地表环境氮循环过程中微生物作用及同位素分馏研究综述

综述了氮循环过程中的微生物作用及其研究进展 ,阐述了生物固氮、微生物吸收同化、有机氮素矿化、硝化和反硝化的反应机理及反应过程中的同位素分馏 ,提出了微生物驱动氮循环的简要模型。微生物驱动的氮循环中不同过程有不同的同位素分馏特征 ,生物固氮、土壤有机氮矿化过程中分馏效应小 ,而吸收同化、硝化和反硝化过程中同位素分馏较大 ,利用各个过程不同的同位素分馏特征可示踪含氮物质的来源、转化和迁移等。     

青海湖流域降水和河水中δ18O和δD变化特征

稳定同位素方法已被广泛用来研究水循环过程中的水汽来源分析、不同水体间补给关系及水量平衡。论文基于青海湖流域2012 年夏季所收集的河水和逐次大气降水中δ¹⁸O和δD 及实测的气象数据,分析了它们的氢氧稳定同位素时空变化特征。结果表明：降水中同位素值组成变化存在两个明显的变化阶段,在8 月中旬之前降水中稳定同位素值较低,而之后明显偏高,这与受夏季风和局地再循环水汽的影响有关;该流域大气降水线（LMWL）的斜率（8.69）和截距（17.5）明显大于全球大气降水线（GMWL）,表明青海湖流域夏季大气降水在一定程度上受夏季风所携带湿润海洋性气团的影响;降水中稳定同位素与降水量及温度之间存在负相关关系,表明青海湖流域夏季降水中稳定同位素存在显著的降水量效应,但却不存在温度效应;该流域内河水受到大气降水、地下水及冰川融水的混合和调节作用,这使得河水中稳定同位素的波动范围比降水小;通过瑞利分馏模型模拟了降水中稳定同位素的变化,降水中δ¹⁸O、δD和过量氘 （d_excess）的值受青海湖湖面再循环水汽补充的影响。因此,这也将为今后展开青海湖流域水循环过程中大气降水-地下水-地表水的研究提供科学依据,掌握该流域不同水体间的转化关系及水资源利用、管理具有重要的意义。     

Fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater management system and its implications for treatment

A stormwater management system utilizing the mechanisms of sedimentation and filtration/infiltration was developed and constructed for the immobilization of suspended solids and heavy metal constituents （Fe, Zn, Pb, Cr, Cu, Cd, Ni） in runoff. Monitoring took place between May 2010 and November 2012 on a total of 24 storm events. This research on the fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater system provided insight on the actual efficiency of the system and determined the implications for treatment of the particulate-bound and dissolved heavy metals in runoff. Results revealed that the partitioning of heavy metal load in runoff in either dissolved or particulate-bound were influenced by flow rate and total suspended solids load, and evident in high-intensity storm （rainfall-runoff event）. On the other hand, the partitioning of heavy metal load discharge from the stormwater system was more apparent during the early period of discharge having higher variability in dissolved than particulate-bound heavy metal. Findings revealed that fractionation of heavy metals played an important role in the performance of the stormwater system; thus, must be considered in designing stormwater systems. For the stormwater system to be effective, it is recommended to design the system treating not only the early period of a storm （first flush criteria） rather until the peak part of the hydrograph （high flow rate where partitioning was greatest） from a load basis.     

海洋环境中溶解氧稳定氧同位素研究进展

溶解氧(DO)的稳定氧同位素组成(δ18ODO)是水生系统DO生物地球化学循环研究的有效示踪剂之一,不同生物地球化学过程引起的氧同位素分馏会反馈到溶解氧同位素组成上。在近年来水生环境中溶解氧同位素研究的基础上,回顾了溶解氧同位素的分馏机理及其影响因素,以及氧同位素的测试技术和海洋环境中溶解氧同位素的应用。在现阶段取得的主要研究进展基础上,提出今后研究及发展趋势应侧重于同位素分析测试技术的提高,特别是高效、快速、连续预处理方法的建立,基础理论研究和关键物理过程在海洋环境溶解氧同位素分布中的作用及其控制机制等方面。     

淡水水体中氮污染源的识别——利用硝酸根中氮和氧同位素组成

氮营养盐污染在全球很多区域都是一个备受关注的环境问题,尤其是以农业为主的区域和人口密集的区域,因此,关于水体中氮污染源识别技术尤为重要.硝酸根离子中的氮、氧同位素组成在过去的十几年中频繁地应用于识别淡水水体中氮污染源的研究中.本文总结了已知氮污染源中氮、氧同位素组成的特征变化区间,阐述了影响氮、氧同位素组成的主要因素,描述了3种氮、氧同位素组成主流的测试方法,展望了未来定量测算各种氮污染源贡献比例的前景.在实际研究中,还将氮、氧同位素组成和水体化学特征结合,则可以有效地识别淡水水体的氮污染源.随着检测精度的不断提高,各种代表性端元污染物同位素值经验区间也变得更加准确.     

