稳定同位素在污染物溯源与示踪中的应用

由于稳定同位素在特定污染源中组成确定,且具有分析结果精确可靠、在污染物迁移与转化过程中不发生显著变化的特点,故已被广泛应用于环境污染事件的仲裁、环境污染物的来源分析与示踪研究中。介绍了稳定同位素分馏对于来源分析的影响以及稳定同位素技术在污染物溯源与示踪中识别大气多环芳烃来源、推测环境中硫和铅的来源、考察甲基叔丁基醚来源与降解过程等方面的应用进展。     

新疆吉木乃诸河水体氢氧同位素和水化学特征

利用2018年6月和11月在新疆吉木乃诸河流域采集的河水、冰雪融水和降水样品,对流域水体的水化学成分和氢氧稳定同位素(D,~(18)O)组成的时间和空间特征进行了系统研究.结果表明,吉木乃诸河在丰水期和枯水期阳离子均以Ca~(2+)为主,阴离子以HCO~-_3为主,其次分别为Na~+和SO_4~(2-).在空间上,Na~+、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、Cl~-随着海拔的降低呈增加趋势.通过Piper图可以判断出,吉木乃诸河水化学类型为HCO_3-Ca型.利用Gibbs图可知流域内主要离子组成与各类岩石的风化作用有关,大气降水和蒸发作用的影响相对较小.结合当地的水文地质情况,运用离子含量比值法,可以发现离子主要来源于流域内碳酸盐风化和含硫矿物的氧化.丰水期吉木乃诸河地表水中δ~(18)O和δD较枯水期高,冰川融水的同位素值没有明显的季节变化,降水中的同位素值季节变化较大,其区域大气降水线方程为δD=7.5δ~(18)O+5.4 (R~2=0.99).吉木乃诸河河水中稳定同位素与海拔呈现正相关关系,主要原因是蒸发作用的增加,地表水同位素值偏负.该区域地表径流与冰川融水密切相关,冰川融水对该流域水资源的补给贡献较大.     

鹰潭地区大气降水中氢氧稳定同位素特征研究

降水中氢氧稳定同位素组成与降水地区各种气象因素变化密切相关。同时,降水中氢氧稳定同位素关系是水同位素应用的主要基础,对深入研究降水中水汽来源,地下水补给等水循环过程具有重要意义。根据江西鹰潭地区2012年4月至2013年3月大气降水中氢氧稳定同位素组成和气象资料,研究了该地区大气降水中氢氧稳定同位素关系及降水量,温度等气象因素对氢氧稳定同位素组成的影响。研究表明,该地区大气降水线方程为δD=8.61δ18O＋18.34（n=72,R2=0.98）,与全球大气降水线方程（δD=8δ18O＋10）相比,鹰潭地区大气降水线的斜率和截距均偏大,这与凝结物在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关,同时反映了该地区湿润多雨,降水过程中受二次蒸发影响较小的气候特点。该地区降水中δD （-113.3‰～7.5‰）、δ18O（-14.9‰～-0.9‰）和氘盈余（3.8‰~23.2‰）变化幅度很大并呈现出明显的季节性变化,夏半年（4-9月）δD、δ18O与氘盈余均显著低于冬半年（10-3月）（P＜0.01）,反映出不同季节降水的水汽来源及蒸发条件的差异。对该地区降水同位素与降水量和温度相关性的分析表明,降水中δ18O 与降水量和温度存在显著负相关关系,方程式分别为：y=-0.056x-4.7（R2=0.39,P＜0.01）和y=-0.203x-2.99（R2=0.23,P＜0.01）,说明该地区降水中氢氧稳定同位素存在显著的降水量效应和反温度效应。     

稳定同位素技术在污染环境生物修复研究中的应用

稳定同位素技术主要应用于地球化学,它是将人工合成的同位素标记特定的化合物,追踪标记物在生命活动中的变化规律,目前该项技术也广泛应用于环境微生物学、生态学、生物医学等领域.生物修复是利用存在于土壤、地下水和海洋等环境中的生物特别是微生物将有毒、有害的污染物降解为二氧化碳和水,或转化为无害物质,从而使污染的生态环境修复为正常生态环境的过程.这些降解微生物都来自于小部份可培养微生物,对于大部份未可培养降解微生物,通常在实验室条件下很难得到.而利用稳定同位素技术,如13C标记底物,收集利用该底物的微生物核酸,就可以得到具有降解作用的功能微生物,为环境污染生物修复提供重要的菌源和功能基因.环境中的许多物质都可以用SIP来标记,这些标记物主要有PLFA-SIP、DNA-SIP、RNA-SIP等,它们都可以用来在复杂样本中进行有特殊代谢功能微生物的鉴定和分析,在利用微生物进行生物修复中具有重要的意义.图2表1参42     

天津市南排污河下游酚的自净规律研究

本文主要介绍酚在南排污河下游的自净规律。绘制了自净曲线,计算了自净百分率和自净速率常数,并讨论了温度、河水流速及浊度对自净作用的影响。实验结果表明,酚的自净和COD之间有一定的相关性。     

氯/溴稳定同位素分析技术及其在环境科学研究中的应用

稳定同位素分析被认为是环境污染物溯源和转化途径探究的有效工具.针对氯/溴稳定同位素研究已经开发了一些较为可靠的分析技术,被广泛应用于氯乙烯、氯苯、溴酚、多溴二苯醚和有机氯农药等有机污染物的研究.本文综述了近年来氯/溴同位素分析技术的最新进展,介绍了稳定同位素分析技术在含氯/溴有机污染物的溯源分析和降解途径识别等方面的应...     

