δ^(15)N在贵阳地下水氮污染来源和转化过程中的辨识应用

随着城市的发展,贵阳地下水氮污染日趋严重,为评估地下水中氮的分布、来源和迁移转化,我们采集了72个水样,并测定了三氮(NO-3、NO-2和NH+4)浓度、主离子、δ15N-NO-3和δ15N-NH+4等。结果显示,在贵阳地下水大多数样品中,NO-3-N是最主要的无机氮形态,城区地下水大部分含较高的NO-3-N;然而在城市污水和有些被明显污染的地下水中,NH+4却是最主要的无机氮形态,尤其是枯水期。丰水期地下水样有较低的δ15N值,受农业化肥等影响明显。丰水期地下水NO-3-N浓度随着Cl-浓度升高而升高,表明丰水期地下水硝酸盐可能主要受混合作用等控制。而枯水期地下水中溶解氧与硝酸盐的δ15N值呈负相关关系,且相对于丰水期地下水具有较高的δ15N值、较低的硝酸盐浓度和较低的DIN/Cl值,说明地下水环境中主要受土壤有机氮等影响,同时可能存在反硝化。

山东潍坊地下水硝酸盐污染现状及δ^(15)N溯源

采用均匀布点选取了山东潍坊居民区、粮田和蔬菜种植区等区域地下水为研究对象,分析了地下水硝态氮含量及污染来源,结果表明:潍坊地区地下水硝态氮平均含量为28.1 mg/L,按照国家地下水质量标准(GB/T 14848—93)属于Ⅲ类水;饮用水井硝态氮平均含量为23.3 mg/L,最高值达到了150 mg/L,对国家饮用水标准(10 mg/L)超标率高达73.5%,严重超标率达50%;不同土地利用方式下地下水硝态氮含量不同,设施蔬菜种植区最高,其次是露地蔬菜种植区,小麦-玉米种植区地下水硝态氮含量较低,但都超过了WHO饮用水中硝酸盐的最大允许含量50 mg/L的规定(折合为硝态氮11.3 mg/L);硝酸盐与水质离子之间的相关性以及水质分析相关的派珀图分析显示地下水硝酸盐污染与氮肥施用有关;根据硝酸盐δ15N的稳定同位素溯源分析,潍坊地区地下水硝酸盐41.5%来自于化肥,14.6%来自于生活污水,其他是来自化肥、生活污水和家畜粪尿的混合污染。综上,潍坊市地下水硝酸盐污染非常严重,已经对当地居民的身体健康造成了潜在的威胁;因此,亟需从源头控制做起,减少肥料的过量投入和生活污水的随意排放,以控制硝酸盐的继续污染及改善当地水环境。

北京郊区有机蔬菜土壤养分平衡及δ^(15)N特征分析

本研究针对北京郊区汇源与正谷有机蔬菜基地,通过对不同蔬菜生产基地取样分析,研究有机和常规蔬菜生产条件下土壤养分平衡特征,分析有机生产蔬菜和土壤的15N特征。结果表明,(1)有机蔬菜生产与常规生产对比,由于施肥数量不同,汇源有机蔬菜基地土壤N、P及K盈余量(分别为356～472kg·hm-2、298kg·hm-2和200～226kg·hm-2)高于当地常规生产,而正谷有机蔬菜生产土壤N、P及K养分盈余量(分别为-164～190kg·hm-2、107.9～435.5kg·hm-2和-164.5～-136.8kg·hm-2)低于当地常规生产;(2)汇源有机蔬菜生产模式中,土壤N素养分有逐季累积的趋势,有机肥的N、P和K养分存在着不平衡性,这可能是造成0～20cm土层磷素大量累积的重要原因;(3)蔬菜类别不同,δ15N值不同,一般为叶菜类最高(10.49‰),果菜类次之(10.07‰),根菜类δ15N值最低(5.62‰);(4)植物不同部位δ15N值也有差异。针对圆椒的分析表明,圆椒叶δ15N(12.44‰)>圆椒果实δ15N(9.35‰);(5)土壤δ15N与土壤全N之间有一定的相关性,回归方程为δ15N土壤=13.098N土壤+3.7624,R2=0.938,而植物δ15N与土壤δ15N之间、植物δ15N与土壤全氮相关性较差。长期施用有机肥,使得土壤中15N更多来自有机肥,进而表现为蔬菜δ15N升高,高量有机肥可以短期内增加叶菜类植物δ15N值。

