南太行山山前平原地下水水化学以及同位素组成研究

采用环境同位素和水化学方法,通过分析南太行山山前平原不同类型水体氢氧稳定同位素(δD和δ18O)、溶解性无机碳同位素(δ~(13)C-DIC)和水化学组成特征,探讨不同水体来源以及人类活动对地下水水质的影响过程。研究区地下水氢氧同位素组成表明,区内地下水均来自大气降水,补给区和排泄区浅部含水层地下水较深部含水层地下水氢、氧同位素值均偏正,氘盈余值(d值)也偏小,显示浅部含水层地下水受蒸发作用影响。同时排泄区地下水氢、氧同位素值较补给区地下水偏正,显示排泄区地下水经历较明显的蒸发过程。研究区地下水溶解性无机碳碳同位素(δ~(13)C-DIC)组成表明,补给区和排泄区浅部含水层地下水δ~(13)C-DIC值较深部含水层δ~(13)C-DIC值均偏负,显示浅部含水层地下水无机碳更多来源于有机物分解。同时排泄区地下水δ~(13)C-DIC值较补给区地下水δ~(13)C-DIC值偏负,表明排泄区地下水溶解性无机碳受有机物分解影响较大。研究区地下水水化学组成表明,补给区地下水水化学类型以Ca-HCO3型为主,排泄区地下水水化学类型以Na-HCO3-SO4型为主。结合同位素组成特征,补给区地下水水化学组成主要受溶滤作用和人类活动的影响,排泄区地下水水化学组成则受溶滤作用、蒸发浓缩作用、阳离子交换作用和人类活动的共同控制。     

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.     

焦作市道路灰尘中重金属的污染评价与源解析

为深入了解该城市不同功能区道路灰尘中重金属的污染行为和污染源,该研究采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了焦作市住宅区、文教区、商业区和工业区4个功能区道路灰尘中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的含量,并用直接测汞仪(DMA-80)测定4个功能区道路灰尘中Hg的含量。采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价重金属污染水平和潜在风险,进一步用正定矩阵因子分解法研究其污染源。结果表明,灰尘中不同重金属的平均含量分别为142.96、60.32、63.02、288.48、45.71、3.89、129.68和1.84mg/kg,分别是河南省土壤背景值的2.26、2.20、3.15、4.62、4.66、59.85、5.82、73.60倍。各功能区的重金属含量存在显著差异性,工业区明显高于住宅区、文教区和商业区。根据地累积指数I_geo值大小,焦作市道路灰尘中重金属的整体污染水平为Hg>Cd>Pb>Zn>As>Cu>Ni>Cr,Cd和Hg的污染程度远高于其他元素,达到极强污染程度。不同功能区灰尘中重金属综合潜在生态...     

典型工业城市中小学降尘重金属风险评估和源解析研究

典型工业城市存在着教育区和工业区交错分布的现象,周围企业产生的降尘将直接对学校儿童健康产生危害。本文以中原地区的典型工业城市—焦作市为研究对象,通过采集焦作市6所中小学校30个降尘样,开展重金属污染特征、健康风险评价和源解析研究。结果表明,采样学校降尘中重金属Zn、Cu、As、Pb、Cr、Ni的浓度均超过了相应的土壤背景值,尤其是Pb和Zn超标达6.31和5.66倍;各金属元素地累积指数值由大到小依次为Pb、Zn、Ni、Cu、As、Cr、Co和Mn,其中Co、Mn属于无污染,Cu、As、Cr属于无污染-中度污染,Zn、Ni属于中度污染,Pb属于中度污染-强污染;通过手-口摄入重金属的非致癌风险要高于其他两种摄入途径;总非致癌风险排序为Mn>Cr>As>Pb>Co>Ni>Cu>Zn,其中Mn、Cr、As的非致癌风险均大于1,对儿童存在非致癌健康风险;各采样学校的非致癌风险顺序为杨庄小学>人民中学>万方小学>光明中学>希望小学>塔南路小学;As、Ni、Cr、Co的致癌风险均不高于安全阈值,致癌风险均在可接受范围之内;PMF源解析显示该研究区域降尘中重金属的主要来源为燃煤工业排放(32.5%)>汽车排放(25.7%)>工业制造(25.2%)>道路和工业降尘(16.7%)。     

丹江口水库淅川库区大气无机氮干沉降特征

大气氮沉降是氮素生物地球化学循环中的重要环节,也是水库水体外源氮输入的重要来源之一。以丹江口水库淅川库区为研究区,在库区周围设置6个采样点,于2019年10月至2020年9月期间采集并分析大气氮干沉降样品,探讨无机氮干沉降的时空分布特征及其对水库水体外源氮输入的贡献。研究结果表明:库区无机氮干沉降量为16.30kg/(hm²·a),其中氨氮占比77%,硝氮占比23%,两者比值的变化范围为2.09(1月)～7.65(7月);氨氮沉降量在季节上表现出极显著差异性,硝氮、氨氮沉降量在空间上表现出显著差异性;气象要素(温度、气压、风向、相对湿度和水汽压)是影响氨氮沉降量的重要因素;无机氮沉降量占河流总氮入库量的7.28%,氨氮沉降量占河流氨氮入库量的38.10%;水库水体氮浓度对无机氮沉降响应的净增量为0.06mg/(L·a);库区氮沉降的削减策略须以农业减排为主,未来水库的水质保护需要重点考虑农业活动的影响。     

