氮和氧同位素示踪云台山地表水硝酸盐来源

多年监测发现,5A级风景旅游区云台山水中总氮超标.为了摸清其不同形态氮含量水平并识别氮污染来源,本研究分别于丰水期(2021年9月、2022年6、7月)、平水期(2021年11月)和枯水期(2021年12月、2022年2月)采集云台山马鞍石水库表层和深层水及其上游河流表层水样品共58个,测定并分析了水化学参数(TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N和Cl^-)的浓度和硝酸盐氮氧稳定同位素(δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-),同时利用SIAR同位素模型定量解析了水库及其上游河流中NO₃^-源的贡献.结果表明,马鞍石水库及其上游河流水中ρ(TN)、ρ(NO₃^--N)、ρ(NH₄⁺-N)变化范围分别为1.86～6.4、1.40～...     

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...     

滇池流域硝酸盐污染的氮氧同位素示踪

滇池流域硝酸盐污染严重,厘清其来源对硝酸盐污染治理至关重要。本研究在滇池流域收集河水、湖水、井水、雨水样品,分析了无机氮浓度和硝酸根氮、氧同位素比值。总体上,硝酸盐浓度变化范围较大,从低于检测限到高达13.44mg-N/L,显示流域硝酸盐污染存在较大的空间差异。最高浓度出现在流域南部农田区的井水中,井水样品的氮、氧同位素数据大部分落在化学肥料和大气干湿沉降区,表明农业面源和大气输入对流域浅层地下水产生了污染,污染的浅层地下水又是湖泊水体的一个潜在污染源。流域内河流硝酸盐浓度变化范围较大,总体污染程度高于滇池湖泊水体,氮、氧同位素组成表明大部分河流中硝酸盐来自生活污水和人畜粪便。滇池水体的硝酸盐氮、氧同位素组成和河流的相似,说明人畜粪便和生活污水是主要来源。湖泊水体硝酸盐浓度从南向北有逐渐增加的趋势,这与滇池北部紧邻城区(生活污水)、流域南部主要为农田区(面源污染)的空间格局是一致的。总体上,滇池水体的硝酸盐主要来自城市生活污水,农业面源和大气输入。通过地下水途经进入湖泊主要发生在流域南部地区,具体的贡献份额还需要进一步的计算。     

氮氧同位素解析堤垸地表水硝酸盐来源

堤垸是滨湖、滨江低洼地带的一种重要景观,农业面源污染已成为其主要的环境问题之一.为解析堤垸地区地表水硝酸盐污染来源,以洞庭湖屈原垸平江河段为研究对象,采用稳定同位素及水化学分析方法定性识别污染来源,并结合MixSIAR模型量化不同污染源的贡献率.结果表明：(1)硝态氮和氨氮是屈原垸平江河段地表水无机氮的主要赋存形态,时间上,硝态氮浓度在丰、枯水期间无显著差异(p>0.05),而丰水期氨氮浓度平均值高于枯水期;空间上,垸内硝态氮浓度显著低于垸外(p<0.01),而氨氮浓度显著高于垸外(p<0.01).(2)MixSIAR模型结果表明,化肥、土壤有机氮、水产养殖废水、粪肥和污水是研究区地表水硝酸盐的主要来源,对丰水期地表水中硝酸盐的贡献率分别为33.0%、32.6%、19.4%和11.7%,对枯水期的贡献率分别为26.7%、31.2%、21.5%和16.9%,而大气沉降对地表水中硝酸盐来源贡献较小,仅为3.5%.(3)研究区地表水硝酸盐转化过程主要以硝化作用为主,未发生明显的反硝化过程.研究显示,研究区地表水硝酸盐污染主要受农业面源污染的影响,污染物主要来源于土壤有机氮、...     

