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黄土高塬沟壑区典型城郊流域地表水硝酸盐来源示踪

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环境科学 2023年第2期44卷 761-769页

作者：李欢玮赵广举李明穆兴民田鹏西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100 西北农林科技大学资源与环境学院杨凌712100

随着工农业的快速发展,地表水硝酸盐污染已成为黄土高原地区严重的环境问题之一.以黄土高塬沟壑区典型城郊流域砚瓦川为研究区,采用水化学分析方法和氮氧双稳定同位素技术,并结合siar模型,定量识别旱季和雨季研究区地表水硝酸盐不同污... 详细信息

随着工农业的快速发展,地表水硝酸盐污染已成为黄土高原地区严重的环境问题之一.以黄土高塬沟壑区典型城郊流域砚瓦川为研究区,采用水化学分析方法和氮氧双稳定同位素技术,并结合siar模型,定量识别旱季和雨季研究区地表水硝酸盐不同污染源的贡献率,阐明不同污染源季节性差异的主要原因.结果表明,流域地表水无机氮主要以NO^(-)_(3)-N和NO^(-)_(2)-N形态存在,NO^(-)_(3)-N和NO^(-)_(2)-N雨季浓度平均值均高于旱季,而NH^(+)_(4)-N则呈现相反特征;流域内地表水硝酸盐的转化过程主要以硝化作用为主,雨季其主要来源是粪肥污水,而旱季主要为粪肥污水和土壤氮淋溶,铵肥次之;不同污染源对流域地表水硝酸盐的贡献比例具有显著的季节性差异,旱季与雨季城镇污水排放的贡献比例均为最高,分别为31.40%和65.66%,且雨季污水排放对NO^(-)_(3)的影响远高于旱季,夏季居民用水增加导致大量污水排放至流域内是引起这一现象的主要原因.

关键词：氮氧双稳定同位素硝酸盐来源与转化黄土高塬沟壑区 siar模型

漓江流域岩溶与非岩溶农业小流域水体硝酸盐源解析

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农业工程学报 2022年第6期38卷 61-71页

作者：吴志强潘林艳代俊峰黄亮亮万祖鹏桂林理工大学环境科学与工程学院桂林541004 桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室桂林541004 桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心桂林541004

为研究岩溶与非岩溶小流域水循环和氮循环的差异,该研究选取漓江流域青狮潭水库灌区内以农业为主的睦洞岩溶小流域和金龟非岩溶小流域为研究对象,利用水的氢氧同位素和硝酸盐的氮氧同位素结合贝叶斯同位素混合模型(Bayesian Model Stabl... 详细信息

为研究岩溶与非岩溶小流域水循环和氮循环的差异,该研究选取漓江流域青狮潭水库灌区内以农业为主的睦洞岩溶小流域和金龟非岩溶小流域为研究对象,利用水的氢氧同位素和硝酸盐的氮氧同位素结合贝叶斯同位素混合模型(Bayesian Model Stable Isotope Analysis in R,siar),对比两个小流域水体硝酸盐的污染源以及迁移过程。结果表明:水体硝酸盐污染的时空分布受流域水文地质及其伴生的地形地貌、土壤特性和土地利用类型的影响,以耕地为主且土壤层分布不连续的睦洞小流域水体硝酸盐的浓度均值(0.19~15.84 mg/L)、水的氢氧同位素(分别为-44.08‰~-19.63‰和-7.24‰~-1.55‰)以及硝酸盐的氮氧同位素(-1.65‰~53.98‰和0.04‰~13.74‰)值域都宽于以林地为主且土壤层相对较深厚的金龟非岩溶小流域;空间分布上,睦洞小流域北部补给区裸露岩溶石山果园下渗的氮肥和中部密集村庄下渗的动物粪便/生活污水在中部构造盆地区分散排泄不畅,造成G4~G7采样点井水的NO_(3)^(¯)浓度均值(11.96~15.84 mg/L)以及氮氧同位素丰度值(分别为0.65‰~28.23‰和2.46‰~14.43‰)偏高;时间尺度上,睦洞小流域碳酸盐岩风化形成的浅薄土壤层持水能力差且渗透性强,导致旱季土壤N和雨季动物粪便/生活污水对水体NO_(3)^(¯)的贡献率小于同季节的金龟小流域。研究结果可为岩溶与非岩溶区水环境治理提供科学依据。

