三极雪冰中铅浓度变化及其污染来源同位素示踪研究进展

铅是一种对人类危害极大的有毒重金属元素,示踪铅的来源是控制铅污染的前提。由于铅同位素在自然过程中难以发生明显的分馏而保留了污染源区的特点,成为追踪铅污染源强有力的“指纹”工具。雪冰作为冰冻圈重要的环境介质,因具有保存大气铅的特征,对雪冰的研究可以重建区域和全球的大气污染变化,探讨过去铅排放的活动历史。本文系统地总结了三极地区(南极、北极、青藏高原及周边地区)雪冰中铅浓度与铅同位素记录、空间分布以及使用铅同位素对雪冰铅源进行识别与解析的相关研究。结果表明:三极地区雪冰铅浓度呈现第三极>北极>南极的空间分布特征,其中第三极北部地区雪冰中铅浓度整体较南部偏高且拥有更低的^(206)Pb/^(207)Pb比值。冰芯环境记录表明,铅污染显著发生在古罗马和中世纪时期、工业革命时期(采矿、冶炼、燃煤)和20世纪下半叶(含铅汽油使用前后),三极地区雪冰中铅浓度峰值主要出现在20世纪70年代左右。铅同位素示踪显示矿物粉尘是三极地区雪冰中铅的主要自然来源,其中南极不同地点雪冰还受到火山活动不同程度的影响。南极雪冰中的铅污染主要来源于澳大利亚和南美洲国家,北极雪冰中的铅污染主要来源于北美和欧亚大陆,第三极不同冰川雪冰中的铅来源存在差异。

沉积盆地地下水无机氮来源示踪及其演化模式

以我国沉积型盆地三江平原的典型农业区抚远地区为例,采用水化学法和GIS技术分析区域水化学成因作用及无机氮素的污染特征,利用氮氧双稳定同位素分布特征及稳定同位素解析模型(SIAR)确定氮素来源及各污染源贡献比,基于对影响氮素浓度变化的多项因素的认识,建立区域氮素的水化学演化模式.结果表明:研究区地下水中氨氮超标率为56.52%,毫克当量百分数平均值占无机氮总量的55.50%,是地下水无机氮素中污染影响程度最大的指标;土壤有机氮、厩肥污水和氨态化肥是径流补给区氮素的主要污染来源,各污染端元贡献比由大到小依次为40.49%、30.24%和29.27%.地下水补给区是氨氮污染最重的区域,排泄区是硝酸盐氮污染相对严重的区域,氧化还原条件是影响氮素浓度的关键因素;在氮素的时空演化过程中,除二级阶地仍保持天然水化学状态外,一级阶地和漫滩区的氮素浓度均有不同程度的升高.

地下水中高氯酸盐来源的同位素示踪研究进展

高氯酸盐(ClO-4)是一种新型的持久性污染物,痕量的ClO-4即可危害人体的健康。中国地下水中ClO-4的污染防治研究迫在眉睫,污染来源解析是其首要解决的关键问题。现阶段的研究表明,ClO-4的氯(δ37 Cl、36 Cl/Cl)和氧(δ18 O、Δ17 O)多元同位素的综合信息为地下水中ClO-4来源及其迁移转化规律的示踪提供了一种重要的工具。ClO-4的氯、氧同位素的测试技术、分馏机理及其对地下水中ClO-4的溯源应用等方面取得了创新性的成果,为我国有效开展地下水中ClO-4来源的定性识别与定量评价研究提供了技术支撑和科学依据。然而,现有的研究成果具有明显的地域局限性,不同区域ClO-4来源的氯、氧同位素特征值的丰富与端元模型的完善,特别是人工合成的ClO-4来源的有效解析,具有重要的理论意义和应用价值。

磷酸盐氧同位素示踪环境中磷的来源与转化:原理、方法与应用

磷是地表环境中重要的生命元素。由于研究手段的限制,目前有关磷生物地球化学循环过程及机制的认识仍然匮乏。作为一种新兴示踪剂,磷酸盐氧同位素(δ^(18)O_(p))成为当前研究磷生物地球化学循环的潜在有效工具。本文综述了δ^(18)O_(p)示踪环境中磷来源与循环的基础原理,不同环境介质中δ^(18)O_(p)的分离纯化及测试方法的研究进展,梳理了近年来δ^(18)O_(p)在环境科学领域的应用,重点是土壤、沉积物和水生生态系统(河流、湖泊和海洋)。在此基础上,提出了δ^(18)O_(p)在未来工作上的展望:进一步扩展δ^(18)O_(p)分析测试技术(如低磷、高溶解有机质的样品),在藻类、微生物体系中分馏效应的探索。