运用硫同位素、氮氧同位素示踪里湖地下河硫酸盐、硝酸盐来源

为揭示里湖地下水水质的时空变化规律,结合硫同位素及氮氧同位素分析水质变化原因,为开发和保护岩溶水资源提供科学依据.于2010年1月至12月,2014年5月、10月对里湖地下河进行监测,分析其常规水化学组成及δ34S-SO2-4、δ15NNO-3、δ18O-NO-3特征.结果表明:1地下河水化学类型为HCO3-Ca型,受到大气降水、人类活动等影响,各离子表现出明显的时空变化规律;2自污水处理厂运营以来,地下河中硫酸盐浓度略有降低,但仍然偏高,与2010年相比,硝酸盐污染加剧.受人类活动影响上游拉易洞、南丹河,中游凉风洞、甘田坝等地硫酸盐、硝酸盐浓度较高,下游小龙洞处浓度较低;3地下河δ34S-SO2-4值在-4.12‰~-0.93‰之间,通过与潜在硫源的δ34S比对,推断由工业和居民生活燃煤产生的大量硫氧化物引起雨水酸化,以酸雨的形式向当地地下水输入大量SO2-4;4δ15N-NO-3值在0.26‰~11.58‰之间,平均为7.61‰,δ18O-NO-3在-2.33‰~21.76‰之间,平均为9.38‰,结合硝酸盐氮氧同位素组成分析,认为土壤氮、人畜粪便和污水是研究区硝酸盐的主要贡献者,也是地下水中硝酸盐污染加剧的主要原因.     

基于水化学及稳定同位素的岩溶山区城镇水体硝酸盐来源示踪

由于岩溶水文系统的地球化学敏感性和脆弱性,岩溶地下水NO3-污染已成为世界范围普遍存在的环境问题,而岩溶山区地下水硝酸盐来源解析对于保障区域供水安全和人体健康具有重要意义.因此,本文选取贵州中部典型岩溶山区城镇主要供水流域地表水和地下水为研究对象,基于土地利用类型,联合水化学分析及δ15N-NO3-、δ18O-NO3-...     

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO3-)来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO3-不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO3-污染严重,近38％的地下水样品NO3-超过饮用水限值.地下水的δ15N-NO3值介于2.3‰～30.33‰,均值9.68‰,δ18O-N...     

基于硫酸盐硫同位素的伊洛河流域河水溶解性重金属来源

借助伊洛河河水硫酸盐硫同位素（δ³⁴S_SO4）和溶解性重金属含量水平,研究伊洛河流域不同形式人类活动对河水溶解性重金属的影响.结果表明：伊洛河流域上游干流和支流河水溶解组分受金属矿山开采废水影响较大,洛河河水中溶解性硫酸盐浓度（SO₄^2-）和δ³⁴S_SO4均值分别为（173±108）mg/L和（3.1±2.1）‰（n=8）,河水中Co、Fe、Mn、Ni、Zn、Mo、Cd、Pb和U等含量较高,伊河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值为（169±89）mg/L和（3.7±1.2）‰（n=6）,河水中Cr、Co、Fe、Ni、Zn、Mo、Cd、W、Hg、Pb和U等含量较高.伊洛河流域下游河水溶解性重金属受生活污水和工业废水影响较大,洛河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值分别为（121±30）mg/L和（9.4±0.8）‰（n=4）,河水中V、Cr、Ni、As、W和Hg等含量较高,伊河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值分别为（122±22）mg/L和（10.5±2.4）‰（n=3）,河水中V、U、Ni和As等含量较高.伊洛河流域源头河水溶解性重金属含量低,河水溶解组分来自大气降水,河水δ³⁴S_SO4值范围为（6.7‰~8.2‰）.伊洛河流域河水溶解性重金属含量以及δ³⁴S_SO4值具有一致的空间差异性,δ³⁴S_SO4可以很好地说明河水中溶解性重金属以及硫酸盐来源.     

基于水化学与氮氧同位素的喀斯特山区水体硝酸盐来源示踪与估算——以平寨水库为例

平寨水库地处喀斯特山区,是贵州省重要的灌溉和饮用水库之一,其水环境质量深刻影响着居民生产生活.以平寨水库为研究对象,采用水化学分析方法、氮氧双同位素技术结合稳定同位素混合模型(Bayesian mixing model,MixSIAR),定量识别研究区水体硝酸盐各污染源的贡献率.结果表明:河流及库区水体溶解无机氮主要以硝态氮形态存在,时间上表现为平水期>丰水期>枯水期,空间上呈现出各河流上游浓度差异较大,下游与库区浓度接近,坝前丰水期的硝酸盐浓度较高的特征;研究区水体硝酸盐的转化主要以硝化作用为主,枯水期和平水期其主要来源是生活污水与牲畜粪便和土壤有机氮,丰水期主要为化学肥料;各时期硝酸盐来源中,整体表现为库区的生活污水与牲畜粪便的贡献率高于河流,土壤有机氮与化学肥料的贡献率低于河流.从生活污水与牲畜粪便贡献率来看,其值在河流、库区枯水期分别为59.3%、70.8%,在河流、库区平水期分别为58.3%、72.6%,丰水期值较小.从土壤有机氮贡献率和化学肥料贡献率来看,丰水期贡献率均高于枯水期和平水期.河流、库区丰水期源自土壤有机氮的贡献率分别为35.1%、32.8%,源自化...     

