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.     

碳氮稳定同位素指示苔藓生境特征以及树冠对大气氮沉降的吸收

对贵阳地区一生境内不同生长条件(石生苔藓、无树冠、不同树冠类型以及同种树冠不同树冠厚度)下的细叶小羽藓(Haplocladium microphyllum(Hedw.)Broth)碳氮同位素进行了研究。不同生境的苔藓δ13C和δ15N值具有相似的变化趋势和明显的相关关系。石生苔藓δ13C和δ15N值比土生苔藓偏高指示了其相对干燥和受到干沉降控制的生境;树冠下方光照条件差、湿度高、缺少干沉降氮的输入是苔藓δ13C和δ15N值偏低的主要原因;而树冠类型、叶片形态、叶面性质造成树冠对大气沉降氮吸收能力的不同是三种树冠下方苔藓氮同位素组成差异的潜在因素。此外,同一树冠(桂花树Osmanthus fragrans Lour.)下方苔藓的氮含量和碳氮同位素平均组成与树冠厚度呈线性关系,尤其是δ15N的响应很好地反映了吸收过程中树冠厚度对大气沉降氮源同位素组成的控制作用。结果表明,苔藓δ13C值能很好地指示苔藓的生境差异和生理响应(如光合作用能力和氮需求等);而δ15N值在示踪氮源和反映不同树冠吸收过程的同位素分馏效应方面更具有优势,二者的相关关系是环境因素相互作用的重要线索。此外,细叶小羽藓Haplocladium microphyllum(Hedw.)Broth具有高效利用大气沉降氮和分布广泛等特点,可进一步应用于该地区大气氮沉降的指示或监测研究。     

大气环境氮同位素示踪及生物监测

大气中氮的转化、迁移和沉降等大气过程与地表氮的生物地球化学循环密切相关。氮同位素对大气氮源和氮的大气化学过程的定量研究已引起广泛关注。本文对大气不同氮源的同位素特征、氮在大气过程中的同位素分馏机制以及如何定量化大气氮过程的方法进行了简要阐述,并介绍了苔藓氮同位素作为一种新的研究手段在示踪大气氮源和大气氮过程等方面取得的新进展。对国内开展的有关大气氮同位素以及苔藓氮同位素方面的工作进行了重点介绍。     

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。     

氮沉降显著降低植物氮同位素组成

过去几十年,中国的氮排放和氮沉降显著增加,对陆地生态系统的氮循环产生了深刻影响,氮同位素可以用来示踪生态系统氮循环的变化。之前的研究认为氮沉降导致了植物δ15N的降低。但是前人的研究都没有考虑到不同地区气候因子的差异对植物氮同位素的影响,因此前人的这一结论还需进一步验证。百望山、东灵山和贡嘎山分别地处北京市内、北京市与河北交界处和青藏高原东部,这三个地区氮沉降水平有显著差别,气候条件也存在明显的不同。本研究对三个地区的大量植物进行了氮含量和同位素的测定。结果显示:百望山、东灵山和贡嘎山所有植物的平均氮含量分别是2.350%±0.11%、2.531%±0.07%和2.484%±0.06%,三个地区氮含量不存在显著差异。百望山、东灵山和贡嘎山所有植物的平均氮同位素值分别为-4.069‰±0.20‰、-0.873‰±0.25‰和-1.185‰±0.12‰,百望山δ15N较东灵山与贡嘎山明显偏负,但是东灵山和贡嘎山之间没有显著差异。为了去除气候因子对同位素的影响,本研究以百望山的年均温度和年均降雨量为基点,对东灵山和贡嘎山的植物δ15N进行温度和降雨校正。去除温度和降雨对同位素的影响后,东灵山和贡嘎山所有植物的平均氮同位素值分别变成了1.012‰±0.25‰和2.389‰±0.15‰。贡嘎山最高,百望山最低,并且三个地点之间存在显著δ15N差异。另外,本研究还对三个地区同一生活型植物的氮同位素和氮含量进行了比较,也得到了相似的结果。因此,我们的研究充分表明,大气氮沉降增加显著降低了植物的δ15N。     

陆生植物氮同位素组成与气候环境变化研究进展

近年来,由于植物氮同位素组成(δ15N)记载了气候环境变化的信息,因而被广泛应用于全球变化研究中,成为古气候环境再造和了解现代气候环境变化信息的有力工具。然而,人们对气候环境引起的δ15N变化及其指示的气候环境意义并不完全清楚,这就有可能限制植物δ15N在古气候环境变化等领域研究中的应用。在概述植物氮同位素分馏和植物不同氮源的氮同位素分布的基础上,分析了温度、降水、大气CO2浓度和海拔高度等气候环境因子对陆生植物δ15N的影响以及它们的关系。指出了目前研究中存在的问题及其研究前景,认为在全球变化研究中利用植物氮同位素技术不仅可以重建古气候环境(如重建大气CO2浓度变化),揭示历史时期温度、降水的变化,而且还可以在一定的时间和空间上综合反映生态系统氮循环的特征。     

