石生苔藓氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降的空间变化和来源

对贵阳市区到农村地区4个方向的石生苔藓氮含量和氮同位素组成进行了对比分析.苔藓氮含量变化范围为0.85%～2.97%,并从市区(2.24%±0.32%)往外明显降低(1.27%±0.13%),表明贵阳市区氮沉降最高、往外逐渐降低,但在较远的农村地区(> 25 km)苔藓氮含量出现回升(平均1.33%～1.75%),反映了农村地区大气氮输入有所增加.苔藓氮同位素均为负值(-2.50‰～-1.39‰),并从市区到农村地区明显升高.市区苔藓较负的氮同位素比值(平均-8.87‰～-8.59%o)主要指示了城市排泄物和污水所释放的氨源贡献,而郊区和农村地区苔藓较高的氮同位素信号(平均-3.83‰～-2.48‰)主要反映了农业氨源的影响,苔藓氮含量回升可能与农业活动增强有关.此外,贵阳地区苔藓氮同位素的分布特征与受氧化态氮源控制的地区苔藓氮同位素变化相反,因而,贵阳地区大气氮沉降以铵(NHx)沉降为主,该结论有助于更加准确地认识城市地区大气氮沉降的来源和变化.     

基于苔藓氮含量及d15N分析探讨农村大气氮沉降状况

2009~2010年在江西抚州市崇仁县10个乡镇采集了85个细叶小羽藓样品,通过对苔藓氮含量及氮同位素(d15N)的测定,估算了该地区大气氮沉降水平,并探讨了大气氮输入的主要来源.结果表明,研究区苔藓平均氮含量变化范围为2.24%~3.43%,其中农业覆盖率较大郭圩乡和礼陂镇苔藓氮含量均超过3%(平均值分别为3.07%、3.43%).研究区大气氮沉降的变化范围为29.62~54.39kg/(hm2·a),反映了大气氮沉降成为农村生态系统氮输入的重要补充.苔藓平均d15N值为-3.11‰~0.078‰,指示研究区主要受农业氨源的影响.崇仁县城区苔藓d15N为-1.7‰,低于其它农业乡镇(d15N为0‰±1‰),表明该地区还受到城市污水和人畜排泄物所释放的氨影响;孙坊镇苔藓d15N 变化范围为-5.89‰~0.61‰,提示大气氮沉降除受到农业排放的氨作用以外,还存在露天垃圾填埋场挥发氨的贡献.     

石生苔藓碳含量和碳同位素对城市地区人为二氧化碳和大气氮沉降变化的响应

对贵阳市区到农村地区4个方向的石生苔藓碳氮含量和同位素组成进行了分析.苔藓碳含量（34.47%～52.76%）从市区到农村随距离逐渐降低,并与氮含量（0.85%～2.97%）存在较好的正相关关系,表明大气氮沉降对苔藓的碳吸收能力具有促进作用,市区较高的大气氮输入或铵沉降增强了苔藓的光合作用和固碳能力,同时使碳同化过程发生较大的¹³C分馏.苔藓δ¹³C值（-30.69‰～-26.96‰）从市区往外逐渐升高,还与城市人为CO₂排放有关,主要机制在于人为成因的CO₂源本身富含¹²C并可能增加市区大气CO₂的浓度,从而导致市区苔藓δ¹³C值偏负.此外,根据苔藓碳含量和δ¹³C随距离的变化关系判断,贵阳城市人为来源的CO₂对植物的影响主要集中在20 km范围内.本研究重点探讨了控制苔藓碳含量和δ¹³C变化的因素及其与氮素的相互关系,揭示了苔藓碳和δ¹³C响应城市CO₂排放和大气氮沉降变化的规律,为城市大气污染的防治和周边生态系统的保护提供了新的地球化学证据.     

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.      

法国梧桐叶片氮含量及氮同位素对城市大气湿沉降氮的响应研究

通过对贵阳市法国梧桐叶片为期1 a的监测(2009-03～2010-04),分析其叶片氮含量及氮同位素组成随季节变化的规律,并与同期湿沉降监测结果进行对比,探讨维管束植物叶片响应大气湿沉降氮的可能性.结果表明,法国梧桐叶片N%变化范围为1.48%～5.27%,均值为3.36%,根际土TN%为0.29%,叶片δ15N变化范围为4.48‰～8.39‰,均值为6.38‰.叶片N%与δ15N具有较好的相关性,随时间变化皆呈现春夏较高、秋季降低的趋势,冬季落叶,无监测数据.结合该采样点同期雨水监测数据,发现叶片N%与雨水中DIN浓度(0.57～6.74 mg.L-1)、叶片δ15N与雨水δ15NH4+-N呈现一致的变化规律,表明湿沉降氮是叶片吸收氮的一个重要来源,法国梧桐叶片指示大气N沉降量的变化成为可能.研究还发现法国梧桐叶片δ15N比其吸收氮的2个主要端元(根际土δ15TN:3.19‰±1.04‰,雨水δ15N-NH4+:-19.76‰～-10.41‰)都偏正,表明法国梧桐在吸收氮的过程中存在着较大的同位素分馏.     