氮氧同位素联合稳定同位素模型解析水源地氮源

找出作为优质水源地的水库氮的来源对控制其富营养化问题非常重要.本研究选取杭嘉湖地区的4个水库(青山水库、对河口水库、四岭水库和里畈水库),利用氮、氧同位素技术结合稳定同位素模型(stable isotope analysis in R,SIAR),对水库的硝酸盐(NO_3~-)来源进行了识别并计算了各污染源的贡献率.结果表明,4个水库中存在严重的氮污染,以硝酸盐为主,受人类活动干扰较大的青山水库,污染严重.4个水库86%以上的δ~(18)O值小于10‰,93%样品的δ~(15)N/δ~(18)O值小于1.3,说明水库中硝化反应明显而反硝化作用不显著.4个水库硝酸盐的主要来源是化学肥料和土壤氮,两者的贡献率为75%~82%,种植业面源污染给水源地水库带来的氮污染已非常严重;青山水库硝酸盐的来源还包括贡献率为25%的生活污水及粪肥、贡献率为7%的降水和贡献率为6%的工业废水,说明在人类活动强度大的区域生活污水及粪肥的污染也不可忽视;对河口水库、四岭水库和里畈水库硝酸盐的来源还包括降水,其贡献率分别为21%、24%和15%,可见在人为干扰较少的地区,降水对于水体硝酸盐的影响也不可忽略.     

利用氮氧同位素解析赤水河流域水体硝酸盐来源及其时空变化特征

赤水河流域作为长江上游重要的水源涵养区,其生态环境状况及水环境质量备受关注。为了了解流域河水氮素来源,本次研究利用硝酸盐稳定同位素(~(15)N、~(18)O)示踪技术并结合流域土地利用类型空间分布分析了赤水河流域丰水期与枯水期干流及主要支流河水硝酸盐来源与转化过程。结果表明,流域水体NO_3~-浓度具有明显的时空变化,其中丰水期NO_3~-浓度要高于枯水期,喀斯特区域的NO_3~-浓度要高于非喀斯特区域。流域干、支流水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-季节性差异明显,丰水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较大,干流差异较小,而枯水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较小,干流差异较大。结合氮氧同位素和土地利用信息发现,丰水期支流NO_3~-受其土地利用方式的影响,其来源具有多样性;干流NO_3~-浓度则主要受支流混合作用影响。枯水期干流NO_3~-受流域人为活动影响较为显著,点源输入造成水体氮同位素分布范围较宽,主要来源表现为生活污水和土壤有机氮;而支流NO_3~-多表现为土壤有机氮来源,部分支流受流域内城镇影响,生活污水对河流NO_3~-贡献较大。流域水体氮污染控制应以农业面源氮流失为主,同时严格控制点源污染的输入。     

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...     

伊洛河流域河水来源及水化学组成控制因素

伊洛河是黄河中游南岸重要支流,由伊河和洛河在洛阳偃师汇合而成.流域上游矿产资源开采活动较多,下游城镇密集,工农业活动分布广泛.为探究不同类型人为活动对伊洛河流域河水水化学组成的影响,分别在丰水期(8月)和平水期(12月)采集伊洛河流域干流和支流河水样品,借助水体氢氧同位素组成和阴阳离子组成的时空分布特征,阐明水体来源以及水化学组成控制因素,说明人为活动的影响途径和方式.结果表明:①洛河干流河水丰水期和平水期δD和δ¹⁸O均值分别为-56‰和-7.9‰以及-55‰和-8.1‰,伊河干流河水丰水期和平水期δD和δ¹⁸O均值分别为-49‰和-6.9‰以及-53‰和-7.8‰,丰水期和平水期河水主要接受当地大气降水补给;②洛河及伊河干流河水水化学类型均为HCO₃-SO₄-Ca-Mg型,丰水期干流河水Ca²⁺和HCO^-₃当量浓度占比低于平水期,而丰水期SO₄^2-当量浓度占比则高于平水期,显示丰水期较多...     

