基于氮氧同位素示踪的滨州市水体硝酸盐污染来源解析

利用硝酸盐氮氧双同位素技术和同位素混合模型,对滨州市水体硝酸盐的氮氧同位素组成进行分析,在此基础上进行硝酸盐污染溯源,确定各污染源的贡献率．结果表明:研究区地表水和地下水硝酸盐质量浓度分别为0~168.07、0~336.04 mg·L?1,超标率分别为8.70%和27.78%;从河流上游到下游,地表水硝酸盐污染有加重的趋势,地下水硝酸盐污染空间变异性较大．地表水和地下水δ（15N-NO₃）范围分别为4.02‰~10.10‰、9.07‰~18.75‰,δ（18O-NO₃）范围分别为2.24‰~6.14‰、4.93‰~10.64‰;有机肥和污水是本地地表水和地下水硝酸盐污染的主要来源,其平均贡献率分别为45%和81%,其次为含氮化肥,分别占26%和17%。通过定量分析地表水及地下水硝酸盐污染来源,可以为本地区制定防治水体污染措施提供科学依据．      

沣河流域水系中的硝酸盐来源时空解析

近年来,人类活动使得流域中的氮素急剧增加,河流氮污染成为研究的热点问题;然而识别水体硝酸盐来源、贡献比例仍然是氮循环的难点问题,有必要从全流域尺度进行研究。文章选取沣河水系,测定其河水溶解态硝酸盐氮、氧同位素组成,并结合水化学和重要阴离子时空变化及土地利用等数据,有效识别了沣河水系上、中、下游,丰水期及枯水期和春季雨水期氮素来源的时空变化;结合同位素质量平衡模型,定量分析了沣河主干中下游各硝态氮来源的贡献比例的变化。结果显示:丰水期,沣河水系硝态氮主要来源是大气降水,其中中下游大气降水对硝态氮贡献比例平均为68%;枯水期土壤有机氮是上游河流硝态氮的主要来源,中下游硝态氮主要来源于污水和粪肥,其贡献比例平均为67%;春季雨水期,上游硝态氮的来源主要是大气降水和土壤有机氮,中下游硝态氮来源主要是污水和粪肥、大气降水及化肥,中下游各硝态氮来源平均贡献平均比分别为:污水和粪肥(66.4±17.4)%、大气降水(25.4±23.3)%,化肥(8.2±8.0)%。     

基于水化学和稳定同位素的黄土区地下水硝酸盐来源示踪

为明确黄土区地下水中硝酸盐的来源,选择陕北典型黄土区为研究区,在取样分析基础上,综合运用特征离子、稳定同位素(δ(D)、δ(~(18)O-H_2O)、δ(~(15)N-NO~-_3)、δ(~(18)O-NO~-_3))等多种环境示踪剂对地下水硝酸盐空间分布特征、来源及转化过程进行研究,并运用同位素混合模型(SIAR)定量评价不同来源对地下水硝酸盐的贡献。结果表明,浅层地下水与深层地下水NO~-_3质量浓度超过世界卫生组织(WHO)饮用水标准(50 mg/L)的样品占比分别为73.7%和51.9%,浅层地下水硝酸盐污染程度(均值91.40 mg/L)整体高于深层地下水(均值78.24 mg/L).地下水NO~-_3含量空间分布受土地利用类型影响,浅层地下水表现为林地耕地草地果园建筑用地,深层地下水为建筑用地林地果园草地耕地。地下水NO~-_3主要来源为土壤有机氮、化肥和粪肥污水,硝化作用是地下水中氮素转化的主导过程,反硝化作用不明显。SIAR模型分析结果表明,地下水硝酸盐受农业活动和城镇化影响显著,其中,土壤有机氮、化肥、粪肥污水和大气沉降对浅层地下水硝酸盐的贡献率分别为46.9%、27.3%、22.8%和3.0%,对深层地下水的贡献率分别为31.1%、21.8%、43.8%和3.3%.     