氮和氧同位素示踪云台山地表水硝酸盐来源

多年监测发现,5A级风景旅游区云台山水中总氮超标.为了摸清其不同形态氮含量水平并识别氮污染来源,本研究分别于丰水期(2021年9月、2022年6、7月)、平水期(2021年11月)和枯水期(2021年12月、2022年2月)采集云台山马鞍石水库表层和深层水及其上游河流表层水样品共58个,测定并分析了水化学参数(TN、NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和Cl^(-))的浓度和硝酸盐氮氧稳定同位素(δ^(15)N-NO_(3)^(-)、δ^(18)O-NO_(3)^(-)),同时利用SIAR同位素模型定量解析了水库及其上游河流中NO_(3)^(-)源的贡献.结果表明,马鞍石水库及其上游河流水中ρ(TN)、ρ(NO_(3)^(-)-N)、ρ(NH_(4)^(+)-N)变化范围分别为1.86~6.4、1.40~4.19、0~0.45 mg·L^(-1),ρ(NO_(3)^(-)-N)/ρ(TN)变化范围为44.08%~99.3%,均值为79.84%,硝态氮是氮的主要存在形态.δ^(15)N-NO_(3)^(-)和δ^(18)O-NO_(3)^(-)变化范围分别为-9.12‰~8.49‰和-0.58‰~13.62‰,水库δ^(15)N-NO_(3)^(-)和δ^(18)O-NO_(3)^(-)值在平水期最高.δ^(15)N-NO_(3)^(-)、δ^(18)O-NO_(3)^(-)值和n(NO_(3)^(-))/n(Cl^(-))与Cl^(-)物质的量浓度的关系指示水库及其上游河流NO_(3)^(-)主要来源于化肥和土壤氮.SIAR同位素模型结果表明,丰水期、平水期和枯水期土壤氮的贡献分别为48.5%、41.5%和22.4%,化肥的贡献分别为25.8%、22.9%和62.7%.

运用氮、氧双同位素技术研究永安江硝酸盐来源

以洱海人湖河流永安江为研究对象,利用硝酸盐δ15N 和δ180 双同位素技术对永安江水体的硝酸盐氮来源进行识别.在永安江沿程共布置9 个监测点,分析硝酸盐的污染特征,并利用离子交换树脂法对水样进行预处理后测试硝酸盐δ15N 和δ180 .结果表明,永安江硝酸盐氮源负荷占永安江总氮源污染的5 0 % 左右,各采样点p（硝酸盐）为0 . 07-5. 22 m g. L^-1,均值为1. 00-2. 39 mg · L^-1.经同位素测试,各采样点5 15N-N0 3-均值为6. 1 2 % c-13.88%C,5 180-N0 3-均值为8 .24%c- 1 1 . 7 2 % c;永安江河水中硝酸盐主要来自于流域内化学肥料、牲畜粪便、生活污水和土壤有机氮硝化;利用IsoSource混合模型对4 种形态的硝酸盐来源进行定量分析,发现化学肥料占37. 3 % ,牲畜粪便占34. 6 % ,村落污水占18. 2 % ,土壤有机氮占9. 9 % .利用IsoSource混合模型可为河流硝酸盐来源定量研究提供新的研究思路,硝酸盐贡献比例与河流流经村落位置及土地利用类型有关.

氮氧同位素在城市地表水硝酸盐来源解析的应用进展

地表水硝酸盐污染造成了地表水体富营养化和水质恶化等的生态环境问题,确定地表水中硝酸盐的来源并加以控制显得尤为重要。利用不同成因的地表河流硝酸盐的δ15N和δ18O存在着较大差异,将氮、氧稳定同位素示踪技术用于河流硝酸盐来源解析的研究日益受到研究者的广泛关注。本文综述了利用氮、氧同位素来研究地表水硝酸盐不同来源的研究进展,总结归纳了不同硝酸盐氮来源的δ15N和δ18O分布范围,并展望了未来我国地表水硝酸盐来源示踪的可能发展方向。

