喀斯特高原黄壤区退化植物群落常见植物叶片氮同位素组成

氮是植物需求量最大的矿质营养元素。由于氮循环诸过程中的化学转化、物理运输等都有可能使其发生同位素分馏,植物稳定氮同位素组成是土壤-植物-大气连续体综合作用的整体响应,能较好的反映流域内与植物生理生态过程相联系的一系列环境信息,具有示踪、整合和指示等多项功能。为探讨喀斯特环境下黄壤区植物稳定氮同位素组成变异的影响因素及其相关关系,以喀斯特高原贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为例,选取流域内黄壤区退化植物群落3种植被类型中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片C、N、P、K、Ca、Mg元素含量和稳定氮同位素进行了测定分析。结果表明:(1)研究区植物叶片δ~(15)N值的变化范围为-3. 25‰～0. 69‰,平均值为-1. 04‰,变异程度较高,离散程度较大,呈负偏态分布。(2)植物叶片δ~(15)N值在群落间和坡位间的差异均不显著(P0. 05);(3)植物叶片δ~(15)N值的种间变化趋势为小果蔷薇(-0. 03‰)火棘(-0. 24‰)过路黄(-1. 58‰)粉枝莓(-2. 29‰),差异显著(P0. 05)。(4)研究区植物叶片δ~(15)N值受群落类型和物种因素的交互影响显著(P=0. 016,R2=0. 870)。(5)研究区植物叶片δ~(15)N值受叶片K营养含量的影响较大,同时与C、N、P、K、Ca元素化学计量比之间的关系密切,叶片K、Ca营养含量间的调控是影响黄壤区植物叶片δ~(15)N值的主要因素。     

人工湿地的氮稳定同位素特征及污染源解析

对2016年4,6,和8月合肥市塘西河人工湿地水体中的溶解态硝酸盐进行稳定氮同位素分析。通过不同的季节人工湿地内硝酸盐的稳定氮同位素值(δ~(15)N-NO_3~-)的变化情况来研究水体中氮的迁移、转变等生物地球化学过程,从而揭示其环境行为,同时对该人工湿地氮的循环机制进行探究。研究发现:该人工湿地的δ~(15)N-NO_3~-值分布在13.9‰~22.7‰,表明其硝酸盐氮的主要来源是人畜排泄物或城市生活污水。4,6,8月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值都受硝化、矿化、植物同化作用的影响;6月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值还受藻类同化吸收作用的影响;8月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值还受雨水混合、藻类同化吸收与反硝化作用的影响。     

太湖西部河湖氮污染物来源及转化途径分析

通过2014年枯水、丰水两期监测,综合分析了太湖西部入湖河流与湖区水体及其沉积物的无机氮形态与同位素特征,并利用δ~(15)N识别了太湖西部上游区氮污染来源及转化途径的生物化学作用机制.结果表明:NO_3~--N与NH_4~+-N为研究区域入湖河流无机氮的主要形态,而NO_3~--N为西部湖区水体无机氮的主要形态;δ~(15)N-NO_3~-的数值范围揭示了西部入湖河流在枯水季NO_3~--N主要来源于农用化肥,有少量矿化土壤有机氮,而丰水季则以生活污水为主,有少量矿化土壤有机氮及农用化肥;δ~(15)N-NH_4~+的数值范围说明了生活污水是河流水体NH_4~+-N的主要来源;通过水体及沉积物样品NO_3~--N、NH_4~+-N、δ~(15)N-NO_3~-、δ~(15)N-NH_4~+的协同分析可知,湖区氮的赋存形态主要受湖区水体硝化作用及沉积物内反硝化作用的影响.     

