An Overview of Sediment Organic Matter Records of Human Eutrophication in the Laurentian Great Lakes Region

The isotopic and molecular compositions of organic matter buried in lake sediments provide information that helps to reconstruct past environmental conditions and to assess impacts of humans on local ecosystems. This overview of sedimentary records from the North American Great Lakes region describes examples of applications of organic geochemistry to paleolimnological reconstructions. These lakes experienced a succession of human-induced environmental changes that started after completion of the Erie Canal in 1825. Agricultural deforestation in the mid-nineteenth century released soil nutrients that increased algal productivity and caused an associated increase in algal biomarkers in sediment records. Eutrophication that accompanied magnified delivery of municipal nutrients to the lakes in the 1960s and 1970s created excursions to less negative δ¹³C values in sediment organic matter. Increased organic carbon mass accumulation rates mirror the isotopic evidence of eutrophication in the Great Lakes.     

Urban geochemistry: research strategies to assist risk assessment and remediation of brownfield sites in urban areas

Urban geochemical maps of Wolverhampton and Nottingham, based on multielement analysis of surface soils, have shown distribution patterns of “total” metals concentrations relating to past and present industrial and domestic land use and transport systems. Several methods have been used to estimate the solubility and potential bioavailability of metals, their mineral forms and potential risks to urban population groups. These include sequential chemical extraction, soil pore water extraction and analysis, mineralogical analysis by scanning electron microscopy, source apportionment by lead isotope analysis and the development of models to predict metal uptake by homegrown vegetables to provide an estimate of risk from metal consumption and exposure. The results from these research strategies have been integrated with a geographical information system (GIS) to provide data for future land-use planning.     

古堆泉域岩溶地下水水化学特征及成因

古堆泉为山西省著名岩溶大泉之一,是唯一的中低温温泉,具有悠久的开发观赏历史,凝聚着丰厚的人文积淀.以古堆泉域岩溶地下水为研究对象,通过系统地样品采集与同位素分析,综合运用水化学（Durov图、离子比例、Gibbs图和氢氧同位素）同位素方法分析地下水水化学特征和地下水系统径流特征.古堆泉域岩溶地下水的⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr值在0.709~0.717之间,Mg/（Mg+Ca）值在0.27~0.74之间.通过分析Sr同位素组成和Mg/（Mg+Ca）、1/Sr变化特征,得出古堆泉域岩溶地下水为深部热水与浅部冷水的混合水,中条山南梁泉岩溶水子系统呈现碳酸盐岩地层径流特征,佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统和侯马盆地深循环子系统呈现碳酸盐岩地层与火成岩地层径流特征,塔儿山-九原山古堆泉岩溶水子系统呈现碳酸盐岩地层与古老硅铝质岩地层径流特征.通过2014年样品与2021年相同位置取样点的氢氧同位素比对分析,得出古堆泉口水样变化原因是其受三泉水库补给随时间的积累的结果,三泉水库的变化原因是受引黄水的影响.研究区岩溶地下水水化学类型可分为SO₄-Na、SO₄-Ca、HCO₃-Na、HCO₃-Mg、HCO₃-Ca和Cl-Na型.岩溶地下水水化学类型从HCO₃-Ca·Mg→HCO₃·SO₄-Ca·Mg→SO₄·HCO₃-Na·Ca→SO₄·Cl-Na·Ca呈现明显的水化学成分分带.     

