河流锶元素及其同位素地球化学研究现状与问题

文章系统阐述了近30年来河流锶元素及其同位素地球化学研究方面取得的进展、现状及目前存在的问题,这些问题主要包括:河流锶同位素比值对于源岩的解释问题、河流锶元素含量及其同位素组成的全球参比值问题、不同的端元输入对河流锶元素及其同位素组成的影响以及不同制约因素及研究方法对河流锶元素及其同位素组成的影响等问题。根据目前的研究资料,笔者指出在进行河流锶元素及其同位素地球化学研究过程中应当:(1)考虑矿物岩石在风化过程中锶元素的释放特征及其同位素演化规律;(2)结合同位素地球化学及雨水化学方法对大气及人类活动输入对河流锶元素及其同位素组成的贡献进行校正;(3)开展主要流域的研究工作,尤其是不同构造、地质及气候背景条件不同流域间的对比研究,建立河流锶元素及其同位素组成区域参比值;(4)在研究方法上,应该对区域内降雨、岩石、土壤、沉积物及地下水中的锶元素及其同位素地球化学特征进行系统分析,包括不同形态的锶元素及其同位素地球化学特征的研究。     

河流中碳、硫稳定同位素的研究进展

河流系统是全球生物地球化学循环的关键环节,是将陆地侵蚀物质输入海洋的主要通道.自然风化是河流水物源的主要营力,人为活动的影响使河流污染物的来源更加复杂,仅仅依靠主要离子组成不能很好的区分河流中物质的不同来源,而稳定碳、硫同位素可以示踪河流中物质的来源.本文综述了当代河流系统中碳、硫同位素的研究现状和分析方法,并对未来河流研究中碳-硫耦合循环研究进行了展望.     

地下水“三氮”污染来源及其识别方法研究进展

地下水"三氮"污染来源的识别研究对污染控制与修复有重要的意义.在阐述地下水"三氮"污染来源(大气氮沉降、土壤天然有机氮矿化、地表径流氮输入、人类活动氮排放等)及其在我国的分布特征的基础上,总结了国际上常用的"三氮"污染来源识别方法,包括水化学方法、统计学相关方法、区域氮平衡法、稳定同位素示踪法及一些新型示踪方法.指出由于"三氮"污染来源的多样性及污染形成机制的复杂性,单一识别方法在应用中均有较明显的局限性,目前主流识别手段为稳定同位素示踪法与多种识别方法相综合.进一步提出要加强新型示踪方法的开拓、定量识别方法的优化,污染源识别与迁移转化机制、地下水补排条件、地下水-地表水转化关系等研究相结合为未来发展的主要趋势.     

滇池流域硝酸盐污染的氮氧同位素示踪

滇池流域硝酸盐污染严重,厘清其来源对硝酸盐污染治理至关重要。本研究在滇池流域收集河水、湖水、井水、雨水样品,分析了无机氮浓度和硝酸根氮、氧同位素比值。总体上,硝酸盐浓度变化范围较大,从低于检测限到高达13.44mg-N/L,显示流域硝酸盐污染存在较大的空间差异。最高浓度出现在流域南部农田区的井水中,井水样品的氮、氧同位素数据大部分落在化学肥料和大气干湿沉降区,表明农业面源和大气输入对流域浅层地下水产生了污染,污染的浅层地下水又是湖泊水体的一个潜在污染源。流域内河流硝酸盐浓度变化范围较大,总体污染程度高于滇池湖泊水体,氮、氧同位素组成表明大部分河流中硝酸盐来自生活污水和人畜粪便。滇池水体的硝酸盐氮、氧同位素组成和河流的相似,说明人畜粪便和生活污水是主要来源。湖泊水体硝酸盐浓度从南向北有逐渐增加的趋势,这与滇池北部紧邻城区(生活污水)、流域南部主要为农田区(面源污染)的空间格局是一致的。总体上,滇池水体的硝酸盐主要来自城市生活污水,农业面源和大气输入。通过地下水途经进入湖泊主要发生在流域南部地区,具体的贡献份额还需要进一步的计算。     

铅稳定同位素在沉积物重金属污染溯源中的应用

稳定铅同位素是示踪环境重金属来源的重要手段.通过分析测定泉州湾周边地区常见端元组分及采集自泉州湾洛阳江河口潮间带24个表层沉积物的稳定铅同位素组成,利用铅同位素的指纹参数对沉积物中铅的来源进行示踪.结果表明,潮间带沉积物中的铅主要受汽车尾气、工业生产和污水排放的影响.其中,位于交通繁忙区的采样点因为受到工业及汽车尾气排放的双重影响,污染最为严重.不同来源端元的稳定铅同位素组成相差较大,利用端元组分及沉积物206 pb/207 Pb和208 Pb/(206 Pb+ 207 Pb)比值的差别,可以追溯沉积物中铅的来源.     

