当代河流系统研究中稳定性同位素的应用

对天然存在的稳定碳、氮同位素在河流系统中的有机物质（POM和DOM）来源、转换、运移规律、与沿岸生态系统的关系、河口区不同来源颗粒有机质的混合过程、河流系统中富营养的污染来源和土壤中的微生物过程、系统中的营养行为和食物来源途径以及河流有机物质在陆架上的分配、积累和运移规律的应用研究作了较为系统的论述。     

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...     

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.     

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.     

生物炭的13C标记方法及对镉、铜的吸附性能探究

生物炭施入土壤后很难分离和检测，因而难以直观研究生物炭在土壤中的环境行为.本文采用稳定同位素标记法制备¹³C标记的生物炭，研究了¹³C标记生物炭的制备方法，以及标记前后生物炭的基本理化性质及其对Cd²⁺和Cu²⁺的吸附效果和吸附机理.结果表明，脉冲标记法可有效提高玉米植株的δ¹³C值，经过550℃限氧热解法制备的¹³C玉米秸秆生物炭（¹³C BC）的δ¹³C值为249.3‰，显著高于土壤（-23.5‰）及未标记的玉米秸秆生物炭（-25.7‰），具有显著的生物炭示踪效果.¹³C标记的生物炭的pH、CEC、比表面积、表面官能团种类及数量等理化性质与未标记生物炭相似，说明脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭不改变生物炭的基本理化性质.吸附动力学和吸附热力学实验结果表明，¹³C标记生物炭与未标记生物炭对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程，且吸附平衡时间、最大吸附量基本相同，表明¹³C标记生物炭不改变生物炭对Cd²⁺、Cu²⁺的吸附效果和吸附特征.XRD、FT-IR结果表明，¹³C标记生物炭和未标记生物炭具有相同的吸附机理，均为离子交换作用、静电吸附作用和阳离子-π键作用.因此，脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭具有与生物炭相同的基本理化性质和对镉、铜的吸附行为，同时具有显著高于土壤背景的δ¹³C值，可为土壤中生物炭迁移、生物炭与重金属相互作用行为的研究提供一条途径.     

基于公众参与行为的化工企业监管治理演化博弈分析

化工生产安全事故频发对社会生活和公共安全造成严重影响。针对化工企业监管治理问题,将公众参与行为纳入到监管过程,基于演化博弈理论构建地方政府、化工企业、公众三方博弈策略收益矩阵,对比分析各博弈主体行为策略的演化稳定均衡。研究结果表明:对于化工企业,降低企业安全投入成本、加大政府处罚力度和提高政府严格监管的概率,将促使化工企业更倾向于选择安全投入策略;对于地方政府,降低政府的监管成本、增大上级政府的问责和对疏忽安全投入企业的罚款力度,将有助于地方政府最终选择严格监管策略;对于公众,降低监督举报的成本和提高对公众监督举报行为的奖励,将有利于公众积极参与监督,实现对化工企业的有效监管治理。     

铅稳定同位素在土壤污染物来源识别中的应用

稳定同位素是追踪土壤重金属来源的重要手段.根据地统计学研究结果,在某重金属污染场地采集了11个表层土壤样品,它们的Pb浓度呈梯度分布,最大值超过2 000 μg·g^-1.对土壤样品中4种Pb稳定同位素的含量进行了分析,以了解研究区土壤Pb的主要来源.结果表明,土壤样品²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb、 ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb与Pb浓度的倒数,²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb与²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb都呈显著的线性正相关关系,这些关系符合二元混合模型,由此可以推断土壤铅主要源于人为排放和土壤母质.     