利用^(15)N自然丰度法鉴别有机茶的可行性分析

由于缺少相应的检测技术,市场上常有用无公害农产品充当有机农产品销售的情况发生。有机茶在我国是最大的有机认证产品,同样面临这一问题,导致有机茶无法实现现质优价。根据δ15N在土壤、肥料及植物领域的最新研究结果及平衡原理,结合有机茶生产肥料使用要求,本文提出了一种鉴别有机茶是否施用过化肥的最新方法———δ15N分析法,并对其原理及可行性作了详细的分析说明。

三峡库区蓄水175m对汉丰湖不同生物类群δ^(13)C、δ^(15)N值的影响

于2010年蓄水前(7月)和蓄水后(12月)应用稳定碳、氮同位素方法对汉丰湖食物网中初级生产者和消费者δ13C、δ15N值变化规律进行了调查分析.结果显示:汉丰湖初级生产者颗粒有机物(POM)、固着藻类和水生植物δ13C、δ15N值分别为-28.45‰--24.78‰、3.72‰-5.76‰,-25.81‰--21.22‰、3.23‰-4.81‰,-27.99‰--23.74‰、8.06‰-12.48‰.从蓄水前到蓄水后初级生产者(POM、固着藻类、水生植物)δ13C、δ15N(除水生植物)值均呈现贫乏趋势;消费者δ15N值变化规律与初级生产者一致,但其δ13C值无明显变化;汉丰湖鱼类食物网营养级长度均为3级,消费者中杂食性鱼类居多其碳源主要来源于固着藻类.新形成的汉丰湖水生生态系统已经形成了相对稳定的食物网结构.

放牧对天山北坡山地草原生态系统土壤δ^(15)N的影响

测定了天山北坡山地草原优势植物种针茅(Stipa capillata)、羊茅(Festuca ovina)、短柱苔草(Carex turkestanica)、博乐绢蒿(Seriphidium borotalense)根际0-10 cm土壤和非根际10-20、20-30 cm土层土壤稳定性N同位素和全氮含量,通过对比放牧和围封草地优势植物根际土壤δ^(15)N的变化,分析不同利用方式对不同植物根际土壤和不同土层深度土壤δ^(15)N的影响。结果表明,天山北坡山地草原生态系统土壤δ^(15)N值在2.25‰~16.03‰变化,放牧显著降低了表层0-10 cm土壤δ^(15)N值;放牧草地0-30 cm土壤δ^(15)N值(7.14‰±0.67‰)整体上比围封(6.95‰±0.34‰)增加了2.8%,但差异不显著(P>0.05)。放牧和围封条件下天山北坡山地草原土壤δ^(15)N值均随着土层深度的加深而显著增加(P<0.05),且土壤δ^(15)N值与土壤全氮含量呈显著的负相关(P<0.05)。放牧对天山北坡山地草原不同植物种根际土壤δ^(15)N的影响程度不同,放牧草地的针茅和羊茅0-30 cm土壤δ^(15)N分别比围封草地的高17%和53%,但放牧降低了短柱苔草和博乐绢蒿0-30 cm土壤δ^(15)N,且对短柱苔草的降低作用显著。

穗分化期旱涝急转对双季超级杂交稻叶片稳定性δ^(13)C和δ^(15)N同位素比值的影响

作物叶片δ^(13)C和δ^(15)N值与其水分和氮素吸收利用关系密切,旱涝急转是华南地区、长江流域夏季频发的一种气象灾害。为了探明该气象灾害下双季杂交稻水分和氮素吸收利用特点,以超级杂交稻品种淦鑫203(早稻)和五丰优T025(晚稻)为材料,采用桶栽方式,于自然条件下"旱涝急转"常发生时段,即稻株穗分化期,设置"不旱不涝"(T1)、"干旱不涝"(T2)、"不旱淹涝"(T3)及"旱涝急转"(T4)等不同水分处理,考查叶片δ^(13)C、δ^(15)N和叶片干物质指标的变化。结果表明,双季超级杂交稻倒2叶δ^(13)C和δ^(15)N在不同水分处理下存在较大差异。早稻T4结束初期倒2叶δ^(13)C值最高,波动最大,T1总体表现为上升状态,波动最小;晚稻T4结束初期倒2叶δ^(13)C值最高,波动较剧烈。早稻T1、T3倒2叶δ^(15)N值先降低而后缓慢上升,T4显示为先上升后下降趋势,总体上,T4与T1、T3之间呈相反的变化,T2倒2叶δ^(15)N值一直较高,表明一定干旱条件下氮同化比率较高;晚稻T2、T3倒2叶δ^(15)N值先降低而后迅速上升,T4与T2、T3之间基本呈相反的变化趋势。不同水分处理下双季稻叶片干物质积累量存在较大差异,早、晚稻均是T4最低,T1最高,其中早稻T4与T1、T2、T3差异显著,晚稻T4与T1、T3差异显著,早、晚稻T2、T3、T4较T1分别下降4.12%、1.62%、31.08%,16.07%、8.53%、27.07%,说明水稻穗分化期"旱"、"涝"及"旱涝急转",尤其是"旱涝急转"使叶片受损,叶片干物质积累能力下降,水稻生长发育受到抑制,而T2、T4比T3叶片干物质质量下降更多,说明一定程度的"涝"比"旱"及"旱涝急转"对双季稻叶片损伤更轻。本研究结果为水稻抗旱、耐涝品种选育和抗逆栽培的实践提供了理论依据。