不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源识别

为了更好地对太子河上游区域河流硝酸盐污染进行防治,联合硝酸盐氮氧同位素(δ^(15) N-NO^(-)_(3)和δ^(18)O-NO^(-)_(3))、水的氧同位素(δ^(18)O-H_(2)O)、氯离子(Cl^(-))、硝酸盐(NO^(-)_(3))、氨氮(NH^(+)_(4)-N),对不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源进行了识别。结果表明:枯水期ρ(Cl^(-)),ρ(NO^(-)_(3)),ρ(NH^(+)_(4)-N)和δ^(18)O-NO^(-)_(3)显著高于丰水期,δ^(15) N-NO^(-)_(3)无显著时间差异。空间上,枯水期,太子河北支ρ(NO^(-)_(3))显著高于南支。丰水期,太子河南支ρ(Cl^(-))显著高于北支。太子河北支ρ(Cl^(-))和ρ(NO^(-)_(3))在丰水期和枯水期的空间变化呈相反趋势。丰水期太子河南支ρ(Cl^(-))和ρ(NO^(-)_(3))的空间变化趋势与枯水期一致。枯水期太子河上游地区NO^(-)_(3)主要来源于土壤有机氮。可见,丰水期的主要来源是土壤有机氮、复合肥料。另外,丰水期上游区域土壤中的大气沉降可能也是河流硝酸盐的一个主要来源。丰水期硝酸盐从土壤冲刷进入河流过程中发生了硝化作用。枯水期太子河北支河流内硝化过程影响着硝酸盐浓度变化。

运用硫同位素、氮氧同位素示踪里湖地下河硫酸盐、硝酸盐来源

为揭示里湖地下水水质的时空变化规律,结合硫同位素及氮氧同位素分析水质变化原因,为开发和保护岩溶水资源提供科学依据.于2010年1月至12月,2014年5月、10月对里湖地下河进行监测,分析其常规水化学组成及δ34S-SO2-4、δ15NNO-3、δ18O-NO-3特征.结果表明:1地下河水化学类型为HCO3-Ca型,受到大气降水、人类活动等影响,各离子表现出明显的时空变化规律;2自污水处理厂运营以来,地下河中硫酸盐浓度略有降低,但仍然偏高,与2010年相比,硝酸盐污染加剧.受人类活动影响上游拉易洞、南丹河,中游凉风洞、甘田坝等地硫酸盐、硝酸盐浓度较高,下游小龙洞处浓度较低;3地下河δ34S-SO2-4值在-4.12‰^-0.93‰之间,通过与潜在硫源的δ34S比对,推断由工业和居民生活燃煤产生的大量硫氧化物引起雨水酸化,以酸雨的形式向当地地下水输入大量SO2-4;4δ15N-NO-3值在0.26‰~11.58‰之间,平均为7.61‰,δ18O-NO-3在-2.33‰~21.76‰之间,平均为9.38‰,结合硝酸盐氮氧同位素组成分析,认为土壤氮、人畜粪便和污水是研究区硝酸盐的主要贡献者,也是地下水中硝酸盐污染加剧的主要原因.

北京城市地表河流硝酸盐氮来源的氮氧同位素示踪研究

为了有效防治城市地表河流硝酸盐氮的污染并进行针对性水体治理,利用δ15N和δ18O双同位素示踪技术,对北京城区地表河流硝酸盐污染进行了溯源。选取北京9条河流的10个监测点,分析了硝酸盐氮污染的浓度分布特征,并运用MAT253氮氧双同位素技术解析了硝酸盐的各种来源。研究结果表明,北京城区地表河流硝酸盐氮污染自上游至下游逐渐加重,上游8个监测点的硝酸盐氮平均浓度在0.7～3.4 mg/L之间,下游东护城河和通惠河2处硝酸盐氮的浓度均值分别达7.6 mg/L和7.0 mg/L。利用同位素质谱MAT253分析,得知北京城区地表河流δ15N值总体分布范围为-1.2‰～+28.88‰,δ18O值分布范围为+0.09‰～+6.62‰,依据δ15N和δ18O的特征范围,得出北京城区地表河流硝酸盐来源主要是粪肥和污水。

基于氮氧稳定同位素识别水体氮源的研究进展

氮源污染在全球范围内的地下水、河流、海洋等水体中都是一个备受关注的环境问题,尤其是受人类活动影响较大的区域,其污染来源多样,因此,关于水体中氮污染来源识别是水体氮污染防治的有效手段。近几十年来,利用硝态氮中的氮、氧在不同来源同位素值的不同,作为识别水体中氮污染源的有效手段。通过总结利用硝酸盐氮氧双同位素识别氮源的基本原理和不同氮污染源中氮、氧同位素组成的特征变化区间,结合水体其他水质指标来定性判断水体中氮的来源,描述硝酸盐同位素测试预处理的4种方法。结合其他数学模型,定量识别水体中氮源的贡献比例,并对利用同位素技术研究氮源污染情况进行总结与展望。

