Important organic matter sources and trophic pathways for the nutrition of Hilsa kelee (Cuvier, 1829) and Valamugil buchanani (Bleeker, 1853) in Pangani macro-tidal estuary,Tanzania

The study investigated the spatial variation in the main sources of organic matter (OM) and trophic pathways for zooplanktivorous Hilsa kelee and phytodetritivorous Valamugil buchanani in fresh-water-influenced zone versus sea-water-dominated zone of Pangani estuary. The findings indicated significant inter-specific variations in δ¹³C and δ¹⁵N values (ANOVA, F?≥?84.3, p?F?≥?9.4, p?=?0.001) in both estuarine zones. Results also showed significant zonal-intraspecific variations in stable isotopes (δ¹³C and δ¹⁵N), FA profile and marginal differences in diet for the V. buchanani while no considerable differences were observed for H. kelee from two estuarine zones. The isotope mixing models and FA biomarkers revealed that the most important carbon sources to the nutrition of H. kelee were derived from microphytobenthos, macro-algae and sea grasses transferred through phytoplankton and detrital trophic pathways. In contrast, C₃ terrestrial plants and microphytobenthos were the main carbon source to the diet of V. buchanani; and were transferred via the benthic and detrital trophic pathways. Therefore, both terrestrial and in-situ OM sources were the main trophic resources base fuelling the planktonic and benthic food webs in Pangani estuary.     

基于多同位素的不同土地利用区域水体硝酸盐源解析

不同的土地利用类型对所在流域内的水质产生不同的影响.本研究选取典型城市河流（京杭运河杭州段）和典型山林农业区河流（余英溪）为研究对象,利用多同位素技术（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O,δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-）结合稳定同位素（stable isotope analysis in R,SIAR）模型,对运河和余英溪的硝酸盐来源进行了识别并计算了各污染源的贡献率.结果表明,运河和余英溪均存在不同程度的氮污染,运河以NO₃^--N和NH₄⁺-N为主,余英溪以NO₃^--N为主.运河和余英溪水的氢氧同位素（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O）沿当地大气降水线分布,两者存在明显线性关系（R²=0.78）,表明降水是这两条河流的主要补给源.运河和余英溪水体NO₃^-的氮同位素值（δ¹⁵N-NO₃^-）均小于15‰,说明这两条河流中主要存在硝化作用.部分运河水样NO₃^-的δ¹⁵N-NO₃^-/δ¹⁸O-NO₃^-值介于1.3~2.1之间且伴随着低浓度的DO和NO₂^-,可见部分运河水体存在反硝化作用.运河水样δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：6.1‰）明显高于余英溪水体δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：2.3‰）.各NO₃^-源对运河的贡献率：生活污水/粪肥（37.0%） > 土壤氮（35.7%） > 化学肥料（19.1%） > 降水（8.2%）;对余英溪的贡献率：化学肥料（46.1%） > 土壤氮（22.8%） > 降水（17.3%） > 生活污水/粪肥（13.8%）.在人类活动强度大的城市区域的河流（运河）中由于生活污水的零星排放和城市降雨径流的汇入导致生活污水/粪肥类氮源的污染明显加剧.化学肥料不可避免地成为山林农业区河流（余英溪）的主要污染源,可见农业面源污染带给所在区域水体的氮污染已非常严重.人类活动强度大的区域,降水对于水体NO₃^-的贡献降低.反硝化作用产生的同位素分馏对利用SIAR模型计算各NO₃^-源的贡献率产生不同程度的影响,其中对生活污水/粪肥和化学肥料的影响很大,对土壤氮的影响其次,对降水的影响最低.     

永定河上游地表水-地下水水化学特征及其成因分析

永定河上游流域是冀西北重要的水源涵养区和生态屏障区,受气候变化和高强度人类活动影响,径流减少和水环境恶化问题日益突出.深入研究自然和人类活动共同影响下的地表水-地下水水化学特征及其成因,可为区域水资源可持续利用提供科学参考.本研究利用（δ²H和δ¹⁸O）氢氧同位素关系明确地表水和地下水来源,并在此基础上结合数理统计和水文地球化学方法,分析水化学特征及其成因.结果表明,地表水和地下水主要来源于降水.受自然因素及人类活动的共同影响,洋河和桑干河流域水化学类型差异显著.整体上,地表水离子浓度表现为：桑干河>洋河.桑干河流域地表水主要阳离子为Na⁺,主要阴离子为Cl^-和SO₄^2-,且水化学类型多样;洋河流域地表水主要阴阳离子分别为HCO₃^-和Ca²⁺,水化学类型分布相对集中.影响地表水水化学的自然因素主要为矿物溶解和蒸发,但人类活动却体现出流域差异,其中桑干河为支流的工业废水排放,而洋河流域为农业生产和城市.然而,由工业废水排放和酸雨输入导致的地表水Cl^-和SO₄^2-浓度持续增加,是地表水资源可持续利用的限制因素.因此,未来桑干河流域地表水资源利用要综合考虑总盐分和水化学组成的影响,而洋河流域主要考虑总盐分的影响.因地制宜地进行地表水资源利用,是永定河上游水资源可持续利用和恢复地下水位行之有效的措施.     

