太子河下游河流硝酸盐来源及其迁移转化过程

2016年5月(枯水期)和2016年8月(丰水期)分别在太子河下游采集河流表层水样14个.为了识别河流硝酸盐来源及迁移转化过程,分别采用离子交换法,叠氮法和CO_2-H_2O平衡法测定水样的ρ(Cl-)、ρ(NO_3~-)、δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-值,测定δ~(18)O-H_2O.结果表明:不同采样期,硝酸盐主要来自于多种源的混合.枯水期,北沙河上游支流硝酸盐来源主要是土壤N及生活污水及畜禽粪便,中下游硝酸盐主要来自于化学肥料和生活污水及畜禽粪便.南沙河硝酸盐主要来自于生活污水及畜禽粪便.海城河上游、中游和下游硝酸盐分别来自于土壤N,生活污水及畜禽粪便和化学肥料,生活污水及畜禽粪便.丰水期,北沙河硝酸盐来源可能主要是土壤N、化学肥料和生活废水及畜禽粪便.南沙河和海城河中下游硝酸盐主要来自于化学肥料及生活废水及畜禽粪便,海城河上游河流硝酸盐主要来自于土壤N和化学肥料.从枯水期至丰水期,ρ(NO_3~-)、ρ(NH_4~+-N)均呈现降低的趋势,而δ~(15)N-NO_3~-值有增加的趋势,说明丰水期可能发生了氨的挥发和硝酸盐的反硝化过程.丰水期δ~(15)N-NO_3~-与1/ρ(NO_3~-)呈轻微的正相关关系,说明丰水期河流发生了简单的混合过程.本研究的结果可为平原区域的硝酸盐污染来源的季节差异研究提供参考.     

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%.     

太子河流域中游地区河流硝酸盐来源及迁移转化过程

选取太子河中游地区为研究对象,联合硝酸盐(NO_3~-)、氯离子(Cl~-)、硝酸盐氮、氧同位素(δ~(15)N和δ~(18)O)和水的氧同位素(δ~(18)O)识别不同季节2016年5月和8月(对应枯水期和丰水期)地表水硝酸盐来源及迁移转化过程.结果表明通过ManWhitney U检验,枯水期ρ(Cl~-)、ρ(NO_3~-)、ρ(NH_4~+-N)和δ~(18)O-NO_3~-显著高于丰水期,δ~(15)N-NO_3~-无显著时间差异.根据NO_3~-/Cl~-,δ~(15)N-NO_3~-和δ~(18)O-NO_3~-的范围,发现不同采样期,硝酸盐主要来自于多种源的混合.丰水期,细河、蓝河和下达河硝酸盐来源是化学肥料、土壤氮和生活污水及畜禽粪便排放废水.二道河主要是土壤氮和化学肥料.枯水期,下达河硝酸盐主要来自于化学肥料和土壤氮,细河、蓝河和二道河硝酸盐来源主要是土壤氮和生活污水及畜禽粪便的排放.丰水期,ρ(NO_3~-)与ρ(NH_4~+)呈负相关关系,与δ~(15)N-NO_3~-呈正相关关系,说明研究区域发生了氨氮的挥发和硝化过程.二道河和蓝河随着ρ(NO_3~-)和ρ(Cl~-)降低,ρ(NH_4~+)和δ~(15)N-NO_3~-增加,说明有明显的反硝化过程发生.不同采样期NO_3~-和Cl~-呈显著正相关关系,表明各采样河流均发生了混合过程.研究结论为丘陵地区硝酸盐来源的季节差异分析提供参考.     