焦作市PM2.5和PM10时空变化特征及其与气象因子的关系

为了研究焦作市大气中PM_2.5和PM₁₀污染状况,基于2018—2020年焦作市50个环境空气质量监测站点的PM_2.5和PM₁₀浓度逐时观测资料,结合气象资料,分析了焦作市PM_2.5和PM₁₀浓度的时空分布特征及气象因素影响。结果表明:1)焦作市PM_2.5和PM₁₀呈双峰型日变化,且具有显著的U形逐月变化规律及冬高夏低、春秋居中的季节性特征。2)2018—2020年PM_2.5和PM₁₀浓度年均值呈西南高东北低的空间差异性特征。与2018年相比,2020年修武县PM_2.5和PM₁₀浓度的下降幅度最大,分别为30.25%、22.72%。3) Spearman相关性分析表明,PM_2.5和PM₁₀浓度与气温、风速呈显著负相关;与气压呈显著正相关;相对湿度与PM_2.5浓度呈显著正相关,与PM₁₀浓度呈显著负相关。焦作市环保局监测站在东北风、西南风风向PM_2.5和PM₁₀浓度污染较重,博爱县清化镇、沁阳市西万镇和武陟县乔庙乡监测站在西南风风向易出现高浓度颗粒物。该研究结果可为日后工业地区大气污染防治,生产生活的合理规划与布局提供重要参考。     

小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系

以小浪底水库下游武陟湿地为研究区,综合运用数理统计、水文地球化学和同位素技术相结合的方法,研究了小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系.结果表明,小浪底水库调水调沙期间下游水体阳离子以Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主.调水调沙初期河水水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型,地下水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg·Na型;调水调沙中期和末期河水均为HCO₃·SO₄-Na·Mg型,地下水均为HCO₃-Na·Mg型.水库水沙调控过程中,水体的水化学组分从受碳酸盐和硅酸盐矿物溶解的共同作用过渡到以碳酸盐岩溶解为主.随着调水调沙的进行,河水与近岸带地下水的氢氧同位素组成逐渐富集,表明河水来源于上游水库表层水和大气降水,地下水则受到河水与大气降水的共同补给.在上游来水与水文地质条件等因素影响下,滨河湿地地下水与河水之间的转化主要发生在近岸带（距离河岸0~100 m内）,表现为河水补给地下水,随着调水调沙的进行,河水对地下水的补给增强.     

浑太河流域氮磷空间异质性及其对土地利用结构的响应

利用2009年8月和2010年6月浑太河流域河流水体采样数据,结合GIS技术和地统计学方法,分析了汛期TN(总氮)、NH₄+-N(氨氮)、NO₃--N(硝酸盐氮)、TP(总磷)和PO₄3-(磷酸盐)在地表水体中的空间变异特征,并探讨了流域尺度上土地利用对氮磷营养物质的影响. 结果表明:NH₄+-N、PO₄3-和TN均受到结构性因素的影响,表现出一定空间相关性变异特征;NO₃--N和TP主要受到随机性因素的影响,表现出极弱的空间相关性变异特征. 汛期流域林地、农田和居民用地比例与氮素呈显著相关,农田和草地用地比例与氮磷均呈显著相关.可以初步推测,林地、农田和居民用地是控制氮素空间分异特征的结构性因素,农田和草地是控制磷素空间分异特征的结构性因素.      

氮氧同位素示踪湿沉降NO3-来源及氧化途径

为探明焦作市大气湿沉降中硝态氮的污染水平,识别其来源及其形成过程,于2020年1月-2021年12月采集了焦作市大气湿沉降样品41个,测定并分析了TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度以及δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-值.结果表明：(1)TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度范围分别为2.52～13.27、0.11～1.70、1.64～8.31 mg/L,焦作市湿沉降中氮的主要存在形态为NO₃^--N,占比为52.11%～83.92%.(2)δ¹⁸O-NO₃^-、δ¹⁵N-NO₃^-值的范围分别为54.9‰～93...     

丹江口水库早春真核浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系

采用高通量测序技术研究了2019年早春（2月）丹江口水库浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系.结果显示：①本次调查共检测到浮游植物6门57属,主要包括绿藻门、硅藻门、金藻门、甲藻门、隐藻门等,其中,绿藻种类（47种）>硅藻（24种）>金藻（17种）,硅藻相对丰度（58.8%）>绿藻（27.2%）>金藻（11.8%）,各采样点浮游植物群落结构总体相似;②浮游植物优势种为硅藻门的冠盘藻（Stephanodiscus suzukii）、变异直链藻（Melosira varians）,绿藻门的葡萄藻（Botryococcus braunii）、索囊藻（Choricystis sp.）,以及金藻类的近囊胞藻一种（Paraphysomonas sp.）;③Shannon-Wiener多样性指数为1.76~2.52,Pielou均匀度为0.28~0.38,依据多样性指数水质评判标准判断水质整体处于β-中污带;水质符合Ⅱ类标准,但总氮（TN）除外,浓度为0.93~1.21 mg·L^-1;④相关性分析表明,香农-威纳指数（H''）与Pielou均匀度指数（J）、Simpson多样性指数显著相关（p<0.01）;冗余分析表明,pH、NH₄⁺-N和NO₂^--N是影响丹江口水库早春季节浮游植物群落结构最主要的环境因子.总体而言,丹江口水库水质较好,但早春季节冠盘藻（Stephanodiscus suzukii）的大量繁殖使丹江口水库发生水华的风险增加,因此,要加强对丹江口水库水质的检测和防范意识.