中国地表水硝酸盐分布及其来源分析

地表水硝酸盐污染已经受到世界研究者的广泛关注,中国地表水系统硝酸盐污染情况也不容乐观.为了解中国地表水硝酸盐分布、来源和转化机制,本研究系统收集了全国7大地区的71条主要河流硝酸盐数据,分析了地表水硝酸盐的分布及污染情况,并且通过硝酸盐氮氧同位素特征值揭示了不同地区、不同流域水体硝酸盐的主要来源.结果表明,我国7.83%河流硝酸盐质量浓度超过了标准限值（45 mg·L^-1）.牡丹江、海河和长江入海口的硝酸盐质量浓度超过90 mg·L^-1,呈现重度污染现象.中国地表水δ15N-NO₃和δ18O-NO₃特征值范围分别为-23.5‰~26.99‰和-12.7‰~83.5‰.研究表明：东北、华中、华东地区地表水硝酸盐主要来源为生活污水,西北和华北地区地表水硝酸盐主要来源为生活污水、无机化肥和土壤有机质硝化,西南和华南地区地表水硝酸盐主要来源为无机化肥和生活污水.通过相关性分析得到中国地表水硝酸盐质量浓度与常住人口、废水排放量、农用氮肥施用折纯量和人均GDP呈正相关关系.解决污染问题和防止中国地表水进一步污染迫在眉睫,中国政府出台的新的水十条解决了之前的不足,但是控制和修复地表水污染还需要几十年的努力.西北、华北、西南和华南地区不仅要增加城市、县区污水处理厂运行规模,政府还要控制和管理农业化肥的使用量.东北、华中和华东地区需要进一步控制点源污染,减少工业废水和生活污水排放到河流.     

基于氮氧同位素解析不同降雨条件下硝酸盐污染源

随着城市化的进程和人类活动强度的增加,过高的硝酸盐污染负荷对地表水水质安全构成极大威胁.当前针对地表水体的硝酸盐源解析仅强调了来源的季节性变化特征,而鲜见考虑降雨事件对区域污染源组成的影响.本文以扬州市江都区通扬运河为研究对象,利用氮氧同位素技术和基于R语言的稳定同位素模型(stable isotope analysis in R)定量评价了各类型污染源在不同降雨条件下对水体硝酸盐污染的贡献.结果表明:①通扬运河各区段污染物浓度具有很强的空间变异性.ρ(NO3-)和ρ(NH4+)具有相似的空间分布特征,表现为:中游区＞下游区＞上游区,中游区较高的城市化水平带来的人类活动加剧了氮污染的输入.②降雨增加了各河段污染物浓度的不确定性,降雨带来的冲刷和稀释效应总体上增加了水体中的ρ(NO3-)、ρ(NH4+)、ρ(Cl-)和ρ(SO42-).③在无雨和低降雨的条件下,通扬运河水体NO3-主要来源于大气沉降(贡献率为27％～47％)和土壤有机氮(贡献率为21％～29％);在降雨事件影响下,化肥(贡献率为16％～34％)成为了最主要的污染源.降雨造成的污染源变化具有空间差异性,下游区(农业区)化肥和土壤有机氮贡献率的增加较中上游区更加明显.④下游区存在较强的反硝化作用,且低降雨条件下更容易发生硝化和反硝化.     

铅稳定同位素在环境源解析中的应用

近年来不断发生铅污染事件引起了各界的广泛关注,但由于源解析技术的相对滞后,导致在处理这些事件中很难有效提供科学的证据确定主要的污染源和暴露途径,造成不能及时、有效地提供血铅污染防控对策。随着近年来铅稳定同位素技术的快速发展和测试设备的普及,该技术逐步引入至环境污染识别过程中,成为判断铅污染来源的和途径的一个重要技术。文章系统地介绍了铅稳定同位素组成、指纹特征、研究发展过程以及国内外最新研究热点,在此基础上提出了现存的问题,展望了铅稳定同位素与多元混合模型结合进行定量源解析的研究趋势。     

我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源

依据全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中我国东北地区的月大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象资料,分析了该地区大气降水稳定同位素时空分布特征及其影响因子,并建立了局地大气水线方程.结果表明,东北地区大气降水中δ18O值总体上较低,在时间变化上,表现为冬低夏高;从空间分布来看,由南至北加权平均δ18O值呈减小趋势;降水δ18O与温度线性关系显著,而与降水量则不存在线性关系,利用降水δ18O与温度、降水量、高程、经度和纬度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;采用HYSPLIT 4.9模型对GNIP观测点水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋、极地北冰洋冷湿水汽和太平洋暖湿水汽.     

