金佛山世界遗产地岩溶地下河系统硝酸盐来源与转化

地下水硝酸盐污染已成为一个普遍的环境问题.为研究重庆金佛山水房泉岩溶地下河系统的硝酸盐来源与转化,于2017年4-10月每24 d左右对地下河系统内的某酒店自来水、化粪池、1^#落水洞、水房泉4个采样点开展监测,进行水化学和δ¹⁵N_nitrate、δ¹⁸O_nitrate同位素分析.某酒店污水经化粪池处理后,由1^#落水洞排入地下河,最后在水房泉排泄.结果表明：①水房泉NO₃^-浓度范围为4.65~10.20 mg/L,相对于我国生活饮用水标准处于较低水平;化粪池、1^#落水洞、水房泉3个采样点电导率和NO₃^-、Cl^-浓度的高值期与游客人数增多对应关系较好.②某酒店自来水δ¹⁵N_nitrate值为3.7‰~5.8‰、δ¹⁸O_nitrate值为1.6‰~2.7‰,说明硝酸盐主要来源为土壤有机氮,处于自然背景值;1^#落水洞δ¹⁵N_nitrate值为14.4‰~21.1‰、δ¹⁸O_nitrate值为3.5‰~11.2‰,显示硝酸盐主要来源为粪肥污水;化粪池和水房泉的δ¹⁵N_nitrate值为3.7‰~17.0‰、δ¹⁸O_nitrate值为-9.0‰~7.3‰,表明硝酸盐主要来源为土壤有机氮与粪肥污水,显示其硝酸盐主要污染源是酒店生活废污水.③某酒店自来水、水房泉地下水的硝酸盐转化过程以同化作用为主;化粪池污水以硝化作用为主,是岩溶地下河系统硝酸盐的重要来源之一;1^#落水洞污水表现为反硝化作用.④基于SIAR模型对水房泉的硝酸盐来源进行定量解析,发现大气降水、土壤有机氮和粪肥污水的贡献率分别为28%、36%和36%左右.     

潮白河上游有机质的碳、氮稳定同位素分析及来源探讨

河流是连接陆地和海洋两大生态系统的一个重要通道,河流中的颗粒有机质不仅反映了流域植被类型和土壤侵蚀状况的变化,而且记录了人文活动对其自然状态的改变.天然存在的碳、氮稳定同位素对于研究河流体系中颗粒有机质的来源有着非常重要的作用.本文通过测定和分析潮白河上游表层沉积物、植物和土壤中有机质的碳、氮稳定同位素值,对沉积有机质的来源进行了示踪,并在此基础上估算了不同物源的贡献.实验结果表明:该流域沉积物中有机质的碳、氮稳定同位素变化范围分别是27.75‰~21.58‰和1.32‰~6.74‰.有机质来源分析表明,土壤有机质、水生维管束植物和河流浮游生物是该流域沉积有机质主要的三种来源,其中土壤有机质的贡献最大;密云水库物源分析表明潮河和白河携带的有机物是该水库沉积有机质的主要来源,而水库本身有机质的贡献则较少,个别站位有少量的C4植物来源;和河北境内相比,潮河、白河北京境内沉积有机质中土壤有机质的贡献明显减少,水生维管束植物和河流浮游生物的贡献明显增加,反应出流域土壤侵蚀状况与河流有机质来源的密切关系.     