红树林种植-养殖耦合系统中尼罗罗非鱼的食源分析

 利用碳、氮稳定同位素技术和胃含物分析法,研究了滩涂红树林海水种植-养殖耦合系统中大规格尼罗罗非鱼的食物来源。镜检结果表明,红树种植塘和无红树的对照塘中尼罗罗非鱼的食物组成基本相同,主要以无机碎屑、底栖微藻、植物凋落物、浮游生物、腹足类、双壳类和泥土组成,摄食习性和它们的栖息环境有密切关系。稳定同位素分析表明,红树塘中罗非鱼的主要饵料为有机碎屑,浮游植物和植物凋落物,这3种食物来源的贡献比例依次5%~55%、10%~40%和15%~26%,而对照塘中这3者的比例依次为8%~64%、25%~55%和1%~12%。可见,无论在红树塘还是对照塘中,有机碎屑对尼罗罗非鱼食物组成的贡献比例都超过50%,表明尼罗罗非鱼是典型的碎屑食性鱼类。此外,栖息地生境的红树植物、盐沼植物和浮游植物,也是尼罗罗非鱼消化食物的重要组成部分。     

东北典型农产区流域地下水水质评价与污染源识别

在辨识传统灰色关联度法的权重计算局限性基础上,提出了一套基于超标赋权法和熵权法组合权重的地下水水质综合评价方法,将改进后的灰色关联度法应用到东北典型农产区——拉林河流域,对该流域地下水水质进行了评价,并利用正定因子分解法(PMF)识别了影响拉林河流域地下水水质的潜在来源.结果表明:1)与综合指数法、模糊数学法、传统灰色关联度法等传统评价方法相比,改进后的灰色关联度法评价结果更加接近真实水质状况;2)拉林河流域地下水水质超标严重,Ⅴ类占66.7%,仅有33.3%的水质监测点符合饮用标准,超标因子主要为铁、锰、氨氮、硝酸盐等;3)PMF识别结果表明农业源和自然源是影响拉林河流域地下水水质的主要来源,其中自然源贡献占比约61.5%,受水文地质及农药化肥施用影响的农业混合源占比约38.5%.     

基于现场检测的邢台百泉泉域岩溶水硝酸盐氮形成特征

为了揭示邢台百泉泉域岩溶地下水中硝酸盐影响因素及成因,采用便携式分光光度计建立了水中硝酸盐氮现场快速定量检测方法,通过水文地质结构和水化学分析,研究了百泉泉域岩溶地下水中硝酸盐氮的分布特征及其与常规水化学指标之间的关系。实验结果表明：硝酸盐氮在0.60～30.00 mg/L浓度范围内线性关系良好,方法检出限为0.2 mg/L,现场检测与实验室标准方法检测结果之间的相对标准偏差为0.23%～6.70%,差异性检验结果为t=0.984,表明两种检测方法测定结果一致。硝酸盐氮分布特征表明：防污性能较差的百泉泉域西北部岩溶裸露区和东部被第四系上更新统砂砾石含水层直接覆盖的部分岩溶水排泄区硝酸盐氮浓度较高;径流区硝酸盐氮浓度整体较低;采样点岩溶地下水中硝酸盐氮浓度均在地下水质量标准规定的I～III类水之间。研究区岩溶地下水水化学类型较为复杂,阳离子以Ca、Ca?Mg型为主,阴离子以HCO3、HCO3?SO4型为主,HCO3?Cl-Ca?Mg型和Cl?HCO3?SO4-Ca型地下水中硝酸盐氮含量较高,硝酸盐主要来源于城镇污水,受大气降水和农业活动影响较小。研究结果为建立地下水中硝酸盐氮现场检测标准方法及百泉泉域岩溶水资源的供水安全和生态保护提供了参考依据。     

湖泊流域种植系统磷流特征及影响分析

湖泊流域中农业种植排放的磷污染是水体富营养化的主要污染来源。通过物质流分析方法,建立湖泊流域农业种植系统的静态磷物质流分析模型,并以巢湖流域为例,运用模型系统地量化并分析了2006年流域农业种植系统中的种子、化肥、农药、粪便、作物、秸秆等含磷物质的代谢过程。结果表明,系统对水体磷贡献为20.84kg/亩,其中畜禽粪便还田和化肥施用是造成水体磷污染的主要原因,其含磷量分别占系统磷总输入量的74.68%和15.07%,并提出防治畜禽养殖污染和提高磷肥施用效率等减少系统对水体磷污染的主要措施。研究为高效控制农业面源污染,寻找治理水体富营养化的新途径提供依据。     

煤矸石作路基材料对地下水硝酸盐污染的数值模拟分析

以某高速公路的煤矸石路基材料为主要研究对象,在实验的基础上,利用数值模拟的方法,对煤矸石区域地下水系统中的硝酸盐浓度进行了数值模拟,分析了分布规律.研究结果表明:随着时间的推移,受污染面积在横向和纵向不断扩大,且横向更为显著,同时受污染范围较大的主要是地下水的下流方向;另外,硝酸盐浓度沿两轴方向呈递减趋势,淋溶液对地下水系统的污染程度随距污染源的距离的增大而降低.目前该研究路段的地下水硝酸盐浓度(以N计)达到地下水环境质量标准(GB/T14848-93)Ⅰ类标准,通过数值模拟可得,该高速公路建成10年后,研究路段的地下水硝酸盐浓度(以N计)达到地下水环境质量标准(GB/T14848-93)Ⅲ类标准.     

