地下水NO3-氮与氧同位素研究进展

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因.不同来源的NO3-具有不同的氮、氧同位素组成,利用地下水NO3-中的δ15N和δ18O值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源.引起地下水中NO3-含量显著减少的不同物理、化学和生物过程,所产生的氮、氧同位素分馏效应有明显差别.地下水系统中反硝化作用发生时,NO3-中氮和氧同位素分馏系数呈一定比例.因此NO3-中δ15N和δ18O值也是示踪地下水硝酸盐循环,尤其是反硝化作用的有效手段.利用NO3-中氮和氧双同位素,并与其他环境同位素及化学分析技术相结合,示踪NO3-来源及其循环是地下水硝酸盐污染研究的重要方向之一.综述了利用地下水硝酸盐中氮和氧同位素识别NO3-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向.     

地下水NO3^-氮与氧同位素研究进展

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因。不同来源的NO3^-具有不同的氮、氧同位素组成,利用地下水NO3^-中的δ15N和δ18O值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源。引起地下水中NO3^-含量显著减少的不同物理、化学和生物过程,所产生的氮、氧同位素分馏效应有明显差别。地下水系统中反硝化作用发生时,NO3^-中氮和氧同位素分馏系数呈一定比例。因此NO3^-中δ15N和δ18O值也是示踪地下水硝酸盐循环,尤其是反硝化作用的有效手段。利用NO3^-中氮和氧双同位素,并与其他环境同位素及化学分析技术相结合,示踪NO3^-来源及其循环是地下水硝酸盐污染研究的重要方向之一。综述了利用地下水硝酸盐中氮和氧同位素识别NO3^-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向。     

桂林甑皮岩岩溶地下水硝酸盐来源与转化

峰林平原是人类活动和居住的密集区，也是岩溶地下水系统的主要径流、排泄地段，地下水资源丰富。随着城市化的发展，地下水硝酸盐污染问题日渐突出。为研究桂林甑皮岩岩溶地下水硝酸盐来源与转化，分别于2018年10月、2019年2月、3月和4月采集地下水样，利用常规水化学及氮氧同位素技术识别硝酸盐来源与转化。结果表明:甑皮岩地下水中NO3-浓度在0~19.523 mg?L-1，δ15N-NO3-和δ18O-NO3-分别在-0.17‰～45.12‰和-5.82‰~16.47‰。硝酸盐氮氧同位素数据表明，甑皮岩地下水硝酸盐来源主要为粪便及污废水，少量来自降雨中的NH4+和土壤有机氮。受岩溶介质不均一性的控制，甑皮岩地下水中NO3-浓度、δ15N-NO3-和δ18O-NO3-均表现出明显的空间变异性。甑皮岩地下水硝酸盐的转化过程复杂，受控于季节和岩溶介质不均一性，表现为旱季以反硝化为主，雨季则以硝化过程为主。厘清硝酸盐来源与转化为治理甑皮岩地下水硝酸盐污染提供一定的科学依据。      

利用氮氧同位素研究桂林寨底地下河硝酸盐来源

工农业生产的迅速发展使地下水硝酸盐氮(NO3-—N)污染成为世界性的环境问题。地下水中硝酸盐的来源研究在水文地质结构特殊的西南岩溶地区就显得尤为重要。稳定氮同位素和氧同位素在地下水硝酸盐的来源示踪研究中有着广泛的应用。本研究选取岩溶地区典型地下河——广西桂林寨底地下河为研究对象,通过氮氧同位素数据,判断寨底地下河硝酸盐来源是以动物粪便为主的农家肥,为该区地下水的保护和利用提供科学依据。     

氮氧同位素和水化学解析昭通盆地地下水硝酸盐来源及对环境的影响

[研究目的]由于人类活动的影响,地下水硝酸盐(NO3-)污染越来越严重.[研究方法]利用水化学和硝酸盐氮氧同位素(δ15NNO3与δ18ONO3)研究云南昭通盆地地下水NO3-来源与转化过程,用SIAR模型定量计算泉水和民井中不同NO3?来源的比例.[研究结果]结果表明:(1)研究区钻孔水水质良好,但19％的泉水NO3...     

