基于分步热解技术的沉积岩形态汞同位素分析方法

沉积岩中的汞及其同位素常被用于指示大规模火山活动、海洋氧化还原演变等古环境演化事件,但现有研究主要聚焦总汞含量及相应的总汞同位素组成,缺少形态汞含量及其同位素组成数据,因此无法精准判别古环境中汞的来源、沉积环境和沉积过程。本研究开发了基于热解技术的沉积岩中不同形态汞的分离和同位素分析方法。首先通过沉积岩中典型形态汞（有机质、硫化物和粘土矿物结合态汞）单一标准建立热解温度曲线,然后将上述单一标准物质混合,通过调整升温速率以及形态汞采集的温度范围和时间优化热解分离方法,收集不同温度下析出的气态单质汞进行同位素分析。结果表明,分离的有机质结合态及硫化物结合态汞的δ²⁰²Hg和Δ¹⁹⁹Hg值同参考值的平均差值分别小于0.20‰和0.03‰,因此该分离方法能有效分离上述形态汞并进行汞同位素组成分析。上述方法被进一步应用于分析天然标准物质（黄红壤、水系沉积物、海相沉积岩）的汞形态及其同位素组成,验证了该方法在自然样品中的广泛适用性。     

黄土高塬沟壑区典型城郊流域地表水硝酸盐来源示踪

随着工农业的快速发展,地表水硝酸盐污染已成为黄土高原地区严重的环境问题之一.以黄土高塬沟壑区典型城郊流域砚瓦川为研究区,采用水化学分析方法和氮氧双稳定同位素技术,并结合SIAR模型,定量识别旱季和雨季研究区地表水硝酸盐不同污染源的贡献率,阐明不同污染源季节性差异的主要原因.结果表明,流域地表水无机氮主要以NO₃^--N和NO₂^--N形态存在,NO₃^--N和NO₂^--N雨季浓度平均值均高于旱季,而NH₄⁺-N则呈现相反特征;流域内地表水硝酸盐的转化过程主要以硝化作用为主,雨季其主要来源是粪肥污水,而旱季主要为粪肥污水和土壤氮淋溶,铵肥次之;不同污染源对流域地表水硝酸盐的贡献比例具有显著的季节性差异,旱季与雨季城镇污水排放的贡献比例均为最高,分别为31.40%和65.66%,且雨季污水排放对NO₃^-的影响远高于旱季,夏季居民用水增加导致大量污水排放至流域内是引起这一现象的主要原因.     

汾河流域地表水水化学同位素特征及其影响因素

汾河是山西的母亲河.由于水资源过度开发及社会经济发展影响,生态环境恶化.经过一系列治理保护措施,水质得到改善.利用统计学、Piper三线图和Gibbs模型等方法,分析了汾河流域地表水水化学和氢氧同位素特征及其来源,揭示了汾河流域地表水水质演化过程.结果表明,汾河干流地表水中主要水化学组分沿着径流路径含量逐渐增加;汾河上游地表水水化学类型主要以HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Na·Mg为主,中游和下游地表水水化学类型主要以SO₄·HCO₃·Cl-Ca·Na·Mg为主.汾河流域地表水水化学组成主要受岩石风化作用和蒸发结晶作用影响,而降雨影响较小.Na⁺和K⁺主要来源于蒸发盐岩的溶解以及周边黄土中含Na矿物溶解,水体中Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要来源于碳酸盐岩的溶解,SO₄^2-除来源于石膏的溶解,还可能来源于汾河周边黄土层中硫化矿物的溶解.干流地表水δD和δ¹⁸ O平均值分别为-62.60‰和-8.42‰,氢氧同位素特征进一步表明其主要受蒸发作用的影响.流域内支流及岩溶水水化学组分差异较大.结果可为汾河流域生态修复保护及生态文明建设提供依据.     