升金湖河湖交汇区地表-地下水水化学特征及成因分析

以升金湖河湖交汇区为研究区,测试不同类型水体水化学组成和氢氧同位素值,分析其季节变化特征,探究地表-地下水中化学离子来源,最后估算混合水源对地下水中化学离子的贡献量.结果表明：①研究区地表-地下水主要离子浓度均高于大气降水,理化参数呈现季节变化特征;②地表水以Ca-HCO₃类型水为主,且在夏季占比明显高于其他季节,而地下水以Ca-HCO₃和Ca-SO₄类型水为主,占比分别为46%和27%,且季节差别不显著;③地表-地下水中Ca²⁺和Mg²⁺主要来自于碳酸盐岩的溶解,且有碳酸和硫酸参与了碳酸盐矿物溶解的过程,Na⁺和Cl^-除来源于大气降水外,还来源于当地农业施肥和粪便污水;④水源混合也是地下水化学离子的一个重要来源,其对Cl^-的贡献率平均达到28%,且呈现季节变化趋势.     

黄土丘陵区枣农复合系统土壤水分利用与竞争

探明黄土丘陵区农林复合系统植物土壤水分利用策略对评价其配置合理性与可持续性具有重要意义。论文以黄土丘陵区枣农（枣树+农作物）复合系统为对象,测定不同生育期植物木质部水和土壤水氧稳定同位素比率（δ¹⁸O）,利用IsoSource模型分析了复合系统中枣树与间作农作物（黄花菜和饲料油菜）土壤水分利用策略,判断两种复合系统作物间是否发生水分竞争。结果表明：枣树各时期对表层（0~20 cm）土壤水利用较少,在旱季主要使用中层（20~60 cm）和深层（60~200 cm）土壤水,雨季有显著降雨后主要利用中层土壤水。黄花菜、饲料油菜在旱季对低雨量有效降雨反应灵敏,但其仍主要利用中层土壤水,雨季显著降雨后两者对表层土壤水利用比例显著增加。总之枣树与黄花菜和饲料油菜土壤水分利用策略存在明显区别,但在较为干旱的5月和7月对中层和深层土壤水存在明显竞争。因此可在枣树株间修建深度为40 cm肥水坑,增加中层和深层土壤含水量,促进枣树根系向下生长,缓解水分竞争对枣树生长和产量造成的不利影响。     

Engineered in situ bioremediation of a petroleum hydrocarbon-contaminated aquifer: assessment of mineralization based on alkalinity, inorganic carbon and stable carbon isotope balances

A concept is proposed to assess in situ petroleum hydrocarbon mineralization by combining data on oxidant consumption, production of reduced species, CH₄, alkalinity and dissolved inorganic carbon (DIC) with measurements of stable isotope ratios. The concept was applied to a diesel fuel contaminated aquifer in Menziken, Switzerland, which was treated by engineered in situ bioremediation. In the contaminated aquifer, added oxidants (O₂ and NO₃⁻) were consumed, elevated concentrations of Fe(II), Mn(II), CH₄, alkalinity and DIC were detected and the DIC was generally depleted in ¹³C compared to the background. The DIC production was larger than expected based on the consumption of dissolved oxidants and the production of reduced species. Stable carbon isotope balances revealed that the DIC production in the aquifer originated mainly from microbial petroleum hydrocarbon mineralization, and that geochemical reactions such as carbonate dissolution produced little DIC. This suggests that petroleum hydrocarbon mineralization can be underestimated if it is determined based on concentrations of dissolved oxidants and reduced species.     