氮、氧同位素在地下水硝酸盐污染研究中的应用

硝酸盐是地下水中难以去除的稳定污染物之一,是地下水氮(N)污染的主要形式.不同氮来源的硝酸盐氮、氧(O)同位素组成不同,可利用N、O同位素并结合其他同位素技术示踪硝酸盐污染源,识别反硝化过程,对于有效控制污染源和评估地下水对硝酸盐污染的恢复自净能力有重要意义.本文介绍了N、O同位素技术在地下水硝酸盐污染源追踪和反硝化过程的识别方面的原理和应用以及目前发展状况.     

石家庄市地下水中氮污染分析

通过对石家庄市地下水中“三氮”污染状况的分析，发现硝酸盐是地下水中的主要氮污染物，利用氮同位素方法分析了地下水中硝酸盐氮的来源，讨论了人类开采地下水和施放环境物质对地下水中氮聚集的影响，在人类活动影响强度小的地区，地下水中的硝酸盐污染强度大大低于市区。NO3-浓度与硬度变化趋势表明：氮污染与硬度等指标值升高有一定的联系，但在不同的水文地球化学环境中，在迁移和转化等方面又有着自己的特性。     

张掖市“三氮”分布及成因

应用氮同位素技术对地下水NO3-来源识别表明,污水灌溉是浅层地下水中NO3-主要来源,非污水灌区的化肥的大量施用、粪便的随意堆放是周边地下水中NO3-的主要来源。     

怀柔应急水源地地下水水质变化研究

本文综合怀柔应急水源地开采期间开采量、水质等系列动态监测资料,对水源地地下水水质变化规律以及引起水质变化的主要因素进行了分析。随着地下水的开采,地下水中硬度、溶解性总固体、硝酸盐等含量呈现逐年增高的趋势,其中,浅层地下水年际增速较快,深层地下水年际增速较缓。另外,利用同位素分析技术识别地下水中NO3-污染的来源,分析结果表明,NO3-主要来源是人工化肥和中水/污水,经土壤微生物硝化作用转为硝酸盐。针对怀柔应急水源地水质变化情况,为保障供水安全,提出了改善地下水水质的对策。     

贵阳地下水硝酸盐氧同位素特征及应用

利用硝酸盐氮氧同位素讨论地下水硝酸盐来源和转化是地下水硝酸盐研究的热点之一。本研究利用燃烧管法测试了贵阳地下水、部分地表水,以及雨水中硝酸盐氧同位素,结果表明地下水中硝酸盐δ18O冬季平均值为+ 12. 6‰± 5. 6 (n= 17) ,夏季为+ 11. 1‰± 4. 8(n= 22)。结合氮同位素揭示了贵阳市地下水硝酸盐污染来源的季节性转化,郊区地下水夏季主要受硝态氮肥等影响,而市区地下水受人为排污影响严重。      

地下水硝酸盐中氮、氧同位素研究现状及展望

农业区内浅层地下水中硝酸盐污染普遍存在。为保证供水安全和有效治理污染的地下水体。确定硝酸盐中氮的来源及影响硝酸盐浓度的物理、化学作用尤为重要。由于不同成因的硝酸盐中δ^15N值存在差异，利用N同位素可以确定氮污染源，但有时存在多解性问题；分析硝酸盐的δ^18O值，可提高地下水硝酸盐污染的研究深度。本文综述了用硝酸盐中N、O同位素来区分地下水污染中硝酸盐的不同来源和示踪氮循环过程这两方面的研究进展，并提出一些值得重视的研究方向。     

地下水硝酸盐污染的同位素研究进展

土壤原生氮、无机化肥和动物粪便等氮源中15N富集程度存在差异,使得利用稳定同位素N(δ15N/14N)能有效识别地下水中NO3-的来源。但N不是一个稳定的示踪剂,地下水中NO3-的δ15N是N源的初始δ15N值、后期进入含水层的迁移路径中和地下水流运动途径中不同形态的N之间相互转化过程,如矿化、吸附、硝化和反硝化作用,发生的同位素分馏作用后的综合反映。利用地下水中NO3-的δ15N确定其来源必须首先确定分馏作用是否发生及其反应程度。本文重点探讨了判断分馏作用是否发生及其反应程度的方法,总结了N同位素判别地下水NO3-污染源方法的发展历程,并指出未来研究工作应该以硝酸盐在包气带中的迁移转化规律为重点。     

