不同土地利用单元汇水径流中氮的同位素特征及其转化途径解析

不同来源氮的δ~(15)N值域存在重叠,导致δ~(15)N溯源结果存在不确定性,因此对δ~(15)N溯源结果的校验具有重要意义.淮河入海水道具有明确的汇水分区及差异的土地利用方式,为δ~(15)N溯源结果验证提供了良好的研究场所.基于2017年枯、丰水期淮河入海水道水体δ~(15)N,δ~(18)O值域特征,结合汇水片区土地利用方式,甄别并校验了氮的主要来源;综合~(15)N,~(18)O分馏特征,探讨了氮的转化途径.结果表明:(1)运西高片和通榆低片农业区,农田退水分别通过古盐河及沿程汇流入河,其δ~(15)N-NO~-_3分别为6.4‰±0.4‰和7.9‰±0.8‰,验证了土壤氮δ~(15)N与理论值(0～8‰)的一致性;δ~(15)N-NH~+_4分别为8.4‰±9.0‰和23.5‰±7.6‰,表明NH~+_4来源于沿河生活污水.而两运夹城镇区,片区污水排放通道清安河δ~(15)N-NO~-_3和δ~(15)N-NH~+_4分别高达25.9‰和40.3‰,基本位于城镇污水δ~(15)N理论值(4‰～35‰).(2)运东高片城镇和农业混合区,区域汇水沿程入河,其δ~(15)N-NO~-_3为7.7‰～11.6‰,位于土壤氮和城镇污水δ~(15)N重叠区;而δ~(15)N-NH~+_4为17.9‰±7.3‰,显示了城镇污水δ~(15)N特征.(3)沿程取样点δ~(18)O-NO~-_3为3.5‰±5.1‰,位于硝化作用理论范围(-5‰～15‰),表明发生了持续的硝化过程;沿程δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3无同步富集,表明反硝化过程不显著.     

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%.     

五道沟试验场降雨径流中的氢氧稳定同位素特征分析

在淮北平原区五道沟水文水资源试验场,对降雨径流中的氢氧稳定同位素组成变化的特点及控制平原区河道径流组分划分的一些流域水文因素进行了同位素示踪实验研究.结果表明,实验期间降雨中的δ(18O)(-0.918%～-0.518%)及δ(2H)(-5.064%～-2.310%)的变幅较大,并随雨强的降低而增大;1,3,6号测井地下水的δ(18O)(或δ(2H))主要与补给区水源及降雨的δ(18O)(或δ(2H))有关,其对降雨入渗补给的响应较慢,有明显的滞后效应;IR自记井及S4抽水井由于受抽水灌溉等人类活动的持续影响,δ(18O)(或δ(2H))明显偏负,表明有来自深部潜水的补给.此外,流域出口断面河水的δ(18O)(或δ(2H))受平原型流域较强均化作用的影响,其变幅远远小于降雨的δ(18O)(或δ(2H))变幅,在使用同位素方法划分河道径流组分时,需要考虑降雨到形成河道径流的传输时间.     

廉州湾红树林大型底栖动物食物来源研究

【目的】了解可能性食物源对红树林大型底栖动物的贡献率。【方法】利用碳氮稳定同位素技术,对广西廉州湾红树林大型底栖动物及可能性食物源的碳、氮同位素比值(δ~(13) C值、δ~(15) N值)进行分析,并通过贝叶斯稳定同位素混合模型,估算不同食物源对大型底栖动物的贡献率。【结果】大型底栖动物的δ~(13) C值为-23.37‰~-18.09‰,δ~(15) N值为6.59‰~17.00‰,δ~(13) C值、δ~(15) N值的变化范围较大,表明大型底栖动物食物来源较为复杂多样。7种可能性食物源的δ~(13) C值为-29.09‰~-21.53‰,δ~(15) N值为6.85‰~15.67‰,其中红树植物的δ~(13) C值最为贫化。大型底栖动物的营养级别均小于3,表明它们基本属于初级消费者。SIAR混合模型计算结果显示,颗粒有机物(POM)对大型底栖动物有较高的贡献率,其次为表层沉积物(SOM),大型藻类、附生植物的贡献率较低,红树植物叶片、落叶、树皮对大型底栖动物的贡献率最低。【结论】POM、SOM是广西廉州湾红树林大型底栖动物重要的食物源,红树植物不是大型底栖动物碳的主要来源。     

城市水体氮污染类型及同位素溯源研究

城市中各类含氮污染物的排放对环境产生了各种危害,明确氮污染的来源及循环规律可为环境治理提供一系列的专业依据.文章阐述了氮污染的机理、产生的危害、城市水体氮污染现状及污染类型,综述了城市水体氮污染溯源研究的最新进展.地表水主要受总氮、硝态氮和铵态氮污染影响,大部分水体仅满足Ⅳ～Ⅴ类水质标准,人为活动是城市水体氮污染的主要贡献者.此外,更进一步对水体氮污染来源示踪技术（水化学分析法、同位素示踪法、微生物源追踪技术（MST）及同位素源解析模型等）和端元物质中硝酸盐氮氧同位素特征值进行汇总,为氮污染溯源和明确氮污染迁移规律提供了可靠的依据.本综述对城市水体的氮污染溯源及氮污染防治工作具有重要意义.     

