基于稳定同位素和贝叶斯模型的引黄灌区地下水硝酸盐污染源解析

地下水硝酸盐（NO₃^-）污染已经成为全球严重的水环境问题之一,由于饮用水中高含量NO₃^-会转化成亚硝酸盐而增加各种疾病和癌症风险,其来源的确定对于NO₃^-污染的预防和控制非常重要。本文以黄河下游第二大灌区——潘庄灌区为例,首次采用NO₃^-的氮氧稳定同位素结合贝叶斯模型追溯地下水NO₃^-的来源并量化各种来源的贡献比例。结果表明,地下水NO₃^-含量分布在0.1~197.0 mg·L^-1,平均值为34.2 mg·L^-1。与《生活饮用水卫生标准》中规定的地下水NO₃^-最大含量[20 mg（N）·L^-1,相当于NO₃^-含量90 mg·L^-1]相比,有10%的样品NO₃^-含量超标。井深<30 m、30~60 m和>60 m的地下水NO₃^-平均含量分别为25.9 mg·L^-1、39.7 mg·L^-1和20.1 mg·L^-1。空间上,宁津县、武城县、平原县和禹城市有大片区域地下水NO₃^-含量较高。地下水NO₃^-的δ¹⁵N组成范围为0.72‰~23.93‰,平均值为11.62‰;δ¹⁸O组成范围为0.49‰~22.50‰,平均值为8.46‰。同位素结果表明粪便和污水、农业化肥是地下水中NO₃^-的主要污染来源。这反映了人类活动是引起地下水NO₃^-污染的主要原因。贝叶斯模型结果显示,粪便和污水对潘庄灌区地下水中NO₃^-平均贡献率高达56.2%,化肥的平均贡献率为19.3%,大气降水和土壤的平均贡献率分别为6.2%和12.3%。由于污水、粪便和化肥是地下水中NO₃^-的主要来源,为保护和改善研究区地下水水质,建议加强污水管道建设,强化畜禽粪便的管理以及提高化肥利用效率。     

化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值

采用化学转化法可同时测定各种水体样品中硝酸盐的氮、氧同位素比值。在弱碱性环境中,镀铜镉粒将硝酸盐还原为亚硝酸盐,然后在弱酸性缓冲体系中叠氮酸根将亚硝酸盐转化为氧化亚氮。通过带有预浓缩装置的同位素比值质谱计测定氧化亚氮的氮、氧同位素比值,并用公式将其换算为硝酸盐的氮、氧同位素比值。通过国际标准样品和实验室标准样品的多次检测证实化学转化法具有适用范围广、灵敏度高、操作简便、准确的特点,其转化过程仅需两步,且需样量仅为4.5μg NO3--N。δ15N和δ18O的测量精度分别为0.31‰和0.55‰,测定值与参考值的差异均小于1σ,测量的精确度和准确度均可满足样品分析的需求。     

地下水硝酸盐氮污染防治研究

采用室内土柱实验法,研究了向土壤中掺入活性炭纤维对地下水硝盐氮污染的防治效果。结果表明,将活性炭纤维掺入土壤中,可以强化土壤反硝化作用,防止硝酸盐氮对地下水的污染。     

电极法测定地下水中硝酸盐氮方法的探讨

目前用于水质硝酸盐氮测定的方法较多,但适合于野外快速,简便,而又具有较高准确度的测定方法尚少。为满足野外测定的需要,本文通过试验,对试行的硝酸根电极法与经典的酚二磺酸法进行了比较,并对硝酸根电极法测定过程存在的问题进行了探讨。     

硝酸盐及其氮、氧同位素最新分析方法-细菌反硝化法

细菌反硝化法是一种用于测定环境样品硝酸盐及其δ^15 N和δ^18O的新方法,广泛用于NO 3^-来源及其转化过程相关环境生态研究。为了推进相关应用研究,本文系统介绍了细菌反硝化法的原理、特点和一般分析步骤,着重讨论了分析过程中的质量控制环节和试验要点,给出了分析相关计量关系及结果标定和校正公式。     