氮同位素技术的应用:土壤有机氮作为地下水硝酸盐污染源的条件分析

在土壤排水良好、氧化的地下水环境中,地下水的氮同位素组成反映了源的特征。当地下水硝酸盐的δ15N值在+4‰～+9‰范围内时,这个值域指示地下水硝酸盐污染源是土壤有机氮或化肥与粪便的混合。通过分析对比前人研究资料,地下水中硝酸盐是否来自土壤有机氮的转化,其前提条件是研究区土壤有机氮是否丰富,特别是包气带中是否积累了大量有机氮转化的NO3-,并以石家庄市地下水硝酸盐污染为例,说明了这种条件分析在氮同位素技术应用时的重要性。通过包气带岩性、有机质和NO3-含量分析、施肥区与未施肥区灌水试验对比,土壤有机氮不是石家庄市地下水NO3-的一个主要污染源。当地下水硝酸盐低浓度时(1991),85.7%的样品NO3-的δ15N值在+6.1‰～+8.4‰范围内,指示污染源主要为化肥与粪便的混合,而当现今的高浓度时,样品硝酸盐的δ15N均值(+9.9‰±4.4‰)大于+8‰和超过半数(65%)样品的δ15N值大于+8‰,指示污染源主要是粪便或含粪便的污水。     

基于IsoSource的桂林寨底地下河硝酸盐来源定量研究

近些年,随着化肥和农药的广泛使用,地下水中硝酸盐污染日益严峻。本文选择桂林寨底地下河系统为研究区,对研究区进行地下水取样调查以及水化学和氮、氧同位素分析,利用IsoSource软件对其硝酸盐来源进行定量计算,为岩溶区地下水硝酸盐来源定量研究提供了一个新方法。结果表明,寨底地下河硝酸盐主要以NO3–为主,NO3–浓度变化在2.67~17.99 mg/L,平均值为6.3 mg/L,研究区内硝酸盐来源共有三种,分别为化肥、动物粪便与污水和土壤有机氮,其中化肥的变化范围为23%~78%,动物粪便与污水为6%~58%,土壤有机氮为6%~38%。沿地下水流动方向,化肥和动物粪便与污水的比例均发生了明显变化,与离居民区的距离密切相关,距离远时化肥比例较大,动物粪便与污水比例较小,距离近时则相反。     

东阿水文地质单元地下水硝酸盐污染来源的同位素分析

针对近年来地下水硝酸盐污染日益严重的现象,本文运用氮同位素技术对位于典型农业区的东阿水文地质单元地下水氮污染来源进行了研究,结果表明:浅层地下水监测点的NO3-含量较高,平均含量为27.77 mg·L-1 ,δ15N 为7.8‰~12‰,反映了浅层地下水主要受到生活污水或粪便的污染;深层地下水（岩溶水）中NO3- 含量相对较低,平均含量为12.81 mg·L-1,δ15N为7.2‰~14.3‰,同样指示为生活污水或粪便污染,与补给区人为干扰密切相关。部分监测点地下水质量较差,建议研究区内使用高效的灌溉技术及科学的施肥方式,补给区附近的家禽养殖场可通过修建发酵池和改善饲料配方等方式,从源头上降低地下水硝酸盐的输入量。      

硝酸盐污染氮氧同位素溯源及贡献率分析——以南阳地区为例

南阳盆地地下水硝酸盐污染形势不容乐观,但是其成因尚不清楚。为了识别该地区浅层地下水中硝酸盐的污染来源,系统采集了28组样品,基于稳定同位素质量守恒定律和线性混合定律,通过分析硝酸盐中氮氧同位素组成(δ15N、δ18O),定量计算出了不同污染源对地下水硝酸盐的贡献程度。研究结果表明:该地区浅层含水层地下水NO-3-N的浓度均值为23.25 mg/L,以地下水质量Ⅲ类水为标准,超标率达39.29%;污水及粪便是造成硝酸盐污染的主要原因,其平均贡献率为73%;其次为化肥的施用占23%;该地区地下水环境受人类活动影响强烈,而自然因素对硝酸盐污染的贡献程度可忽略不计。     