木沥河流域氮素污染及其污染源解析

为甄别粤港澳大湾区木沥河流域氮污染物来源,本研究应用铵盐同位素示踪技术、硝酸盐同位素示踪技术和多元线性混合模型等方法有效识别了该流域氮素来源的变化.结果表明,木沥河流域氮素污染严重,木沥河水体NH~+_4-N和NO~-_3-N浓度显著高于上游两条支流;除此之外,大坑山支流断面和木沥河下游养殖区断面虽无明显人口居住,仍然面临较高的氮素污染风险.铵盐同位素和硝酸盐同位素定性分析结果表明,木沥河流域氮素污染主要来源于土壤、肥料、大气颗粒物和动物及人排泄物;多元线性混合模型计算结果显示,大坑山支流上流处氮素主要来源为大气沉降,其贡献率在80%左右;鸡笼坑支流上游土壤有机氮平均贡献率可达33%,大于大坑山支流(9%)和木沥河(24%);大坑山支流下游、鸡笼坑支流下游和木沥河中上游污水及粪肥对氮素污染贡献率最高可达70%;值得注意的是,养殖区断面远离人口聚集地,各种养殖已被清理,但污水及粪肥的贡献率仍高达56%,远高于木沥河下游的淡水河水闸断面(3%),这可能要归咎于沉积物中残留的禽畜排泄物.本研究定性和定量地分析了木沥河流域氮素来源,为大湾区的水质管理和污染源治理提供了理论依据.     

滇池流域地下水、河水硝酸盐污染及来源

为了揭示滇池NO3-的污染来源和污染途径,本次研究在滇池流域不同地区收集了14个地下水和35个河水样品,进行了水化学及氮同位素分析。结果显示,滇池流域河水NO3-浓度在0.01~45.92mg/L之间,地下水NO3-浓度在0.05~99.52mg/L之间。NO3-浓度较高的区域,集中在流域城镇居民区(41.41±39.32mg/L)和昆明市主城区(19.91±15.02mg/L)。林地泉水、盘龙江上游以及流域东、南部河水NO3-浓度较低,污染较轻。δ15 N-NO3-值显示,流域居民区地下水(+9.9‰~+27.8‰)与主城区河水(+3.2‰~+32.1‰)中NO3-的主要来源是生活污水,流域东、南面河水(+4.4‰~+7.2‰)NO3-污染源以化肥为主。林地泉水与盘龙江上游河水δ15 N-NO3-值均小于+10‰,大气沉降是人为N的主要来源。耕地地下水δ15 N-NO3-值变化范围较宽(+5.5‰~+23.7‰),NO3-浓度高(45.77±40.91mg/L),受农业生产的影响强烈,人畜粪便、化肥肥料、大气沉降都是氮的输入源。     

重庆市老龙洞地下河流域硝酸盐来源和生物地球化学过程的识别

为明确城市地区岩溶地下水系统硝酸盐污染来源和生物地球化学过程,于2019年7月至2020年10月期间,采集了重庆市老龙洞地下河流域内的污水、井水和地下河水,测定其水化学和硝酸盐氮氧双同位素值（δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-）.结果表明：①污水的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于-3.3‰~14.6‰和-5.2‰~20.6‰之间,说明污水中的硝酸盐主要来源于生活污水排放及化肥渗漏;井水的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于3.1‰~12.6‰和2.9‰~8.9‰之间,说明井水中的硝酸盐主要来自于粪肥及土壤有机氮矿化分解;地下河水中的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于5.6‰~28.6‰和-2.0‰~15.7‰之间,说明市政污水以及农田中施用的粪肥是地下河水中主要的硝酸盐来源.②基于MixSIAR模型计算得出,粪肥污水是地下河水中硝酸盐的主要贡献源,贡献占比为89.1%,土壤有机氮、化肥和大气降水贡献率分别为4.4%、3.4%和3.1%.③流域内的COD ：ρ（NO₃^-）由低到高依次为：井水（0.14~5.15）、地下河水（0.50~9.36）和污水（4.08~89.50）.仅有50%井水样品的COD ：ρ（NO₃^-）略高于反硝化发生的化学计量比最低限（0.65）,说明COD可能不足以支撑井水中发生反硝化,井水中的硝酸盐氮氧双同位素未发生明显富集,验证了井水中未发生反硝化作用;90%地下河水样品的COD ：ρ（NO₃^-）高于0.65,硝酸盐氮氧双同位素同步富集,δ¹⁵ N ：δ¹⁸ O为1.8,介于反硝化发生时的1.3~2.1,说明地下河水在流动过程中发生了反硝化作用;所有污水样品的COD ：ρ（NO₃^-）远高于0.65,其中25%污水样品的COD ：ρ（NO₃^-）高于发生异化还原为铵（DNRA）的优势化学计量比（29.34）,δ¹⁵ N-NO₃^-和ρ（NH₄⁺）：ρ（NO₃^-）同步升高,表明污水中可能发生了DNRA.