维管束植物樟树和马尾松叶组织氮、硫含量指示贵阳地区大气氮、硫沉降的空间变化

同时测定了从贵阳市区到农村3个方向采集的樟树叶、马尾松叶、根际土以及苔藓共计296个样品的氮、硫含量,结合苔藓氮、硫含量估算了相应区域大气氮沉降量和SO_2浓度.结果表明樟树叶氮含量(1.01%~2.37%)和马尾松叶氮含量(0.99%~2.42%)在市区最高,往外明显降低,而在较远农村区域(24 km)又出现回升,反映了农村地区大气输入的氮有所增加;叶硫含量变化范围分别为0.16%~0.43%和0.18%~0.32%,均呈现在市区最高,向外逐渐降低的趋势,在距市区最远处(30~36 km)达到最低值,表明市区的生产生活向大气输入了较高的硫.各区域土壤氮、硫含量均无显著差异,将樟树、松树叶氮、硫含量分别与大气氮沉降量和SO_2浓度(由苔藓氮、硫值计算)进行线性回归分析,发现樟树、松树叶氮含量与大气氮沉降量以及樟树、松树叶硫含量与大气SO_2浓度均呈显著正相关(P0.05).研究表明维管束植物樟树与马尾松叶组织氮、硫含量的变化特征能同时很好地指示贵阳区域大气氮、硫沉降的空间变化.     

维管束植物桂花树叶片对大气氮沉降的吸收研究

本文通过测定维管束植物桂花树叶片的氮含量和氮同位素组成,分析其对大气氮沉降的截留吸收机制。为期一年(2009.03～2010.03)的监测数据显示,桂花树叶片氮含量为1.33%～3.09%,平均值为2.18%;叶片δ15 N为+0.54‰～+3.78‰,均值为+2.29‰。桂花树叶片N%、δ15 N的季节性变化趋势,总体呈现春、冬高,夏、秋低的规律,这与已有的贵阳市雨水监测数据一致。对比不同树冠厚度的叶片样品,发现叶片N%随树冠厚度增加而降低,顶部叶片N%表现为最高(2.39±0.4%),说明桂花树的树冠层对大气氮沉降有明显的截留吸收作用。桂花树顶部叶片δ15 N最偏负,而上覆树冠层最厚的下方叶片的δ15 N最偏正,反映了树冠层在吸收大气氮沉降过程中存在选择性吸收,引起同位素分馏,即树冠层越厚,穿冠水δ15 N越偏正,且分馏程度与树冠厚度成正比,导致下方叶片δ15 N最高。     

亚热带丘陵区集约化养猪场氨气近源沉降的土壤和植物氮素响应

选取中国亚热带丘陵区一集约化育肥猪场为研究对象,采用环形扩散管大气采样系统（DELTA）,开展为期1 a养殖场500 m近源区大气氨浓度监测,采用双向交换模型,估算氨沉降量。采集养猪场近源区土壤、植株样品,探究大型集约化养殖场近源区土壤、植物氮素对氨沉降梯度的响应特征。结果表明：养猪场近源区土壤无机氮含量为2.3—32.4 mg·kg⁻¹（以铵态氮为主）,随氨沉降量增加而增加。草本（白茅）盖度随氨沉降量增加而增加,500 m范围内增幅平均可达45.7%;灌木（黄荆）盖度随氨沉降量增加而减小,降幅平均为27.5%。植株叶片氮含量与氨沉降间关系不明显,灌木、苔藓叶片δ¹⁵N值为−13‰—−2‰,且随氨沉降增加而减小。δ¹⁵N可用于识别植物叶片氮素来源,与植株叶片总氮含量相比,植株叶片δ¹⁵N对氨沉降具有更好的生物指示作用。     

北京水源地水体中颗粒有机质的碳氮同位素研究

对北京潮河、白河和密云水库水体中悬浮颗粒物和表层沉积物的稳定碳、氮同位素及其来源进行了分析.结果表明,研究区内冬季水体中悬浮颗粒物的δ13C值比夏季的偏负,其变化范围分别为-30.75‰～-25.75‰（冬季）和-29.34‰～-25.91‰（夏季）;δ15N值冬季较夏季偏正,其变化范围分别为-0.83‰～9.67‰（...     