施肥对大白菜中氮同位素及硝酸盐含量的影响

研究不同肥料配施处理对土壤和大白菜中稳定性氮同位素丰度(δ15 N‰)及硝酸盐含量的影响.结果表明,随着有机肥比例的降低,大白菜中δ15 N和硝酸盐含量分别呈现逐渐降低和增加的趋势,对照大白菜中δ15 N和硝酸盐含量分别为+9.355‰和1459mg/kg;纯有机肥(100%-O)和纯化肥(100%-C)处理大白菜中δ...     

地表水-地下水交互下傍河土壤硝酸盐氮迁移规律试验研究

为了研究地表水与地下水不同补给关系下硝酸盐氮在傍河农田的迁移规律,选取大沽河河床沙样作为沙槽试验介质,设计地表水与地下水相互补给装置,模拟无补给、地表水补给地下水和地下水补给地表水3种方式下硝酸盐氮在土壤中的迁移,通过测定各取样点硝酸盐氮含量和到达时间,分析了其迁移规律。结果表明:纯淋洗实验中,淋洗强度与沙样颗粒越小,硝酸盐氮在表层沙中的累积越明显,硝酸盐氮的迁移也越慢。地表水与地下水相互补给试验中,补给水位上升,硝酸盐氮的积累量增加、迁移到饱水带的时间缩短;补给水力坡度为0.5时,硝酸盐氮在细沙饱水带中迁移速度约为5.3 cm/min;水力坡度变为0.7时,迁移速度约为9.4 cm/min;补给水力坡度为0.5时,硝酸盐氮在中沙饱水带的迁移速度约为12.3 cm/min。硝酸盐氮在包气带中的积累量随着沙层深度的增加而减少;淋洗强度、水力坡度及沙样颗粒越大,硝酸盐氮在包气带和饱水带中的迁移速度越快;补给水位越高,硝酸盐氮迁移至饱水带的时间越短。     

滆湖氮污染双同位素溯源与清单统计法对比研究

滆湖位于我国江苏省,湖区主要涉及常州市的武进区、金坛区以及无锡市的宜兴市。密集的人口和发达的工农业造成滆湖水体中的氮素污染严重,污染来源复杂。因此亟待识别水体中的氮素污染来源,为氮素污染治理提供数据参考。本研究以生活污水、化学肥料及工业废水为硝态氮端元,借助氮氧同位素端元混合模型计算出滆湖区域生活污水、化学肥料及工业废水对滆湖硝态氮污染负荷贡献率,分别为22.79%、33.25%、43.96%。同时本研究针对2013年整年滆湖区域调研数据,利用清单统计法,从宏观上量化了一整年3种来源硝态氮负荷贡献量的绝对值,并推算出相对值,分别为42.09%、48.11%、9.80%。两种方法以互补的方式对不同时间尺度上滆湖硝态氮污染负荷进行了表征,为滆湖硝态氮污染的治理提供了科学参考。     

地下水硝酸盐去除中反硝化微生物的研究进展

地下水硝酸盐污染已经成为一个全球问题,由于饮用高硝酸盐含量的地下水会增加高铁血红蛋白症和癌症风险,地下水硝酸盐污染受到越来越多的关注。反硝化脱氮是地下水硝酸盐脱氮的主要途径之一。本文就参与地下水硝酸盐去除的反硝化微生物种类、反硝化机理、碳源类型以及地下水污染中微生物作用的国内外研究现状进行了较全面系统的评述。在此基础上,提出了该类研究中存在的不足,包括实验室研究较多但野外研究较少,野外原位应用中对特定微生物特性方面研究缺乏,碳源利用率低和硝酸盐去除速度慢,去除过程中有效微生物的代谢途径仍不清楚等问题。针对这些问题,本文认为以后的研究应该进一步开发野外原位应用中反硝化微生物资源,并借助先进的分子方法和功能基因鉴定此类特殊微生物的种类、功能及其生态学行为,选择最佳碳源,完整深入地了解地下水硝酸盐去除中微生物的代谢过程,识别反硝化过程中氮的来源与去向,为寻找提高处理效率的方法提供理论依据,真正将理论和实践结合起来。     