传统稳定同位素技术在环境科学领域的应用及研究进展

本文回顾了同位素技术的发展历史、简介了传统稳定同位素技术的应用原理与主要分析仪器.重点介绍了传统稳定同位素技术在污染物溯源、识别转化历程和指示反应程度,以及重建古环境信息,构建生态系统营养结构和探索生态物质循环等环境科学领域的应用与最新研究进展,提出了当前传统稳定同位素技术面临的挑战并对未来的发展方向进行了展望.     

西江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成及时空变化

通过对西江下游马口水文站多年的定点观测以及对虎门、梧州、江口等全流域多个河流断面悬浮物样品的稳定碳同位素分析,报道了近年来人类活动对西江流域影响的观测结果.研究发现:西江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成从中游的-26.6‰到河口-19.8‰,逐渐变"重",此结果基本反映了流域植被覆盖及土壤侵蚀状况;西江马口水文站1999-2005年悬浮物样品δ13C值的季节循环值为(-23.4±1.3)‰,其波动与流域侵蚀、物源组成相关.根据观测结果,西江流域土壤侵蚀主要发生于下游以及源头区域,悬浮物稳定同位素比值较"重",而中游区域则相对较"轻".河口地区的同位素值可能受工农业生产及生活废水影响较大,同位素值异化,其物质来源与河流上游和海洋不同.     

铅在植物-环境体系中的吸收、分布和迁移规律的稳定同位素示踪法研究

以低浓度的稳定铅同位素为示踪剂,采用电感耦合等离子质谱法,通过盆栽实验,考察了在不同的pH值环境和不同铅源引入方式下,茶树植株对铅的吸收情况以及铅在植株体内的分布及迁移规律.结果表明:茶树植株对大气铅源污染的反应比土壤铅源污染灵敏;大气铅源污染有往顶端(芽)迁移的趋势,而土壤铅源污染则主要聚集在根部;低pH条件增强植株对铅的吸收且能促使植株体内的铅的往高处迁移.本实验方法危害小,更接近植株承受低浓度污染的实际情况,能区分实验引入铅源和环境引入铅源.     

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.     

亚热带针阔混交林土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水稳定同位素特征

为揭示亚热带湿润地区森林系统内部的水文过程,通过分析长沙地区针阔混交林内降水、土壤水、樟树(Cinnamomum camphora)和刺杉(Cunninghamia lanceolate)茎杆水与叶片水中稳定同位素组成,并结合相关环境因子,分析了亚热带地区水分在森林系统(SPAC)内部转换过程中稳定同位素的变化特征及其...     

基于多同位素的珠三角PM2.5中二次无机气溶胶来源解析

二次无机气溶胶(SIA,Secondary inorganic aerosol)是PM_2.5中的重要组成部分,其快速形成是导致大气能见度下降的重要原因。二次无机气溶胶主要包括硫酸根、硝酸根和铵根离子,其来源广、生成途径复杂,识别其来源存在一定的挑战。最近,基于稳定同位素(δ³⁴S-SO₄^2-、δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-、δ¹⁵N-NH₄⁺)的源解析方法被应用到相应污染物的来源解析。选取珠三角鹤山大气超级站作为研究地点,开展了为期1年的大气PM_2.5样品采集,在分析了70个样品的水溶性离子、痕量金属元素、有机碳、无机碳的基础上,选取其中的37个大气PM_2.5样品,分析了相应的δ³⁴S-SO₄^2-     

西北地区油松叶片稳定碳同位素特征与生理指标的关系

以分布于中国西北境内的甘肃、宁夏及内蒙古等地区10个油松(Pinus tabulaeformis Carr.)天然种群为研究对象,通过测定油松叶片的稳定碳同位素组成(δ13C)、有机渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖、甜菜碱、甘露醇)含量、灰分含量、含水量和碳氮含量等生理指标,分析不同自然种群油松叶片δ13C特征及其与生理指标之间的关系.结果显示:油松叶片δ13C值的变化范围在-28.68‰～-25.02‰,平均值为-26.82‰,随着降水量增加,δ13C表现出偏负的趋势;油松叶片δ13C值与可溶性糖和灰分含量呈显著正相关关系(P0.01),与叶片含水量、甘露醇和全氮含量呈显著负相关关系(P0.01),与脯氨酸、甜菜碱和全碳含量相关性不显著.上述结果表明,叶片δ13C值可以同时反映生长环境和植物体本身水分的亏缺程度,植物水分利用效率的提高和各种渗透调节物质在植物体内的积累不是协同变化的,并且灰分含量可以作为δ13C值的替代指标.     

基于日平均养殖量的畜禽养殖排污系数法的改进

传统的畜禽养殖排污系数污染负荷计算方法受养殖规模浮动影响,计算结果精度不高,只能计算整年污染负荷且无法计算某时段污染负荷。在分析传统畜禽产污系数法缺陷的基础上,探讨了日平均养殖量取代年养殖量的计算模式。依据不同类型畜禽养殖的周期特点,提出了各种类型畜禽养殖排污系数污染负荷计算公式和方法。最后,利用2008—2009年天津市宁河县生猪养殖污染负荷计算实例,对比分析了两种计算方法。结果表明,基于日平均养殖量的产污系数计算方法可以有效地减少由于养殖规模波动造成的计算误差,同时还适用于年内某时段污染负荷的计算,克服了传统方法只能以年为计算基本单元的弊端。