深圳茅洲河下游柱状沉积物中碳氮同位素特征

对茅洲河下游12根沉积物柱状样中总氮(TN)、有机质(OM)、C/N值、δ~(15)N、δ~(13)C含量进行了测定,分析探讨了茅洲河下游及其主要支流沙井河沉积物中氮和有机质的分布特征及来源.结果表明,沉积物中TN平均含量为1 815.37 mg·kg~(-1),OM平均含量为22 401.68 mg·kg~(-1),与太湖和巢湖流域相比,研究区内TN和OM含量均处于较高水平,且随深度增加变化均较大.茅洲河下游沉积物中δ~(15)N、δ~(13)C含量范围为2.20‰~32.78‰、-27.53‰~-21.95‰,平均值分别为6.78‰、-25.41‰;C/N值范围为0.49~18.23;δ~(13)C随深度变化较为平缓,而δ~(15)N、C/N值随深度增加波动较大.研究区来源分析表明:C3植物与合成化肥为茅洲河下游表层沉积物(0~40 cm)的主要来源;藻类是深层沉积物与支流沙井河沉积物中有机质的主要来源.茅洲河下游表层沉积物(0~40 cm)中的氮素主要来源于无机化肥与土壤有机氮,深层沉积物与支流沙井河沉积物中的氮素主要来源于土壤流失和土壤有机氮.     

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.     

中国水体硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源研究进展

由于人类活动影响,水体硝酸盐(NO-3)污染已经成为世界范围内的环境问题.结合NO-3中δ15N、δ18O双稳定同位素技术、其他环境同位素以及化学分析技术,可以定量评价地表水、地下水、降水中NO-3不同来源贡献率、硝化/反硝化过程,为水体NO-3污染治理提供了有利依据.本文综述了国内外NO-3中δ15N、δ18O分析测试技术、NO-3污染源δ15N、δ18O特征值、应用δ15N、δ18O进行地表水、地下水溯源研究进展.目前,国内已经成功应用离子交换-AgNO3法和细菌反硝化法开展水体NO-3污染来源的同位素示踪研究.综合分析NO-3污染源中δ15N表明,我国粪肥及污水NO-3的δ15N为3‰～17‰,土壤中NO-3的δ15N为3‰～8‰、大气降水中NO-3的δ15N为-9‰～9‰、化肥中NO-3的δ15N为-2‰～4‰,化肥中NH+4的δ15N为-4‰～2‰.对地表水、地下水中的NO-3溯源研究表明,污水、粪肥已经成为我国水体NO-3污染的重要来源,中国的城市污水、农业水产养殖对地表水水体NO-3污染带来了严重的影响.未来应结合长期监测、δ15N和δ18O双同位素技术和水化学分析技术,提高NO-3不同来源的比例、季节动态定量评价水平,为我国水环境管理提供有效依据.     

营养条件对微藻碳、氮稳定同位素组成的影响

以5种微藻(甲藻3种,硅藻、绿藻各1种)为试验材料,探讨了不同营养条件对微藻不同生长阶段碳氮稳定同位素组成的影响.结果表明,不同纲微藻的δ13C值和δ15N值在稳定生长期高于指数生长期,且与生长速率没有相关性(P0.05).硅藻的δ13C值低于甲藻和绿藻,绿藻和甲藻的δ13C值比较相近;甲藻的δ15N值低于硅藻和绿藻,绿藻和硅藻的δ15N值比较相近,且同属甲藻纲的海洋原甲藻、塔玛亚历山大藻和强壮前沟藻的δ15N值有较大的差异.5种微藻在不同营养条件(营养盐充足、缺氮、缺磷)下培养,氮限制和磷限制导致微藻具有更正的δ13C和δ15N,磷限制的影响不明显,且弱于氮抑制.     