Hg稳定同位素地球化学研究进展

近年来汞(Hg)稳定同位素研究进展显著。Hg具有七种稳定同位素。以往研究不但报道了Hg同位素质量分馏,也报道了Hg同位素非质量分馏,使Hg成为目前唯一在自然界中具有同位素非质量分馏的重金属元素。本文阐述了Hg同位素的研究背景,总结了Hg同位素分析方法和引起Hg同位素分馏的生物化学过程,介绍了地球各圈层样品中Hg同位素组成的国内外最新研究现状。而最新发现的大气降雨中异常的、呈季节性变化的偶数Hg同位素非质量分馏(Δ200 Hg),更开辟了Hg同位素研究的新领域。不同于奇数Hg同位素非质量分馏,偶数Hg同位素非质量分馏还未经任何实验验证,其分馏机理也完全不清楚,亟待深入研究。Hg可能的"三维"同位素体系(质量分馏、奇数以及偶数Hg同位素非质量分馏)的研究和应用将有希望为进一步认识Hg环境过程、生物累积、大尺度迁移以及全球性的生物地球化学循环提供更加丰富的信息,具有重要的科学意义。     

非传统稳定同位素锶(δ~(88/86)Sr)的地球化学研究进展

锶有4个稳定同位素:84Sr、86Sr、87Sr和88Sr。但其中的非传统稳定同位素(δ88/86Sr)成为近年来国际同位素地球化学领域的研究热点。本文根据国际众多学者的研究,阐述了大多数实验室新近采用双稀释剂和TIMS方法来获得高精度δ88/86Sr数据的原理,并综述自然界δ88/86Sr变化,列出一些影响锶同位素分馏的因素。综合讨论其在地质方面的应用:(1)根据冷水珊瑚稳定锶同位素重建古海洋温度;(2)联立87Sr/86Sr和δ88/86Sr来研究海洋中锶的地球化学循环;(3)利用骨骼中的锶稳定同位素研究古营养学。     

镉同位素及其环境示踪

随着多道接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)的发展和广泛应用,镉(Cd)稳定同位素已成为当前非传统同位素地球化学的研究热点之一。本文对Cd同位素的分析方法、组成特征、变化规律、分馏机制及环境应用等问题进行了系统评述。总体来说,地球样品的Cd同位素组成(δ114/110 Cd)分馏较小(-2.47‰~+3.17‰),陨石等地外物质同位素分馏较大(-9.07‰~+16.13‰),已发现的分馏过程包括蒸发/冷凝过程、吸附沉淀/溶解过程、生物吸收过程。同时,Cd同位素作为一种全新的地球化学指标,可指示物源、天体演化、海洋初级生产力及营养物质循环、全球碳循环等过程;有效示踪环境介质与生物体中Cd的污染来源,为环境科学的研究提供新的视角和信息。     

武汉第四纪网纹红土的稀土元素特征及其物源指示意义

对武汉地区第四纪中更新世王家店组(Qp2w)网纹红土采用ICP-MS进行了稀土元素质量分数测定,分析了稀土元素组成与分馏特征,并与渭南黄土和长江沉积物进行了对比。分析表明,Qp2w网纹红土的REE含量除了受沉积物粒度控制之外,还受风化淋溶作用控制。Qp2w网纹红土的Eu负异常,与渭南黄土相比未出现明显的再分馏;Ce异常出现分层现象,分馏复杂;轻重稀土元素分馏比渭南黄土略弱,比长江沉积物弱得多;轻稀土元素分馏比渭南黄土和长江沉积物显著;重稀土元素分馏较渭南黄土和长江沉积物要弱。总体上,Qp2w网纹红土稀土配分模式与渭南黄土更相似。通过物源计算,总结出Qp2w网纹红土具有风积成因的特点,这表明其有可能是黄土高原黄土朝南或东南方向的延伸。     

单体同位素判识地下水MTBE衰减的研究进展

有机单体同位素分析(CSIA)技术能够测定有机化合物单体中特定元素的稳定同位素比值,是一种发展中的新的技术方法。依靠CSIA提供的数据可以确定污染物MTBE来源,判识生物降解的途径,量化降解的程度。更重要的是,通过同位素动力学分馏模型的建立,CSIA技术可以作为评价和预测污染物衰减的程度和衰减时间的强有力工具。文章主要综述了应用CSIA技术解析污染物MTBE衰减过程的应用进展。