基于耦合模型的沙颍河流域地下水与地表水硝酸盐通量过程模拟

为定量解析沙颍河流域地下水与地表水硝酸盐通量过程,构建了SWAT,MODFLOW和MT3DMS耦合模型,利用2007-2012年水量水质观测数据对模型进行了校验.校验结果表明,地表水流量决定系数R~2大于0.68,地下水水位和地表水水质R~2均大于0.9,地下水水质相对误差Re在15%以内,符合模型精度要求.在此基础上,选择沙颍河流域探究了流域地表水与地下水补排关系和硝酸盐通量过程.结果表明,沙颍河流域地表水与地下水的补排关系主要表现为地下水补给地表水,年均净补给水量约3.18×10~8 m~3.年际表现为丰水年大,达15.2×10~8 m~3,枯水年小,仅为0.26×10~8 m~3;年内表现为汛期地表水补给地下水,枯期地下水补给地表水;空间上表现为流域中上游(沙河、颍河中上游和汾泉河)地区大,年均值可达2.53×10~8 m~3.流域地下水对地表水年均硝酸盐净补给量0.38万吨,表现为,年内秋冬季净贡献量大,占总净贡献量的81.6%;空间上表现为流域上游地区净贡献量大,占总净贡献量的87.4%.流域中下游地区净贡献量小,占总净贡献量的12.6%.     

不同肥料对几种特菜品质的影响

研究了生物有机肥与控释肥配施和单施复合化肥对人参菜、紫背菜、黄秋葵几种特种蔬菜品质的影响。结果表明,生物有机肥和控释肥配施与单施复合化肥相比,特菜的可溶性糖含量提高51.6%~114.8%,维生素C含量提高4.2%~32.2%,硝酸盐含量下降9.3%~34.0%。生物有机肥与控释肥配施优于单施复合化肥,它能有效提高特种蔬菜的品质。     

黑河流域地下水电导率空间分异特征及影响因素研究

黑河流域是我国西北干旱区的第二大内陆河流域,地下水电导率γ的研究对保护流域地下水资源,减少流域生态环境的破坏具有重要的现实意义.通过对黑河流域地下水γ的空间变化及其与主要离子的关系进行分析,结果表明:1)整体上,上游浅层及深层地下水γ均较低,明显低于中下游地区,中游浅层地下水γ明显高于深层地下水,下游浅层与深层地下水γ差异不大;2)从区域上来看,中游干流地区浅层地下水γ沿流程呈增加趋势,中、下游沿河道附近浅层地下水γ高于距河道较远地区,上游及中游山前平原地区深层地下水γ较低,明显低于中游细土平原地区,下游居延海—中蒙边界地区与狼心山—额济纳旗城河道附近地区的深层地下水γ存在明显差异;3)地下水γ与各主要离子的关系表明,上游山区地下水γ主要受到Na~+、Cl~-浓度的影响,中、下游地区地下水γ主要受到Na~+、Cl~-和SO_4~(2-)浓度的影响.此外,中游距河道较远地区的深层地下水γ以及下游沿河道附近的浅层及深层地下水γ均受到了农业灌溉活动的影响.     

农田区地下水氮污染和氮转化的实验研究

为研究不同条件下农田区氮污染和氮转化的过程及结果，进行了4个土柱的模拟实验，模拟菜田施肥（化肥）残存量对地下水氮污染的实验表明，土柱中所施化肥残存量的72．08％和47．44％随下渗水流出，模拟非均质包气带结构对地下水氮污染去除的实验表明，装有4层粘性土夹层的砂柱对硝酸根离子的去除率分别为85．69％（以蒸馏水混合液注入）和32．48％（以地下水混合液注入），而没有粘性土夹层的砂柱对硝酸根离子的去除率则分别为38．25％（以蒸馏水混合液注入）和28．92％（以地下水混合液注入）。     

傍河区域地下水脆弱性研究——以第二松花江流域为例

 地下水脆弱性研究是合理开发利用和保护地下水的基础,它一直是国际水文地质研究的热点问题之一。以第二松花江流域地下水为研究对象,分别采用DRASTIC 方法和GOD 方法对地下水环境脆弱性进行评价,并利用实测铬含量对评价结果进行验证对比。研究结果表明:DRASTIC 模型对第二松花江流域地下水环境脆弱性的评价较为合适,评价结果更能真实地反映研究区地下水脆弱情况;第二松花江流域傍河区域的地下水环境较为脆弱,容易受到污染,故在布设水源地开采井时应尽量避开地下水高脆弱区,做到合理有效地开发利用地下水资源。     