农田退水期阿什河氮污染特征及来源解析

利用水质监测技术和稳定同位素示踪技术,对春季农田退水期阿什河河水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)和ρ(TN)特征进行研究并对氮污染来源进行解析. 结果表明,ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)和ρ(TN)除在阿什河上游源头区水体中较低外,其余大部分区域均较高. 上游源头区采样点 δ 15N值为3.68‰～6.09‰,主要受大气沉降氮和土壤有机氮的污染;中下游区域中一部分采样点δ15N值为5.32‰～7.72‰,主要受农田退水和农村生活污水影响,另一部分采样点δ15N值为8.45‰～11.86‰,主要受畜禽养殖污水影响较大;下游采样点δ15N值较低(3.25‰～4.15‰),主要受工业来源废水污染. 农田,特别是河流两岸的稻田退水对阿什河水质影响较大;城区对阿什河TN和NH₄+-N影响较大,对NO₃--N影响较小.      

太湖地区稻作系统不同水体硝态氮同位素特征及污染源

为辨别稻作系统不同水体硝态氮来源,选择太湖地区典型稻作区域,应用硝态氮δ15N同位素技术,结合水化学方法(如NO3-,NH4+,TP,Cl-,SO42-),研究水稻施肥之前(4~5月),施肥期(6月),及施肥之后(7~8月)地表水和地下水硝态氮来源.结果表明,地表水和地下水硝态氮含量普遍较高.在施肥期,各水体硝态氮中δ15N均较低,表明该时期农业化肥是水体硝态氮的主要来源.在施氮前期,池塘水δ15N较低,其可能原因是受雨水的影响;而地下水δ15N较高,可能是水体发生了强烈的反硝化.在施肥后期,池塘水δ15N较高可能受养殖废水影响;地下水δ15N较低,可能受农田渗漏水的影响.河水和灌溉水硝态氮δ15N在各时期波动不大,其中河水硝态氮主要来源是生活污水和动物粪肥,但灌溉水硝态氮主要来源于雨水.本研究提出新的Cl-浓度和NO3-/Cl-物质的量比区间以辨别太湖地区水体硝态氮来源.     

我国西南地区氮饱和马尾松林土壤和植物15N自然丰度对长期氮施加的响应

我国快速增长的氮沉降可能造成森林生态系统的氮饱和,进而导致一系列严重的环境后果.为了深入研究氮沉降对我国森林生态系统的影响,进而评价和预测森林生态系统的氮状态,本研究选取我国西南地区典型的马尾松林生态系统,对土壤和植物的15N自然丰度(δ15N)进行了测定,探讨用15N富集因子(εp/s)作为氮状态指标的可行性.对该马尾松林连续7 a施加NH4NO3或Na NO3的控制实验结果表明,长期的高氮输入显著增加了土壤和植物的δ15N.同时,该生态系统对不同形态的氮输入有不同的响应,即在NH+4沉降下δ15N显著高于NO-3沉降下的值.15N富集因子与氮沉降量、净硝化速率和淋溶量均呈显著的正相关关系,特别是本研究与之前研究的所有马尾松林的15N富集因子与氮沉降量之间线性相关,表明15N富集因子可用来表征氮状态.由于在相同氮沉降的情况下,NH+4的效应强于NO-3,建议我国在未来控制氮氧化物排放的同时也应当重视氨的排放控制.     

微生物超量吸收实现生物脱氮

研究了SBR在不同pH值条件下处理模拟城市生活污水中的脱氮效果.结果表明,在曝气时间为4 h,沉淀静置时间为4h,进水COD浓度为250~300 mg.L-1,进水NH4+-N浓度30~40 mg.L-1时,R2(pH为8.0±0.2)出水氨氮浓度降到0~1 mg.L-1同时有大量的硝态氮生成,出水中硝态氮(NO3--N+NO2--N)的浓度基本在8~10 mg.L-1之间,TIN(TIN=NH4+-N+NO3--N+NO2--N)的去除率在70%左右.R1(pH为7.0±0.2)出水氨氮浓度降到0~5 mg.L-1,而硝态氮浓度在整个过程中基本保持不变且含量极低(1~2 mg.L-1),污泥中总氮含量较高且4 h好氧阶段呈先下降后上升的趋势,典型周期好氧开始时污泥中总氮含量为214 mg.g-1,好氧1 h时含量为210 mg.g-1,好氧结束时含量为215 mg.g-1,水相中TIN的去除率达到85%以上.说明在本研究特殊的工艺条件下,SBR能实现较高的生物脱氮效果,但氮的去除并不是通过传统的硝化反硝化途径实现,而是通过排除微生物超量吸收的富氮污泥来实现.     