鄂尔多斯盆地多级次地下水流系统中硝酸盐分布特征及其成因

水资源短缺的鄂尔多斯盆地内地下水遭受硝酸盐(NO3-)污染等问题日益突出,识别盆地不同地下水流系统的NO3-分布规律及其成因,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义.选取鄂尔多斯盆地北部湖泊集中区白垩系地下水系统为研究对象,基于水化学和聚类 主成分分析划分地下水流系统级次,在此基础上对比分析不同级次地下水流系统中NO3-分布特征,综合水化学和环境同位素分析识别多级次地下水流系统中NO3-来源及其潜在过程.研究表明:研究区ρ(NO3)超出地下水质量标准(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水标准的地下水样品集中在局部-中间地下水流系统,其超标率达到28％;区域地下水流系统中ρ(NO3)均值约为1 mg/L.研究区不同级次地下水流系统中ρ(NO3-)分布特征主要与人类活动影响程度有关,而地下水蒸发富集和反硝化衰减作用对ρ(NO3-)的影响可以忽略.其中,局部-中间地下水流系统受到人类活动产生的污染影响显著,其NO3-污染主要来源于无机铵肥和粪便污水等;区域地下水流系统可能尚未受到人类活动污染,其NO3-来源于天然有机氮矿化.     

稳定氮同位素在环境污染示踪中的应用进展

自然界的氮循环已被严重扰乱,失衡的氮循环过程中产生的一些氮氧化物和氮氢化物(如N2O、NO3-、NO2-、NH3、NH4 等)是全球温室效应、水体富营养化和酸雨危害的主要贡献者。稳定氮同位素作为一种有效的示踪手段,在研究氮循环特别是污染氮源的识别方面有重要意义。本文在简要总结氮的同位素分馏效应的基础上,重点论述和分析了稳定氮同位素在植被-土壤-地下水系统和大气系统中的氮源识别,并结合研究现状探讨了研究前景。     

地下水硝酸盐污染源解析及氮同位素分馏效应研究进展

地下水硝酸盐污染已成为世界范围内最严重的环境地质问题之一。全面并准确识别硝酸盐污染源,对地下水的有效管理及污染防治具有重要的指导意义。从地下水硝酸盐来源、同位素检测方法、污染源同位素特征、定量解析模型构建、硝酸盐主要转化过程及同位素分馏效应等方面进行总结,比较不同解析方法在硝酸盐溯源中的应用与发展,建议采用多学科、多方法相结合的方式,提高对硝酸盐污染源的全面理解。同位素富集系数是定量解析硝酸盐污染源的重要参数,在源解析过程中探讨硝酸盐转化及同位素分馏机制,能够更好地诠释地下水硝酸盐来源和迁移转化过程,提高源解析的准确性,为地下水硝酸盐污染的准确溯源与有效防治提供参考。     

利用氮同位素技术识别石家庄市地下水硝酸盐污染源

地下水NO－ 3污染是石家庄市地下水管理面临的一个主要问题。本次研究通过地下水及其潜在补给源的氮同位素和水化学调查，确定和识别石家庄市地下水NO－ 3污染程度和污染源。地下水中的无机氮化合物主要以NO－ 3形式存在，浓度变化在 2．65～152．1 m g／L之间，均值为（54．88± 31）m g／L（ n＝44），48％的样品浓度超过国际饮水标准（50 m g／L）。地下水样品的NO－ 3－ 15 N值域＋4．53‰～＋25．36‰，均值＋9．94‰±4．40‰（ n＝34）。34个样品中，22个样品（65％）的氮同位素值大于＋8‰；与1991年相比，氮同位素组成指示地下水NO－ 3的主要来源已由当时矿化的土壤有机氮变为现在的动物粪便或污水；结合Cl－分析，南部地下水NO－3还受到东明渠污水的影响。其余12个样品（35％）的氮同位素值变化在＋4‰～＋8‰之间，其中 15 N值较大的（＋6‰～＋8‰）指示来自土壤有机氮，较小的（＋4‰～＋6‰）指示来自氨挥发较弱、快速入渗的化肥厂污水。根据上述研究结果，提出了改善石家庄市地下水管理的措施。