采矿对山西水资源破坏过程的同位素示踪研究

综合应用水文地质勘察、同位素示踪、水化学信号等研究方法,揭示采矿活动对山西水资源的破坏过程机理.结果表明:山西矿区矿坑水为Na-Ca-SO4型水,δ18O和δD为-9.34×10-3~-9.78×10-3,-66.14×10-3~-68.91×10-3,矿区矿坑水、孔隙水、河水和浅层岩溶水聚集,存在显著的补给排泄关系,矿坑水主要由浅层岩溶水、孔隙裂隙水和河水混合补给形成.采矿活动对浅层岩溶水、孔隙裂隙水以及河水的破坏甚为严重,而对深层岩溶水与水库水影响甚微,以上示踪得出结论与实际情况及物探结论基本吻合,研究可为类似矿区水资源安全利用等提供参考.     

太原市工、商业区PM10中PAHs碳同位素组成及来源

利用中流量大气综合采样仪采集太原市工业区和商业区PM₁₀样品,使用GC/IRMS技术分析了PAHs的δ13C值(碳同位素组成),并根据碳同位素质量平衡计算了煤烟尘和机动车尾气对2类功能区的贡献率. 结果表明:工业区PM₁₀中PAHs的δ13C值在-26.0‰~-24.5‰之间,随环数增加呈贫13C趋势,与煤烟尘δ13C值的变化趋势一致,表明煤烟尘是工业区的一个主要污染源;商业区PAHs的δ13C值在-26.6‰~-26.2‰之间,较工业区显著贫13C,商业区与工业区的污染源有明显差异;除机动车尾气和煤烟尘外,工业区和商业区还有其他污染源输入,其中工业区有生物质燃烧排放输入,商业区有机动车曲轴箱润滑油残渣输入;煤烟尘和生物质燃烧对工业区的贡献率分别为59.3%~70.8%和29.2%~40.7%,表明工业区煤烟污染严重;机动车对商业区PAHs的贡献率在86.1%~95.8%之间,是商业区PM₁₀中PAHs的主要排放源,其中润滑油残渣的贡献率(在40.9%~85.3%之间)最大,机动车尾气的贡献率在8.3%~54.9%范围内,而煤烟尘的贡献率(在4.2%~13.9%之间)最小.      

土壤种子库研究方法评述

土壤种子库（soil seed bank,SSB）是指存在于土壤表面和土壤中的全部存活种子的总和。开展对土壤种子库的研究,对于分析了解过去地上植被植物群落和预示未来植被发展方向具有重要的指导意义,而对于土壤种子库研究方法的探讨则是开展土壤种子库基础实验研究的基础和支撑。本文从土壤种子库的取样时间、取样方法、取样大小和数量、鉴定方法四个方面归纳了土壤种子库的研究方法,理论分析了同位素应用于土壤种子库中种子年龄结构测定的可行性,以及植冠种子库的研究方法,并探讨了提高土壤种子库中种子萌发率的新方法。综合分析来看：（1）土壤种子库的取样时间、取样方法、取样大小和数量、鉴定方法是土壤种子库研究方法需要关注的四大关键问题,对土壤种子库的实验结果具有显著的直接影响。不同的取样时间代表的土壤种子库的内容和意义不同,取样方法、大小和数量则应根据研究区和研究内容来确定,鉴定方法也应根据具体实验区研究的物种数来考量;（2）理论上在利用同位素来测定土壤种子库中种子年龄结构是可行的,但若想广泛应用于实验中仍需进一步的深入研究;（3）目前对植冠种子库的研究方法也仅仅局限于直接计数法和间接计数法,对植冠种子库的研究方法的探讨则急需加强;（4）同时总结和提出了4种提高土壤种子库中种子萌发率的方法,未来在利用种子萌发法时,应加强注意和应用这4种方法来测定土壤种子库。     

