城镇化流域地下水氮素组成特征及来源解析

为揭示城镇化地区地下水氮素组成特征及来源,以深圳市坪山区麻雀坑水流域为研究区域,分别于2020年9月(丰水期)和2020年12月(枯水期)采集民井、采样井和基坑地下水样品并分析样品中氮素的组成特征,联合硝酸盐氮氧同位素和氨氮氮同位素示踪技术,识别氮素的主要来源及转化过程,结合稳定同位素源解析模型,计算不同硝酸盐来源的贡献比。结果表明:1)麻雀坑水流域地下水氮素的主要赋存形态为NO-3-N,其次是NH4+-N。NO-2-N质量浓度相对较低,平均在“三氮”中所占的比例仅为1.2%,氮素质量浓度的季节变化不显著;2)同位素示踪信号显示地下水氮素的主要来源为污水与粪便,氮的转化过程以硝化作用为主;3)稳定同位素源解析模型结果显示,丰、枯水期地下水硝酸盐不同来源的平均贡献率排序相同,为污水与粪便>土壤氮>大气氮沉降>肥料,但贡献率大小不同。丰、枯水期源于污水与粪便的地下水硝酸盐贡献率分别为45%和74%,民井与采样井、基坑地下水中硝酸盐来自污水与粪便的比例分别为68%和82%;4)已关闭养猪场的历史遗留氮素是区域地下水潜在的氮污染来源,并影响地下水氮素的转化过程,位于地下水排泄区的基坑水受养猪场遗留氮素的影响更大。

粤北鹿颈水库小流域土壤有机碳分布特征及其影响因素

土壤有机碳是土壤养分和质量评估的重要指标之一,在小流域尺度上,研究土壤有机碳(SOC)含量水平和垂向的分布特征及其主要影响因素对土地利用的科学管理具有重要意义。以粤北英德市鹿颈水库小流域为研究对象,通过采集流域内茶园(英红12号和英红9号)、桉树林、马尾松林和次生林等4种主要土地利用类型的土壤,测定土壤的粒度组成、土壤容重(BD)、pH、电导率(EC)、SOC、颗粒有机碳(POC)、全氮(TN)、碳氮比(C/N),以及土壤的δ13C和δ15N,结合采样点的坡度、坡向以及凋落物的质量和厚度,采用冗余分析研究SOC和POC含量的主要影响因素。结果表明:1)鹿颈水库流域土壤pH在4.2~5.8之间,出现土壤酸化现象,土壤质地均为粉壤土,不同土地利用类型之间土壤pH、EC、TN含量、C/N及δ13C、δ15N差异显著(P<0.05);2)在0~40 cm的土壤深度,SOC和POC含量均随深度的增加而降低,变化范围分别为0.5%~1.3%和1.2~3.9 g/kg,表现出明显的表聚性,但不同土地利用类型之间SOC和POC含量没有明显差异;3)本研究所选取的土壤因子、地形因子和环境因子可以解释SOC和POC含量78.1%的变异,其中土壤因子中的C/N、TN含量、pH、土层深度和BD是影响水库流域SOC和POC含量变化的主要因素,SOC和POC含量与C/N、TN含量呈显著正相关,而与土壤pH、土层深度和BD呈显著负相关。

北江流域水化学时空变化及化学风化特征

为了研究我国南方湿润地区河流水化学时空变化特征及控制因素,选择珠江流域第二大水系的北江为研究对象,通过分析2015年6月(汛期)和12月(非汛期)干流和支流河水基本水质参数及主量离子,利用化学计量法及质量守恒法定量评估了自然过程及人类活动共同影响下的流域化学风化特征及其通量.结果表明:(1)北江河水主量离子浓度非汛期高于汛期.岩石的区域分布和矿山活动构成了河水离子浓度和水化学类型的空间异质性,其中北江干流和支流连江为Ca-HCO_3型,而支流滃江则以Ca-SO_4型为主.(2)岩石对北江流域化学风化贡献率依次为碳酸岩(78.44%)>硅酸岩(14.43%)>降水源(5.42%)>蒸发岩(1.71%).基于碳酸岩是北江径流水化学的主要控制因素,滃江流域的矿山开采活动加速了碳酸岩的风化,其对北江流域化学风化的贡献为7%.(3)汛期与非汛期的碳酸岩风化速率分别为7.49和5.29 t/(km^2·月),年化学风化速率为87.63 t/(km^2·a).研究显示,由于受水热条件、流域面积以及岩性的影响,北江流域年化学风化速率略大于西江流域,远高于东江以及全球流域化学风化平均值,北江对整个珠江流域的风化贡献较大.