我国北方农用氮肥造成地下水硝酸盐污染的调查

对我国北方14个县市的调查结果显示:北方一些地区的农村和小城镇由于农用氮肥的大量施用而引起的地下水、饮用水硝酸盐污染的问题已十分严重。在调查的69个地点中有半数以上超过饮用水硝酸盐含量的最大允许量(50毫克/升)。其中最高者达300毫克/升。对于氮肥使用状况的分析结果表明,我国北方地下水的硝酸盐污染主要与80年代以来化学氮肥用量的成倍增长有关。而随着今后化学氮肥用量的进一步增加,农用氮肥引起地下水、饮用水硝酸盐污染的情况将较目前更为严峻。在调查和分析的基础上本文还提出了解决这一问题的几点具体意见及措施。     

施肥对土壤及黄瓜中稳定性氮同位素丰度的影响

研究不同肥料配施对土壤、黄瓜及其叶片中稳定性氮同位素丰度(1δ5N‰)及硝酸盐和硝酸还原酶活性的影响。结果表明,随着配施有机肥比例的降低,黄瓜中1δ5N呈现先低后高再低的趋势;各处理单施化肥初期时黄瓜中1δ5N与有机肥60%和40%配施处理间差异显著(P0.05),中期时与有机肥60%、40%配施处理及对照间的差异显著(P0.05),末期时与有机肥60%配施处理间有差异(P0.05),与其他不同配施时差异不显著(P0.05);相同处理的不同采摘时期黄瓜中1δ5N差异不显著(P0.05)。不同处理时叶片与黄瓜间的1δ5N呈正相关(r=0.9836),其1δ5N主要受不同肥料配施处理的影响。随着有机肥比例的降低,黄瓜中硝酸盐含量逐渐降低,与黄瓜中1δ5N间的线性相关性差(r=0.6568);而叶片中硝酸还原酶活性逐渐提高,其中对照处理、100%、80%和60%有机肥处理时与叶片中δ15N丰度呈正相关(r=0.9187);60%、40%、20%有机肥和100%化肥处理时与叶片中1δ5N呈负相关(r=-0.9773)。总体来看,可以初步利用1δ5N作为标记来区分有机肥和化肥种植的黄瓜,但需要进一步研究1δ5N在作物中的分馏和分布规律。     

基于氢氧稳定同位素的艾比湖流域地表水与地下水转化关系

地表水和地下水是水资源主要组成部分,研究干旱区地表水和地下水相互转化过程,对水资源的合理开发利用与评价具有重要的理论意义.选取艾比湖流域地表水和地下水为研究对象,分析其稳定同位素组成特征和分布规律,探讨不同水体间补给关系.结果表明:(1)艾比湖流域大气降水δ2 H和δ18 O表现出显著的季节变化特征,全年表现为冬季贫化...     

(15)~N稳定同位素标记技术在草地生态系统氮循环中的研究进展

稳定性同位素标记技术在生态学的诸多研究领域中有着广泛应用,其中15N标记技术在草地生态系统氮素循环研究中发挥了重要作用。本文综述了15N标记技术在国内外草地生态系统中生物固氮、氮肥的去向和利用、氮素在土壤中的转化以及氮素损失方面的研究现状及进展,并对存在的问题和前景进行了分析和展望,为更好的利用氮肥、充分发挥草地生产潜力提供理论依据。图1,参53。     