荒漠草地土壤^(15)N同位素对水分变化的响应

影响δ15N格局的因素主要有气候、时间、地形和土地利用等,而水分是干旱区植被分布的主要限制因子,对调节荒漠草地稳定性N同位素具有重要作用。利用15N标记法,通过不同的增水处理,研究了古尔班通古特沙漠南缘氮素标记样地和未标记样地土壤N同位素对水分变化的响应,得出以下结论:(1)增水处理增加了对土壤水分的补给,随着增水量的增加土壤水分含量不断增加;(2)研究区土壤δ15N值变化范围为12.19‰~13.33‰,增水处理对未标记样地土壤δ15N值并没有显著的影响;(3)添加氮素后,样地土壤δ15N值明显升高。随着增水量的增加,土壤总δ15N呈现出典型的倒"U"型曲线,不同土层深度的土壤δ15N值也发生了显著的变化;(4)标记样地50-100 cm土层土壤δ15N值要明显高于非标记样地,表明标记样地土壤中添加的稳定性15N同位素仍在向更深的土层移动。

氮肥种类对番茄δ^(15)N值的影响

在番茄生长过程中施加不同种类氮肥,并在固定时间取土壤、肥料、植株及果实样品,通过上述样品的氮稳定同位素比率特征研究氮肥种类对番茄δ15N值的影响。结果表明,氮肥种类对番茄果实δ15N值具有显著影响,施入化学氮肥的番茄果实中δ15N值会显著低于未施化学氮肥的番茄果实;相同氮肥条件下,时间因素对番茄δ15N值差异影响不显著;番茄植株(叶和茎)的δ15N值始终大于同株果实的δ15N值,与时间和氮肥种类无关;同时,植物样品的δ15N值一般高于土壤或肥料的δ15N值。植物δ15N值可以作为判断蔬菜在种植过程中是否施入化肥的指标,为区分有机和常规蔬菜提供理论和技术支持。

基于苔藓氮含量及δ^(15)N分析探讨农村大气氮沉降状况

2009～2010年在江西抚州市崇仁县10个乡镇采集了85个细叶小羽藓样品,通过对苔藓氮含量及氮同位素(δ15N)的测定,估算了该地区大气氮沉降水平,并探讨了大气氮输入的主要来源.结果表明,研究区苔藓平均氮含量变化范围为2.24%～3.43%,其中农业覆盖率较大郭圩乡和礼陂镇苔藓氮含量均超过3%(平均值分别为3.07%、3.43%).研究区大气氮沉降的变化范围为29.62～54.39kg/(hm2.a),反映了大气氮沉降成为农村生态系统氮输入的重要补充.苔藓平均δ15N值为-3.11‰～0.078‰,指示研究区主要受农业氨源的影响.崇仁县城区苔藓δ15N为-1.7‰,低于其它农业乡镇(δ15N为0‰±1‰),表明该地区还受到城市污水和人畜排泄物所释放的氨影响;孙坊镇苔藓δ15N变化范围为-5.89‰～0.61‰,提示大气氮沉降除受到农业排放的氨作用以外,还存在露天垃圾填埋场挥发氨的贡献.