碳氮稳定同位素示踪鄱阳湖流域蚌湖丰水期的氮污染

鄱阳湖边缘深水区是鄱阳湖水位上涨时扩散而成的低洼湖区,通过对其一典型边缘湖泊——蚌湖丰水期的氮浓度和同位素特征值的检测,分析这类洪泛湖泊在水位最高时期水体颗粒有机质及无机氮的氮同位素变化特征,并识别氮污染来源及转化途径.结果表明:6月悬浮颗粒有机质碳氮同位素值(δ~(13)C:-26.7‰~-23.7‰,δ~(15)N:2.6‰~6.2‰)介于土壤有机质(δ~(13)C:-25.21‰±0.52‰,δ~(15)N:3.79‰±0.37‰)和水生植物的碳氮同位素值(δ~(13)C:-28.8‰~-24.9‰,δ~(15)N:5.3‰~8.2‰)之间.7月相比于6月,降低的δ~(13)C(-27.6‰~-23.2‰)和升高的δ~(15)N(4.3‰~7.7‰)表明暴雨冲刷带来更多的周边陆地碎屑输入.无机氮在6月以铵态氮(NH_4~+-N)为主要形态,7月以硝态氮(NO_3~--N)为主要形态.6月δ~(15)NH_4~+较负的特征值(-18.6‰±5.2‰)表明铵态氮主要来源于雨水,硝态氮(δ~(15)NO_3~-:1.4‰±3.0‰)主要来源于农业化肥和雨水.7月相比于6月,铵态氮和硝态氮的浓度和同位素值都大幅升高(分别升高了0.3和2倍,6‰和3‰),是暴雨冲刷陆地使农业化肥、城镇生活废水和畜禽养殖废水输入的结果.水生植物的δ~(15)N在7月(8.8‰±1.1‰)相比于6月(6.6‰±1.1‰)也升高了较多,是由于水生植物吸收了更高δ~(15)N废水无机氮的结果.通过颗粒有机质和无机氮的δ~(15)N分析可知,湖区水体氮的矿化作用和硝化作用较强,藻类对湖泊的内源氮贡献较弱,沿河湖的畜禽养殖在暴雨时对水域污染的威胁较大.本研究提供了洪泛湖泊氮污染治理的科学依据.     

风成沉积物4~16 mm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

草海地区过去500年来古温度重建:来自沉积物纤维素结合碳酸盐氧同位素的证据

利用连续流同位素质谱仪测定了草海沉积物柱芯碳酸盐和纤维素氧同位素比值.依据纤维素和湖水氧同位素之间稳定的分馏值定量恢复了历史时期草海湖水氧同位素组成,在此基础上结合碳酸盐氧同位素组成,运用Craig方程恢复了草海地区过去500年来古温度变化历史.结果表明恢复的1950年以来的温度变化与草海地区获得的气温记录(年平均)具有很好的一致性;草海地区在过去500年存在四个明显的冷期:1540～1570 AD,1670～1715 AD,1780～1870 AD及1900～1930 AD,其中前三个冷期发生在传统意义上的现代小冰期时段.重建的四个冷期与邻近地区泥炭、冰芯、树轮、历史文献及湖泊沉积记录的冷期基本一致,特别是与西南地区红原泥炭纤维素氧同位素记录的温度变化曲线相吻合;恢复的草海地区过去500年古温度变化曲线与印度夏季风变化及太阳活动强度有较好的一致性,其中1670～1715 AD和1780～1870 AD冷期分别对应于Maunder和Dalton太阳活动极小期.这些结果表明纤维素氧同位素结合碳酸盐氧同位素是一种有效的古温度指示剂,同时也为现代小冰期在中国西南地区的存在提供了直接证据.     

风成沉积物4～16 μm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳氮同位素来源特征及水质指示意义

为探究湖泊水体悬浮颗粒物和沉积物有机碳、氮来源及水质指示意义,分析了2013-2014年洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和C/N比值时空变化特征及与水质的关系.结果 表明:①洱海悬浮颗粒物δ13C、C/N、δ15N在旱、雨季差异显著(P＜0.05),旱季变化范围分别为-31.75...     