苏北平原隐伏玄武岩地下水研究

针对苏北平原地表水污染严重,深层承压水成为主开采层,在大量抽取地下水之后,依然存在高水位地区的问题,对连云港、淮安、扬州、泰州和盐城等地的河水、地下水进行采样,测试分析了样品的氢氧同位素以及水化学特征。结果表明:苏北平原承压水氢氧同位素相对于地表水和浅层地下水贫化,并非来自当地降水下渗以及上部含水层越流补给,补给源具有明显的同位素贫化的特征;地下水接受现代降水补给,承压水中测到明显的来自核试验的氚;地下水水岩反应以硅酸盐反应为主,上新世以来东亚地区发生了多期火山喷发,第四纪地层下的隐伏玄武岩地区可能是深层地下水发生水岩反应并产生偏硅酸的主要含水层,而后这些富含偏硅酸的地下水通过断裂带运移到第四纪承压含水层中。     

白岩洞地下河开发的环境效应研究

湖南省保靖县设计以引水方式开发白岩洞地下河为城镇生活供水水源。该地下河的补给有大气降水和地表水,几个主要地表水入口多为岩溶洼地,洼地中分布着农田和人口密集的村庄,地下河系统森林覆盖率较低。地下河出现一些环境问题,如地下河水中出现农药和化肥的残留成分、泥沙含量在雨季剧增、地下河水细菌总数和大肠杆菌群超过国家饮用水标准规定的量等。同时,开发地下河也会对引水工程沿线地区的自然、社会和生态环境造成有益的和不利的影响,如挖掘隧洞可增加引水工程水量、高位自流供水可降低成本,白岩洞地下河淤积、部分村庄缺水、生态不良反映等。应抓住开发白岩洞地下河的机遇重新整理地下河流域土地资源,调整用地结构,增加林业用地面积和投资,建立水源卫生防护带,控制农药化肥用量和类型。     

生态输水工程对塔里木河中下游地区地下水循环特征的影响

利用环境同位素技术结合水化学特征,对塔里木河中下游地区生态输水影响下地下水循环规律进行监测分析。结果显示:塔里木河中下游各断面地下水p H值变化不大,矿化度和各离子差异明显,地下水水样以Na+、Cl+占绝对优势;矿化度较低的断面其离子浓度变化较小,反之,矿化度高的断面其离子浓度变化幅度较大;塔里木河中游δ2H和δ18O变化趋势基本一致,随着距河道距离的增大,δ18O的值呈增大趋势,下游H、O同位素变化波动较大,下游各样点距河道最近处(即50m处)H、O同位素最小,随着距河道距离的增大,H、O同位素亦呈增大趋势变化;塔里木河中下游地下水、地表水中δ2H和δ18O之间均呈明显的线性关系,中游地表水补给是地下水的主要来源;下游地下水中H、O同位素则普遍高于地表水,说明水体受到严重的蒸发作用,导致同位素富集外,也说明存在地下水对河水的补给。     

胶州湾北岸不同水体水化学及氢氧同位素特征研究

为研究胶州湾北岸不同水体的水化学及氢氧同位素特征,通过样品测试及特征分析,揭示研究区地下水和地表水的水化学特征、补给来源和相互转化关系。研究结果表明：研究区基岩裂隙水水化学类型以Cl－Ca和Cl－Na.Ca型为主,TDS变化范围为582～1708 mg/l,整体以淡水为主,部分点位受海水入侵影响,呈微咸水特征;第四系孔隙水以Cl－Na和Cl.SO4－Na型为主,整体为咸水且化学组分较稳定;河水和胶州湾海水主要为Cl－Na型,河水水化学组分变化程度较大,受大气降水影响呈微咸水—咸水特征。水样点在Piper三线图上分为裂隙水分布区、孔隙水分布区和孔隙水与地表水混合区三个区域,说明研究区地表水和孔隙水具有密切水力联系,相互转化关系明显。祥茂河河水的主要来源为大气降水;洪江河、墨水河河水为大气降水与海水的混合水,且墨水河受海水混合影响程度大于洪江河;胶州湾海水为河水和标准海水的混合水。地下水主要接受大气降水的补给,不同水体受到不同程度的蒸发作用影响,孔隙水受蒸发作用影响较裂隙水强烈,且裂隙水和孔隙水存在密切的水力联系,孔隙水接受裂隙水的补给。