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。     

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。     

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。     

硝酸盐中15N和18O的测试新技术及其在地下水氮污染防治研究中的进展

针对硝酸盐对地下水污染的严重性，介绍了用CaO除去CO2和H2O的测定氮同位素比值的燃烧等方法和和利用AgNO3 C(石墨）生成CO2的测定NO^-3中氧同位素比值的燃烧法，研究了用^15N和^18O同位素分析地下水中NO^-3来源和判断硝化作用和反硝化作用的发生机理。     

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.     

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。     

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。     

运用氮、氧同位素技术判别常州地区地下水氮污染源

本文运用氮、氧同位素技术对常州地区地下水氮的污染来源进行了研究.结果表明:潜水和微承压水中NO3-含量高,平均含量为38.32 mg/L,δ15N为4.818‰～32.834‰,δ18O为12.502‰～20.757‰,反映了多数潜水和微承压水受到了厩肥和污水的污染;中深层承压水(第1承压水、第2承压水、第3承压水)中NO3-含量低,NO3-平均含量为0.52 mg/L,未受到氮污染,δ15N为2.163‰～6.208‰,δ18O为17.051‰～23.201‰,NO3-应主要来源于早期形成时的大气降水.     

地下水硝酸盐15N和18O同位素在线测试技术研究

测定水和土壤的氮氧同位素组成能够识别硝酸盐来源和研究氮素的迁移转化过程,用在线高温热解法测试硝酸盐的15N和18O同位素是目前应用最广泛、最流行的高新技术.但是由于离子源内NO的干扰,使该方法测定的δ㈨O值不准确,而采用He稀释法则可有效减少该项干扰 本文选取4个国际标准样品(IAEA-No-3、USGS32、USGS34和USGS35)和一个实验室标准样品(CUGL-No-1),使用元素分析仪耦合MAT 253稳定同位素比值质谱仪(EA-IRMS),在8个月时间内对100多个地下水样品进行238次测试,对在线高温热解测试硝酸盐15N和18O技术进行了检验,验证其实用性.得到三点新认识:①用KNO3作为靶样品形式成本低,且便于和国际标准对比;②在线高温热解法测定标准和样品中硝酸盐的15N和18O同位素组成需样量仅为500μg的KNO3,一次选样可同时测定NO3的δ15N和δ 18O,消耗时间仅720 s,δ15N和δ 18O的测试精度分别为0.25‰、0.6‰,达到了国外相应水平,速度快,效率高;③He稀释法可减少离子源内NO对δ 18O测试的干扰,不必改变EA-IRMS系统的任何硬件.     

地下水硝酸盐中氧同位素研究进展

硝酸盐中氧同位素在某些情况下能弥补氮同位素组成无显著差别的不足以及更有效地识别反硝化作用。文中综述了氧同位素检测技术、NO-3 源的氧同位素组成特征和氧同位素的应用等方面的研究进展。检测技术经历了 5个发展过程。大气和土壤环境形成的NO-3 具明显的氧同位素组成差异 ,由此可识别地下水NO-3 是来自含NO-3 化肥或大气沉降NO-3 还是来自土壤环境中的NH+ 4 经微生物硝化作用形成的NO-3 。反硝化作用使δ15N和δ18O成比例线性增加。今后的研究方向是完善检测技术、研究NO-3 中氧来自水和大气比例的影响因素及氮、氧同位素与地球化学和水文模型的结合等。     

地下水硝酸盐氮同位素分析最新方法——细菌反硝化法

细菌反硝化法是目前地下水中硝酸盐氮同位素分析的最新方法，包括反硝化菌的选取与培养、反硝化菌将硝酸盐完全转化成N2O气体、N2O气体的提取与纯化、N2O气体氮同位素测定。与传统方法相比，细菌反硝化法可分析低浓度微量水中硝酸盐氮同位素，且更为快捷可靠。     

淮南市区浅层地下水水质污染预测模型探讨

浅层地下水极易受到污染，用水动力弥散理论模拟浅层地下水中可溶物质弥散运移时，其浓度在时间和空间上的变化规律，建立研究区内浅层地下水水质变化模型，定量预测地下水中污染物质的发展趋势。     

冀东平原滨海地区浅层地下水水化学与同位素特征分析

通过对2010年在冀东平原采集的34组水化学同位素样品进行分析,探讨了地下水K+、Ca2+、Na+、Mg2+、SO42-、HCO3-与Cl-的关系,研究了氘氧同位素特征,为该区海(咸)水入侵研究提供了基础数据。研究表明:区内浅层地下水化学类型主要分为三类,沿南北方向具有一定的规律性;山前地段地下水受到的主要影响作用为溶滤作用和离子交换吸附作用,滨海地段地下水主要为混合作用和蒸发浓缩作用影响,过渡地段地下水主要为蒸发浓缩作用影响;滨海地段地下水样品受海水混入影响明显,是海(咸)水入侵的潜在危险区。     

福建省晋江市浅层地下水硝酸盐含量特征及其水化学指示意义

地下水中硝酸盐的含量不仅对水质产生影响,也会显著影响地下水的水化学分类,本文以福建省晋江市为例,对浅层地下水中硝酸盐含量特征及与其他水化学指标的关系进行了分析。结果显示:地下水中硝酸盐绝对含量总体偏高,在阴离子毫克当量百分比中所占比重已超过硫酸盐,对地下水水化学类型产生显著影响。NO3–相对含量较高的样品,往往具有低矿化度,低pH值,高r(Na+)、r(Cl–)比,且属于氯化物型水的特征。利用r(NO3–)/r(Cl–)可判别地下水在天然条件下的浓缩或稀释效应,亦可结合目标污染物的绝对含量变化,判断其是否属于人为污染抑或天然水动力条件下的浓缩稀释效应。     

海水硝酸盐氮、氧同位素组成研究进展

海洋中氮的生物地球化学循环影响着海洋生态系统的结构和功能,并和全球气候变化有着密切的联系,一直是海洋科学研究的重点和热点。海水硝酸盐的15N/14N和18O/16O比值可以反映海洋中氮循环的主要过程,因而成为研究海洋氮循环的一个重要手段。综述海水硝酸盐氮、氧同位素组成的测定方法,同化吸收作用、硝化作用、反硝化作用、生物固氮作用等氮循环过程所导致的氮、氧同位素分馏及其在海洋学研究中的应用。海洋生态系中硝酸盐氮、氧同位素的分布可以提供支持生物生产力的氮来源信息,以及氮在不同储库迁移转化的路径与机制。未来的研究需要发展适用于低含量硝酸盐的同位素测量方法,构筑海洋氮的收支平衡,掌握影响上层海洋硝酸盐氮、氧同位素变化的过程,获取全球海域有关硝酸盐氮、氧同位素组成的更多数据。     

氮氧同位素在河流硝酸盐研究中的应用

多年来，世界各地河流普遍存在硝酸盐污染问题。为控制河流的硝酸盐污染，确定河水中硝酸盐的来源以及研究氮的循环过程就显得尤为重要。由于在不同成因下，硝酸盐的δ¹⁵N和δ¹⁸O存在着较大差异，因此利用氮、氧同位素方法研究河流硝酸盐问题正日益受到国内外研究人员的重视。综述了用硝酸盐中氮、氧同位素来研究河流硝酸盐的不同来源(大气沉降、化肥、牲畜粪、土壤硝酸盐等)和示踪其地球化学循环过程，特别是反硝化过程，这两方面的研究进展，并对我国河流硝酸盐研究现状进行了讨论及提出今后的研究方向。      

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...