废水中氨氮和总氮的相关性分析研究

为了解废水中氨氮和总氮之间的关系,通过近三年濮阳市6个点位废水中的氨氮和总氮的监测数据,分析了氨氮和总氮之间的线性相关性,得出两者之间的线性系数.结果表明:废水中氨氮和总氮的相关关系较好,相关系数为0.927 0,秋季废水中氨氮和总氮的相关关系最好,其次是春季和冬季,夏季两者的相关性稍差,不同的废水监测点位,氨氮和总氮之间的线性关系有一定差别.     

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.      

秸秆覆盖与氮减施对土壤氮分布及地下水氮污染影响

为探究不同秸秆覆盖方式与氮减施对土壤氮分布、地下水氮污染及夏玉米产量的影响,于2017~2018年在河套灌区开展田间试验.本试验设置常规施肥为对照（CK处理）,以30%氮减施（N1）、20%氮减施（N2）和10%氮减施（N3）为3个减施水平处理,每个减施水平设秸秆表覆（B处理）和秸秆深埋（S处理）这2个处理.结果表明,CK土壤氮随土层加深呈波状分布,总体呈降低趋势;秸秆表覆的氮素在0~20 cm土层表聚,NO₃^--N和NH₄⁺-N含量较CK平均提高22.2%和42.7%,随土层加深而降低;秸秆深埋的氮素在20~40 cm土层聚集,NO₃^--N和NH₄⁺-N含量较CK平均提高29.8%和48.1%,随土层加深呈先增后降趋势;不同秸秆覆盖下氮素聚集量随氮减施水平提高而减小.收获后,在>80 cm土层,秸秆表覆的NO₃^--N和NH₄⁺-N累积量较CK平均降低19.9%~58.2%和31.1%~61.7%,而秸秆深埋平均降低36.7%~70.9%和82.6%~89.2%,效果较秸秆表覆显著（P<0.05）;秸秆表覆仅BN3较CK平均增产0.4%,秸秆深埋SN2较CK平均增产9.3%;夏玉米产量与氮减施水平的拟合结果表明,秸秆深埋较秸秆表覆增产效果显著（P<0.05）,秸秆深埋与14%~20%氮减施增产效果最优;秸秆覆盖与氮减施可缓解氮素淋溶损失,收获后秸秆深埋显著降低地下水氮污染风险（P<0.05）,达到改善灌区农田生态环境和提高夏玉米产量的目的.     

氮与自然

在某种程度上,人类对全球氮循环的改变是很重要的,因为增加的氮极大地改变了许多天然生态系统的组成、生产率和其它性质.增加的氮为什么有这么大的影响力?为什么如此多的天然生态系统都处于缺氮状态?减缓氯相对于其它元素的循环过程,和控制生态系统水平的氮输入输出过程,都使氮供应成为生态系统动态的限制因子.我们讨论了可以减慢氮循环的因子:陆地植物和其它有机体之间的化学计量学差异,蛋白质沉淀防御植物的多度,土壤有机质中C-N键状态.对输入来讲,氮固定的能量消耗及其后果,氮以外的养分供应,对固氮者的优先取食,所有这些都能限制生物固氮者的多度和/或活动.这些过程加在一起,推动和维持着许多天然陆地生态系统的氮限制.     