北京地区典型落叶阔叶乔木叶片含氮量和δ^(15)N值对大气氮沉降的响应

为探究植物对大气氮沉降的响应和对这部分氮素的来源指示作用,本研究通过对北京地区198个采样点,典型落叶阔叶乔木杨属(Populus)和柳属(Salix)植物叶片进行采样,测定其叶片样品含氮量和δ^(15)N值。结果表明:北京地区杨属植物叶片含氮量为16.5—38.6g/kg,平均(24.0±4.0)g/kg;柳属植物叶片含氮量为17.2—36.2g/kg,平均(25.9±4.1)g/kg。研究区域范围内杨属、柳属植物叶片的含氮量均呈现出西北低、东南高的对角线型分布,与该区域大气氮沉降的空间变异相吻合。由于研究区域范围内气候因子无明显的变异,植物叶片的含氮量变化反应了大气氮沉降对植物元素化学计量特征的影响和植物对大气氮沉降的响应。北京地区杨属植物叶片δ^(15)N值为-3.95‰—8.10‰,平均(1.15±2.48)‰;柳属植物叶片δ^(15)N值为-3.04‰—9.73‰,平均(2.31±2.60)‰。杨属和柳属植物叶片的δ^(15)N值均呈现出西北高、中部高、东南低的空间分布,与叶片含氮量空间分布趋势相反。中部城区较高的δ^(15)N值反应了交通污染对大气含氮化合物增加的影响;西北部较高的δ^(15)N值反应了该区域受人为活动排放源的影响较少,自然的氮循环是其较高δ^(15)N值的主要原因;东南部较低的δ^(15)N值则有可能是由农业活动和交通共同作用的结果。

气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法测定发酵液中尿素δ^13C和δ^15N

在酸性环境下,尿素与丙二醛-二甲基乙缩醛反应生成2-羟基嘧啶,随后由重氮甲烷甲基化形成2-甲氧基嘧啶。本研究以酵母发酵液为例,建立了气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(GC-C-IRMS)法测定发酵液中尿素δ^(13)C和δ^(15)N,并对前处理方法和GC条件进行了优化。结果表明:尿素在不同13 C(0~5%)和15 N(0~10%)标记丰度下,标记量与GC-C-IRMS测定结果的相关性良好,线性相关系数R2分别为0.998和0.999,说明可在极低标记浓度下对尿素中δ^(13)C和δ^(15)N进行准确测定。采用该方法测定了酵母发酵液尿素中δ^(13)C和δ^(15)N,其重复性相对标准偏差分别为0.21‰和0.30‰,再现性相对标准偏差分别为0.23‰和0.29‰。该方法精度高、准确性好,可为低稳定同位素标记尿素示踪实验以及尿素循环代谢研究提供方法基础。

长江三角洲地区雨水中NH_4^+-N/NO_3^--N和δ^(15)NH_4^+值的变化

2003年6月至2005年7月,利用自行设计的雨水收集器对位于长江三角洲地区的常熟、南京和杭州3个观测点进行了全年性雨水观测,分析了雨水中NH4+-N/NO3--N和铵态氮自然丰度(δ15NH4+)值的变化.结果表明:研究区3个观测点雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值均呈相似的季节性变化规律,两者的规律性变化在以田间农事耕作为主的常熟观测点尤其明显,而位于市区的南京观测点和位于城乡结合部的杭州观测点的规律性次之;雨水中NH4+-N/NO3--N的峰值出现在6月下旬到8月上旬,然后逐渐下降,冬季降到最低;雨水中δ15NH4+值在6月下旬到8月中旬为负值,在8月下旬到11月中下旬为正值,12月至翌年3月又变为负值,5至6月中旬又转变为正值.雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值的季节变化与不同作物生育期间氮肥的施用、当地气候的季节性变化以及其他NH3释放源的NH3挥发有关(人和动物排泄物、氮污染水体及有机氮源中的氨挥发),其对大气湿沉降中NH4+的来源、形态组成及陆地不同NH3排放源的强度具有明显的指示意义.

δ^(15)N和δ^(18)O在太湖污染源解析中的应用

通过对太湖污染源的概化、比较,选择农业污水、工业污水、生活污水、雨水作为太湖水体污染源,测定污染源及16个水样δ^(15)N和δ^(18)O值,结合同位素质量守恒模型进行数值分析,确定各污染源来源比例。结果表明:太湖整体工农业污染占主要比重,生活污水和雨水来源比例均较低;其中,入湖支流水样工业污染来源比例平均高于农业污染来源,相对开阔湖区水样工业污染来源比例低于农业污染来源,而相对封闭湖区水样工业污染来源比例则高于农业污染来源。可见,在合理划分湖泊水体污染源组成的基础上,利用同位素与数值模型对污染源来源比例的量化研究可为湖泊污染源治理轻重缓急的选择提供参考依据,是揭示湖泊水体污染来源及其污染程度的重要手段。

上海-南极中山站沿途表层海水悬浮颗粒物中的天然15N

The suspended particle material (SPM) samples of surface seawater were collected on the board at 45 stations along the shipping line of Xuelong Ship. The natural abundances of 15N in SPM were measured and the distributions of δ15N along the shipping line were studied. The δ15N values varied from 0.57‰ to 9.87‰ with the mean of 4.12‰. The δ15N distribution showed trans-sea area characteristics and it increased or decreased sharply on sailing from one into the other sea area. The lowest δ15N values with the average of 1.65‰ were observed in Southern Indian Ocean.