无定河流域地表水硝酸盐浓度的时空分布特征及来源解析

无定河流域作为黄河的一级支流,其水生态环境质量深刻影响着黄河流域生态保护与高质量发展.为识别无定河流域硝酸盐污染来源,对2019～2021年期间无定河的地表水样品进行了采集,探究了流域地表水体硝酸盐浓度的时空分布特征及影响因素,借助水化学方法、氮氧同位素示踪技术以及MixSIAR模型定性和定量地确定了地表水硝酸盐各来源及其贡献率.结果表明,无定河流域硝酸盐浓度存在显著时空差异.时间上,丰水期地表水NO^-₃-N浓度均值高于平水期;空间上,下游地表水NO^-₃-N浓度均值高于上游.地表水硝酸盐浓度的时空差异主要受降雨径流、土壤类型以及土地利用类型的影响.无定河流域地表水丰水期硝酸盐的主要来源是生活污水及粪肥、化学肥料和土壤有机氮,其贡献率分别为43.3%、 27.6%和22.1%,降水的贡献率仅占7.0%.不同河段地表水硝酸盐污染源贡献率存在差异,上游土壤氮贡献率明显高于下游,为26.5%;而下游生活污水及粪肥的贡献率明显高于上游,为48.9%.可为无定河乃至干旱及半干旱地区的河流硝酸盐来源解析和污染治理...     

雅鲁藏布江河水氢氧同位素时空变化特征

为揭示流域内水汽循环过程变化规律、揭示河水稳定同位素与气象要素及海拔之间的关系,2018年先后采集雅鲁藏布江干流丰、平、枯,水期水样90个,对河水的氢氧同位素组成进行了分析.结果表明：利用δ¹⁸O与纬度和海拔定量关系模型研究了雅江流域降水氢氧同位素空间变化特征,发现降水中δ¹⁸O值变化呈现东西部（雅江上、下游）高中部（雅江中游）低的趋势;建立了雅江丰、平、枯水期河水氢氧同位素方程,研究发现δD与δ¹⁸O的线性方程斜率低于中国大气降水线,河水δD与δ¹⁸O有一定的季节性特征,其受大气降水的影响较大,且丰水期较平水期以及枯水期相比更为明显;雅江河水中δ¹⁸O空间特征表现为,从上游至下游整体表现出先降低再升高的变化趋势.南北空间上表现为河水δD-δ¹⁸O从南至北逐步增高的趋势.δD-δ¹⁸O值与海拔高度具有较弱的负相关关系;受地表蒸发分馏、降水云团迁移以及流域岩石风化的影响,雅江河水d值季节性、空间性变化明显.     

胶莱平原大气降水氢氧稳定同位素特征研究

区域大气降水稳定同位素组成是利用同位素技术研究区域水循环所必须的前提,对于深入了解水循环过程具有重要意义。本研究基于降水样品,分析了胶莱平原及周边地区降水氢氧稳定同位素特征,探讨了降水同位素的环境效应,并通过对比分析不同水汽输送路径站点的降水同位素季节变化趋势,揭示了胶莱平原大气降水水汽来源。结果显示：胶莱平原大气降水线LMWL为δ²H=6.38δ¹⁸O+0.72,胶莱平原大气降水δ¹⁸O存在较显著的温度效应和降水量效应,高程效应不显著。6—9月,胶莱平原降水水汽主要受控于东亚季风,水汽主要来自相邻太平洋海域蒸发水汽;10月—次年5月,胶莱平原降水水汽主要受控于西风,水汽来源于局地蒸发,受极地水汽影响较小。本研究结果将为胶莱平原地表水—地下水—海水之间的相互转化及水循环研究提供基础。