青岛市农区地下水硝态氮污染来源解析

为了提高作物产量,肥料大量投入在农业种植区日益普遍,导致了农区地下水硝态氮（NO₃^--N）污染.农业面源污染是地下水硝态氮污染的主要原因.为了保障饮用水安全,明确农区硝态氮污染的来源是十分必要的.本研究分别于2009年和2019年在青岛农区随机选取35个采样点,借助反距离加权法（IDW）对硝态氮含量进行空间分布分析,通过测定氮、氧同位素进行溯源,运用SIAR模型量化污染源的贡献率.结果表明,青岛市地下水硝态氮含量（平均值）由2009年的38.49 mg·L^-1降低为2019年的22.37 mg·L^-1,但仍高于世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中硝态氮的最大允许含量.2009年和2019年硝态氮含量都呈现由南向北逐渐增加的趋势,南部污染轻,北部污染重.δ15N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-的交叉图显示青岛市地下水硝态氮主要来源是化肥、土壤氮、粪肥和污水.水同位素表明降水是青岛市地下水的主要来源.贝叶斯混合模型（SIAR模型）表明污染源贡献率为：粪肥和污水（47.42%） > 土壤氮（27.80%） > 化肥（14.35%） > 大气氮沉降（10.43%）.从2009~2019年青岛市地下水质量得到了改善,但硝态氮污染状况仍不容忽视,应根据硝态氮污染来源,有针对性地防治以确保农区饮用水安全和农业的可持续发展.     

白洋淀府河中氮的来源与迁移转化研究

采用δ15N示踪法对白洋淀府河中含氮污染物来源以及氮的沿程迁移转化进行了研究.结果表明,府河氨氮(NH 4+-N)和硝氮(NO 3--N)中δ15N分别为1.35‰～8.01‰,-6.69‰～8.36‰.府河氮污染物的主要来源为保定市生产生活废水,农业面源对河流氮污染的贡献不大.枯水期,府河水体与沉积物之间的物质和能量交换频繁,硝化作用和反硝化作用受水体与沉积物二者的共同影响.丰水期,河流NH 4+-N主要通过植物吸收去除;NO 3--N减少约86.3%,其中反硝化作用贡献为44.6%,水生植物吸收占到55.4%.因此,通过恢复府河水生植物,可以强化植物对河流NH 4+-N和NO 3--N的吸收,从而缓解白洋淀富营养化状况.     

九龙江流域大气氮湿沉降研究

通过2004～2005年对位于我国东南沿海的九龙江流域及周边共17个站点的实地观测,运用GIS技术定量揭示了大气氮湿沉降强度和时空分布特征,并利用氮稳定同位素分析雨水硝态氮的主要来源.结果表明,①17个站点雨水总氮平均浓度为(2.20±1.69)～(3.26±1.37) mg·L-1(以N计,下同),铵态氮、硝态氮和有机氮分别占39%、25%和36%;②雨水氮浓度随降雨强度的增大呈降低趋势,旱季浓度明显大于雨季,降水对大气具有清洗作用;③低δ15N值表明雨水硝态氮主要来源于汽车尾气排放、化石燃料燃烧和化肥施用;④九龙江流域大气氮湿沉降量平均9.9 kg·hm-2,春夏2季约占全年的91%,大气氮湿沉降占沉降总量的66%,揭示了该地区1∶2的大气氮干湿沉降结构.大气氮湿沉降时空差异与降雨量和氮的排放直接相关.     