赣江河水主成分及锶同位素地球化学研究

于2007年11月,系统采集赣江流域枯水期河水样品22个,对其主要离子成份组成和锶同位素比值进行了分析测定,以期获得赣江流域化学风化过程及物质来源信息。研究结果显示,赣江流域河水的离子成分主要来源于硅酸岩和碳酸盐岩两端元混合组成的岩石和土壤的化学风化或溶解,且风化作用在近地表环境中进行。流域水体的化学组成基本代表了典型的硅酸岩地区河流的相应化学组成,显示出与碳酸盐岩地区河流及世界主要河流河水化学组成的差异性,如Si、Na、K等含量较高。其次,赣江河水还显示了受人类活动对水体化学组成的影响较大、以及大气CO2消耗率较高等特点。     

浐河、涝河河水硝酸盐氮污染来源的氮同位素示踪

通过分析河水和工业污染水体硝酸盐氮同位素组成,对西安市周边主要河流浐河和涝河的硝酸盐污染源进行了初步研究.结果发现,浐河、涝河从上游至下游,河水硝酸盐氮同位素组成δ15N-NO3-值呈逐渐升高的趋势(1.3‰～9.0‰和3.3‰～7.4‰),而沿河流域2个工业排污口废水样的δ15N-NO3-值为:11.5‰和11.1‰.不同来源的硝酸盐氮同位素表现出明显的差别,工业排污可能是该河流硝酸盐氮浓度增高主要原因之一.相对于河水硝酸盐浓度变化,河水中硝酸盐氮同位素能够作为示踪水系硝酸盐氮污染来源和过程的可靠手段.同时,本研究大致区分了浐河和涝河流域主要的氮源输入,为研究硝酸盐污染,营养元素流失提供了重要的信息.     

西安周边河流溶解无机碳浓度及同位素组成初探

通过分析西安周边4条主要河流(浐河、灞河、涝河、黑河)的溶解无机碳(DIC)浓度和碳同位素组成,初步探讨了西安周边主要河流溶解无机碳(DIC)的浓度变化及碳源.结果表明西安周边主要河流DIC浓度的变化范围为0.34～5.66mmol.L-1,平均为1.23 mmol.L-1,自源头到下游,DIC浓度呈现升高趋势.4条河流δ13CDIC值的变化范围在-13.3‰～-7.2‰之间,平均值约为-10.1‰,4条河流整体表现为δ13CDIC值在源头偏负(平均值约为-12.6‰),中下游农耕区δ13CDIC值偏正(平均值约为-9.4‰),靠近入渭河河口的城市区δ13CDIC表现为偏负值(平均值为-10.5‰).DIC浓度与河流DIC碳同位素组成的变化规律揭示了河流溶解无机碳来源的变化,土壤CO2的输入可能是源头水体DIC的主要来源;中下游农耕区河水δ13CDIC值偏正是由于农业区农作物存在C4植被(如:玉米),使得农业区土壤CO2和土壤碳酸盐具有偏正的碳同位素组成,进而导致河流水体具有偏正的δ13CDIC值;靠近河口处具有较低δ13C值,污水的大量输入可能导致河水δ13CDIC表现为偏负.结果表明西安周边河流溶解无机碳浓度和同位素组成变化大致指示了河流从源头到下游过程中DIC的可能来源,可为黄土高原小流域河流无机碳来源示踪研究提供参考.     