干旱半干旱地区地下水水化学特征及成因

以内蒙古乌拉盖地区地下水为研究对象,综合利用水化学计量分析、多元统计分析、空间统计分析及氧化还原分析等,开展区域地下水水化学特征及成因研究。结果表明:研究区地下水水化学特征存在显著的空间变异性;水岩作用是控制水化学演化的主要因素,蒸发浓缩及离子交换作用次之;硅酸岩风化是主控的水岩作用,碳酸盐岩溶解次之,蒸发岩影响较为微弱,这与区域地质背景相匹配;部分地下水存在硝酸盐污染,空间分析表明区域分散的农牧业及生活污水排放成为地下水硝酸盐污染的重要来源,氧化还原分析表明区域存在潜在的反硝化趋势。研究结果可为干旱及半干旱区地下水资源可持续开发利用提供科学依据。

珠江口红树林土壤甲烷和二氧化碳通量特征及其影响因素研究

红树林作为碳密度最高的森林生态系统之一,在碳生物地球化学循环过程中发挥着重要作用。该研究以广州市珠江河口红树林土壤为主要研究对象,于2020年8月—2021年7月运用静态箱法分别对红树林中的外滩(靠近海岸)、中滩(植被聚集)和内滩(靠近内陆)的土壤-大气界面的CO_(2)和CH_(4)通量进行观测,探讨红树林生态系统CO_(2)和CH_(4)排放通量的时空分布特征及其对环境因子(温度、含水量以及土壤理化性质)的响应。此外,基于稳定碳同位素(δ^(13)C)特征和Keeling Plot方法综合评估红树林生态系统CO_(2)和CH_(4)通量的来源特征。结果表明,研究期间平均CH_(4)通量为18.97μmol·m^(-2)·h^(−1),CO_(2)通量均值为4.19 mmol·m^(-2)·h^(−1)。CO_(2)和CH_(4)的通量均具有显著的时空差异性,CO_(2)通量最高值出现在3月,CH_(4)在9月达到最高值。CO_(2)通量排序为内滩>中滩>外滩,CH_(4)通量则表现为中滩>外滩>内滩。土壤含水量、pH、EC、ORP和有机碳含量与CO_(2)通量呈负相关关系,CH_(4)通量与土壤含水量、pH和有机碳含量呈正相关关系。虽然研究区红树为C3植物,然而土壤呼吸产生的CO_(2)的同位素特征在内滩为−16.05‰,中滩为−17.73‰,外滩为−29.77‰,内滩和中滩表现为C4植物特征,由此表明藻类成为土壤呼吸来源。内滩的有机质分解程度最高。研究区CH_(4)的分馏系数在外滩、中滩和内滩均小于1.055,CH_(4)产生方式以乙酸产甲烷为主。该研究系统探讨了红树林生态系统CO_(2)和CH_(4)通量、来源及其影响因素,对进一步了解红树林对碳循环及其气候变化的影响具有重要意义。

