城镇化流域地下水氮素组成特征及来源解析

为揭示城镇化地区地下水氮素组成特征及来源,以深圳市坪山区麻雀坑水流域为研究区域,分别于2020年9月（丰水期）和2020年12月（枯水期）采集民井、采样井和基坑地下水样品并分析样品中氮素的组成特征,联合硝酸盐氮氧同位素和氨氮氮同位素示踪技术,识别氮素的主要来源及转化过程,结合稳定同位素源解析模型,计算不同硝酸盐来源的贡献比。结果表明：1）麻雀坑水流域地下水氮素的主要赋存形态为NO-3-N,其次是NH4+-N。NO-2-N质量浓度相对较低,平均在“三氮”中所占的比例仅为1.2%,氮素质量浓度的季节变化不显著;2）同位素示踪信号显示地下水氮素的主要来源为污水与粪便,氮的转化过程以硝化作用为主;3）稳定同位素源解析模型结果显示,丰、枯水期地下水硝酸盐不同来源的平均贡献率排序相同,为污水与粪便>土壤氮>大气氮沉降>肥料,但贡献率大小不同。丰、枯水期源于污水与粪便的地下水硝酸盐贡献率分别为45%和74%,民井与采样井、基坑地下水中硝酸盐来自污水与粪便的比例分别为68%和82%;4）已关闭养猪场的历史遗留氮素是区域地下水潜在的氮污染来源,并影响地下水氮素的转化过程,位于地下水排泄...     

赣江上游河流水化学的影响因素及DIC 来源

对赣江上游38 处水体采样点的水化学特征和溶解无机碳稳定同位素的分析, 发现其总溶解质浓度较低, 其中, 阳离子以Na⁺、Ca²⁺ 为主, 阴离子以Cl^- 和HCO₃ ^- 为主, Si 的浓度较高, 表征了典型硅酸盐地区河流的水化学组成特征。通过海盐校正分析得出, 研究区大气降水对河水溶解质的贡献率为11.5%, 扣除降水的贡献部分, 利用主成分分析的方法, 计算得出赣南流域受硅酸盐岩风化作用强烈, 同时由于受附近盐矿的影响, 蒸发盐岩的风化作用显著。另外, 根据δ¹³C 溶解无机碳DIC 的测量值约为-8.35‰~-13.74‰, 平均为-11.65‰, 利用质量平衡计算得出, 研究区DIC 的主要来源, 约68.5%来自于土壤CO₂, 31.5%来自于碳酸盐矿物的溶解, 进而得出流域岩石化学风化过程消耗的土壤CO₂ 为2.11×105 mol/yr·km², 来自碳酸盐本身的HCO₃ ^-含量为9.6×104 mol/yr·km²。由于地理位置和流域环境以及人为因素的差异, 各支流DIC 来源的比例亦有所差异。     

同位素在风成沉积物物源判别中的运用

同位素示踪方法在风成沉积物物源研究领域应用较广泛,由于风成物质在风化、传输和沉降过程中其同位素地化特性不会发生变化,因此通过物源区和沉积区风成沉积物同位素组成的对比,相似同位素组成的地区可确定为物源区。同位素物源示踪的主要方法有石英颗粒的δ18O、硅酸盐部分的Sr-Nd组成、沉积物的Hf和Pb组成特征等。这些方法在中国西部盆地(如塔里木盆地)沙漠砂来源、黄土高原黄土物源(如柴达木盆地对黄土高原的物源贡献)等领域得到了广泛应用,取得了众多成果。     

氮、氧、硼同位素的测定及其应用研究

环境问题已成为当今制约经济发展的重要因素之一。近年来 ,随着同位素地球化学的进步 ,人们逐渐重视同位素在环境监测中的作用。硼同位素及硝酸盐氮氧同位素均被用于水污染源的识别和污染示踪研究 ,但其应用深度和广度有赖于同位素测定方法的进步和地球化学意义的开发。硼和 NO3-均是广泛存在于各种水体的微量或痕量成分。不同来源的硼的同位素组成差异明显 ,适合于研究物质起源和污染物示踪。NO3-在水中以离子形式存在 ,其氮同位素因适合于研究硝化和去硝化而成为水体氧化性环境和还原性环境的灵敏指示剂 ,其氧同位素直接反映了硝酸盐的…     