包覆型纳米铁的制备及对三氯乙烯的降解研究

采用微乳包覆法制备出粒径约为80 nm的纳米铁粒子.结果表明,包覆型纳米铁与普通液相法、微乳液法制备纳米铁相比,在空气中能稳定存在7 d,经过700 h后,其对初始浓度为10 mg·Ｌ^-1三氯乙烯(TCE)的去除率可达90%;对反应动力学规律进行了探讨,认为纳米铁对TCE的还原过程为准一级反应,在无氧、室温、中性条件下,浓度为87.5、 175、 262.5、 350 mg·Ｌ^-1的包覆型纳米铁的表观速率常数K_obs值分别为6.49×10^-4、6.64×10^-4、7.10×10^-4、7.43×10^-4 min^-1,证明K_obs与纳米铁质量浓度成正比;纳米铁与TCE的反应过程,是纳米铁失电子,在纳米铁表面生成Fe₃Ｏ₄,在水和Fe₃Ｏ₄界面上生成Fe₂Ｏ₃,TCE得电子降解,主要生成乙烯、乙烷,同时也有少量的其他含氯产物.     

湘西北红壤丘陵区土壤水运移的稳定性同位素特征

稳定同位素技术为土壤水运移研究提供了新的研究手段.通过对红壤丘陵区降水和不同深度土壤水稳定性氢氧同位素的示踪,研究了2种不同植被类型(油茶林、玉米地)土壤水分运移过程.结果表明,该区大气降水稳定性同位素存在明显的降水量效应和季节效应.油茶林0~50 cm、玉米0~40 cm土壤水氢氧同位素值随深度增大而增大,但干旱时段降水后表现出相反的趋势;油茶林50 cm、玉米40 cm以下土壤水氢氧同位素值随深度增大而减少,蒸发影响微弱.油茶林入渗率受降水量影响明显,大雨后2~3 d入渗率约为50~100 mm/d,之后入渗率明显减慢,50 cm土层常成为阻隔层.玉米地由于通透性差,入渗率更低.红壤丘陵区土壤水氢氧同位素值变化主要是受前期降水形成的混合水样的影响,蒸发影响次之.油茶林蒸发强度小于玉米地,但蒸发深度较玉米地深.     

Effect of source variability and transport processes on carbon isotope ratios of TCE and PCE in two sandy aquifers

Chlorinated ethenes often migrate over extended distances in aquifers and may originate from different sources. The aim of this study was to determine whether stable carbon isotope ratios remain constant during dissolution and transport of chlorinated ethenes and whether the ratios can be used to link plumes to their sources. Detailed depth-discrete delineation of the carbon isotope ratio in a tetrachloroethene (PCE) plume and in a trichloroethene (TCE) plume was done along cross-sections orthogonal to groundwater flow in two sandy aquifers in the Province of Ontario, Canada. At the TCE site, TCE concentrations up to solubility were measured in one high concentration zone close to the bottom of the aquifer from where dense non-aqueous phase liquid (DNAPL) was collected. A laboratory experiment using the DNAPL indicated that only very small carbon isotope fractionation occurs during dissolution of TCE (0.26 per thousand), which is consistent with field observations. At most sampling points, the delta(13)C of dissolved TCE was similar to that of the DNAPL except for a few sampling points at the bottom of the aquifer close to the underlying aquitard. At these points, a (13)C enrichment of up to 2.4 per thousand was observed, which was likely due to biodegradation and possibly preferential diffusion of TCE with (12)C into the aquitard. In contrast to the TCE site, several distinct zones of high concentration were observed at the PCE site and from zones to zone, the delta(13)C values varied substantially from -24.3 per thousand to -33.6 per thousand. Comparison of the delta(13)C values in the high concentration zones made it possible to divide the plume in the three different domains, each probably representing a different episode and location of DNAPL release. The three different zones could still be distinguished 220 m from the DNAPL sources. This demonstrates that carbon isotope ratios can be used to differentiate between different zones in chlorinated ethene plumes and to link plume zones to their sources. In addition, subtle variations in delta(13)C at plume fringes provided insight into mechanisms of plume spreading in transverse vertical direction. These variations were identified because of the high-resolution provided by the monitoring network.