13C在草原土壤呼吸区分中的应用

区分草原土壤呼吸的主要目的在于准确估算草原生态系统土壤碳蓄积和碳源、 汇潜力,为预测气候变化提供科学依据。论文主要论述了稳定同位素¹³C在草原土壤呼吸区分方面的应用。主要在以下几个方面进行了阐述:①碳同位素区分土壤呼吸的两种主要标记方法——脉冲标记法和持续标记法,其中脉冲标记法包括单次脉冲标记法和重复脉冲标记法,持续标记法包括FACE实验标记法和¹³C自然丰度标记法,也介绍了利用核爆产生的¹⁴C标记;②应用碳稳定同位素区分土壤呼吸的理论依据和计算方法;③土壤呼吸稳定同位素组成的取样方法和测定,包括静态箱-Keeling Plot法、 静态箱平衡状态法和动态箱连接红外分析仪法等;④指出了减小静态箱-Keeling Plot法测定土壤呼吸碳同位素值的误差需采取的措施。     

白石水库颗粒有机物及沉积物中碳、氮稳定同位素的空间分布特征

于2013年10月对辽宁省白石水库水质、颗粒有机物及底泥沉积物中δ~(13)C和δ~(15)N值的空间分布特征进行了研究.结果表明:白石水库POC的平均浓度为(1.76±0.98)mg·L~(-1);TP的平均浓度为(0.04±0.03)mg·L~(-1);TN的平均浓度为(1.80±0.08)mg·L~(-1),TP和POC从上游到下游呈现逐渐降低的趋势;TN的水平分布变化不大.小型颗粒有机物的δ~(13)C值平均为(-24.6±0.9)‰;δ~(15)N值平均为(4.8±0.4)‰.大型颗粒有机物的δ~(13)C值平均为(-22.5±0.9)‰;δ~(15)N值平均为(6.7±0.5)‰,颗粒有机物的δ~(13)C和δ~(15)N变化范围都很广,小型颗粒有机物的δ~(13)C和δ~(15)N值最大差异可达4.6‰和2.7‰,大型颗粒有机物的δ~(13)C和δ~(15)N值最大差异分别为3.3‰和1.8‰.底泥沉积物的δ~(13)C值平均为(-24.2±1.2)‰;δ~(15)N值平均为(4.1±0.7)‰.大型颗粒有机物与小型颗粒有机物之间的δ~(13)C和δ~(15)N值存在极显著正相关关系(P0.01).颗粒有机物和底泥沉积物中δ~(13)C和δ~(15)N值的水平分布具有由上游到下游逐渐增大的规律,颗粒有机物与沉积物之间的δ~(13)C和δ~(15)N值存在显著正相关关系(P0.05).垂直分布中,颗粒有机物的δ~(15)N值是表层大于底层,TN和大型颗粒有机物的δ~(15)N值呈显著正相关(P0.05),POC与颗粒有机物的δ~(15)N值呈极显著正相关关系(P0.01).白石水库水中和沉积物中的有机质主要来源于浮游生物和土壤有机质,颗粒有机物的δ~(13)C值与POC和TP呈显著负相关(P0.05).     

元阳梯田水源区土壤水氢氧同位素特征

稳定同位素技术为土壤水的运移研究提供了一种全新的研究手段.通过对元阳梯田水源区降水及其4种典型植被类型(乔木林、灌木林、荒草地和无林地)下0~100 cm剖面土壤水进行采样和氢氧稳定同位素的分析测定,研究了该区不同深度层次上土壤水的稳定同位素特征.结果表明,元阳梯田水源区的大气降水线方程为δD=6.838 4δ18O-5.692 1(R2=0.878 7,n=20),其斜率和截距均小于全球大气降水线.4种典型植被类型下的土壤水氢氧稳定同位素值均落于当地大气降水线下侧,且其表层土壤剖面上的同位素值波动变化幅度较大.随着土层深度的增加,δ18O值的波动变化越来越小,尤其以80~100 cm土层体现的最为明显.乔木林和荒草地两种林分类型整体上深层土壤水中的δ18O值要偏高于表层土壤,而灌木林和无林地则恰恰相反.     