正热电离质谱同时测定硝酸盐中氮和氧同位素组成

初步研究了一种硝酸盐中氮和氧同位素质谱测定的新方法。该法利用石墨的非还原热离子发射特性 ,建立了以测定 Cs2 NO2 + 离子的正热电离质谱测定硝酸盐中氮和氧同位素组成的过程 ,对方法的可行性、特点和存在的问题进行了讨论 ,并对几种测定氮和氧同位素的方法进行了比较。运用正热电离质谱法对几种不同厂家生产的硝酸盐试剂的氮和氧同位素组成进行了测定 ,发现氮和氧同位素组成存在较大的差异     

华北北纬38°带极端强降水氢氧稳定同位素特征与水汽来源的关系

华北北纬38°带是华北地区的重要农业区,降水是区域地下水的主要补给源。近年来,极端强降水频率增加改变了地下水补给方式,明确极端强降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源对于深入认识区域水循环特征具有重要意义。本研究基于2016年1月至2021年12月华北北纬38°带的1个山区站点(太行山站)和2个平原区站点(栾城站和南皮站)降水样品采集,采用相关分析和HYSPLIT模型,揭示了研究区极端强降水δ²H和δ¹⁸O的时空分布特征与水汽来源的关系。结果表明：降水氢氧稳定同位素呈现丰水年贫化的年际特征,雨季富集、旱季贫化的季节性变化特征,极端强降水同位素最为贫化(-105.7‰～-39.1‰,-14.6‰～-5.7‰)。大气降水同位素关系表明位于山前平原的栾城站斜率和截距最小,蒸发作用最强。HYSPLIT模型结果表明,太行山站极端强降水水汽主要来自于东南季风和西南季风水汽,而栾城站和南皮站极端强降水水汽主要来自于西风水汽和东南季风水汽,西南季风水汽比例增加(16.67%～58.33%)是导致山区极端强降水同位素比平原区贫化的主要原因。水汽来源的差异导致研究区...     

南极中山站-Dome A断面表层雪稳定同位素空间分布及环境影响因素分析

中山站-Dome A断面是表层雪稳定同位素组成分析的理想区域,沿线进行δ18O、δD和d的空间分布及环境影响因素研究对反映东南极地区的气候变化和物质来源具有关键意义。因而,本文基于线性回归及相关性分析方法,详细探究了断面上多种环境因素与表层雪稳定同位素分布的空间关系。结果表明,温度和地理因素与同位素比值之间有显著相关关系,且海拔是地理因素中的主要影响因素,随海拔上升表层雪的δ18O呈线性下降趋势。另外,通过断面上δ-T斜率与南极其他断面对比,发现斜率可能具有冰盖近岸和内陆地区较低的区域性特征,而造成这一现象的原因是水汽源区的改变和低温条件下水汽过饱和时的同位素动力分馏。最后,d的空间分布在沿海区域和内陆区域也有不同,推测主控因素分别是水汽源区条件和温度。     

洞庭湖流域不同水体中同位素研究

在洞庭湖流域内的长沙、汨罗、怀化对大气降水、地表水（河水）、地下水（泉水、井水）进行了取样,分析了流域内不同水体中稳定水同位素的变化特征以及它们之间的转化关系。研究发现地处亚热带季风区的洞庭湖流域,地表水、地下水中同位素继承了降水同位素冬半年富集、夏半年贫化的特征,但存在不同程度的滞后。同时,降水同位素的变化幅度及波动性明显大于地表水及地下水,而地表水、地下水中同位素较降水中要富集。流域内河水中同位素大致表现出随纬度升高而贫化的趋势,这主要受降水同位素场的影响。流域内长沙河水、井水、泉水中同位素组成均位于大气水线附近且分别大致位于一直线上,这说明大气降水是这3种水体的主要补给源。不同季节河水、井水、泉水中同位素组成与大气水线的比较则进一步反映出了不同水体在不同季节的转化关系。     