巢湖四条入湖河流硝态氮污染来源的氮稳定同位素解析

采用氮稳定同位素技术对巢湖四条主要污染输入河流(南淝河、十五里河、派河和双桥河)的氮污染状况和硝态氮来源进行研究.结果表明,巢湖四条入湖河流氮污染最严重的是十五里河,其次是南淝河和派河,双桥河的污染相对较轻.硝态氮的稳定同位素分析结果表明,巢湖四条入湖河流的硝态氮污染物在季节上受到不同因子的影响.十五里河和南淝河的硝态氮污染主要来源于城市生活污水和工业废水;派河的硝态氮污染在冬季主要来源于工业废水,春季来源于农业面源,而在夏季主要受到雨水的影响;双桥河的硝态氮污染冬、春季主要来源于农业面源,夏季主要受雨水的影响.此外本研究结果还表明巢湖四条主要入湖河流的氮污染源主要为铵态氮,因此今后要对铵态氮的来源进行同位素示踪.     

华北克拉通周缘中生代造山型金矿床的氮同位素和氮含量记录

测试了华北克拉通周缘胶东、小秦岭-熊耳山、西秦岭、北祁连山西段和张宣大型矿集区内几个典型矿床及个别与矿床相关花岗岩中钾长石和绢云母的氮含量和氮同位素组成. 经过与以往地幔岩、花岗岩、变质岩和矿床的氮含量和氮同位素对比, 认为尽管华北克拉通周缘金矿围岩有前寒武纪变质岩、显生宙沉积岩、镁铁质火山岩和花岗岩, 但其氮同位素都显示出与花岗质岩石的密切关系, 此外地幔物质在一定程度上可能参与了成矿系统. 这一结论与以往的氢、氧、碳同位素研究相当吻合.     

土地利用方式影响下的赣江硝态氮浓度和氮稳定同位素分布特征

赣江硝态氮(NO-3-N)是鄱阳湖氮素输入的主要来源,查明赣江NO-3-N来源对鄱阳湖的富营养化防治具有重要意义.基于2013年1月和6月对赣江干流和主要支流NO-3-N浓度和δ15N-NO-3的测定,通过不同空间尺度和土地类型等级划分,分析土地利用方式影响下的赣江NO-3-N浓度和δ15N-NO-3分布特征.结果表明,赣江枯水期和丰水期NO-3-N浓度分别为0.52~4.58 mg/L和0.81~2.60 mg/L,均值没有显著性差异;枯水期和丰水期的δ15N-NO-3范围分别为-1.31‰~8.60‰和2.49‰~8.51‰,枯水期均值显著小于丰水期.较大空间尺度的土地利用类型与NO-3-N浓度和δ15N-NO-3有更显著的相关性.赣江NO-3-N浓度、δ15N-NO-3与水田、居民建设用地和水域呈显著正相关,与林地、草地呈显著负相关,这种相关性在丰水期减弱.与一级土地利用分类相比,二级土地利用分类能更好地体现土地利用类型与NO-3-N浓度的相关性,但对土地利用类型与δ15N-NO-3的相关性没有显著提高.农业用地,特别是丘陵水田和平原旱地,是赣江NO-3-N主要的污染来源;与长江流域其它地区相比,赣江流域NO-3-N的生活污水来源比例较小.     

贵州草海湖泊系统碳循环简单模式

本文分析了贵州草海湖泊系统中的主要含碳物质－湖水DIC、表层沉积物有机质、水生植物的稳定碳同位素组成,其δ^13C值分别为：－3．70‰至－10．60‰,－20．90‰至－21．60％,－16．10‰至－17．40,通过质量平衡计算,建立了草海区域碳循环的简单模式,结果表明：对于草海这样一个水生植物茂盛的浅水富氧湖而言,光合一呼吸作用和有机质的降解对整个湖泊体系的稳定碳同位素组成具有决定性的作用。     

