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.     

Influence of hydrodynamic conditions on the production and fate of Posidonia oceanica in a semi-enclosed shallow basin (Stagnone di Marsala, Western Sicily)

An integrated approach using hydrodynamic and transport numerical models, lepidochronology and stable isotope analysis was used to investigate how local hydrodynamic conditions influence the primary production and fate of the seagrass Posidonia oceanica in a Mediterranean semi-enclosed marine system (Stagnone di Marsala). The water mass exchange aptitude of different sectors of the basin was analysed, and data collected were used to select two sectors (colonized by Posidonia oceanica showing the lowest and highest water exchange values) for biological analyses. According to the mean dispersal coefficient differences simulated by the hydrodynamic model, growth rate and primary production of P. oceanica differed between sectors, with average values lower in the central sector where water exchange is lower than in the southern sector. Although P. oceanica coverage and primary production were higher in the southern sector, carbon and nitrogen stable isotope analysis suggests that the transfer of seagrass organic matter to higher trophic levels of the food web was higher in the central sector. The possibility of a link between hydrodynamism, production and fate of organic matter is proposed to explain the observed patterns.     

青海湖流域降水和河水中δ18O和δD变化特征

稳定同位素方法已被广泛用来研究水循环过程中的水汽来源分析、不同水体间补给关系及水量平衡。论文基于青海湖流域2012 年夏季所收集的河水和逐次大气降水中δ¹⁸O和δD 及实测的气象数据,分析了它们的氢氧稳定同位素时空变化特征。结果表明：降水中同位素值组成变化存在两个明显的变化阶段,在8 月中旬之前降水中稳定同位素值较低,而之后明显偏高,这与受夏季风和局地再循环水汽的影响有关;该流域大气降水线（LMWL）的斜率（8.69）和截距（17.5）明显大于全球大气降水线（GMWL）,表明青海湖流域夏季大气降水在一定程度上受夏季风所携带湿润海洋性气团的影响;降水中稳定同位素与降水量及温度之间存在负相关关系,表明青海湖流域夏季降水中稳定同位素存在显著的降水量效应,但却不存在温度效应;该流域内河水受到大气降水、地下水及冰川融水的混合和调节作用,这使得河水中稳定同位素的波动范围比降水小;通过瑞利分馏模型模拟了降水中稳定同位素的变化,降水中δ¹⁸O、δD和过量氘 （d_excess）的值受青海湖湖面再循环水汽补充的影响。因此,这也将为今后展开青海湖流域水循环过程中大气降水-地下水-地表水的研究提供科学依据,掌握该流域不同水体间的转化关系及水资源利用、管理具有重要的意义。     

柴达木盆地东部降水氢氧同位素特征与水汽来源

稳定性氢氧同位素可以作为示踪剂来判断大气降水的水汽来源.本研究选择柴达木盆地南部的格尔木和东北部的德令哈两个区域,在分析这两个地区2010年6~9月降水同位素组成特征、时间变化以及降水中δD与δ18O关系的基础上,探讨柴达木盆地降水的水汽来源.结果表明:1格尔木和德令哈地区6~9月大气降水线分别为,格尔木:δD=7.840δ18O-4.566(R2=0.918,P0.001),德令哈:δD=7.833δ18O+8.606(R2=0.986,P0.001).两地区6~9月大气降水线的斜率和截距均低于全球大气降水线,而格尔木地区的截距仅为-4.566,反映出格尔木极其干旱的气候特点.2格尔木降水的δ18O在7月初较高,表现出一定的重同位素富集;在7月中下旬至9月初,δ18O较低;9月中下旬更低.德令哈降水的δ18O在6~8月相对较高,9月中下旬较低.3格尔木和德令哈地区水汽来源有一定的差异,格尔木地区可能是西南季风能够到达青藏高原的北部边界,德令哈地区水汽来源主要为局地蒸发.     

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.     

太子河流域中游地区河流硝酸盐来源及迁移转化过程

选取太子河中游地区为研究对象,联合硝酸盐(NO_3~-)、氯离子(Cl~-)、硝酸盐氮、氧同位素(δ~(15)N和δ~(18)O)和水的氧同位素(δ~(18)O)识别不同季节2016年5月和8月(对应枯水期和丰水期)地表水硝酸盐来源及迁移转化过程.结果表明通过ManWhitney U检验,枯水期ρ(Cl~-)、ρ(NO_3~-)、ρ(NH_4~+-N)和δ~(18)O-NO_3~-显著高于丰水期,δ~(15)N-NO_3~-无显著时间差异.根据NO_3~-/Cl~-,δ~(15)N-NO_3~-和δ~(18)O-NO_3~-的范围,发现不同采样期,硝酸盐主要来自于多种源的混合.丰水期,细河、蓝河和下达河硝酸盐来源是化学肥料、土壤氮和生活污水及畜禽粪便排放废水.二道河主要是土壤氮和化学肥料.枯水期,下达河硝酸盐主要来自于化学肥料和土壤氮,细河、蓝河和二道河硝酸盐来源主要是土壤氮和生活污水及畜禽粪便的排放.丰水期,ρ(NO_3~-)与ρ(NH_4~+)呈负相关关系,与δ~(15)N-NO_3~-呈正相关关系,说明研究区域发生了氨氮的挥发和硝化过程.二道河和蓝河随着ρ(NO_3~-)和ρ(Cl~-)降低,ρ(NH_4~+)和δ~(15)N-NO_3~-增加,说明有明显的反硝化过程发生.不同采样期NO_3~-和Cl~-呈显著正相关关系,表明各采样河流均发生了混合过程.研究结论为丘陵地区硝酸盐来源的季节差异分析提供参考.     

