楠溪江硝态氮来源定量识别及其不确定性分析

选择温州市楠溪江流域为研究区,通过水化学分析和硝态氮中氮氧稳定同位素示踪技术,对水体硝态氮时空分布特征、迁移转化过程和污染来源进行识别,结合稳定同位素源解析模型（SIAR）,定量识别不同污染源的贡献率,并在此基础上应用概率统计方法对模拟结果的不确定性进行分析.结果表明：研究区水体氮素赋存形态以硝态氮为主;硝态氮含量呈现明显的时空变化,时间上,丰水期硝态氮浓度高于枯水期,空间上,支流硝态氮浓度高于主河道;硝化作用主导了流域内硝态氮的转化过程,化肥、土壤有机氮和粪便污水是楠溪江水体硝态氮的主要来源;SIAR模型计算显示大气沉降、化肥、土壤有机氮、粪便污水对枯水期水体硝态氮的贡献率分别为3.0%~12.9%,25.5%~32.7%,28.7%~36.2%和24.7%~37.5%,对丰水期水体硝态氮贡献率为2.5%~14.3%,28.5%~40.0%,28.8%~39.7%和18.9%~29.90%.模拟结果的不确定性分析表明SIAR模拟结果存在一定程度的不确定性,不同污染源贡献率的不确定性从大到小排序为：土壤有机氮>化肥>粪便污水>大气沉降.     

氮氧同位素示踪南昌秋冬季降水中NO3-来源及其贡献

为确定南昌市秋冬季降水中硝酸盐来源及贡献,于2016年9月1日至2017年2月28日对南昌地区雨水进行采集,分析了其化学组成及NO₃^-同位素组成并利用贝叶斯混合模型对NO₃^-四种潜在来源贡献进行计算.结果显示NO₃^-浓度范围为7.3~99.5μmol/L,平均值为36.1μmol/L;δ¹⁵N-NO₃^-变化范围为-6.0‰~+8.3‰,平均值为-0.8‰,两者均呈现冬季高秋季低的变化趋势.NO₃^-浓度季节性变化可能是受到降雨量等因素的影响,而δ¹⁵N-NO₃^-变化可能是冬季降水中机动车尾气排放偏高和秋季降水中煤燃烧来源偏高双重因素作用的结果.同位素及贝叶斯混合模型源解析结果表明,南昌市降水中NO₃^-主要来源于生物质燃烧（32.5%）、机动车尾气排放（30.8%）和煤燃烧（23.1%）,三者贡献超过86%;而机动车尾气排放和生物质燃烧释放均超过30%,这可能与近年来机动车快速增加和秋冬季野外生物质大量燃烧有关.煤燃烧虽然也是重要来源,但相对生物质燃烧和机动车尾气排放较小,这可能与近年我国减排措施有关.     

鲢鱅鲴混养对水环境及氮素迁移转化的影响

利用¹⁵N稳定同位素技术研究混养细鳞斜颌鲴对鲢鱅鱼水环境及氮素迁移转化的影响.结果显示：实验期间,鲴鲢鱅组各营养盐浓度经过短暂升高后迅速降低,实验结束时,TN,TP,NO₃^--N,NO₂^--N,PO₄^3--P浓度分别达到2.67,0.13,0.93,0.026,0.0035mg/L,鲢鱅组各营养盐浓度总体保持增长趋势并于第10d后显著大于鲴鲢鱅组相应值（P<0.05）,到实验结束分别为鲴鲢鱅组的1.80,1.69,1.73,1.72,1.83倍.与对照组相比,有鱼组的叶绿素浓度Chla和藻细胞密度明显下降,到实验结束,鲢鱅组的Chla和藻细胞密度分别为34.69mg/m³,1.96×10⁶cells/L,鲴鲢鱅组分别为25.32mg/m³,1.9×10⁶cells/L,均显著低于对照组（P<0.05）.同位素分析结果显示：标记物¹⁵N微囊藻进入系统后,部分被鲢鱅鱼摄食同化为机体组成部分,再通过鱼类分泌,排泄等方式进入水体,水体中含氮营养盐被藻类生长吸收,此外,一部分微囊藻沉淀和鱼类排泄物作为沉积腐质被鲴鱼摄食同化为其机体组成部分.     

城市污水厌氧氨氧化工艺的菌群分析与效能评估

厌氧氨氧化（Anammox）是一种高效低耗的新型生物脱氮技术,在城市污水处理中具有广阔的应用前景.在城市污水脱氮系统中,厌氧氨氧化菌（AnAOB）是否存在、丰度如何及Anammox脱氮效能如何,是进行Anammox评估的重要指标.本研究重点介绍了在生物脱氮系统中进行AnAOB菌种测定和菌群结构分析的分子生物学技术及Anammox脱氮贡献率的计算方法 .结果发现,对于AnAOB的菌种测定和菌群结构分析,可采用实时荧光定量聚合酶链锁反应（qPCR）、16S rRNA高通量测序和宏基因组测序等分子生物学技术;Anammox脱氮贡献率可通过物料衡算法和¹⁵N同位素示踪法计算.同时,对这些评估方法存在的一些局限性也进行了阐述.总体而言,如何科学、有效、全面地评估Anammox在生物脱氮系统中发挥的作用仍是一个需要长期探究的课题.但随着相关研究的不断深入,检测手段和分析方法也会得到不断优化,这将为Anammox工艺的理论研究及工程应用提供重要支持.     