地下水灌溉对华北平原农田土壤碳库转化影响

为揭示区域尺度上地下水灌溉对农田土壤碳库转化的作用机制,选取华北平原高灌溉定额区、低灌溉定额区及无灌溉背景区为研究对象,分析土壤深度0~700 cm剖面范围内碳含量及碳储量的变化特征,并结合稳定碳同位素源解析技术,采用端元混合模型定量评估地下水灌溉条件下不同来源的土壤碳对土壤碳库的贡献率.结果表明:①地下水灌溉对土壤有机碳(SOC)储量影响不显著,但是显著增加了土壤无机碳(SIC)储量,具体趋势表现为无灌溉背景区(43.8 kg/hm^(2))<低灌溉定额区(46.9 kg/hm^(2))<高灌溉定额区(79.9 kg/hm^(2));垂向剖面数据进一步显示,灌溉区与无灌溉区碳密度在土壤深度100~300 cm处存在显著差异(p<0.01).②碳含量及稳定碳同位素相关分析表明,无灌溉条件下SOC和SIC间转化关系较为明显;而在地下水灌溉区SOC与SIC相关性较弱.地下水溶解性无机碳(DIC)输入成为灌溉区土壤无机碳库的主控因素.③稳定碳同位素源解析表明,SOC以C3植物来源为主,无灌溉区DIC主要来源于SOC转化,其占比在10.6%~25.8%之间;灌溉区DIC则主要来源地下水灌溉,占比范围为74.0%~89.8%.研究显示,地下水灌溉外源输入的DIC显著提高了SIC的储量,对区域土壤碳库组成及转化过程产生重要的直接影响.

非均质条件下珠江口潮汐湿地地下水流动特征

开展非均质条件下潮汐湿地中地下水流动特征研究,成为深入揭示潮汐湿地水循环及物质循环过程的重要前提。以广州南沙区的河畔潮汐湿地为对象,基于放射性氡同位素示踪技术考察含水层非均质情况下地下水的流动特征。结果表明:1)研究区介质干容重、介质孔隙度和介质氡释放(Ern)呈现空间异质性,介质氡释放是导致介质氡平衡能力([Rn]gw)呈现显著空间异质性(2210.15~7700.33 Bq/m^(3))的主要因素。2)非均质条件下地下水流动呈现显著的分区特征,根据氡的比活度可以划分为快速流动区和滞留区。其中,快速流动区地下水氡比活度较小,观测期内平均值为1522.39 Bq/m^(3),地下水呈现由陆向海近似“U”型的流动模式。滞留区地下水氡比活度显著增大,观测期内平均值为3858.40 Bq/m^(3),地下水受潮汐作用而滞留更久。滞留区地下水流动状态受潮高差影响,潮高差越大,潮汐对湿地地下水的整体驱动力越大,滞留区地下水渗出相对容易,反之滞留区地下水渗出较难。由此可见,潮汐湿地含水层介质的空间异质性是影响地下水流动特征的关键因素。

梅江流域清凉山水库沉积物重金属污染、生态风险评价及来源解析

水库沉积物是重金属等污染物重要的汇,在酸碱及氧化还原条件变化下沉积物存在污染物释放的潜在风险,释放到水环境中的重金属通过食物链的传递,对人类的健康造成威胁.据此,本文以梅江流域清凉山水库为研究对象,围绕沉积物重金属含量水平、形态分级、污染和潜在生态风险评价及污染溯源展开调查.结果发现,库区沉积物中重金属含量大小依次为溪田支流>坝前及库中心>新田-白水支流.沉积物重金属生物有效态占比差异较大,质量分数依次为:镉(Cd,89%)>铅(Pb,76%)>锌(Zn,54%)>铜(Cu,43%)>镍(Ni,28%)>铬(Cr,10%).采用地累积指数法开展重金属污染评价,采用潜在生态危害指数法开展重金属生态风险评价.地累积指数法显示,水库沉积物重金属元素污染程度依次为:Cd>Pb>Zn>Cu>Cr>Ni;潜在危害生态指数法显示,重金属潜在生态风险程度依次为:Cd>Pb>Cu>Ni>Zn>Cr,水库沉积物Cd的潜在生态风险最大,对生物影响最大.相关性分析和主成分分析结果表明,水库沉积物重金属Cu、Zn、Pb和Cd主要来源于农业施肥的外源污染输入,Ni和Cr主要来源于区域后边林地等背景区土壤水土流失.库区沉积物重金属污染存在显著空间差异性.新田-白水河补给区域污染最轻,与控制流域土地利用主要为林地,污染源较少密切相关.溪田河补给区域污染最重,其控制流域多茶园及农田,外源肥料污染负荷最大.库区坝前及中心重金属污染程度介于两支流补给区之间,表现为明显的混合作用.