大气硝酸盐中氮氧稳定同位素研究进展

受人类活动和工农业快速发展的影响,大气硝酸盐(NO_3^-)污染越来越严重且已成为世界范围内的环境问题之一。探究大气NO_3^-的稳定同位素组成(δ15N,δ18O和Δ17O),可以为深入理解大气氮循环、有效控制大气NO_3^-污染提供有力依据。综述了目前大气NO_3^-不同来源NOx的δ15N值、NO_3^-的δ15N季节变化特征及主要影响因素,总结了大气中不同氧化剂的δ18O值和Δ17O值,归纳了全球范围内部分大气NO_3^-中δ18O值和Δ17O值的时空分布特征及可能影响因素,回顾了NO_3^-同位素分析测试技术的主要进展,在前期工作基础上提出未来大气NO_3^-稳定同位素研究应更多关注NO_3^-的氧化生成机制(不同类型氧化剂同位素组成时空差异)、不同NOx来源的δ15N组成、借助化学模型开展大气NO_3^-循环过程等方面的研究。     

广州夏季雨水硝酸盐δ15N变化特征

通过对广州2007年夏季雨水硝酸盐δ15的研究,讨论了广州地区雨水硝酸盐的主要来源及与之有关的大气化学演变过程。雨水硝酸盐占δ15N的变化趋势与N2O5含量的相似。暗示雨水硝酸盐δ15N与氮氧化合物的大气化学过程之间存在某种联系。白天雨水硝酸盐δ15N值偏低,与OH自由基氧化NOx生成硝酸盐的“白天反应”为主要反应相一致;18：00以后硝酸盐δ15N值呈升高趋势,则与N2O5累积的“夜间反应”成为主导反应相一致。因“白天反应”生成的HNO3的δ15N值受同位素分馏影响较小,白天雨水硝酸盐占δ15N值更能准确反映大气NOx的来源。白天雨水硝酸盐占δ15N平均值为2．5‰±2．1‰,表明除火力发电厂和机动车尾气排放来源外,雷电以及海源对大气NOx可能也有潜在贡献。     

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。      

细菌反硝化法测定10–6级硝酸盐的氮和三氧同位素

硝酸盐的氮和三氧同位素(δ15N, δ17O和δ18O)及氧同位素非质量分馏(△17O)综合研究, 可以更有效地示踪硝酸盐的来源和形成过程、制约硝酸盐的形成条件。本文详细描述了细菌反硝化法测定10–6级硝酸盐氮和三氧同位素的分析测试方法和实验要点。综合优化改良的细菌反硝化前处理方法、全自动气体预浓缩富集纯化系统和测试流程, 实现了实验室长期测定数据的稳定性, 以及多批次标准样品测定的良好重现性。10 nmol NO– 3标准样品的δ18O和δ15N测试精度分别是0.25‰(1σ)和0.40‰(1σ)。80 nmol NO– 3标准样品的δ18O、δ17O和δ15N的测试精度分别是0.5‰(1σ)、0.4‰(1σ)和0.1‰(1σ), 据此计算出的Δ17O精度为0.46‰(1σ)。     

植物叶片氮同位素(δ15N)指示大气氮沉降的探讨

大气氮沉降的植物监测还未得到重视,尤其是氮同位素(δ15N)示踪技术的研究在国内基本还没有开展。大气中的氮能够被叶片吸收而成为植物生长的氮源使得叶片氮同位素可以用于指示大气氮沉降,但影响因素甚多其可靠性不确定。本文总结了大气氮沉降输入及其被叶片的吸收机制,进而探讨利用叶片氮同位素识别大气氮沉降存在的问题。此外,近年来的研究表明,苔藓氮同位素是指示和评价大气氮沉降的可靠工具,还探讨了苔藓氮同位素指示大气氮沉降的可行性和优势,目的在于促进从氮同位素的角度认识地表植物对大气氮的吸收,为深入开展植物氮同位素指示大气氮沉降的研究提供理论依据。     

中国煤炭和城市苔藓的氮同位素组成特征

中国城市大气污染主要是煤烟型污染,因此研究中国主要聚煤区煤炭的氮同位素组成对利用氮同位素技术示踪中国城市大气N污染的来源具有重要意义.苔藓的主要N源是大气沉降N,故苔藓的氮同位素组成能有效识别大气N源.     