渭河流域关中段地下水硝态氮来源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源及迁移转化特征,本文在水化学分析的基础上结合氮氧稳定同位素技术及SIAR模型对渭河流域关中段地下水补给来源、地下水中氮污染特征进行了判断.结果表明,渭河流域关中段地下水的主要水化学类型为HCO₃-Ca+Mg型,地下水由降水快速入渗补给和地表水入渗补给.地下水氮污染以硝态氮形式为主,在所采集的34个地下水水样中,硝态氮含量的变化范围为0.154~36.717mg/L,平均含量为6.17mg/L,其中硝态氮含量超过Ⅲ类地下水标准的采样点共有2个,超标率为5.9%.氮循环的主导作用为硝化作用.地下水δ¹⁵N-NO₃^-含量的变化范围为+6.08‰~+16.42‰,δ¹⁵O-NO₃^-含量的变化范围为+9.38‰~+12.514‰,硝态氮污染主要受到人类活动的影响,土壤有机氮、粪便及污废水和大气沉降是地下水硝态氮的主要贡献者,平均贡献率分别为44.65%、40.03%和15.32%.     

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.      

Equation for isotope accumulation in products and biomass as a way to reveal the pathways in mesophilic methanol methanization by microbial community

Isotope-labelling of substrate is used to reveal the methabolic pathways of substrate transformation by microbial community. In this paper, in order to describe the batch mesophilic anaerobic methanization of ¹³C-labelled methanol and microbial ecology analysis (Li et al., 2008), an equation for the isotope accumulation in products and biomass was included into the basic mathematical model based on stoichiometric chemical reactions. The higher was the isotope level in substrate, the larger fraction of ¹³C accumulated in products and biomass. Acetate, total organic and inorganic carbon (TOC, TIC) concentrations and methane production were used for the model calibration, whereas ¹³C enrichment of acetate, TIC and biomass were used for model validation. In the model, chemical transformations including methanol and acetate oxidation, homoacetogenesis, hydrogenotrophic and aceticlastic methanogenesis were considered. The rate-limiting reactions were methanol and acetate consumption. According to the model, homoacetogens performing acetate formation and oxidation were competed with hydrogenotrophic methanogens for hydrogen. Biphasic methane production was due to hydrogenotrophic methanogenesis in the first phase and due to acetiticlastic and hydrogenotrophic methanogenesis following acetate oxidation in the second phase.     

环境因素对干旱-半干旱区城市银杏叶片碳同位素组成的影响

影响植物碳同位素组成的环境因素较多,在环境参数越复杂的地区控制因素则越多。城市环境相对于自然环境来说,不仅气象因素对植物同位素组成有较大的影响,而且,城市环境中人为因素如大气污染物、城市建筑等均可以影响植物的碳同位素组成。根据对兰州市校园中银杏（Ginkgo biloba）各向叶片生长期（四月至十月）的碳同位素组成分析,了解影响叶片同位素组成的环境参数特征,通过CANOCO统计分析确定各参数之间的相关性。分析表明,城市中大气污染物质量浓度的变化对植物同位素组成的影响较大（两者的相关性为r=0.550）,降水、光照、温度等也是影响植物碳同位素组成的重要因素。由于受到各个环境因素的综合影响,除有效湿度（两者的相关性为r=0.761）外,其它各种因素与叶片碳同位素组成之间的相关性并不强。而环境参数对植物叶片碳同位素组成影响主要由叶片气孔的开闭进行。     

淮河中下游沉积物PAHs的稳定碳同位素源解析

对淮河中下游水相、悬浮物、沉积物中的PAHs(多环芳烃)进行定量分析,在探讨其分布特征的基础上,利用单体烃稳定碳同位素技术揭示研究区沉积物中PAHs的来源. 结果表明:水相中正阳关的ρ(PAHs)最高,达5.01 ng/mL;悬浮物和沉积物中以蚌埠闸的w(PAHs)最高,分别为9.85和1 175.02 ng/g. 沉积物中PAHs的δ13C在-39.4‰~-17.6‰之间.正阳关、平圩、洛河和蚌埠闸等采样点的高环PAHs的δ13C比低环PAHs的小,表明高环PAHs富集12C（轻碳同位素）,显示燃煤源为主要污染源;但这4个采样点PAHs的δ13C与燃煤烟尘相比存在一定差异,表明除燃煤源外可能还存在着少量其他污染源. 双沟镇高环PAHs的δ13C比低环PAHs的大,表明高环PAHs富集13C（重碳同位素),可能是微生物作用所致.      

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.