贵州洪家渡盆地泉水水化学和碳同位素特征及成因

泉水是洪家渡盆地居民的重要饮用水源,近些年随着人类活动的增强,泉水水质呈恶化趋势。为查明泉水中污染物来源及其地球化学过程,采集15组具有代表性的水样分析水化学、溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)碳同位素(δ^(13)C_(DIC))特征。结果显示泉水组分以Ca^(2+)、Mg^(2+)和HCO_3^-为主,富集SO_4^(2-),硫酸、硝酸与碳酸共同参与了研究区碳酸盐岩风化。泉水Na^+、Cl^-、K^+和NO_3^-主要来源于肥料(如化肥、粪肥)和污水,SO_4^(2-)主要来源于煤层中硫化物氧化、雨水和污水。S01和S09泉因NO_3^-超标已不可直接饮用。泉水δ^(13)C_(DIC)值主要受碳酸盐岩溶解和土壤CO_2的控制,但硫酸、硝酸参与碳酸盐岩风化使泉水δ^(13)C_(DIC)值偏正,且SO_4^(2-)、NO_3^-浓度上升;而硫酸盐细菌还原作用和反硝化作用及人为输入污染物中有机质的降解导致泉水δ^(13)C_(DIC)值偏负。诸多因素导致泉水δ^(13)C_(DIC)值在-17. 72‰～-8. 74‰之间,平均值为-11. 58‰。研究证实δ^(13)C_(DIC)与水化学相结合是探讨碳的生物地球化学过程及示踪岩溶区地下水污染物来源行之有效的方法。

川中二叠系储层沥青来源的稀土元素地球化学示踪

固体沥青广泛分布于世界各地的沉积盆地中,对与古油藏有关的储层沥青的油源示踪多采用生物标志化合物等有机地球化学方法。但过成熟或热演化程度过高的沥青其生物标志化合物已被破坏,不再具有示踪油源的作用。而稀有元素作为性质稳定的示踪元素,在沥青的生成过程中基本不分异,即使绝对含量有所变化,但配分模式不会改变,故能对油源进行示踪[1]。四川盆地发育筇竹寺组（∈1q）、龙马溪组（S1l）等多套烃源岩。已有的勘探表明。

西藏洞中拉铅锌矿床S、Pb同位素组成对成矿物质来源的示踪

西藏洞中拉铅锌矿床位于冈底斯成矿带东段北亚段,矿体发育于上石炭统—下二叠统来菇组灰岩—大理岩化灰岩内的矽卡岩中。在分析该矿床成矿地质背景及对矿区控矿构造分析的基础上,对比前人数据较为系统的研究了矿石S、Pb同位素组成,探讨了成矿物质的来源。表明矿区矿石硫同位素分布范围较窄,呈塔式分布,总硫同位素值约为5.21‰,具有岩浆硫的特征;矿石铅同位素组成稳定,为正常普通铅,矿石铅来源于单阶段模式年龄约为131～134Ma的晚燕山早期上地壳熔融形成的岩浆。

单体同位素分析技术在环境研究中的应用进展

单体同位素分析(Compound-Specific Isotope Analysis,CSIA)是20世纪90年代发展成熟的现代分析方法,日渐应用于环境分析领域,成为当前研究有机污染物最具有应用前景的技术之一。当前CSIA技术在有机污染物研究中的应用主要集中在污染物来源判识、生物转化及实地生物降解研究等方面,本文主要综述了CSIA在有机污染物来源示踪和其在实地生物降解研究方面的进展。

煤矿废水—河流系统中硫同位素的地球化学特征——以贵州龙里猴子沟为例

为更好地了解煤矿关闭后矿山环境中水体的变化,本文研究了猴子沟流域矿山废水和河流水系硫酸根中硫同位素的组成。结果显示,煤矿虽然不再开采,但煤矿对当地水体的影响依然存在。水体中硫同位素均值为-3.82‰,显示了与当地煤中硫化物内硫同位素相近值,不仅反应了水体受污染的情况,还揭示了水体中硫酸盐的主要来源。