硝酸盐中氮和氧同位素比值的测定及其地质意义

本文系统总结了硝酸盐中氮和氧同位素组成的测定方法及其地质意义研究现状。基于此,作者指出硝酸盐中氮和氧同位素在地质上的应有前景依赖于两方面：精确灵敏快捷的同位素测定方法及其地质意义的深入开发研究。     

长沙大气水汽、降水中稳定同位素季节变化及与水汽输送关系

基于2010年1月至2012年12月长沙降水事件同位素资料和搭载在Aura卫星上的TES观测仪所反演的2010年3月至2011年12月全球日大气中HDO、H2O资料,对长沙大气水汽、降水中稳定同位素的变化特征以及它们的关系,不同水汽来源及输送强度变化对降水中同位素的影响进行了研究。结果表明:水汽中同位素值随高度增加而贫化,水汽中同位素较降水中同位素大为贫化,降水中同位素为冬春富集、夏秋贫化,水汽中同位素则表现出春夏富集、秋冬贫化,水汽、降水中同位素存在着较大波动。通过对长沙冬、夏季所有降水事件的水汽输送轨迹的分析发现:夏季降水的水汽主要来源于西南季风和东南季风输送的海洋性气团,降水中同位素贫化;冬季降水的水汽主要来源于西风带输送的大陆性气团,降水中同位素富集。另外,长沙2010~2012年夏季的水汽输送通量与降水同位素的关系再次证明环流效应是可信的。     

格尔木地区沙尘气溶胶硝酸盐含量及来源

沙尘气溶胶中硝酸盐的含量和来源对于全球氮排放估算具有重要意义。为了探讨格尔木沙尘气溶胶中硝酸盐的含量和来源,我们在格尔木2008年沙尘过程多发期1-6月进行了连续观测,并对收集的沙尘气溶胶样品进行了详细的水溶性离子色谱分析。结果显示:沙尘天气的大气总悬浮颗粒物(TSP)平均浓度及NO₃^-平均浓度分别为2 015.94 μg·m^-3和1.8 μg·m^-3,非沙尘天气两者平均浓度分别为274.68 μg·m^-3和0.74 μg·m^-3。观测期间,格尔木NO₃^-浓度和TSP浓度存在明显的季节变化,NO₃^-和TSP浓度变化均为春季>夏季>冬季。TSP与NO₃^-浓度的相关系数为0.67,春季两者相关系数为0.71,且Ca²⁺与NO₃^-浓度显著相关,推测格尔木沙尘气溶胶中NO₃^-离子可能主要来源于干旱区的地表物质。非沙尘天气期间NO₃^-/TSP浓度比值高于沙尘天气,且分布较为分散,表明非沙尘天气NO₃^-浓度受到人为源或气象条件的影响。     

党河流域敦煌盆地地下水补给与演化研究

综合应用水文地球化学指标和稳定同位素技术研究了党河流域敦煌盆地地下水补给和演化规律。岩盐、石膏及芒硝等矿物的溶解对Na⁺、Ca²⁺、Cl^-及SO₄^2-离子浓度影响较大。阳离子交换作用明显,地下水中Mg²⁺和Ca²⁺浓度增加,并与碳酸盐发生沉淀,导致HCO₃^-减少。地下水的δ¹⁸O值介于-12.1‰~-7.5‰,δ²H值变化范围为-84.3‰~-61.5‰,指示了盆地不同地带地下水补给来源不同。潜水δ¹⁸O和δ²H数值随着地下水径流路径方自西南到东北越来越富集,反映了蒸发浓缩效应,南湖、盆地南部潜水同位素与河水相近,体现了现代补给。相比之下,承压水稳定同位素相对贫乏,指示过去寒冷时期的补给。该研究可以为敦煌区域地下水资源规划和管理提供一定的借鉴意义。     