厦门近海沉积物中高分子有机质的来源初探

采用多步连续-湿法-化学方法,分离提纯了于2010年7月和12月在厦门近海采集的沉积物样品,获得3类高分子有机质,即腐殖酸（HA）、干酪根和碳黑（KB）和碳黑（BC）。以扫描电镜（SEM）作为有效的辅助手段,观察沉积物原样及高分子有机质的形貌特征,结合稳定碳同位素（δ13C）的分析,初步探讨了厦门近海沉积物中高分子有机质的来源。扫描电镜观察发现,在原样沉积物中存在多种海源物质（如钙质硅藻和圆筛藻/冠盘藻）;而在KB样品中同时发现类似于陆地植物的木质碎片以及来自海洋的藻胶鞘,暗示了其来源是海源与陆源共同作用的结果。稳定碳同位素研究表明厦门湾近海海域沉积物中有机质以陆源影响占优势,其比例在58.32%至84.45%之间;δ13C值整体上显示为夏季的贫于冬季的,这与研究区域的生态系统中陆源C3植被和海源水生植物的繁殖生长有关,同时还有排海污水及化石燃料煤燃烧后或者运煤船只洒落的碎屑的贡献。     

Hydrogeochemical and Isotopic Investigations on Groundwater Salinization in the Datong Basin,Northern China1

Abstract: Analyses of major elements, environmental isotope ratios (δ¹⁸O, δ²H), and PHREEQC inverse modeling investigations were conducted to understand the processes controlling the salinization of groundwater within the Datong Basin. The hydrochemical results showed that groundwater with high total dissolved solid (TDS) concentrations was dominated by sodium bicarbonate (Na‐HCO₃), sodium chlorite (Na‐Cl), and sodium sulfate (Na‐SO₄) type waters, whereas low‐TDS groundwater from near mountain areas was dominated by calcium bicarbonate (Ca‐HCO₃) and magnesium bicarbonate (Mg‐HCO₃) type waters. The characterization of the major components of groundwater and PHREEQC inverse modeling indicated that the aluminosilicate hydrolysis, cation exchange, and dissolution of evaporites (halite, mirabilite, and gypsum) governed the salinization of groundwater within the Datong Basin. The environmental isotope (δ¹⁸O, δ²H) and Cl^?/Br^? ratios revealed the impact of fast vertical recharge by irrigation returns and salt‐flushing water on the groundwater salinization. According to the analyses of major hydrochemical components and PHREEQC inverse modeling, evaporite dissolution associated with irrigation and salt‐flushing practice was probably the dominant controlling factor for the groundwater salinization, especially in the central part of the basin. Therefore, groundwater pumping for irrigation and salt‐flushing should be controlled to protect groundwater quality in this area.     

地下水NH4+-15N同位素测试技术进展

本文根据铵离子的物理化学性质,建立了各种测试分析技术.传统的NH4+_-15N同位素测试过程包括样品中NH4+的收集、转化为适于质谱分析的气态N2以及用15N同位素质谱进行分析.其中NH:的收集方法较多,包括蒸馏法、扩散法、离子交换柱法和沸石萃取法等.适于质谱分析气态N2的转化方法可分为化学湿法和干燃烧法.笔者就同位素分析测试过程中NH4+的收集、转化及15N测试各个步骤加以总结,分析各自方法的优缺点和适用范围,寻求问题的解决途径.并评述了最近出现的色谱-质谱联合分析法和叠氮法.最后对地下水NH4+-15N同位素测试技术的发展进行了展望,以期能够更广泛地应用于环境和水文地质领域.     