荆州市郊土壤中铅来源的同位素示踪研究

对荆州市郊的农田区、交通区和工业区土壤、汽车尾气、染料和煤等样品进行了铅含量和铅同位素组成研究。铅含量分析结果表明,工业区和交通区土壤均已受到一定的铅污染,其Pb含量平均值(32.80μg/g和26.28μg/g)均高于中国土壤平均值,但工业区受到的铅污染更严重。农田区土壤的Pb含量平均值(24.84μg/g)虽稍低,但也指示该区部分土壤已开始受到铅污染。土壤酸溶相Pb含量与全土Pb含量成显著正相关,指示土壤中的Pb主要分布在酸溶相中。铅同位素组成分析结果表明,工业区、交通区和农田区土壤以及土壤不同相(全土、土壤酸溶相和残渣相)具有不同的Pb同位素组成,且土壤的^(206)Pb/^(204)Pb和^(208)Pb/^(204)Pb比值大致具有如下规律:土壤残渣相>全土>土壤酸溶相。但是,全土的两组Pb同位素比值平均值更接近于酸溶相的。煤、汽车尾气和染料等环境样品具有比土壤变化范围更大的Pb同位素组成。^(208)Pb/^(204)Pb与^(206)Pb/^(204)Pb相关关系图显示,土壤酸溶相大致位于残渣相、汽车尾气和染料与煤组成的三角形内,表明土壤同时受到了汽车尾气、染料和煤的影响。综合对比分析所有样品的Pb含量和Pb同位素组成,结果表明自无Pb汽油的使用,交通区的Pb污染已大大降低,但工业区受到的Pb污染在加重。为防止土壤铅污染的进一步加重,今后需重点防范工业Pb的排放与污染。

黄铁矿Re-Os同位素定年在金属矿床研究中的应用

黄铁矿是地壳分布最为广泛的金属矿物,其Re-Os同位素体系在金属矿床成矿年代和示踪成矿物质来源研究中具有重要地质意义。文章简述了Re-Os同位素体系成矿定年和示踪成矿物质来源的基本原理,综述了近些年黄铁矿Re-Os同位素体系在金属矿床研究应用中取得的成果;认为该方法具有测试样品易选择、测试方法多样性等特征,但该方法目前尚存在黄铁矿样品选择的多样性、测试标样不成熟和分析结果误差较大等不足之处,有待进一步研究。

东江干流水体氮的时空变化特征及来源分析

为了防治东江氮污染并进行针对性水体治理,于2013年7月(丰水期)和2014年1月(枯水期)全面调查了东江干流水体氮的时空变化特征,并利用附生藻的稳定性氮同位素示踪技术对东江水体氮进行了溯源研究.结果表明,TN、NO-3-N、NH+4-N在丰水期的平均浓度分别为2.70、1.63、0.21 mg·L-1,高于枯水期(TN,2.04 mg·L-1;NO-3-N,1.49 mg·L-1;NH+4-N,0.31 mg·L-1);东江水体氮含量较高,且主要以NO-3-N形态存在.各形态氮浓度自上游至下游的变化趋势表现为,TN和NO-3-N先递减再升高,NH+4-N则逐渐递增.稳定性氮同位素示踪表明,面源输入的人畜粪便、养殖废水及农业化肥等是上游区域氮的主要来源,贡献率约占91%;而在下游区域,城市污水的贡献率逐渐增大,并成为氮的主要来源,贡献率达到54%.

太子河流域中游地区河流硝酸盐来源及迁移转化过程

选取太子河中游地区为研究对象,联合硝酸盐(NO_3^-)、氯离子(Cl^-)、硝酸盐氮、氧同位素(δ^(15)N和δ^(18)O)和水的氧同位素(δ^(18)O)识别不同季节2016年5月和8月(对应枯水期和丰水期)地表水硝酸盐来源及迁移转化过程.结果表明通过ManWhitney U检验,枯水期ρ(Cl^-)、ρ(NO_3^-)、ρ(NH_4^+-N)和δ^(18)O-NO_3^-显著高于丰水期,δ^(15)N-NO_3^-无显著时间差异.根据NO_3^-/Cl^-,δ^(15)N-NO_3^-和δ^(18)O-NO_3^-的范围,发现不同采样期,硝酸盐主要来自于多种源的混合.丰水期,细河、蓝河和下达河硝酸盐来源是化学肥料、土壤氮和生活污水及畜禽粪便排放废水.二道河主要是土壤氮和化学肥料.枯水期,下达河硝酸盐主要来自于化学肥料和土壤氮,细河、蓝河和二道河硝酸盐来源主要是土壤氮和生活污水及畜禽粪便的排放.丰水期,ρ(NO_3^-)与ρ(NH_4^+)呈负相关关系,与δ^(15)N-NO_3^-呈正相关关系,说明研究区域发生了氨氮的挥发和硝化过程.二道河和蓝河随着ρ(NO_3^-)和ρ(Cl^-)降低,ρ(NH_4^+)和δ^(15)N-NO_3^-增加,说明有明显的反硝化过程发生.不同采样期NO_3^-和Cl^-呈显著正相关关系,表明各采样河流均发生了混合过程.研究结论为丘陵地区硝酸盐来源的季节差异分析提供参考.