南极海洋动物粪土源N2O稳定同位素实验研究

N₂O是一种重要的温室气体,土壤是全球N₂O的重要排放源。通过测定土壤源N₂O中N、O同位素值,可以有效识别N₂O的来源途径。本文采集了南极法尔兹半岛两个地点的海豹粪土（HS和GS）、阿德雷岛两个地点的企鹅粪土(AB和AF)以及东南极的帝企鹅粪土(DQ和DQT),在室内对所采集的样品分别在有氧和厌氧条件下进行冻融培养实验。结果表明：土壤在厌氧条件下比有氧条件下排放了更多的N₂O。土壤排放的N₂O与当地大气N₂O相比普遍贫15N和18O。除DQT和HS外, δ15N和δ18O在有氧和厌氧培养下均呈现很好的正相关性。N₂O排放量下降的同时伴随着培养瓶内剩余N₂O中δ15N和δ18O 值的增加,证实N₂O还原为N2的过程会引起重同位素富集。高的水分含量有利于土壤反硝化作用的进行,使释放的N₂O气体富集重同位素;pH值也会影响N₂O的同位素组成,低pH会引起δ15N值增加。     

基于水环境化学及稳定同位素联合示踪的土地利用类型对地下水体氮素归趋影响

识别复杂土地利用类型对地下水体氮素归趋的影响一直是非点源污染研究中的重点及难点。本文采用水环境化学及同位素联合示踪法对具有复杂地类的三江平原阿布胶河流域地下水体中氮素归趋进行解析研究。结果表明：研究区域内地下水体中存在严重的氮素污染,部分点位超出标准限值近4倍。土地利用类型不仅是氮素浓度和水化学类型演变的主导因素,而且对地下水体氮素循环过程及氮素来源产生了重要的影响。其中：在林地区域内,硝态氮占主导,氮素主要来源于土壤有机氮硝化;在城镇区域内,硝态氮超标,具有较高的氯离子浓度,主要来源于粪便及废水,受硝化过程所控制;在水田区域：铵态氮超标,具有较高的硝酸盐同位素值（δ ¹⁵N-NO₃ ^-和δ ¹⁸O-NO₃ ^-）且二者存在显著的线性关系,表明存在着显著的反硝化过程。在旱田区域,硝态氮占主导,氮素来源及循环过程较为复杂,受反硝化及雨水混合过程等多重影响,难以单一使用同位素示踪法进行溯源解析。通过联合水化学解析法能进一步揭示该区域氮素污染主要来源于肥料施用。因此,通过联合示踪法能够补充复杂土地利用区域氮素来源识别工作的缺陷,提升地下水体氮素归趋识别的精度。     

山西浅层地下水水化学特性时空变化特征分析

水体主要元素的时空分布特征可反映水体物理、化学及生物过程,评估水体中的主要离子的浓度及时空变化特征是认识区域水体物质循环及水系统中元素分布的重要依据。通过对2015-2016年山西省不同季节的95个浅层地下水采样数据的检测与比较,综合运用描述性统计、空间插值分析图、Gibbs图和Piper三线图分析等方法,分析研究山西省浅层地下水水化学特征及其影响因素。结果表明：研究区地下水整体属于淡水,水质较好,地下水矿化度呈现显著的空间差异,其中中部、西南部矿化度较高且季节变化显著;东南部及西北部矿化度较低且季节变化不明显。地下水阴离子中HCO₃^-占主要优势,阳离子中Na⁺、Ca²⁺占主要优势,丰水期与枯水期相比,地下水主要离子中Na⁺和Cl^-增加明显,可能受地形和季节性降水的影响。水化学类型复杂多样,主要水化学类型有HCO₃^--Ca²⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Na⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Ca²⁺-Na⁺型和HCO₃^--Cl^--Na⁺型。水体离子的组分变化主要受岩石风化的影响,其中盆地地区受到一定的人为影响和蒸发浓缩影响。不同季节地下水中的离子相对含量变化显著,丰水期与枯水期相比,浅层地下水中的Na⁺和Cl^-增加明显,可能受到不同程度的土壤淋溶作用影响,研究的结果将有助于区域水资源的合理优化配置以及补充区域水化学研究数据的不足。     