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。     

人类活动对漓江地表水体水-岩作用的影响

人类活动对流域水质的影响受到越来越多的关注.为探讨人类活动对岩溶地表水体水-岩作用的影响,以受农业、工业、旅游业活动及城市发展综合影响的漓江流域为研究对象,于2016年7~11月采集河水样,分析水化学和δ~(13)C_(DIC)数据.结果表明:(1)漓江水化学类型为HCO_3-Ca.在阴离子成分中,SO_4~2和NO_3~-仅次于HCO_3~-,并且在漓江桂林至阳朔段,因城市及城镇分布密集,旅游业发达,浓度较高.(2)[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[HCO_3~-]当量比值在1.01~1.51之间,[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[SO_4~(2-)+NO_3~-+HCO_3~-]比值在0.85~1.12之间,说明硫酸、硝酸参与了水-岩作用.(3)碳酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为75.89%.硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为24.11%.硝酸、硫酸溶蚀碳酸盐岩的能力多雨期强于少雨期.此外,硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例从上游到下游呈波动增大趋势,最高值出现于灵川县城,最低出现于漓江上游的华江.(4)碳酸风化碳酸盐岩对HCO_3~-的贡献最大,平均为83.58%;其次为硫酸和硝酸风化碳酸盐岩,平均为14.24%;碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3~-的贡献最小,平均为2.18%,华江和峡背碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3~-的贡献较其他点突出,这与流域地质背景相符合.(5)δ~(13)C_(DIC)值介于-11.95‰~-7.61‰之间;通过端元混合模型估算的δ~(13)C_(DIC-rock)介于-14.24‰~-7.23‰之间.多雨期δ~(13)C_(DIC)值与δ~(13)C_(DIC-rock)值比较接近,少雨期δ~(13)C_(DIC)值明显重于δ~(13)C_(DIC-rock).δ~(13)C_(DIC)与δ~(13)C_(DIC-rock)之间存在一定差异,是由于受到水生植物光合作用的影响.     

岩溶地下河补给的地表溪流溶解无机碳及其稳定同位素组成的时空变化

岩溶水体中溶解无机碳(DIC)主要以HCO_3~-形式存在,其同位素(δ~(13)CDIC)被广泛用于示踪DIC的不同来源及其影响因素.为了解亚热带典型岩溶溪流溶解无机碳及其稳定同位素的分布规律,本文以广西柳州官村地下河补给的地表溪流为研究对象,对其水化学特征和δ~(13)CDIC进行分析.结果表明,溪流上游和下游的DIC与δ~(13)CDIC都表现出明显的时空变化特征,地下河出口(G1点)HCO_3~-旱季浓度变化范围为(4.73±0.14)mmol·L~(-1),而雨季为(4.23±0.68)mmol·L~(-1).溪流下游(G2点)HCO_3~-旱季浓度变化范围为(4.56±0.23)mmol·L~(-1),而雨季为(4.20±0.59)mmol·L~(-1).溪流上游的旱季δ~(13)CDIC变化范围为-12.22‰±0.49‰,雨季的变化范围为-12.28‰±0.82‰;溪流下游的旱季变化范围为-10.73±0.71‰,雨季的变化范围为-11.10‰±0.90‰.两个点水体DIC含量旱季均高于雨季,且G1点要高于下游G2点.两个点水体δ~(13)CDIC值旱季较雨季偏重,且G2点水体δ~(13)CDIC值显著高于G1点δ~(13)CDIC值.地下河水和溪流DIC主要来源于土壤CO2和碳酸盐岩溶蚀,但是溪流上游与下游DIC和δ~(13)CDIC值差异表明水体的CO2脱气作用,水生植物的光合作用显著影响了水体DIC和δ~(13)CDIC值.     