大气低分子有机酸研究方法及其前沿问题

文章系统地阐述了大气有机酸的研究历史、现状和目前存在问题及可能取得研究进展的方法。低分子有机酸是大气中重要的微量挥发性有机碳组分,它们广泛存在于大气对流层中,对气候、环境和生态系统具有重要影响。长期以来,对大气有机酸的研究都是基于其含量的分析,尽管这一研究手段对有机酸的认识起到了推动作用,但含量的分析已越来越不能满足于当前人们对大气有机酸生物地球化学认识的需求。由于稳定同位素组成的示踪作用,近年来人们开始探索利用有机酸中碳同位素的测试分析方法来研究其循环过程。这一方法涉及水溶液中有机酸的萃取过程。由于其近发、半挥发性和其易污染性,常规的萃取方法不能应用于有机酸的萃取。最近出现的固相微萃取技术为有机酸碳同位素组成的准确分析研究提供了可能的途径。利用这一方法探索有机酸同位素组成的分析,有可能为大气有机酸生物地球化学循环研究开辟一片新的天地,从而使该领域研究向前推进一步。     

同位素示踪技术在沉积物重金属污染溯源中的应用

沉积物重金属污染及其防治愈来愈受重视,查明污染源是有效治理污染的前提。文章概述了近年来国内外铅、锶等同位素、放射性核素示踪技术在沉积物重金属污染溯源研究中的应用,针对以往研究工作的不足和存在的问题,指出了今后沉积物中重金属污染源解析研究中的重点:采用Pb、Sr、Zn等同位素示踪法,结合多元统计及其它元素地球化学信息追踪重金属污染源和评价污染程度。     

滇池周边浅层地下水硝酸盐来源及转化过程识别

明确硝酸盐的主要来源及转化过程对地下水氮污染防治和水资源开发利用具有重要意义.为了探明滇池周边浅层地下水中硝酸盐污染现状及来源,于2020年雨季（10月）和2021年旱季（4月）在滇池周边共采集73个浅层地下水样,运用水化学和氮氧同位素（δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-）识别浅层地下水中硝酸盐的空间分布、来源及转化过程,并结合同位素混合模型（SIAR）定量评价不同来源氮对浅层地下水硝酸盐的贡献.结果表明,旱季浅层地下水中有40.5%的采样点ρ（NO₃^--N）超过地下水质量标准（GB/T 14848）Ⅲ类水质规定的20 mg·L^-1,雨季超过47.2%的采样点ρ（NO₃^--N）超过20 mg·L^-1.氮氧同位素和SIAR模型分析结果证明了土壤有机氮、化肥氮、粪肥和污水氮是浅层地下水硝酸盐的主要来源,以上氮源对旱季浅层地下水中硝酸盐的贡献率分别为13.9%、11.8%和66.5%,对雨季的贡献率分别为33.7%、31.1%和25.9%,而大气氮沉降贡献率仅为8.5%,对该区浅层地下水中硝酸盐来源贡献较小.硝化作用是旱季浅层地下水中硝态氮转化的主导过程,雨季以反硝化作用为主,且反硝化作用雨季比旱季明显.     

厦门某旱地土壤垂直剖面中重金属迁移规律及来源解析

采用ICP-MS和TIMS分析测定厦门市农业区某旱地土壤垂直剖面中8种重金属元素(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr和Pb)含量及铅锶同位素组成,重点分析土壤剖面金属的纵向分层和淋失迁移特征.结果表明,除Sr外,其余重金属在大部分剖面深度中均未超过背景值,表明受外来源的影响较小. Sr在整个剖面的迁移系数均大于0,表明存在不同程度的富集; Zn和Co在近地表处富集; Cr、Ni和Cu在整个剖面中以亏损为主; V和Pb受外来活动的干扰小.淋洗迁移特征分析表明,Sr和Pb淋洗下移较活跃,其下移深度较大,但Pb下移深度低于Sr下移深度.因子分析表明,重金属主要为自然因子的输入,其次为农业活动和交通运输等复杂人为活动的输入.富集因子分析表明,Sr受外源不同程度影响.铅锶同位素组成分析表明,垂直剖面土壤中Pb主要来源于母质层,而Sr除来源于母质层外,还受到复杂人为源的影响,并已有向底层(30～70 cm)迁移的趋势.