湖光岩玛珥湖晚全新世人类活动的叶蜡烷烃及其碳同位素沉积记录

通过对广东省湛江市湖光岩玛珥湖晚全新世沉积物中叶蜡烷烃（n-C₂₉,n-C₃₁,n-C₃₃）及其碳同位素（δ^{13C）进行分析,探讨该湖区约3.5 ka BP以来的植被变化历史,重点讨论了人类活动对该区域植被变化可能带来的影响。叶蜡烷烃δ13区C₃植物占绝对优势,表现为典型的C在1.7 ka BP以前偏轻,例如长链烷烃碳同位素在1.78 ka BP为-33.27 ‰,表明湖C₃型生态系统;在1.7 ka BP之后碳同位素明显快速偏重,在1.63 ka BP为-28.26‰,指示了C₄植物出现和C₄比例上升的过程。C₄植物的出现通常指示气候的干旱化,但是烷烃P_aq和ACL指数（平均链长）则显示湖区气候可能在1.7 ka BP后变湿润。通过与研究区甘蔗的同位素和ACL指数的比较分析,推测这一矛盾现象可能与湖区开始有一定规模的甘蔗种植活动有关。}     

基于水化学和稳定同位素定量评价巴音河流域地表水与地下水转化关系

以分析青海巴音河流域地表水与地下水转化关系为目标,2016年8月,沿巴音河采集了23组地表水样、13组地下水样和9组泉水样,室内分析得到了其对应的主要水化学离子和氘氧稳定同位素数据,运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图分析了流域水化学特征;以溶解性总固体（TDS）、氯离子（Cl^-）和氧同位素（δ¹⁸O）作为示踪剂,定性分析了巴音河沿程地表水与地下水的转化关系;基于质量平衡法,运用δ¹⁸O定量计算了巴音河沿程地表水和地下水之间的转化量。研究结果表明：TDS、Cl^-、δ¹⁸O可用于定性分析巴音河流域不同河段地表水与地下水之间的转化关系,定量评估其转换强度;巴音河流域地表水和地下水的水化学类型主要为HCO₃·Cl-Ca·Mg,地下水水化学类型更为多样,地表水受控于岩石风化作用,地下水与泉水受到岩石风化与蒸发作用的影响;地表水与地下水水力联系密切,沿巴音河流向,二者相互转化频繁,上游河段,地下水主要接受地表水渗漏和沿途侧向径流补给,补给比例分别为65.33%、34.67%,至黑石山水库上游,地表水接受上游地下水和溢出泉水的补给,补给比例分别为49.54%、50.46%;中游河段,地下水接受地表水和北部山区侧向径流补给,补给比例分别为65%、35%;下游河段,地表水接受地下水和泉水补给,补给比例分别为53.12%、46.88%。研究结果有助于建立流域水循环模式、揭示水资源形成机制,可以为巴音河流域水资源可持续开发利用和生态环境保护提供理论和技术支持。     

柯鲁克湖水化学特征分析

柯鲁克湖目前是柴达木盆地内唯一的淡水湖。2012年10月采集了柯鲁克湖不同方向的表层湖水,分析了其总溶解固体（TDS）、pH、硬度及化学成分,与入湖河流性质进行对比,探讨了湖水的物质来源及影响因素。柯鲁克湖湖水整体呈弱碱性,属于硬度较高的淡水,湖水类型为Cl^-·SO₄^2--Na⁺·Ca²⁺型或以O.A.阿列金分类为Cl NaⅢ型水。pH值的整体变化较小,TDS及硬度在东西采样方向上变化显著。因降雨量小,湖水成分主要来源于地表河流及地下水输入的岩石风化产物。巴音河为主要入湖河流,河水性质不同于柯鲁克湖,属于HCO₃^--Ca²⁺型,造成两者差异的原因在于湖水发生强烈的蒸发-浓缩,湖水中的Ca²⁺和HCO₃^-以碳酸盐矿物的形式析出。     