苔藓氮稳定同位素(δ15N)指示贵阳地区大气氮沉降

苔藓稳定同位素是环境科学领域用于指示大气环境变化和研究大气污染物输入地表生态系统及其环境效应的新技术.……

交通NOx排放对南京城郊国道杨树防护林带N含量及δ^(15)N的影响

以南京城郊国道杨树防护林带为对象,研究道路交通排放的NOx对杨树各器官及土壤N含量和δ15N的影响。结果表明:随着离国道距离越远,叶片N含量和δ15N整体呈下降趋势,并均与距离成线性相关。杨树大部分器官N含量都是10 m处大于与80 m处,而各器官δ15N 10 m处均大于80 m处;10 m和80 m两处各器官N含量表现为叶片>树根皮>树干皮>树根木质部>树干木质部A>树干木质部B,δ15N表现为树根皮>树根木质部>树干木质部A>树干木质部B>叶片>树干皮。相比植物体,杨树林带土壤N含量和δ15N则没有表现出很好的规律性。

施氏鲟不同组织中δ13C和δ15N值的变化规律

2015年春季向当地渔民收购黑龙江中游抚远江段体质量范围为(40.9~3500.8)g的施氏鲟Acipenser schrenckii样本17尾,测定背部肌肉、骨板、鳃和肝等组织的δ13C和δ15N,利用单因素方差分析对比4种组织的δ13C和δ15N平均值和δ13C以及δ15N的两两之间的关系。结果表明:(1)施氏鲟四种组织的δ13C以及δ15N平均值均存在显著性差异(P<0.01);(2)施氏鲟4种组织两两之间的δ13C具有显著的线性关系,背部肌肉、骨板和鳃等3种组织两两之间的δ15N具有显著的线性关系。本文首次研究了δ13C和δ15N在施氏鲟不同组织中的变化规律,可为利用碳氮稳定同位素技术研究施氏鲟食物来源及营养级位置的取样提供参考。

天然水体中铵态和硝态氮δ^(15)N的测定

介绍了一种天然水体中铵态和硝态氮δ15N的测定方法,包括3个步骤:(1)离子交换法富集水中铵态和硝态氮;(2)蒸馏法进一步提纯铵态和硝态氮;(3)阳离子树脂萃取由转化和蒸馏得到的铵态氮,并将树脂干燥后送入元素分析仪串联质谱(EA-IRMS)测定δ15N.用这种方法处理NH4Cl和KNO3配制的人工模拟水样和野外采集的天然水样,发现δ15N-NH4+和δ15N-NO3-测定的准确性高、重复性好,人工模拟水样δ15N-NH4+的测定值和标准值相差0.560‰,δ15N-NO3-的测定值和标准值相差0.341‰,所有水样重复间的标准偏差在0.008‰—0.384‰之间.测定方法需要的水样体积较少,水样处理速度较快,离子交换后水样中的铵态和硝态氮可长期保存,适合野外天然水体δ15N测定.

鄱阳湖典型洲滩湿地植被叶片和土壤δ15N特征分析

为研究鄱阳湖典型洲滩湿地植被叶片和土壤δ15N特征,以蚌湖和修水之间的洲滩作为研究对象,选取典型断面研究2015年10-12月和2016年4月植被叶片和土壤δ15N的相关关系,探讨土壤含水量和无机氮(铵态氮和硝态氮)对植被叶片和土壤δ15N的影响。结果表明:大部分C3植被的叶片δ15N大于C4植被;湿润时期植被叶片和土壤δ15N大于干旱时期,但湿润时期和干旱时期植被叶片均较土壤富集15N。铵态氮在湿地土壤中占比高达87.43%,是土壤主要的无机氮,但湿地植被主要吸收硝态氮。研究区氮循环开度较小,土壤δ15N随着可利用氮素的增加而降低,而随着土壤含水量的增加而增加。植被叶片δ15N与土壤δ15N呈显著的正相关关系,植被叶片δ15N主要受土壤氮素变化和氮同位素分馏的影响。