镁同位素示踪大陆风化：进展与挑战

大陆风化制约着地表物质循环及其从陆地向湖泊/海洋的迁移,并通过消耗大气CO2调节不同时间尺度的全球碳循环和气候变化,因此如何有效示踪大陆风化是地球表生过程研究的重要科学问题之一。镁（Mg）无化合价变化,不涉及氧化还原作用,主要赋存于硅酸盐岩和碳酸盐岩中,并且在表生地质过程中Mg同位素通常会发生显著的同位素分馏,这些优势赋予Mg同位素体系具备示踪大陆风化的广阔潜力。随着质谱技术的不断提高,高精度Mg同位素分析技术经历了快速且成熟的发展,并在示踪大陆风化作用研究中得到了广泛的应用。然而,风化体系中Mg的来源和同位素分馏的制约要素争议颇多,尚未达成共识。本文从Mg的储库、风化壳、流域体系、室内实验和模型模拟等方面综述了目前Mg同位素示踪大陆风化的研究进展与存在的挑战。最后指出,在示踪大陆风化方面,Mg同位素提供了独特的视角,建议细化岩石/矿物溶解及形成实验、大小流域相结合、加强多同位素体系联用并相互补充与验证,以及加强计算模型模拟,以此来约束Mg同位素示踪大陆风化的不确定性。     

白洋淀不同水体氢氧同位素特征及其指示意义

为深入认识白洋淀湿地水文循环过程,于2020年开展大气降雨、河水、湖水和地下水样品采集和测试,揭示了不同水体氢氧稳定同位素特征及其对蒸发、水动力条件、地表水和地下水交互作用的指示意义.结果表明,白洋淀不同水体氢氧同位素特征差异较大,δD和δ18O均值存在如下关系:6月湖水＞10月湖水＞上层地下水＞河水＞中层地下水＞下层...     

我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定量识别了河流硝态氮的污染来源组成.结果表明,我国主要河流水系ρ（NO₃^--N）平均值为（4.54±3.99）mg·L^-1,其中9.6%的河流硝态氮浓度超过我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）规定的限值（10.0 mg·L^-1）,海河水系的硝态氮污染最为严重.东部地区河流水系的硝态氮浓度总体高于西部,各大河流水系支流的硝态氮浓度高于干流.除黄河水系以外,其他水系枯水期的硝态氮浓度总体高于丰水期.珠江水系、黄河水系中下游地区、辽河水系中游地区、松花江水系,以及海河水系河流水体存在显著的硝化作用,而长江水系、淮河水系和珠江水系下游地区存在显著的反硝化作用.污水/粪肥是长江水系、海河水系、辽河水系,以及东南诸河水系硝态氮的主要来源（> 50%）,土壤氮是松花江水系硝态氮的主要来源（56.4%）,化肥氮、土壤氮和污水/粪肥对珠江水系、淮河水系和黄河水系硝态氮的污染贡献为20%~40%.污水/粪肥对水系支流硝态氮贡献率总体大于干流的,土壤氮对干流硝态氮的贡献总体大于支流的.土壤氮、化肥氮和大气沉降氮对丰水期河流硝态氮的贡献率高于枯水期,而污水/粪肥对枯水期河流硝态氮的污染贡献率高于丰水期.因此,海河水系、长江水系、辽河水系、黄河水系支流与下游干流地区和珠江水系下游地区应重点控制生活和生产的污水排放等点源污染,而淮河水系、松花江水系、黄河水系中游干流地区和珠江水系中上游地区要重点控制化肥和土壤氮等流失造成的非点源污染.研究结果可为有效控制我国各河流水系硝态氮的污染提供科学依据.     

珊瑚礁生态系统中的汞循环研究进展

珊瑚礁生态系统具有丰富的生物多样性、极高的初级生产力、快速的物质循环等特点，被称为"海洋中的热带雨林"，在维系全球生态环境方面发挥重要作用。由于绝大部分珊瑚礁位于近海，有害金属元素如汞能够通过各种渠道进入珊瑚礁生长水域，在珊瑚礁生物中富集并经过食物链放大，对珊瑚礁生态系统造成潜在危害。本文简单介绍了珊瑚礁系统的基本概念、组成和生态功能，并汇总了目前报道的珊瑚礁生态系统中海水、沉积物、食物网、珊瑚中的汞的含量与形态。总体上，珊瑚礁生态系统中的汞研究极其有限，目前对该重要系统中的汞循环并不清楚。未来可结合稳定汞同位素方法对珊瑚礁生态系统汞的来源、迁移与转化进行示踪，认清珊瑚礁的汞汇通量，发展珊瑚骨骼对生长水域汞污染的监测技术和理论。