漂浮水生植物对富营养化水体中N2O产生及输移过程的调节作用

漂浮水生维管束植物具有发达的通气组织,然而关于其传输水体中产生温室气体N_2O方面的研究还很匮乏.本研究以漂浮水生植物凤眼莲为代表,利用稳定氮同位素示踪技术,设计能够分隔根室和叶室的水生植物生长系统,通过微宇宙实验定量追踪N-15标记的氮素在凤眼莲根系介导下的转化途径、N_2O产生规律及N_2O通过通气组织向空气的传输过程.研究结果表明,加入水体的~(15)NO_3~-有少部分通过异化还原成为铵(DNRA)过程转化为NH_4~+-~(15)N,主要通过反硝化反应生成N_2O;加入的~(15)NH_4~+主要发生了耦合硝化-反硝化反应.种植凤眼莲均使叶室中N_2O-~(15)N原子百分超和~(15)N_2O浓度明显高于无植物的对照,一方面说明凤眼莲根系能够促进反硝化、硝化-反硝化反应过程,同时也说明水体中的~(15)N_2O有相当一部分通过植株体传输到空气中.凤眼莲通气组织主要通过分子扩散从高浓度空间向低浓度空间输送~(15)N_2O.在标记NO_3~--~(15)N的水体中,凤眼莲在前期促进了~(15)N_2O向顶空排放,但并未在整个生长期持续促进N_2O释放.在标记NH_4~+-~(15)N的水体中,植株体富集是NH_4~+-~(15)N的一个主要归趋途径,但同时也有部分NH_4~+-~(15)N转化为N_2O通过植株通气组织持续、缓慢地释放到顶空当中.研究结果阐明了漂浮植物对水体氮转化过程及N_2O输移途径的调节作用,可为全面理解水体生态系统氮循环过程提供理论基础.     

利用氮氧同位素解析赤水河流域水体硝酸盐来源及其时空变化特征

赤水河流域作为长江上游重要的水源涵养区,其生态环境状况及水环境质量备受关注。为了了解流域河水氮素来源,本次研究利用硝酸盐稳定同位素(~(15)N、~(18)O)示踪技术并结合流域土地利用类型空间分布分析了赤水河流域丰水期与枯水期干流及主要支流河水硝酸盐来源与转化过程。结果表明,流域水体NO_3~-浓度具有明显的时空变化,其中丰水期NO_3~-浓度要高于枯水期,喀斯特区域的NO_3~-浓度要高于非喀斯特区域。流域干、支流水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-季节性差异明显,丰水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较大,干流差异较小,而枯水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较小,干流差异较大。结合氮氧同位素和土地利用信息发现,丰水期支流NO_3~-受其土地利用方式的影响,其来源具有多样性;干流NO_3~-浓度则主要受支流混合作用影响。枯水期干流NO_3~-受流域人为活动影响较为显著,点源输入造成水体氮同位素分布范围较宽,主要来源表现为生活污水和土壤有机氮;而支流NO_3~-多表现为土壤有机氮来源,部分支流受流域内城镇影响,生活污水对河流NO_3~-贡献较大。流域水体氮污染控制应以农业面源氮流失为主,同时严格控制点源污染的输入。     

湖水氢氧同位素组分的时间变化特征及影响因子分析

湖水氢氧稳定同位素组分对于水文学、气象学和古气候学研究都有重要的意义.本研究在太湖对湖水HDO和H_2~(18)O组分(δDL和δ~(18)OL)开展了长期连续地观测,计算了过量氘(dL),分析了它们的时间变化规律,并研究其主要控制因素.结果表明:1湖水氢氧同位素组分存在明显的时间变化,δDL的变化范围-59.8‰~-24.2‰,δ~(18)OL的变化范围-8.6‰~-2.6‰,dL的变化范围为-7.9‰~12.9‰;暖季δDL和δ~(18)OL较高,dL较低;冷季反之.2在月尺度上,湖水蒸发量及其占湖泊入水量的比重是湖水氢氧稳定同位素富集的主要控制因素,湖水蒸发量或者蒸发量占湖泊入湖水量比重增加,δDL和δ~(18)OL升高,dL降低.3对于太湖而言,降水氢氧稳定同位素组分和水温并非湖水稳定同位素变化的控制因素.本文的研究结果可以为稳定同位素水文学研究以及与湖水稳定同位素富集相关的气象学和古气候学研究提供科学参考.     

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.