值以富集为主,而在霾清除阶段δ~(13)C比值以贫化为主.     

荔波板寨小流域水体硫同位素特征及其对流域风化的指示意义

在生态脆弱的喀斯特地区,硫酸的参与加快了碳酸盐岩的风化速率,改变了区域碳循环过程。选择位于西南喀斯特森林地区的板寨小流域为研究区域,结合地表、地下水化学及其SO_4~(2-)的δ~(34)S同位素特征,分析了水体主要溶解物的来源,验证硫酸参与区域碳酸盐的风化过程。研究结果显示:所有水样均表现出明显的岩溶水化学特征,其主要阴离子为HCO_3~-,占总阴离子的57.4%~93.8%,流域内小学附近采样点的泉水中含有较多的SO_4~(2-);流域水体主要阳离子为Ca~(2+)、Mg~(2+),二者分别占总阳离子当量的61.4%~90.8%和7.64%~37.6%,其中板寨河水中含有较多的Mg2+,平均可占总阳离子当量的33.0,表明板寨河水可能受石灰岩和白云岩风化的共同作用。小学样点的SO_4~(2-)含量远高于其余各个样点。而δ~(34)S同位素结果显示小学和黎明关两个样点地下水SO_4~(2-)的平均δ~(34)S同位素值分别为-11.1‰和-9.12‰,接近贵州煤的δ~(34)S同位素统计值,表明其可能受到地下煤层中硫化物氧化的影响。瑶寨地下水和板寨河水的δ~(34)S同位素与西南喀斯特地区大气降水SO_4~(2-)的δ~(34)S同位素值相近,可能主要来源于大气降水。     

黄渤海刺参稳定同位素组成特征的初步研究

本文应用元素分析仪及稳定同位素质谱仪联用技术对黄渤海刺参的碳、氮稳定同位素组成进行分析,同时,通过潜在食物源对刺参生长的贡献率进行计算,研究两海域刺参稳定同位素组成特征及其原因。刺参碳、氮稳定同位素测定结果显示,渤海刺参δ13C值、δ15N值的分布范围分别为-15.660‰~-12.027‰和7.463‰~11.238‰;黄海刺参δ13C值、δ15N值的分布范围分别为-16.062‰~-12.527‰和3.966‰~7.243‰。两海域刺参δ15N值分布范围存在明显差异,表明δ15N值能够有效区分黄渤海不同刺参样品。食源贡献率计算结果显示,渤海刺参食源相对贡献率依次为浮游生物、SOM、POM、海带和孔石莼;黄海刺参食源相对贡献率依次为孔石莼、海带、POM、SOM和浮游生物。食源相对贡献率的不同为两海域刺参δ15N值的差异提供了依据。相关结论能为稳定同位素技术应用于刺参的产地溯源研究提供理论依据。     

利用δ15N-NO3-和δ18O-NO3-示踪北京城区河流硝酸盐来源

为定量化识别北京城区河流硝酸盐来源,采用δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3双同位素示踪法对北京城区河流河水硝酸盐的氮氧稳定同位素组成进行分析,利用稳定同位素混合模型追溯北京城区河流硝酸盐来源,并评估各污染源的贡献率.结果表明:1北京河流无机氮污染以硝酸盐氮(NO~-_3-N)污染为主,且河流下游硝酸盐氮污染较为严重.2北京城区地表河流δ~(15)N-NO~-_3值范围为6.26‰~24.94‰,δ~(18)O-NO~-_3值范围为-0.41‰~11.74‰;下游δ~(15)N-NO~-_3值比上游大.3根据稳定同位素混合模型,北京河流中硝酸盐贡献率平均值分别为:粪肥及生活污水61.2%、土壤有机氮31.5%、大气沉降7.3%.     

黔中岩溶地区草地土壤CO2的稳定碳同位素组成

黔中岩溶地区草地土壤 CO₂ 的δ¹³C值在地 -气界面层上随土层深度的增加而降低 ,在地 -气界面层以下 ,土壤 CO₂ 的δ¹³C值基本不变 .土壤 CO₂ 的 δ¹³C值存在季节变化与昼夜变化的特征 .夏季 CO₂ 的 δ¹³C值最高 (-15.5‰ ) ,冬季 CO₂ 的 δ¹³C值最低 (-18.9‰) ;从夏季到冬季 ,土壤 CO₂ 的 δ¹³C稳定值逐渐降低 ,降低幅度超过 3‰ .在一天中 ,中午土壤 CO₂ 的 δ¹³C值最高(-14.0‰ ) ,早晚土壤 CO₂ 的δ¹³C值较低 (-15.4‰ )     