氮稳定同位素的印迹规律与有机食品鉴别

有机生产中禁止使用化肥,肥料是有机食品认证中监管的农业投入品之一。不同来源的氮肥中稳定同位素1δ5N的丰度不同,由此农产品中δ15N的丰度也存在差异;有机肥种植的农产品中1δ5N丰度最高,不施肥种植的次之,而化学氮肥种植的则最低。施肥方式、作物类别、生长阶段和部位对农产品中1δ5N丰度的影响不一样,一般对于生长期较短的蔬菜适合用δ15N丰度标记其氮肥来源,对于生长期较长或具有固氮作用的作物则不适合。采用氮稳定同位素1δ5N丰度检测来标记作物的氮肥来源,对有机食品的真伪鉴别,质量监督体系的完善和消费者的权益保护具有积极的法规理论探讨价值和实际应用价值。     

辽宁省粮食蔬菜主产区地下水硝酸盐含量调查分析

2005～2007年连续3年5次采集辽宁省粮食、蔬菜主产区地下水样品1000余个,利用TU-1810DASPC紫外可见光光度计测定硝酸盐含量。结果表明:粮食、蔬菜主产区地下水硝酸盐含量平均值为17.37mgL-1,硝酸盐含量小于20mgL-1的样品占70.53%,大于20mgL-1的样品占29.47%。保护地蔬菜产区农户饮用水硝酸盐含量平均值为21.19mgL-1,个别的蔬菜种植户地下水硝酸盐含量达到396.67mgL-1,超出国家安全饮用水标准15倍以上。水稻产区地下水硝酸盐含量平均值为19.14mgL-1,玉米产区地下水硝酸盐含量为14.21mgL-1。部分监测区域地下水硝酸盐含量超出安全饮用水标准13.0%～28.1%。不同县区地下水硝酸盐含量超标率排序为新民市53.75%>开原市42.35%>辽中县41.75%>黑山县33.46%>北镇市31.51%>铁岭县28.87%>昌图县28.33%>新城子区12.50%>于洪区10.00%>苏家屯区9.00%。     

城市地下水硝酸盐污染及其成因分析

用N同位素分析方法并结合调查区域土地利用类型的分析 ,对杭州市城区 2 1口水井取样分析以确定杭州城市地下水的水质结果显示 :本地区地下水硝酸盐污染严重 ,杭州城市地下水水质属于Ⅲ类水标准 ,不宜饮用。有 4 0 5 %样品的NO3 N含量超过了世界卫生组织的标准 (N10mgL-1)。我们发现不同的土地利用区有不同的NO3 N水平 (N 0 0 4～ 34 4 1mgL-1)。同时我们引进N同位素方法以辨明NO3 N污染源 :居住区地下水δ15NNO3值为 10 4‰～ 2 2 0‰ ,农业区δ15NNO3值的为 17 5‰～ 19 5‰。生活污水是城市浅层地下水的主要NO3 N污染源。在居住区还存在点源污染 ,如化粪池 ;种植蔬菜施用的有机肥则是农业区的NO3 N污染源。     

土壤磷酸盐氧同位素分析方法和应用研究进展

在一定温度下磷酸盐和周边水体氧的同位素分馏仅受生物活动控制,因此磷酸盐氧同位素成为生态系统中磷源和磷循环研究的良好示踪剂。介绍了磷酸盐氧同位素研究应用的理论基础和近几年来针对土壤富含有机质,氧元素来源多样的特点发展起来的土壤磷酸盐氧同位素的分析和纯化方法,综述了磷酸盐氧同位素在土壤磷源示踪和磷循环应用研究中的初步进展,并提出目前研究存在的局限和对未来工作的展望。     

