滇南蒙自地区降水稳定同位素特征及其水汽来源

大气降水中δD、δ~(18)O值具有规律性变化特征,与诸多气象要素及水汽来源之间存在密切联系.根据2009年1月至2011年12月对滇南蒙自地区大气降水的连续性采样,结合欧洲中期数值预报中心(ECMWF)以及美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,并利用HYSPLIT_4.8后向轨迹追踪模型,分析了天气尺度下蒙自地区大气降水中δD、δ~(18)O的变化特征,探究了降水稳定同位素与温度、降水量、风速及水汽来源之间的关系.结果表明,蒙自地区降水中δD、δ~(18)O值表现出明显的季节变化,即干季偏高,湿季偏低;降水中δ~(18)O与温度、降水量之间存在显著负相关,但与不同气压层(300、500、700、800 h Pa)风速之间呈现出显著正相关,表明风速也是影响降水中δ~(18)O变化的一个重要因素;随着降雨等级的增加,其大气水线的斜率与截距也增大,说明降水稳定同位素存在一定程度的云底二次蒸发效应;水汽输送轨迹显示,干季降水的水汽主要来自于西风带输送及局地再蒸发水汽,而湿季降水的水汽主要来源于远源海洋水汽的输送,并且在受台风影响期间,降水中δD、δ~(18)O值更加偏负.     

多种同位素手段的硝酸盐污染源解析:以会仙湿地为例

近年来,湿地在人类掠夺性开发下生态环境正不断恶化.其中,硝酸盐污染就是湿地生态环境面临的一类主要问题.本文以会仙岩溶湿地为研究对象,为查明导致湿地水体硝酸盐升高的主要因素,利用~(15)N(NO_3~-)、~(18)O(NO_3~-)同位素手段确定区内硝酸盐污染的主要来源,并借助SIAR模型确定各类污染源的贡献率.在此基础上,通过~(13)C_(DIC)同位素定性描述地下水的径流条件,以此探究硝酸根浓度的空间分布与水循环的关系.结果表明,影响研究区水体中硝酸根浓度的主要因素有3个方面,动物粪便及生活污水、化肥中NO_3~-和土壤氮,其对硝酸盐污染的贡献率均值分别为39.1%、32.2%和28.5%.~(13)C_(DIC)同位素结果显示,轻~(13)C_(DIC)表明其地下水径流条件好,其对应的NO_3~-浓度值一般较低,而重~(13)C_(DIC)对应的NO_3~-浓度值一般较高.由此可知,地下水径流条件的好坏也一定程度地影响了NO_3~-浓度的分布.     

典型排放源黑碳的稳定碳同位素组成研究

采集了我国主要的黑碳排放源(生物质燃烧、民用燃煤和机动车尾气)的烟尘样品,分析烟尘中黑碳(BC)和总碳(TC)与原始燃料的稳定碳同位素组成(δ13C),对比各种δ13C值之间的关联性,评估运用δ13C技术进行BC源解析的潜力.结果表明:①3种典型排放源烟尘样品的δ13CBC与燃料有较好的一致性,且不同排放源的δ13CBC变化范围之间有比较明显的差别:生物质燃料除玉米秸(C4植物,δ13CBC为-13.62‰)显著不同外,C3植物的δ13CBC平均值为-26.49‰±1.17‰;烟煤的平均值为-23.46‰±0.37‰;机动车尾气(包括柴油车和汽油车)的平均值为-25.17‰±0.40‰.②各种排放源的BC形成过程存在程度各异的碳同位素分馏,C4植物(玉米秸)燃烧过程分馏作用较明显(BC的δ13C相对燃料负偏1.62‰),而C3植物和民用煤燃烧过程的分馏较小(分别正偏0.63‰和0.52‰).③BC的纯化手段(CTO-375方法)对生物质烟尘的δ13C有一定的影响(BC和TC的δ13C相差约为0.50‰),对化石燃料烟尘没有影响.上述典型排放源的δ13C数据库可为BC源解析提供依据.     