唐古拉冰芯包裹气体氧稳定同位素气候环境指示意义

本研究对钻取自青藏高原中部唐古拉冰川190m冰芯上部的99.5m序列进行了多参数指标的分析测试.以常规阴、阳离子的季节性变化、结合冰芯记录的1963年β活化度峰值和中低纬度山地冰川深部冰体定年模型,建立了99.5m冰芯的年代学序列.结合冰芯钻取点的成冰作用过程分析,明确了冰芯包裹气体与同层位冰体间不存在年龄差异,冰体年龄即为冰芯包裹气体年龄.基于此年代学结论和冰芯年代学结果,将冰芯包裹气体氧稳定同位素值(δ~(18 )O_(atm))与大气中δ~(18 )O_(atm)本底值、冰体气泡含量、冰芯氧同位素和全球太阳辐射量进行对比分析,分析揭示了唐古拉冰芯包裹气体δ~(18 )O_(atm)值变化对区域气候环境影响下冰川表面融化强度变化的指示意义,冰川表面融化强度越强,冰芯包裹气体δ~(18 )O_(atm)值越低.     

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．      

柴达木盆地第三纪盐湖沉积环境分析

目的分析柴达木盆地第三纪盐湖的沉积环境。方法利用稳定同位素分馏理论及其分析技术，分析了现代青海湖稳定同位素的组成特征，并与柴达木盆地第三纪盐湖的沉积环境特点进行了对比。结果柴达木盆地第三纪咸化湖泊沉积碳酸盐岩中富集δ13C与δ18O，具有较高的Z值，并且大多与海洋碳酸盐岩碳氧同位素区间值重叠，说明第三纪咸化湖泊的盐度与海相相当或高于海水；柴达木盆地硫酸盐的δ34值大大超过海洋硫酸盐的δ34S值，且在第三纪盐湖的演化过程中具有化学分层特征，在湖盆下部产生了强烈的硫同位素分馏现象，导致较高δ34S值蒸发岩沉积的形成。结论柴达木盆地第三系盐湖沉积地层中可发育较丰富的油气资源。     

闽江口鱼类群落营养结构的探究

2015年(1、5、8、11月)对闽江口海域进行4次底拖网渔业资源调查,鱼类共计128种,隶属于15目50科,应用稳定同位素技术对其中105种鱼类测定δ(~(13)C)、δ(~(15)N)值,并分析其鱼类营养结构。结果表明:闽江口鱼类的δ(~(13)C)值,1月为-20. 29～-14. 57,5月为-24. 57～-18. 65,8月为-22. 18～-18. 17,11月为-21. 83～-16. 92,存在明显的季节变化;闽江口鱼类δ(~(13)C)值频数分布说明该海域鱼类的营养来源相似;闽江口鱼类δ(~(15)N)值范围为8. 46～14. 12,计算得出营养级范围为2. 0～3. 6,营养级最低鱼类为髭虎鱼,营养级最高鱼类为黑棘鲷。根据主要鱼类的营养级分布,建立闽江口鱼类连续营养谱,初步阐明该海域鱼类营养能量流动的途径。δ(~(13)C)-δ(~(15)N)聚类分析结果表明,闽江口海域鱼类群落主要有4个营养类群存在,即浮游食性、杂食性、偏肉食杂食性、底栖食性。     

东沙海域沉积物有机碳、氮含量及其同位素分布特征对富甲烷环境指示意义

我国东沙海域是天然气水合物的潜在区,是目前世界上有机碳、氮同位素的环境效应研究的热点区域.通过对ODP184航次3个站位101件沉积物样品中的有机碳、氮含量,碳、氮同位素组成及碳/氮质量比分析测定,并结合沉积物中的顶空甲烷气体浓度和间隙水的盐度、SO42-、NH4+浓度分析,结果显示:1146站位430 m以下沉积层为富甲烷环境,该层段有机质1δ3C和1δ5N值变重,同时碳/氮质量比变小,表明沉积物母质主要来源于陆源高等植物,而1144和1148站位沉积物母质主要来源于海洋浮游动植物;沉积物中氮含量的增加和1δ5N值的亏损,推断可能与富甲烷环境中古细菌硝化作用和固氮作用有关;沉积物中碳、氮同位素的分布与有机碳、氮含量的规律相一致,也反映沉积物间隙水中相关离子的变化趋势.     