产甲烷抑制剂氯仿对污泥厌氧消化中同型产乙酸作用的影响

厌氧消化是城市污泥常用的资源化处理方式,添加产甲烷抑制剂得到的发酵产物乙酸相比于甲烷被认为更具附加值.同型产乙酸途径是污泥厌氧发酵产乙酸途径之一,然而产甲烷抑制剂的存在对其影响尚不明确,这对污泥厌氧发酵产酸工艺的优化和应用至关重要.本文研究了不同氯仿浓度抑制产甲烷条件下挥发性脂肪酸、气体浓度及同型产乙酸菌和总细菌数量的变化,基于乙酸的稳定性碳同位素分馏效应分析了不同温度条件下氯仿对同型产乙酸作用的影响.结果显示,0.1%和0.5%(V/V)氯仿浓度条件下最高乙酸浓度分别为24.5和22.4 mmol·L~(-1),远低于对照组的52.6 mmol·L~(-1).氯仿抑制产甲烷条件下乙酸的稳定碳同位素丰度δ~(13)C值均高于污泥有机质的δ~(13)C值,50℃时乙酸的δ~(13)C值最高,且同型产乙酸菌相对丰度也低于15和30℃条件下.可见,产甲烷抑制剂氯仿同时能够抑制同型产乙酸作用,0.5%浓度下的抑制效果高于0.1%浓度下,且50℃条件下其抑制作用强于15和30℃条件下.     

基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源,比例及迁移转化特征,对河北省张家口市宣化区洋河北岸主要供水区的地下水进行取样分析.基于土地利用类型,综合利用水化学分析方法耦合δ¹⁵N-NO₃^-,δ¹⁸O-NO₃^-双同位素示踪技术对研究区地下水硝酸盐污染来源,贡献率及迁移转化规律进行判断.研究结果表明：研究区氮污染以NO₃^-为主,12处采样点4次采样过程中约77%超出世界卫生组织标准（10mg/L）的限值,其污染在2018年8月（夏季）较为严重,空间浓度插值结果显示硝酸盐呈现出沿河及远岸点位浓度相对较低,中间较为稳定区域浓度较高的空间特征,并表现出不同土地利用类型上污染程度的差异性：旱地浓度最高,城镇次之.稳定同位素模型（SIAR）显示地下水硝氮污染来源中粪肥及生活污水占45.37%,土壤氮来源为41.39%,降水和化肥中NH₄⁺来源占13.24%,与研究区以城镇和耕地为主的土地利用现状较为一致.此外,同位素特征值结果显示氮的迁移转化过程以硝化作用为主.文可为地下水氮的污染来源解析提供更加精准,全面的分析方法进而为污染的防治提供优先治理建议.     

2015年调水调沙期间黄河悬浮颗粒Pb及其稳定同位素组成变化

通过对2015年黄河调水调沙期间利津水文站悬浮泥沙以及小浪底水库表层沉积物的分析,研究了调水调沙期间黄河入海泥沙中Pb元素的含量及同位素组成的变化特征,探讨了其物质来源及对调水调沙进程的响应.结果表明,调水调沙期间黄河入海泥沙Pb元素含量为18.09~28.35μg/g,平均为21.64μg/g,稳定同位素²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb为0.8367~0.8481,²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb为2.0839~2.0997,与黄土等物质较为接近.Pb含量及稳定同位素组成在调水调沙前、后期均较高,而在调水调沙中间主要时段则较低.利津站悬浮泥沙及小浪底水库沉积物中Pb同位素组成均符合黄河源Pb演化规律,但小浪底水库沉积物Pb元素含量较高,部分站位受到了人类活动的影响.调水调沙进程对该期间黄河入海泥沙Pb的变化及来源有着显著影响,在调水调沙前期和后期,水沙通量小,洪水对下游河床冲刷作用弱,Pb受到中上游沉积物来源影响,导致含量和同位素组成较高.在调水调沙中间的主要时段,利津悬浮泥沙与小浪底水库沉积物显著不同,Pb主要来自洪水对下游河床的冲刷,以自然来源为主,未受到人类活动影响.