澜沧江水系氮磷污染及硝酸盐来源解析

有效控制氮磷输入是水质持续改善的关键因素.为识别澜沧江水系水体中氮磷浓度、氮污染物来源及其空间分布特征,在澜沧江流域开展了干流和支流水样的采集,分析流域不同区域水体氮磷浓度,并利用氮氧同位素技术结合稳定同位素SIAR模型,解析了水系不同区域氮素来源及其贡献率.结果表明：①澜沧江水系氮浓度偏低,ρ（TN）分布在0.34~4.18 mg·L^-1之间,从上游至下游有升高趋势;ρ（TP）分布在0.11~2.34 mg·L^-1之间.②澜沧江水系的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-值分别分布在-5‰~5‰和-16‰~16‰之间,主要落在降雨及肥料和土壤氮范围内,主要存在硝化作用.③澜沧江干流中土壤氮和化学肥料的贡献率分别为37.67%~42.41%和34.22%~38.56%,粪便和生活污水占15.01%~20.79%,大气沉降仅占4.49%~7.32%.中游支流和下游支流中土壤氮的贡献明显高于化学肥料,土壤氮的贡献率达53.97%~61.57%,化学肥料占33.37%~38.30%,而大气沉降、粪便和生活污水的贡献率较低.研究分析了澜沧江水系上、中和下游干流和支流的氮素来源,为该区域的水质管理和污染源治理提供了依据.     

南京地区大气气溶胶PM2.1中稳定碳同位素组成研究

采用EA-IRMS测定了2011年四季南京市区(南师)和郊区工业区(南化)大气细粒子(PM2.1)中稳定碳同位素组成(δ13C),分析了PM2.1中含碳物质的来源并对两地总碳(TC)污染特征进行了评价.结果表明,TC在市区和郊区的年平均浓度分别为15.94μg·m-3与17.17μg·m-3,TC在细粒子中比重分别为17.18%与16.40%,郊区碳质污染相对严重且细粒子中污染物组成更复杂;冬、春、夏、秋四季市区PM2.1中δ13C均值分别为-24.42‰±1.12‰、-25.19‰±1.92‰、-25.79‰±0.45‰与-25.58‰±0.65‰,郊区分别为-25.34‰±1.18‰、-25.55‰±1.50‰、-25.31‰±0.55‰与-25.38‰±0.82‰.相关性分析和潜在污染源δ13C值表明,市区气溶胶PM2.1中碳质主要源于汽油车尾气排放,郊区工业区含碳物质源于尾气及工业排放,此外,燃煤源、生物质燃烧源及地质源等对两地冬春季气溶胶中碳质有重要贡献;后向轨迹分析表明,冬春季远源输送对南京地区气溶胶中碳质有重要贡献,夏秋季气溶胶中碳质主要来自本地排放.     

大气降水中稳定同位素研究进展

酸雨是目前人类所面临的主要环境问题之一,中国已成为继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区。大气降水化学组成、物质来源及其贡献是酸沉降研究的重要内容,可以为酸雨成因、发展趋势和制定相应政策提供依据。大气降水同位素组成是解析和确定降水物质来源及其贡献的重要手段。大气中的二氧化硫和氮氧化合物是导致雨水酸化的两个主要组分,另外我国大气降水中还含有大量碱性离子可以中和雨水中的酸性物质。本文对硫、氮、锶同位素在大气降水中物质示踪方面的应用进行了总结,并提出了一些值得重视的研究方向。     

基于同位素技术的短程硝化过程N2O产生途径

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2~--N浓度显著相关,当NO_2~--N浓度大于3 mg·L~(-1),短程硝化过程开始出现N_2O的释放,且随着NO_2~--N浓度的增加而增加.当溶解氧浓度分别为0. 5、1. 5和2. 5 mg·L~(-1)时,N_2O的释放量占进水总氮的比例分别为4. 35%、3. 27%和2. 63%,随着溶解氧的升高,N_2O的释放量占进水总氮的比例降低.短程硝化过程控制溶解氧在2. 5 mg·L~(-1),既可以提高比氨氧化速率,又可以减少N_2O的产生.同位素测定结果表明,当溶解氧为0. 5 mg·L~(-1)时,只有AOB反硝化过程生成N_2O.但当溶解氧升至1. 5 mg·L~(-1)时,有4. 52%的N_2O通过NH_2OH氧化过程生成,AOB反硝化过程生成的N_2O占95. 48%.继续升高溶解氧到2. 5 mg·L~(-1)时,NH_2OH氧化过程生成的N_2O比例增加至9. 11%,AOB反硝化过程生成的N_2O占90. 89%,溶解氧浓度的改变会影响短程硝化过程N_2O的产生途径,避免过高的NO_2~--N积累,可以减少N_2O的产生.     

N2O产生机制的同位素方法研究进展

N₂O是一种重要的温室气体,是由多种微生物的硝化与反硝化作用产生,但是它产生的生物地球化学机制还不十分清楚。本文结合N₂O产生的微生物过程,阐述了国内外利用同位素标记法、N₂O的δ¹⁵N和δ¹⁸O双同位素法、N₂O的δ¹⁵N^α（¹⁴N¹⁵N¹⁶O）和δ¹⁵N^β（¹⁵N¹⁴N¹⁶O）、SP值同位素异构体法以及多种同位素法相结合研究N₂O的产生机制及微生物过程,比较了这些方法的优缺点,尤其重点阐述了近些年来兴起的N₂O同位素异构体计算各过程贡献比例及其判别源与汇的理论及其应用。¹⁵N同位素富集因子法和SP值法也分别应用于产生N₂O的微生物群落结构、数量和活性变化的研究,以从根本上达到控制N₂O排放量的目的。同时指出同位素方法研究N₂O产生机制的困难和不足。