福建平和大望山等铅、锌、银(金)矿床稳定同位素地球化学

对福建平和大望山等铅、锌、银(金)矿床的氧、氢、硫、铅稳定同位素分析测定结果,脉石矿物氧同位素δ~(18)O(‰)=+2.54～+10.05,其中包裹体氢同位素δD_(H_2O)(‰)=-46.6～-111.8矿石硫同位素δ~(34)Si(‰)=-3.60～+4.90,铅同位素~(206)Pb/~(204)Pb=18.3817～18.8747,~(207)Pb/~(204)Pb=15.5932～15.8328,~(206)Pb/~(204)Pb=38.5152～39.9802.据硫、铅同位素研究认为,矿质来自花岗闪长岩浆:氢、氧同位素研究认为,成矿溶液主要为演化的混合型初始岩浆水(MCIMW),局部有大气降水或演化的大气降水的混入,并讨论了水/岩作用以及矿床所在地区地质地球化学的某些特点。     

洞穴石笋氧同位素古气候重建应用

近年来,应用洞穴次生碳酸盐稳定氧、碳同位素进行古气候研究得到了迅速的发展,尤其是利用石笋中1δ8O与δ13C重建不同地区不同时间尺度下的古气候环境,为全球气候的变化提供了许多新的有意义的认识.然而,当前在利用石笋氧同位素进行古气候重建,特别是对1δ8O的解译过程中仍存在诸多不确定性,尤其是δ18O与温度、降水的联系不统一问题.该文从洞穴石笋δ18O与温度、降水的相关关系以及不同时间尺度下所指示的气候意义等角度对当前洞穴石笋气候学中氧同位素的应用进行了总结分析.     

海岸带的脱氮过程研究进展

人类活动产生大量含氮化合物经河流进入海岸带,造成海岸带水体富营养化等问题。海岸带的氮循环是全球氮循环的重要一环,其中反硝化作用和厌氧氨氧化作用均是将活性氮转化为惰性氮回到大气这个氮源,因此两者均被称为脱氮作用。脱氮过程将累积在海岸带的活性氮转化为氮气回到大气中,对改善海岸带环境起着重要作用。海岸带的脱氮作用主要发生在沉积物中,且以反硝化作用为主。15N同位素对技术是测定脱氮速率最常用的方法,它可以同时测定反硝化和厌氧氨氧化速率,但是在应用的过程中需注意同位素分馏效应的影响。     

中国东部温泉水和井水的氢氧同位素初步研究

对安徽、山东、辽宁的几处温泉水和井水的氧和氢同位素进行了对比研究,发现温泉水的氧和氢同位素值都低于井水的氧和氢同位素值。温泉水和井水的氧和氢同位素值都落在大气降水线附近,与Craig所作的大气降水线较为吻合。这一结果说明该地区温泉水和井水的补给源都来自大气降水。温泉水的δ~(18)O值变化范围很小,说明δ~(18)O值可能受该地区地质构造控制。温泉水和井水氧和氢同位素值具有明显的纬度效应,它们的氧和氢同位素值随纬度的增大而增加。     

内陆湖泊贝壳碳酸盐碳氧同位素组成与古气候研究

通过对江川湖盆沉积物中螺壳化石样品的处理和分析,测定了贝壳碳酸盐的δ~(13)C值和δ~(18)O值。结合孢粉资料,研究贝壳碳酸盐碳氧同位素分布及变化,对江川湖盆的古气候及盆地演化提供有用的信息。     

Eh和pH值对生物滞留系统DNRA作用的影响研究

试验以模拟生物滞留系统为研究对象,运用15N同位素示踪技术研究土壤不同Eh和pH条件下硝酸盐异化还原为氨(DNRA)作用对氮的去除效果。结果表明：在土壤Eh为225 mV～100 mV、0 mV～-120 mV和-225 mV～-340 mV条件下,随着Eh的降低,DNRA作用增强;生物滞留系统中同时存在反硝化反应和DNRA作用,在0 mV～-120 mV区间,更有利于反硝化作用的发生,在-225 mV～-340 mV区间,更有利于DNRA作用的发生;生物滞留系统土壤pH为5～7的条件下,DNRA作用效果随着pH值的增加而增强,在pH为7～9时,DNRA作用效果随着pH值的增加而减弱,表明DNRA作用易在中性偏碱性的环境下发生。     