黄土丘陵沟壑区小流域不同水体氢氧同位素特征

研究黄土丘陵沟壑区不同水体间同位素特征及水体转化关系,可以更好了解黄土丘陵沟壑区水循环特征,为评价区域环境、气候、生态建设和水资源形成机制提供依据.通过野外采集2017年整年生态建设治理条件良好的韭园沟研究区降水、河水及浅层地下水中δD和δ18O日及月平均数据及相关气象资料,运用稳定同位素技术,分析了不同水体中稳定氢氧同位素的组成关系、影响因子及时空变化,结合二端元混合模型揭示了研究区不同水体中稳定同位素间转化特征.结果显示:河水氘盈余参数在观测期间内呈现出随海拔升高而增大的趋势,河水δ18O值随着距河源距离的增大而富集,随着高度的递增而降低;气温、风速、相对湿度和降水量对大气降水氢氧同位素值均影响显著;河水在非汛期表现为降水和浅层地下水补给河水,比例分别为46%和54%,在汛期为河水和降水补给浅层地下水,比例分别为60%和40%.表明研究区"降水-河水-浅层地下水"间具有良好转化关系,生态建设措施的实施对小流域不同水体转化产生了一定影响.通过以上结果可为流域水资源开发保护及流域生态水文过程研究提供帮助,为建立黄土丘陵沟壑区流域水循环模型提供依据.     

祁连山北坡中段降水稳定同位素特征及水汽来源分析

依据祁连山北坡中段8个站点的降水样品,结合同期气象数据,从降水同位素特征、影响因素以及水汽来源等方面进行分析,结果表明:①研究区降水稳定同位素季节变化明显,表现为夏半年富集,冬半年贫化的特征;在空间尺度上δ18O值随海拔的升高而减小,年降水δ18O的海拔效应为-0. 19‰/100 m;②各站点的局地大气降水线的斜率和截距表现为随海拔的增加而增加的趋势,表明2 000 m以上的高海拔山区受到更强烈的局地再循环水汽的影响;③研究区降水中稳定同位素温度效应显著,δ18O的温度效应为0. 64‰,且仅在夏季存在微弱的降水量效应;④研究区云下蒸发作用显著.在5、6、7和8月,研究区降水δ18O的平均雨滴蒸发率分别为23%、11%、12%和16%,云下蒸发富集率46%、27%、38%和32%;⑤在夏季连续降雨条件下,研究区降水的水汽来源主要为西风水汽,同时受到局地蒸发水汽的影响.本研究结果有助于进一步了解内陆河水文循环过程,为进一步开展干旱区同位素水文研究奠定基础.     

锡林河上游雨季降水、河水和地下水转化关系

为深入理解草原内陆河流域的水文循环过程及不同水体转化机制,以锡林河流域大气降水、河水和地下水为研究对象,对其氢氧稳定同位素进行了测试及多尺度时空特征分析,探究流域不同水体间的定量转化关系.结果表明：①锡林河流域具有明显的内陆性半干旱气候特征,大气降水是流域河水和地下水的主要补给源,地下水和河水同时经历了不同程度的非平衡蒸发;②河水同位素组成在季节上表现出春秋贫化、夏季富集的特征,在空间上表现为自上游到下游逐渐升高的趋势;浅层和深层地下水δ¹⁸O在生长季的波动变化基本一致,二者的主要差异发生在生长季末期,即前者趋于稳定而后者呈上升趋势,反映出深层地下水对大气降水和地表水入渗补给具有滞后响应,在空间上二者均由东南向西北逐渐贫化;③基于端元混合模型的估算结果可知,夏季大气降水和浅层地下水对河水的平均补给比例分别为52.69%和47.31%,说明对于内陆河流域,即使在多雨季节,浅层地下水也是河水的重要补给来源,研究旨在为半干旱典型草原内陆河流域的水资源调控和生态环境保护提供理论指导.     

高寒干旱区地表水与地下水水化学特征及转换关系：以大通河流域为例

全球气候变暖和区域极端气候会导致高寒干旱山区平原降雨失衡、冰川融化和冻土退化,进而改变区域水文循环.其中,地表水与地下水转化关系是高寒干旱区水文循环气候响应的重要科学问题之一.以祁连山南麓大通河流域为研究区,基于119组基本水化学参数和38组氘氧同位素数据,利用多元统计分析和同位素技术,研究了流域地表水与地下水的水化学特征及其相互转化过程.结果表明,流域地表水以HCO₃-Mg·Ca型水为主,受控于岩石风化作用;地下水以HCO₃-Mg·Ca型和Cl·SO₄-Na型水为主,受岩石风化作用和蒸发浓缩共同控制.上游地下水存在少量钙、镁长石的溶解,中游地下水化学组分主要为碳酸盐岩的风化溶解,下游地下水中各离子组分蒸发富集使地下水溶解性总固体升高.风化溶滤、人为活动、原生沉积环境、阳离子交替吸附及其他因素对研究区地表水和地下水化学组分的贡献率依次为39.1%、 15.0%、 12.6%、 13.8%和19.5%.δD和δ¹⁸O同位素测试结果表明,沿地下水流向大通河河水氘氧同位素含量呈富集到贫化的变化趋势,大通河...