植被恢复中坡地土壤颗粒有机碳分布特征和δ~(13)C值组成

以喀斯特地区植被恢复过程中典型坡地为研究对象,对坡地各个地形剖面土壤及土壤不同粒径组分中有机碳含量和有机质稳定碳同位素(δ13C值)组成进行了分析.结果显示:坡地土壤有机碳含量向下坡方向逐渐降低,上坡位两个剖面土壤砂粒(50～2000 um)中有机碳含量占50%以上,处于不稳定状态;易受到侵蚀作用破坏;而下坡位两个剖面中有机碳主要储存在粉粒(2～50um)和粘粒(<2um)土壤中,属于高度腐殖化的稳定有机碳.土壤有机质的δ13C值是评估SOC周转的一个良好指标,因粒径组成、剖面深度.植被和成土环境而不同.坡地各个土壤剖面中δ13C值的组成差异,较好地反映作物残体输入和土壤累积特征;输入土壤中的植物有机体由于分解程度不同而储存在不同粒径土壤中,因此各粒径中δ13C值对土层中有机质的储存和变化趋势具有较好的指示作用.     

Nitrogen pollution and source identification of urban ecosystem surface water in Beijing

Nitrogen contamination of surface water is a worldwide environmental problem with intensive agricul- ture and high population densities. We assessed the spatial and seasonal variation in concentrations of total nitrogen and different nitrogen species present in surface-water in Beijing, China. Also, chemical （NO3-N/C1-） and isotopic （615Nnitrate） indicators were used to identify nitrate sources. The results showed that, during 2009 and 2010, nitrate nitrogen concentrations ranged from 0.7 to 7.6 mg· L^-1, ammonium nitrogen from 0. I to 3.4 mg· L^-1, and total nitrogen from 2.4 to 17.0mg· L^-1. Inorganic nitrogen accounted for between 60 and 100% of total nitrogen at the ten monitoring sites. Nitrate nitrogen, ammonium nitrogen, and total nitrogen concentrations at the 2 downstream monitoring sites in south-eastern Beijing were significantly higher than those at the other eight upstream monitoring sites （P 〈 0.01）. Examination of seasonal variation showed that there was a significant inverse relationship between nitrate nitrogen concentrations and precipitation, and that nitrate nitrogen concentrations peaked in the dry seasons. The information given by the 15Nnitrate values and nitrate nitrogen concentrations, combined with the NO3-N/C1- ratio distribution, showed that domestic sewage was the major source of nitrate in Beijing. Methods to control and reduce sewage pollution are urgently needed to help manage surface water quality in Beijing.     

湘东北地区大气降水和地下水的氢氧稳定同位素研究

深入认识湘东北地区的水文循环过程,对规范该区水资源的有效利用和减缓该区生态环境问题具有重要意义。在2021年10月—2023年2月,对该区金井镇的大气降水和不同深度（~4.7 m和~61 m）井水每月开展样品采集和测试。该区大气降水稳定同位素值（δ¹⁸O、δD）呈现夏半年偏负、冬半年偏正,且氘盈余、水汽通量和HYSPLIT模型分析结果显示,在夏季,影响该区降水气团主要来自暖湿的海洋洋面,冬季主要来自稳定的南支西风和局地水汽输送。浅井水和深井水的δ¹⁸O和δD与该区大气降水δ¹⁸O和δD的均值接近,变幅较小且呈现夏季偏正冬季偏负的特征,说明地下水受到大气降水的补给,但可能滞后于大气降水的变化。然而,不同深度地下水对大气降水的响应机制和滞后时间,还需进一步研究。     

玉龙雪山PM2.5稳定碳同位素特征及来源分析

于2020年4~8月在青藏高原东南部玉龙雪山进行PM_2.5采样,共采集44个样本,测定其水溶性离子成分、水溶性有机碳(WSOC)浓度、总碳(TC)浓度及其稳定碳同位素组成(δ¹³C_TC).结果表明,玉龙雪山春夏季TC浓度分别为(7.1±3.8)μg/m³和(2.9±0.7)μg/m³,WSOC浓度分别为(3.3±2.1)μg/m³和(1.5±0.4)μg/m³,均呈现春高夏低的变化趋势.春夏季δ¹³C_TC值分别为(-24.7±1.0)‰和(-26.0±0.6)‰,春季较夏季偏正,表明可能受到不同来源影响.通过对非海盐钾离子(nss-K⁺)相关性、NASA火点图及后向轨迹分析可知,东南亚地区春季生物质燃烧可能是主导原因.利用贝叶斯模型计算玉龙雪山PM_2.5中TC来源贡献,结果表明春季主要来源于生物质燃烧和煤燃烧,贡献比分别为60.6%和23.5%;夏季主要来源于生物质燃烧、植物蒸发和机动车排放,同时二次有机气溶胶形成对TC的贡献也不可忽视.     