合川盐井溪嘉陵江组第二段盐溶角砾岩-次生灰岩的碳氧同位素组成

以四川盆地东部合川盐井溪剖面三叠系嘉陵江组第二段的盐溶角砾岩-次生灰岩为重点研究对象,在薄片观察、阴极发光和元素分析的基础上,探讨了盐溶角砾岩-次生灰岩和相邻地层中微晶灰岩、微晶白云岩的元素地球化学特征和碳、氧同位素组成。研究表明:盐溶角砾岩-次生灰岩锰、锶的质量分数和δ~(13) C、δ~(18) O平均值分别为268×10~(-6)、120×10~(-6)、-5.80‰和-8.97‰,微晶灰岩锰、锶的质量分数和δ~(13) C、δ~(18) O平均值分别为142×10~(-6)、767×10~(-6)、-1.60‰和~(-6).31‰。与相邻地层的微晶灰岩相比,盐溶角砾岩-次生灰岩具有较高的锰含量、较低的锶含量、较负的碳、氧同位素组成,显示盐溶角砾岩-次生灰岩的地球化学特征代表了表生成岩环境,其碳源主要与近地表大气水环境的CO_2有关,并可能掺和细菌硫酸盐还原作用产生的CO_2,氧除与近地表大气水有关外,并可能继承了硫酸盐中的氧;微晶灰岩则对海水地球化学信息具有更好的代表性。相邻地层微晶白云岩的锰、锶的质量分数和δ~(13) C、δ~(18) O平均值分别为291×10~(-6)、98×10~(-6)、-0.30‰和-4.23‰,具有和盐溶角砾岩-次生灰岩类似的锰、锶含量和较正的碳、氧同位素组成,碳同位素可能较好地代表了同期海水,氧同位素则代表了蒸发海水。     

美国Wallapai矿区Mineral Park斑岩型矿床早期矿脉中硬石膏的氧同位素组成

本文报道了美国亚利桑那Wallapai矿区Mineral Park斑岩型矿床早期矿脉(AM和AC)中硬石膏的氧同位素组成,依据包体均一温度及硫同位素温度计算成矿溶液的δ~(12)O值(纯水),运用同位素分馏理论讨论AM和AC矿脉成矿溶液的来源和演化。     

轮古西地区奥陶系碳酸盐岩古岩溶储层碳、氧同位素地球化学特征

中—下奥陶统鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层是塔里木盆地轮古西地区的主要油气产层 .为了弄清储层的成因类型、储层古岩溶过程中的流体性质和古水文条件 ,为预测和评价此类储层提供有关的地球化学信息 ,讨论了储层形成过程中记录的碳、氧稳定同位素特征 .结果表明 :轮古西地区奥陶系鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层中的δ13C和δ18O值的变化范围较大 ,δ13C值为 -0 .70‰～ -6.5 0‰ ,平均值 -1 .76‰ ;δ18O值为 -3 .75‰～ -1 7.1 0‰ ,平均值 -9.42‰ .碳酸盐岩基质、冲积岩和方解石胶结物的δ13C和δ18O分布具有一定的差异 .三类样品的δ18O值均具有明显偏负特征 ,表明在碳酸盐岩成岩过程中受到大气成因的淡水影响 ,反映了当时的风化壳岩溶成岩环境 .冲积岩样品的δ13C值的偏负程度较高 ,其物源可能来自石炭—二叠系地层     

中全新世（5400aBP）亚洲季风气候季节性与年际变率的南海珊瑚氧同位素记录

对现代珊瑚的氧同位素组成的季节与年际变化研究业已表明,海南岛东岸现代珊瑚氧同位素组成在冬季主要受表层海温控制,而在夏季则主要受夏季风降水决定的表层海水盐度影响.基于这一联系,本研究在高精度铀系测年基础上对中全新世滨珊瑚40a的同位素分析结果表明,5400a前的全新世中期滨珊瑚的δ18O值相对于现代升高了0.613‰(相当于11%),指示着海水δ18O值和盐度相对于现代的升高程度,可能主要与南海和太平洋水体交换强度增加所导致的盐度增大有关;结果同时显示,δ18O值的季节性幅度相对于现代增加了0.535‰(相当于33%),可能主要由冬季海水δ18O值升高引起,这一变化也与中全新世日照相对于现代的季节幅度增加相一致,分析认为日照增加引起的蒸发量增加和太平洋海水交换加强可能是根本原因.重建的冬夏季风代用指标的结果显示,中全新世冬夏季风的年际变率相对于现代都有所增加;谱分析结果揭示出冬季风年代尺度波动和夏季风约3a周期的存在,这些周期仍位于ENSO对季节变化的周期之内.