铁同位素在现代海洋环境的示踪研究

随着海洋环境介质铁同位素测试技术的发展,特别是海水和沉积物中不同铁赋存形式的同位素组成研究备受重视,铁同位素已经展现出对各类生物地球化学过程的崭新的示踪作用。本文在不同铁价态和赋存形式之间转化的专属分馏机制框架总结基础上,汇总了现代海洋环境中大气沉降、陆源径流、沉积物、地下水和海底热液等不同来源的铁同位素特征范围,探讨了海洋内部铁循环的生物地球化学过程,包括生物吸收、颗粒态/溶解态铁的转化以及清除作用的铁同位素分馏机制,辨析海水剖面在不同层位上铁同位素组成的主导控制因素。另外,应用溯源混合模型甄别大西洋、太平洋和南大洋等多个海域铁来源,以此验证了全球气候变化与海陆多个物理化学过程的密切关系;利用不同结晶度和反应活度的矿物铁同位素数据可示踪早期成岩过程中铁还原的深度和程度,亦有助于辨析古海洋沉积物的铁同位素数据并提高古氧化还原环境的重建精度。     

氮的生物地球化学循环及氮同位素指标在古海洋环境研究中的应用

<正>氮元素(N)不仅是氨基酸、核酸、色素等生物分子的重要成分,也是生物的限制性营养元素,对生物生产力和生命的演化具有重要作用。在不同的氧化还原环境下,氮的生物地球化学循环模式和氮同位素的分馏显著不同,因此,保存在海洋沉积物中有机质的氮同位素组成具有示踪氧化还原环境和     

贵阳地区主要大气氮源的沉降机制与分布：基于石生苔藓氮含量和氮同位素的证据

对贵阳市区到农村地区4个方向的175个石生苔藓样品氮含量和氮同位素(δ15N)进行了分析.苔藓δ15N表明贵阳地区大气氮沉降以铵沉降为主,主要来源为城市废水氨释放以及农村地区的农业氨挥发.苔藓氮含量从市区往外随距离呈指数降低,而δ15N随距离对数升高,揭示了城市来源的铵沉降随距离指数降低,该变化模式与其他点源氨的沉降分布以及点源氨附近苔藓氮含量的变化规律相同.因此,贵阳市区可以看成整个研究区的一个点状氨源.不同方向苔藓氮含量和δ15N随距离的变化梯度存在差异,表明城市铵向周边不同方向的扩散迁移具有非均一性,其原因可能与地形条件、植被状况、风向、城市化程度等有关.苔藓δ15N平均值在15 km以外没有明显差异,反映了农业面源氨的影响.此外,运用极限法计算,苔藓氮含量随距离的变化关系(y=1.5e-o.13x 1.26)表明城市铵的影响范围总体小于41 km,而苔藓δ15N的变化(Y=2.54lnx-12.23)反映了在17.2 km以内的地区,大气氮沉降以城市铵为主,17.2 km以外的地区主要受农业铵沉降的控制.本研究为城市氮沉降的变化提供了新的证据,促进了苔藓氮含量和δ15N方法研究大气氮沉降从定性向定量的发展.     

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。     

地表环境氮循环过程中微生物作用及同位素分馏研究综述

综述了氮循环过程中的微生物作用及其研究进展。阐述了生物固氮，微生物吸收同化，有机氮素矿化，硝化和反硝化的反应机理及反应过程中的同位素分馏。提出了微生物驱动氮循环的简要模型。微生物驱动的氮循环中不同过程有不同的同位素分馏特征。生物固氮，土壤有机氮矿化过程中分馏效应小，而吸收同化，硝化和反硝化过程中同位素分馏较大，利用各个过程不同的同位素分馏特征可示踪含氮物质的来源。转化和迁移等。     

海洋沉积物有机碳和稳定氮同位素分析的前处理影响

海洋沉积物中的有机碳和稳定氮同位素为海洋古环境和碳氮循环提供了大量信息,然而不同的前处理方法对有机碳和稳定氮同位素测定结果的准确性产生不同程度的影响.笔者通过大量条件实验,分析了前处理过程中影响结果准确性的可能因素.①器皿材质:使用聚丙烯和玻璃离心管进行酸处理所得样品的δ13C和δ15N基本无差别.②干燥方式:样品经热烘干燥会导致样品中轻碳组分和易挥发组分的逸散,引起样品中δ13C的分馏.鲜样和酸处理后样均采用热烘干燥会引起样品中δ15N发生明显分馏.③驱酸方式和洗酸程度:水洗造成溶解性有机碳和氮的损失,致使δ13C和δ15N值较真实值偏正,但酸蒸法不能保证氯离子的有效驱除.洗至中性后的洗酸次数对δ13C影响甚小,但会导致δ15N继续偏正.全程采用冷冻干燥,选用PP离心管作为主要酸处理水洗和干燥的器皿,具有很好的重复性,可获得较理想、准确的δ13C和δ15N测试数值.