酸雨的硫源及其硫同位素示踪综述

酸雨是目前人类所面临的主要环境问题之一。世界大部分地区为硫酸型酸雨,硫同位素的示踪研究对于探讨酸雨的来源与酸雨的治理具有重要的意义。本文论述了酸雨的不同硫源(人工成因硫、生物成因硫、远距离硫)的硫同位素组成特征;从煤的硫同位素组成、大气降水的硫同位素组成和小麦等植物的硫同位素组成等三方面来论述了酸雨来源的硫同位素示踪意义。     

锶同位素在沉积学中的应用新进展

随着分析测试技术的不断提高 ,锶同位素研究取得了重大进展。近年来 ,显生宙以来海水锶同位素的变化曲线不断得以补充和修正 ,已建立起具有全球一致性、可对比的海水锶同位素变化曲线背景值 ,为锶同位素的应用奠定了基础。现在 ,锶同位素不仅在示踪岩浆及成矿热液的来源和演化、计算晚期成岩改造作用的规模和程度及流体 /岩石比等方面已趋于成熟 ,并且越来越广泛运用于海平面变化、板块活动、海底扩张、成岩演化等方面的研究。此外 ,在一些热点研究上 ,如全球变化、生态环境等方面 ,也逐渐显现出重要性     

贵州煤中Pb浓度与同位素组成特征

燃煤型Pb已成为我国大气Pb最主要的人为来源,高精度Pb同位素是示踪燃煤Pb排放的强有力工具,但我国煤中Pb同位素的数据报道还较少。本文研究了贵州晚二叠纪不同矿区煤中的Pb浓度和Pb同位素比值。结果表明,样品Pb浓度为2.03~35.6mg/kg,几何均值5.4±3.3mg/kg,低于我国煤中Pb的平均值。煤中~(206)Pb/~(207)Pb为1.1959~1.2774,~(208)Pb/~(206)Pb为1.9500~2.0895,与U/Pb比、全硫、黄铁矿含量有显著相关性,说明煤中U含量和硫化物结合态Pb对Pb同位素组成的影响较大,偏放射性成因。比较分析了贵州省不同Pb来源的同位素组成,初步明确了大方、盘县、水城煤中的Pb主要来源于低温热液流体、玄武岩;毕节、安顺、桐梓煤中的Pb主要来源于陆源玄武岩、低温热液流体,少部分来自海相白云岩;六枝、瓮安煤中的Pb最主要来源于白云岩;晚二叠火山灰可能是兴仁煤的主要来源之一。本研究数据补充了贵州煤中Pb同位素数据的匮乏,并为利用Pb同位素示踪贵州地表环境Pb的来源奠定了基础。     

氮同位素示踪贵州红枫湖河流季节性氮污染

利用氮同位素技术对贵州红枫湖各输入、输出河流氮污染状况和季节性变化规律进行了研究,并通过对输入河流和输出河流的氮对比,探讨红枫湖的氮负荷变化。农业输入河流季节氮污染变化较小,以低硝酸盐、低铵盐含量为特征,其氮同位素组成较小,位于农业源范围之内(<+10‰)。工业污染河流氮污染呈干季和雨季变化:干季(冬春季)以高硝酸盐、高铵盐含量和高氮同位素组成(>+10‰)为特征,雨季(夏季)则相似于农业输入河流。因而利用氮同位素组成可以对不同类型河流氮污染源进行可靠识别。     

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。     

基于氮氧稳定同位素识别水体氮源的研究进展

氮源污染在全球范围内的地下水、河流、海洋等水体中都是一个备受关注的环境问题,尤其是受人类活动影响较大的区域,其污染来源多样,因此,关于水体中氮污染来源识别是水体氮污染防治的有效手段。近几十年来,利用硝态氮中的氮、氧在不同来源同位素值的不同,作为识别水体中氮污染源的有效手段。通过总结利用硝酸盐氮氧双同位素识别氮源的基本原理和不同氮污染源中氮、氧同位素组成的特征变化区间,结合水体其他水质指标来定性判断水体中氮的来源,描述硝酸盐同位素测试预处理的4种方法。结合其他数学模型,定量识别水体中氮源的贡献比例,并对利用同位素技术研究氮源污染情况进行总结与展望。     

溶解磷酸盐氧同位素示踪剂研究进展及展望

磷酸盐氧同位素组成在天然水体磷酸盐来源示踪研究中具有十分重要的意义。文章就磷酸盐氧同位素示踪原理、天然水体中溶解磷酸盐的富集分离纯化方法及磷酸盐氧同位素组成测试技术等方面进行综述,并在此基础上展望了中国在这一研究领域下一步工作重点。     

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%.     