贵州草海喀斯特高原湖泊湿地甲烷氧化菌群落特征及功能探析

草海是由喀斯特盆地积水发育而形成的一个完整的、典型的高原湖泊湿地生态系统,同时也是中国面积最大的岩溶构造湖.甲烷氧化菌作为一类能够将甲烷氧化为CO₂和水的独特微生物,其活动与生态系统中能量流动和元素循环的关键步骤密不可分.为了解贵州草海喀斯特高原湖泊湿地中甲烷氧化菌的群落结构特征及功能,利用宏基因组技术对浅水沼泽、莎草湿地、深水沉积物进行研究.结果表明,草海湿地中主要的好氧甲烷氧化菌为Methylobacter和Methylomonas,主要的厌氧甲烷氧化菌为Candidatus_Methylomirabilis_oxyfera,属于NC10门的反硝化型厌氧甲烷氧化菌.所研究的4种代谢功能基因种类多样性表现为碳代谢＞氮代谢＞硫代谢＞甲烷代谢;基于KEGG数据库共注释到6大类功能和18条与碳、甲烷、氮、硫相关的完整代谢路径.PCoA分析表明浅水沼泽和莎草湿地中甲烷氧化菌的种类和功能相似,且与深水沉积物存在差异.物种与功能相关性网络分析结果显示Methylacidiphilum_fumariolicum和Methylacidiphilum_kamchatkense与草海湖泊湿地中的各个代谢功能均具有较强的相关性.显著影响草海湿地中大多数甲烷氧化菌的群落结构的环境因素是硝酸盐、电导率、总磷和有机质.     

丰水期鄱阳湖超微型浮游植物空间分布特征及其影响因子

2014年夏季对鄱阳湖进行采样调查,以探究超微型浮游植物在鄱阳湖中的空间分布特征及其与环境因子的关系.结果表明,丰水期鄱阳湖超微型浮游植物细胞丰度较高,平均值为1.04×108cells/L,超微蓝藻是超微型浮游植物的优势种群,尤其在北部通江湖区,占总超微藻丰度的比例超过80%.超微藻对总浮游植物净初级生产力和生物量(以叶绿素a浓度表示)贡献率的均值分别为44%和46%.鄱阳湖超微藻在空间分布上存在差异,超微藻丰度和叶绿素a浓度在南部湖区最高,其次是北部湖区,在东部和中部湖区相对较低.北部湖区超微藻对总浮游植物净初级生产力和生物量的贡献率全湖最高,分别能达到60%和50%.相关性分析表明,营养盐对超微型浮游植物生长的作用表现不明显,超微藻对总浮游植物净初级生产力的贡献率与水体透明度呈极显著负相关,水体p H值对超微真核藻丰度有显著影响.     

贵州省草海表层水体和沉积物间隙水中汞的含量和形态分布初步研究

运用金汞齐-冷原子荧光光谱法(CVAFS)和气相色谱技术(GC),对贵州省草海不同水文季节(枯水期和丰水期)表层水中汞的各种赋存形态,包括总汞(HgT)、溶解态汞(HgD)、活性汞(HgR)、颗粒态汞(HgP)、总甲基汞(MeHgT)、溶解态甲基汞(MeHgD)和颗粒态甲基汞(MeHgP)以及沉积物间隙水剖面中的溶解态总汞和甲基汞含量进行了测定.结果显示:草海表层水体总汞浓度为1.7-9.0ng/L,活性汞浓度为0.06-1.4ng/L,总甲基汞浓度为0.11-0.67ng/L.沉积物间隙水中溶解态汞浓度为8.6-39.6ng/L,溶解态甲基汞浓度为0.11-4.9ng/L.实验数据表明,草海湖水以溶解态汞为主,其占总汞的比例为枯水期87%,丰水期51%,溶解态汞与总汞呈显著相关(丰水期P<0.01;枯水期P<0.05),颗粒态汞与总汞也呈显著相关(丰水期P<0.01;枯水期P<0.05).溶解态甲基汞与总甲基汞呈显著相关(丰水期P<0.01;枯水期P<0.05),表明溶解态甲基汞控制总甲基汞的分布.沉积物间隙水溶解态汞与溶解态甲基汞浓度明显高于上覆水体,表明沉积物为草海湖水中汞的一个重要来源.     