Using biochemical and isotopic tracers to characterise organic matter sources and their incorporation into estuarine food webs (Rufiji delta,Tanzania)

Fatty acid biomarkers and stable isotope signatures were used to identify the sources of particulate and sedimentary organic matter and its input into the food web through the dominant consumer within the mangrove-dominated Rufiji estuary, Tanzania. Specific fatty acids were used to identify the preferred basal sources of dominant fauna (i.e. filter feeder bivalves, snails, crabs, shrimps, and three fish species), and their presence in the water and sediment samples in the estuary. Both fatty acid and stable isotope results revealed that food web in the Rufiji estuary depended on a variety of carbon sources (mangroves, allochthonous terrestrial inputs, macroalgae, and phytoplankton), contributing to a different degree into the diets of primary consumers and members of near-shore fish, but none of them were obligatory for the survival of these species. The δ¹⁵N values of major primary producers and consumers/predators revealed a trend for δ¹⁵N enrichment with increasing trophic level. The ratio of docosahexaenoic acid to eicosapentaenoic acid (DHA:EPA) decreased from pelagic to benthic feeding fish. This indicated that fish with different feeding modes derived their fatty acids from different primary sources of nutrition, and suggested that the DHA:EPA ratio may be a useful indicator of feeding mode.     

基于碳氮同位素的澜沧江水库TOC来源差异性分析

水库建设所导致的生态问题正引发前所未有的深度思考,梯级水库在时间和空间尺度上的影响效应更加值得探究.为揭示新老水库有机碳分布特征及其沉积物TOC来源的差异,于2017年11月采集了苗尾、功果桥和大朝山这3个不同时期建设的水库的水样和沉积物样柱.测定了水体的温度(T)、溶解氧(DO)、总有机碳含量(TOC)、沉积物总有机碳(TOC)、氧化还原电位(ORP)、总氮(TN)和总磷(TP)等指标,并利用15N和13C同位素,结合Iso Source软件,解析沉积物中TOC来源及其来源物质对相应水库沉积物中TOC的贡献量,从而探究其内在的碳循环机制和梯级水库演进模式.结果表明,苗尾、功果桥和大朝山水库水体有机碳质量浓度平均值分别为0. 95、1. 97和4. 64 mg·L-1.对应水库沉积物中有机碳含量变化范围分别为4. 41～81. 63、18. 30～28. 42和9. 16～14. 46 g·kg-1.水库的梯级建设,使得新老水库的沉积物来源,周围补给等出现差异,使得新老水库TOC出现巨大差异.对于水体TOC,水体热力学状态和溶解氧的差异从而间接影响了水体中TOC的分布趋势.沉积物中主要考虑生源要素的影响,即沉积环境对有机质的保存能力是造成DCS、MV和GGQ沉积物垂向分布有差异的主要原因.而梯级水库的演进模式中,MV时空尺度上处于第一级段,是以累积上游来流TOC为主; GGQ处于第二级段,是以主要消耗分解上游来流TOC; DCS处于第三级段,是以主要积累水库周边TOC来源.     

成都次降水稳定氢氧同位素特征及水汽来源分析

基于对成都地区2016年9月至2017年10月采集的113场次降水样品氢氧同位素的分析,发现大气次降水中δD、δ~(18)O、~(17)O、d-excess和~(17)O-excess有显著的季节性变化,旱季高雨季低,反映了该地区旱、雨两季水汽来源不同;地区大气降水线斜率和截距都偏小,表明成都降水来源于具有不同稳定同位素比率的源地,且雨滴在降落过程中发生了二次蒸发;三氧同位素大气降水线(δ'~(17)O=0. 528 9δ'~(18)O+0. 007 5)斜率介于海洋气团(0. 529)与干空气(0. 518)之间,表明成都地区处于海洋气团向内陆迁移的路径上; d值接近全球平均值,而~(17)O-excess值远较海水大,表明成都的水汽来源由海洋气团主导,且到达该地区的过程中同位素经历了严重的富集; d-excess在旱季出现的极低值可能是受到了人工降雨的影响,~(17)O-excess除了与水汽源地的相对湿度有关外,还会受到上游气团对流作用的影响,此外,成都当地的气象因素对不同季节次降水的~(17)O-excess值有不同程度的影响.