泉州市不同功能区土壤铅同位素组成及其来源分析

为查明泉州市土壤铅的污染来源,采集了泉州市不同功能区表层(O～20cm)土壤及城市环境污染端元(燃煤尘、汽车尾气尘、污泥)样品.采用ICP-MS测定土壤Pb含量,用热电质谱仪测定各样品的铅同位素组成.分析结果表明,泉州市不同功能区表层土壤已受到一定程度铅污染;泉州市土壤铅同位素208 Pb/(207+206)Pb和206Pb/207 Pb比值变化较大,分别为1.0769～ 1.1486和1.1150～1.2142;泉州市区各端元组分铅同位素组成差别比较大,可以有效示踪和鉴别泉州市区环境铅的污染来源.运用铅同位素示踪技术追踪土壤铅的污染来源结果表明,泉州市区土壤总铅同位素和可溶相铅同位素组成变化较大,土壤中铅来源较为复杂.交通繁忙区土壤铅污染主要来源于汽车尾气排放,农业区土壤铅主要来源于城市污泥与当地土壤背景,商业区土壤铅主要来源于城市污泥与燃煤尘及其煤渣的排放,居民区土壤铅污染主要受城市污泥与汽车尾气排放影响.     

萤石Sr、Nd同位素地球化学研究评述

本文通过大量实例综述了近年萤石Sr、Nd同位素在定年和示踪方面取得的进展 ,结果表明 :萤石Sm-Nd同位素可以用于测定成矿作用的时代 ,但由于萤石Nd同位素初始值存在不均一性和受次生干扰的影响 ,所获数据最好用其它测年方法获得的数据加以验证 ;萤石Sr、Nd同位素组成是示踪成矿流体来源的有效方法 ,利用Sr、Nd同位素组成还可定量估算出形成成矿流体不同端元所占的比例。     

浐河、灞河硝酸盐端元贡献比例——基于硝酸盐氮、氧同位素研究

近年来,河流氮污染一直是生物地球化学领域研究的热点问题。然而,识别水体硝酸盐来源、端元贡献比例及其在水体中存在生物转化(硝化、反硝化)过程,仍旧是氮循环研究的难点问题。本研究选取流经西安市的两条河流——浐河和灞河,测定其河水溶解态硝酸盐氮、氧同位素组成,并结合Bayesian同位素混合模型,有效识别了两条河流从源头到汇入渭河河口处,氮素来源的变化,同时,定量分析了其贡献比例的变化。结果显示,河流源头附近,土壤有机氮是河流硝酸盐主要来源,其贡献比例接近30%;河流中游,由于沿河农业活动的增加,同位素指示河流硝酸盐主要来源转化为化学肥料,其贡献比例接近25%;河流下游,由于城市用水的汇入,硝酸盐氮、氧同位素值偏正,主要位于污水及粪肥区间,指示硝酸盐含量较高的生活污水及工业废水的输入,其贡献比例能达到30%以上。通过本研究,研究者定性及半定量的区分和浐河、灞河氮素来源,为今后有效控制氮污染提供了理论基础。     

多种方法识别青岛大沽河平原区地下水硝酸盐污染来源

硝酸盐是地下水中最常见的一种污染物,其来源的确定对于硝酸盐污染的治理非常重要.大沽河是山东半岛主要河流之一,其地下水含水层是重要的饮用水来源,但近年硝酸盐含量普遍很高,除了少数位置外,都超过了中华人民共和国国家标准,有必要对其污染来源进行研究.采用N同位素、N-O同位素和卤化物比率3种方法综合确定了硝酸盐污染来源.研究发现:该区地下水的N同位素比率值表明76%的取样点的硝酸盐来源与粪肥、污水、大气沉降、化肥和土壤N有关;氮氧同位素的结果显示80%的硝酸盐污染源为粪便或污水;卤化物比率也证明了这一来源.这和该区蔬菜生产大量施用粪肥和化肥进行农业种植是一致的,两者的混合施用使同位素比率和卤化物比率偏高,硝酸盐的主要污染来源是化肥和粪肥.多种方法相结合能够更准确地确定地下水硝酸盐的污染来源.