用苔藓组织硫含量、S/N比值探讨江西省大气硫沉降

本文通过对江西省"r"型酸控区19个采样点88个细叶小羽藓样品进行分析,发现在大气硫浓度高的地区苔藓组织硫含量也高,说明细叶小羽藓可以作为监测植物指示大气硫污染。江西省苔藓组织硫含量从南往北递增,赣东北苔藓组织有着高的硫含量。南昌市和贵溪市市区苔藓组织硫含量和其相应的郊区苔藓组织硫含量有显著性差异(P<0.01),且市区苔藓组织硫含量明显高于郊区苔藓组织硫含量,说明这两个城市市区苔藓受到了点污染源的影响。对细叶小羽藓组织硫含量和大气SO2浓度进行线性回归分析,发现细叶小羽藓的组织硫含量(y)和大气SO2浓度(x)存在显著线性正相关(y=6.09x+0.16,R2=0.95,P=0.003)。用S/N=0.15把江西省采样点分为两组,贵溪市贵溪冶炼厂周围有着高的大气硫沉降量(组Ⅰ),其它采样点均是硫缺乏或者说是氮过量(组Ⅱ)。     

九龙江流域地表水中硝酸盐来源辨析

从九龙江流域遴选出2个典型小流域--仙都和五川小流域作为研究区,于2005年春季运用15N同位素示踪法对其地表水中硝酸盐来源进行研究.结果表明,仙都小流域地表水中溶解态总氮、硝氮和氨氮的浓度范围(以N计,下同)分别为1.47～5.31 mg/L、0.83～4.05mg/L和0.21～0.36mg/L,硝酸盐的δ15N值(以样品相对于标准大气N2的15N和14N比值的千分偏差表示)范围在2.5460-7.92%之间;五川小流域地表水中溶解态总氮、硝氮和氨氮的浓度范围分别为1.14～5.56mg/L、0.96～1.46mg/L和0.12～1.28mg/L,硝酸盐的δ15N值范围在-0.19‰～5.89‰之间.对照不同来源的硝酸盐δ15N特征值,结合研究区的农作物种植和施肥状况,得出如下结论:仙都小流域地表水中硝酸盐主要来自无机化肥与土壤有机氮,有机肥有一定的贡献;五川小流域地表水中硝酸盐的来源以无机化肥与土壤有机氮为主,有机肥的贡献很小;2个小流域地表水中硝酸盐的来源随时空变化而有差异,与当地农作物种类及农田时令密切相关.     

西北干旱区降水中 δ18O变化特征及其水汽输送

以IAEA/WMO提供的乌鲁木齐(1986～2003年)、张掖(1986～2003年)与和田(1988～1992年)大气降水稳定同位素观测数据和相关气象要素为基础,通过回归分析得到西北干旱区大气降水方程,并对降水中稳定同位素的时空变化特征及其与气温和降水量的相关关系进行了分析;采用HYSPLIT4.9模型对3个站点水汽来源进行追踪,建立了西北干旱区的水汽输送模式,并对冰冻圈δ18O的记录进行了探讨.结果表明,该区大气降水方程为δD=7.24δ18O+1.96‰,局地蒸发较强烈;乌鲁木齐、张掖与和田降水中δ18O分别波动于-20.58‰～-5.4‰、-18.58‰～-2.46‰和-20.33‰～-0.01‰,均表现出冬低夏高的特点,而d值则表现为冬高夏低;从空间分布来看,δ18O张掖最高,和田次之,乌鲁木齐最低,d值则乌鲁木齐最高,和田次之,张掖最低;降水中δ18O温度效应显著,相关系数分别为0.85、0.81、0.86,而降水量效应不存在;水汽来源轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋海源水汽以及极地北冰洋地区水汽,受其影响δ18O冬半年较低,夏半年则较高;由于冰冻圈环境的独特性,该区冰川雪冰中δ18O的变化与相应的气象站记录对应关系良好,很好地反映着气温的变化.     

巢湖沉积物δ13Corg和δ15N记录的生态环境演化过程

通过对巢湖2处柱状沉积物样品中δ¹³C_org、δ　¹⁵N、C/N比值、TOC和TN含量的测定,分析了近百年来巢湖沉积物有机质的来源,探讨受人类活动影响的湖泊生产力变化和富营养化过程.结果表明,巢湖沉积物有机质的主要来源是水生藻类,陆生有机质的输入量较少,但是城市污染物的输入与农业面源污染的影响是不可忽视的.巢湖沉积物剖面上,δ¹³C_org、δ¹⁵N、TOC和TN含量变化按沉积深度可以明显划分为2个阶段：①10 cm以下,H3点δ¹³C_org波动在-21.74‰～-19.34‰的范围内,其余数据表现相对平缓,湖泊内的生物物种是固氮植物和非固氮植物共存,2个采样点具有不同的湖泊营养化进程;②10 cm至表层段,2个剖面的δ¹³C_org迅速减小,δ¹⁵N、TOC和TN则是显著增大,巢湖闸的建成使得内源营养物质快速积累,湖泊初始生产力水平迅速提高,富营养化加剧.