Characteristics of water isotopes and hydrograph separation during the wet season in the Heishui River, China

Runoff generation and dynamics is an important issue in watershed and water resource management, but the mechanism in large scale is unclear and site-dependent. For this reason, spatial variations of δD and δ¹⁸O of river water and their sources within large-area of the Heishui Valley of the upper Yangtze River in western China were investigated during the wet season. A total 117 river water samples were collected at 13 sampling sites located at the junction of the principal river course and its tributaries. The results showed no spatial variations of either δD or δ¹⁸O values existed among tributary sampling sites A, B, E, F, H and I during the wet season, and significantly spatial variation occurred between tributary sampling sites A, B, E, F, H, I and site K; which indicated different proportions of rain entering river water should lead to spatial variation of water isotopes. The hydrograph separation analysis, based on the isotope data of river water, meltwater and rain water samples, showed the contribution of snow and glacier meltwater varied from 63.8% to 92.6%, and that of rain varied from 7.4% to 36.2%; which meant that snow and glacier meltwater was the main supplying water source of baseflow in the Heishui Valley. And the roles of glacier and snow meltwater should be significantly noticed in water resource management in this alpine valley at the rim of the Tibetan Plateau.     

结合主成分分析法(PCA)和正定矩阵因子分解法(PMF)的鄱阳湖丰水期表层沉积物重金属源解析

为识别表层沉积物重金属的来源以及量化源贡献,选取鄱阳湖丰水期表层沉积物为研究对象,测定14种重金属(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Cd、Sb、W、Pb、Hg和As)的含量,分析其污染及空间分布特征,并利用主成分分析法(PCA)和正定矩阵因子分解法(PMF)对沉积物重金属进行源解析.结果表明:除V和Cr外,Cd、Mo、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Sr、As、Ni、Co和Sb的平均含量分别为江西省土壤背景值的5.7、2.2、1.9、1.8、1.5、1.5、1.4、1.3、1.3、1.2、1.0和1.0倍; Cd、Hg、Cu、Mo、Pb、Sr和Zn超出江西省土壤背景值的比例相对较高,分别为100%、100%、100%、100%、97%、97%和93%,所有沉积物样品中Cd含量超过农用地土壤污染风险筛选值的比例为51%; V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Sb、W、Pb、Hg和As含量呈未污染至弱污染水平,而Cd含量属于中等污染水平,接近于重污染水平.总体而言,Cd的污染相对较严重.重金属的分布具有显著的区域特征,其中Cr、Cu、Zn、Sr、Pb、Hg和As的空间分布十分相似,表现为在赣江、抚河、信江和饶河入湖口附近区域含量较高,而Co、Ni、Mo和Sb明显在湖区南部、东北部和修水入湖附近这3个区域聚集,Cd和W的空间变异性相对较大,V的含量分布相对较均匀.PCA和PMF解析结果都表明鄱阳湖丰水期表层沉积物重金属受4种来源的共同影响,其中,矿业和工业活动的影响最大,相对贡献率为38%,其次是尾矿和废渣,相对贡献率为28%,再是农业活动,相对贡献率为19%,最后是自然来源的相对贡献率为14%.     

贵州草海沉积物碳酸盐碳同位素异常正值的发现及其环境指示意义

对贵州草海沉积物柱芯碳酸盐碳同位素组成测定的结果显示,其δ13C值的变化范围为- 14.25‰至23.10‰,变化幅度为37.35％,这是迄今所发现的湖泊沉积物碳酸盐中最大的碳同位素变化幅度,其中的部分同位素值也是迄今发现的最大碳同位素值.综合碳酸盐氧同位素、碳酸盐含量和有机质含量指标,认为草海沉积物碳酸盐碳同位素组成...     