地表水中氨氮和总氮的相关性分析

为了解地表水中氨氮和总氮之间的相关关系,通过2010年濮阳市6个监测点位地表水的氨氮和总氮的监测数据,分析了氨氮和总氮之间的相关性,结果表明:地表水氨氮和总氮两个监测因子之间的相关关系为冬季最好R为0.9270,春、秋其次R分别为0.8980和0.8695,最后是夏季为0.6780。氨氮和总氮之间的比例系数波动范围较大为0.040～1.138,各不同季节的平均值为0.38。     

环境样品监测中总氮低于氨氮的原因

环境样品监测中常出现的氨氮高于总氮现象,主要由从取样到数据处理过程中7个方面的因素造成,人为只能将其控制在一定范围内.得出上述结果,只要达到分析质量控制和质量保证要求,分析数据就应当是准确可靠的.     

城市河流水生植物氮含量和氮同位素记录及其对水体氮污染的响应

城市生产和生活活动排放大量含氮污染物到城市河流中,造成水质下降、水体富营养化.河流水生植物已被广泛用于水体氮污染的评价和去除,但目前水生植物氮利用的过程机制并不十分清楚,这阻碍了利用水生植物的氮素地球化学指标去评价河流水体氮污染状态.本研究采集西南地区流经贵阳市区的南明河河水和水生植物样本,通过分析氮浓度和同位素组成,...     

能源、工业和氮:降低活性氮排放战略

在矿物燃料和生物材料的大气燃烧过程中,以及某些化学制品和产品的生产过程中,会释放出氯氧化物.氮氧化物能与天然的或人造的挥发性有机化合物反应,生成烟雾,或氮氧化物被进一步氧化,生成粉尘雾霾,也可生成使水土富营养的酸雨.活性氮形成于能源部门,然后通过大气、水圈和土壤进行循环,最后进行不完全的脱氮反应,形成促使地球变暖、消耗平流层的臭氧的气体--一氧化二氮或分子氮.对氮循环进行经济分析时,怎样确定进行干预的最经济有效的切入点,本文将为此提供建议.机动车辆、电厂和加热锅炉的矿物燃料燃烧过程中释放的氯氧化物,可以通过附加的排放控制技术进行控制,也可通过导致二氧化碳还原的同样技术方案来将其消除.这些综合战略也持续成为影响经济发展和国家安全的问题.同样在工业生产中,应将精力更有效地集中于重新设计工业工艺,而不是将精力放在消除当前系统中的氮氧化物污染上.本文将建议使用何种战略来解决多重利益,而不是只集中在单一的污染物上.     

模拟氮沉降对中亚热带森林土壤中可溶性氮含量的影响

通过野外模拟试验,研究CK〔对照,0 kg(hm2.a)〕、LN〔低氮,30 kg(hm2.a)〕和HN〔高氮,100 kg(hm2.a)〕处理3个氮沉降水平对亚热带针叶(杉木)和阔叶(浙江桂、罗桴栲)森林土壤中可溶性氮含量的影响.结果表明:施氮后3 d,土壤中的w(SIN)(可溶性无机氮含量)在CK和LN处理之间差异不显著,仅发现HN处理与LN及CK处理之间的差异显著.施氮后3个月,各处理之间差异不显著;与施氮后3 d相比,土壤中的w(NH4+-N)在CK处理显著增加了42%～68%(P<0.05),而HN处理则显著降低了45%～58%(P<0.05);土壤中的w(NO3--N)平均降低了24%～88%,其中HN处理降幅最大也最显著;杉木林土壤降幅最大.施氮后3 d,随着施氮水平的提高土壤尤其是杉木林土壤中的w(SON)(可溶性有机氮含量)增加,其占w(TSN)(可溶性总氮含量)的比例降低.然而3个月后,施氮影响趋缓甚至相反;与施氮后3 d比较,HN处理下w(SON)降低,而其占w(TSN)的比例却有所升高,表明SON损失仍低于SIN.阔叶天然林土壤中的w(SON)显著高于杉木人工林,表明凋落物性质差异造成的影响与w(SON)变化有关.