稻田沟渠-湿地系统的碳氮稳定同位素组成特征

由于稳定同位素在特定污染源中具有特定的组成,在污染物质迁移转化过程中作为示踪剂而广泛应用。针对目前农业面源污染较为严重的现状,该文利用碳氮稳定同位素研究了灌区内外源物输入对稻田沟渠-湿地系统的贡献。结果表明,水中颗粒性有机物(particulate organic matter,POM)由于受到光照、营养物质不同导致POM在各采样点组成不同,δ13C变化范围较大,均值为-27.8‰,与大型水生植物和浮游植物接近,此类植物可能是POM的主要来源。水中δ13CDIC(dissolved inorganic carbon,DIC)与浮游植物呈线性相关,浮游动物δ13C与浮游植物存在一定相关性,而浮游植物与POM之间不存在显著性差异,说明研究区内浮游动物对內源有机碳的利用主要是取食浮游植物低持斜聿愠粱?δ13C值变化范围在-27.2‰～-21.8‰之间,明显高于水体POM含量,说明表层沉积物存在比颗粒有机物更富集碳的藻类与陆源碎屑等物质。各采样点颗粒有机物δ15N值的范围3.1‰～4.2‰,平均值为3.6‰,其中湿地δ15N高于其他采样点。沉积物δ15N平均值为-0.6‰,与大气中N2较为接近。     

河北省地下水硝酸盐污染总体状况及时空变异规律

通过对河北省11个地区连续7年共14次进行地下水取样及硝酸盐含量监测,对地下水硝酸盐污染现状及时空变异规律进行分析。结果表明,2006-2012年间河北省地下水硝酸盐（以N计）平均含量变化范围在6.73~9.84 mg·L-1之间,总平均值为8.42 mg·L-1,低于美国的饮用水标准（10 mg·L-1）。河北省地下水硝酸盐平均含量呈逐年明显增加的趋势,河北省地下水硝酸盐10、20 mg·L-1超标率分别为22.34%和9.73%,地下水硝酸盐大于20 mg·L-1的Ⅳ类和ⅴ类水分布频率明显增加,由2006年的6.96%增加到2012年的10.60%,增加了3.63%。不同地区间地下水硝酸盐平均含量和各类水的分布频率均存在明显的差异。地下水硝酸盐含量的最低值出现在廊坊、衡水和沧州地区,平均含量分别为0.64、0.62 mg·L-1和0.97 mg·L-1。秦皇岛地区地下水硝酸盐的平均含量最高,为26.45 mg·L-1,是廊坊、衡水和沧州地区的27.27~42.66倍。秦皇岛地区地下水硝酸盐超标率也最大,为58.82%。衡水、沧州、廊坊地区主要以玉类水为主。保定、邢台、邯郸、石家庄和唐山等5个地区以I和Ⅲ类水为主。秦皇岛、张家口和承德等地区以Ⅲ类水为主。其中,张家口和承德地区ⅴ类水分布频率分别为15.53%和9.95%,仅次于本地区的Ⅲ类水和II类水。     

利用稳定同位素进行农产品溯源研究进展

随着消费者对农产品质量与安全要求的提高,农产品溯源保持着良好的发展态势。稳定同位素在农产品研究中应用广泛,主要包括农产品产地溯源、真伪鉴别等。在产地溯源方面,研究较多的是牛肉、羊肉、牛奶、葡萄酒、蜂蜜、水产品、茶叶、谷物等农产品。一直以来,缩小溯源区域范围是产地溯源的难点和重点。稳定同位素技术与矿物元素技术、氨基酸技术、脂肪酸技术相结合是缩小溯源区域范围的最佳方法。在农产品真伪鉴别方面,农产品掺杂掺假形式多样、手段复杂,消费者难以辨别。在农产品加工过程中稳定同位素分馏方面,研究已经展开,且逐步深入。本文综述了2015—2020年稳定同位素在农产品产地溯源、真伪鉴别以及加工过程中的分馏研究进展,阐述了稳定同位素与其他技术结合进行农产品溯源区域范围的研究,并对利用稳定同位素进行农产品溯源研究予以总结和展望。