贵州草海不同水位梯度下沉积物氮赋存形态及分布特征

利用分级浸取分离法,分析贵州草海湿地沉积物总氮（TN）与可转化态氮（TF-N）含量及分布特征,试图揭示水位抬升对草海湿地沉积物氮潜在释放风险的影响.结果表明,草海湿地沉积物TN含量在1.94~14.07 g/kg之间,均值为7.76 g/kg;TF-N含量较高,在1.70~7.59 g/kg之间,占TN的68.7%;不同形态氮含量依次为有机态及硫化物结合态氮（OSF-N） > 离子交换态氮（IEF-N） > 铁锰氧化态氮（IMOF-N） > 弱酸可浸取态氮（WAEF-N）;不同水位梯度下各形态氮含量变化规律不同,OSF-N、IMOF-N含量沿着水位升高呈逐渐增加趋势,IEF-N含量呈先增加后降低的趋势,WAEF-N含量变化不大;TN和总非可转化态氮（NTF-N）与有机质（SOM）含量之间呈显著正相关,可能具有相似的来源.总之,草海沉积物TF-N含量及比例较高,潜在释放风险较大,而水位抬升抑制氮的转化,促进沉积物氮积累,增加释放风险.该研究揭示了不同水位梯度下沉积物氮形态分布特征,丰富了水文条件对氮迁移转化影响的理解,为湿地生态补水工程的管理决策提供了科学依据.     

贵州草海湿地不同水位梯度沉积物中汞、砷形态分布及风险评价

通过改进Tessier连续提取法对贵州草海黑颈鹤栖息地不同水位梯度下沉积物汞(Hg)、砷(As)形态及生态风险进行了研究.结果表明,草海湿地沉积物中Hg含量在0.45～1.51-mg/kg之间,超过国家土壤环境质量农用地土壤风险管控标准;形态组成上,残渣态汞(Res-Hg)>有机结合态汞(Org-Hg)>碳酸盐结合态(Car-Hg)>铁锰氧化态(Fe-O-Hg)>可交换态(Ex-Hg),不同水位梯度下含量和赋存形态在不同区域不一致.As含量在16.4～23.8-mg/kg之间,形态依次为残渣态砷(Res-As)>有机结合态砷(Org-As)>铁锰氧化态砷(Fe-O-As)>碳酸盐结合态砷(Car-As)>可交换态砷(Ex-As).-As含量与贵州省土壤背景值持平,随着水位梯度的抬升,其总量呈增加趋势,残渣态占比逐步增多,性质逐渐稳定.采用地积累指数(I_geo)、潜在生态风险指数(E_rⁱ)、风险评价编码法(RAC)对Hg、As的危害程度进行分析表明,基于草海较高Hg环境背景值...     

贵州红枫湖沉积物磷赋存形态的空间变化特征

选取贵州省红枫湖这一典型的亚深水型人工湖泊作为对象,研究了6个代表性湖区沉积物柱芯磷的赋存形态,结合水体温度和溶解氧现场监测结果,探讨了该类型湖泊沉积物内源磷释放风险.研究结果表明,红枫湖沉积物总磷含量普遍较高,表层沉积物总磷含量均值大于1500 mg/kg,明显高于下部沉积物.NaOH-SRP和rest-P是沉积物磷的主要赋存形态.NH4Cl-P和BD-P含量表层最高,随深度增加明显降低,rest-P含量在垂向上变化不大.人为活动是造成沉积物总磷及赋存形态空间分布差异的主要原因,工业废水和网箱养鱼活动等大大增加了沉积物NaOH-SRP含量.红枫湖深水湖区底部水温多在14.5～23.5℃之间,随季节变化底部水温差异明显,溶解氧含量通常不高于1.5 mg/L,整体处于季节性缺氧或厌氧状态.以NaOH-SRP为主的沉积物磷赋存形态和深水缺氧环境大大增加了红枫湖沉积物内源磷释放的风险,在未来的研究中亟待加强对该类型湖泊沉积物内源磷释放机制、控制因素及治理措施的研究.