三江平原水田排水期氮素输出特征研究

如何系统地把握水田排水期氮素输出特征,已成为控制三江平原区域内规模化水田氮素污染输出的关键。系统地分析在水田排水期内,水田-沟渠系统中氮素的浓度分布特征,并利用同位素示踪技术对沟渠内氮素的削减机制进行探讨。结果表明：泡田排水期是水田氮素输出的主要时期,主要受施肥活动控制,氮素输出负荷占全年输出负荷的40%以上。不同排水期水田沟渠内氮素削减程度及机制具有明显差异：泡田排水期,沟渠内铵态氮浓度下降了46.93%,主要受硝化过程控制;降雨排水期,硝态氮浓度下降了24.00%,而铵态氮浓度上升了26.04%,主要受降雨混合稀释及土壤有机质矿化的影响;晒田排水期,铵态氮浓度下降了52.07%,主要与植被吸收、蒸发等因素有关。     

克拉玛依大气降水化学组分及来源分析

利用2016年在克拉玛依酸雨观测站采集的降水样品，分析了降水中主要阴阳离子（F^-、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺）、重金属元素（Al、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg）、总碳总氮浓度特征及可能的来源。结果表明：该区降水pH值在5.1~6.88之间，雨量加权平均值为6.25，其中pH>5.6的样品占94%。降水中各离子雨量加权浓度的大小顺序为Ca²⁺> NH₄⁺> SO₄^2-> NO₃^-> Cl^-> Mg²⁺> Na⁺>K⁺>F^-，表现出了内陆性大气降水的特征，其中Ca²⁺是最主要的阳离子，年均值为182.09 μeq·L^-1，SO₄²是最主要的阴离子，年均值为87.28 μeq·L^-1，表明硫酸盐是该地区降水中的主要致酸物质。降水中总离子浓度秋季最高，春夏次之，冬季最低，其中SO₄²、NO₃^-、NH₄⁺、Ca²⁺、Na⁺浓度变化明显。相对酸度（FA）和中和因子（NF）计算结果表明99.5%的降水酸度被碱性成分中和，其中Ca²⁺的中和能力最强，其次是NH₄⁺。降水中重金属元素Zn的均值最大，其次是Fe，最小的是Pb，与国内外城市比较，克拉玛依大气降水中大部分重金属含量都不高，其降水中有毒重金属污染较轻。可溶性总碳（DTC）、可溶性有机碳（DOC）和可溶性无机碳（DIC）浓度变化范围大，分别为1.62~9.97 mg·L^-1、1.62~7.19 mg·L^-1和0~3.75 mg·L^-1，平均浓度分别为4.37 mg·L^-1、3.60 mg·L^-1和0.78 mg·L^-1，可溶性总氮（DTN）的浓度变化范围为0.64~8.01 mg·L^-1，年均含量为2.69 mg·L^-1，都与降水量呈负相关关系，而DOC和DTN的湿沉降通量与降水量呈明显的正相关关系。基于相关性分析表明，SO₄^2-和NO3^-主要来自燃煤和化石燃料燃烧，Na⁺、Mg²⁺和Ca²⁺主要来自风沙、扬尘，大气中铵类化合物主要以铵的硝酸盐形式存在。各重金属元素之间相关性差异较大，重金属主要污染源为金属冶炼、燃煤及人为活动。克拉玛依大气降水的化学组成特征主要受人为活动、化工生产、燃煤以及沙尘活动等影响。