关键词：氮同位素硝酸盐岩溶 siar模型

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岩溶洞穴水中硝酸盐浓度变化及其来源与估算

中国环境科学 2023年第11期43卷 5812-5822页

作者：苏丹周忠发龚晓欢丁圣君董慧闫利会熊勇贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

由人为活动引起的地下水硝酸盐(NO_(3)-)污染成为全球关注的一个重要环境问题,准确识别水环境中NO_(3)-的混合污染源是控制NO_(3)-输入和改善水质的关键.为明确岩溶洞穴水中NO_(3)-的分布情况,本文选取麻黄洞为研究对象.通过利用水化学... 详细信息

由人为活动引起的地下水硝酸盐(NO_(3)-)污染成为全球关注的一个重要环境问题,准确识别水环境中NO_(3)-的混合污染源是控制NO_(3)-输入和改善水质的关键.为明确岩溶洞穴水中NO_(3)-的分布情况,本文选取麻黄洞为研究对象.通过利用水化学法与稳定同位素值对洞穴水化学、NO_(3)-变化特征与来源及其生物地球化学过程进行综合分析,结果表明:水体pH平均值为8.36,阴、阳离子分别以HCO_(3)-、Ca^(2+)、Mg^(2+)为主,水化学类型为Ca·Mg-HCO_(3)型,水体呈弱碱性.δD-H_(2)O、δ18O-H_(2)O值分布在当地大气降水线方程附近,表明洞穴水补给的主要来源为大气降水.水中NO_(3)-浓度季节变化稳定,旱、雨季均值分别为13.46mg/L、13.93mg/L,水质符合Ⅱ类水标准(以N计).[NO_(3)-]与[Cl-]的比率和NO_(3)-同位素值显示化肥、土壤氮、粪肥&污水以及大气沉降为水中NO_(3)-的混合来源.水中NO_(3)-转化过程以微生物硝化作用为主导,没有显著的反硝化作用发生.由siar模型估算结果得出:各混合污染源旱、雨季对水中NO_(3)-含量的平均贡献率分别为:CF(55%)、SN(24%)、M&S(12%)、AD(8%),CF(52%)、SN(24%)、M&S(19%)、AD(5%),其中CF与SN为研究区硝酸盐浓度的主要贡献来源,M&S与AD次之.

关键词：地下水麻黄洞同位素硝酸盐水化学 siar模型

基于水化学及氮氧同位素技术的硝酸盐来源解析——以鄱阳湖湿地为例

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中国环境科学 2022年第9期42卷 4315-4322页

作者：李智滔肖红伟伍作亭马艳肖扬宁陈振平陶继华东华理工大学江西省大气污染成因与控制重点实验室江西南昌330013 东华理工大学水资源与环境工程学院江西南昌330013 上海交通大学环境科学与工程学院上海200240 东华理工大学地球科学学院江西南昌330013

为了识别鄱阳湖湿地水体中硝酸盐污染的来源,转化特征和各污染来源的贡献比例,选取枯水期这一典型时期,于2019年1月份对鄱阳湖中的蚌湖湿地,沙湖山湿地和庐山湿地的地表水进行取样,并测定了水样中的离子组成和硝酸盐氮氧同位素值.研究... 详细信息

为了识别鄱阳湖湿地水体中硝酸盐污染的来源,转化特征和各污染来源的贡献比例,选取枯水期这一典型时期,于2019年1月份对鄱阳湖中的蚌湖湿地,沙湖山湿地和庐山湿地的地表水进行取样,并测定了水样中的离子组成和硝酸盐氮氧同位素值.研究结果显示,NO_(3)^(-)/Cl^(-)物质的量浓度比值与Cl-浓度的关系表明3处湿地中硝酸盐来源可能受到农业活动和降雨的影响.蚌湖,沙湖山和庐山湿地水体中δ^(15)N-NO_(3)^(-)和δ^(18)O-NO_(3)^(-)值的范围分别为-6.19‰∼4.67‰和3.41‰∼39.95‰,-4.14‰∼1.45‰和31.54‰∼68.30‰,-6.98‰∼3.83‰和2.80‰∼30.43‰,硝酸盐氮氧同位素值表明3处湿地硝酸盐来源可能受到降水NO_(3)^(-),硝酸盐氮肥,氨态氮肥和土壤有机氮的影响.利用硝酸盐氮氧同位素之间的关系,并结合NO_(3)^(-)与Cl^(-)比值关系判断湿地中无明显反硝化作用的发生.siar模型结果显示:蚌湖湿地,沙湖山湿地,庐山湿地硝酸盐来源中降水NO_(3)^(-)贡献占比最大,其次是化肥,土壤有机氮,粪便和生活污水贡献占比最小.

关键词：鄱阳湖硝酸盐来源氮氧同位素反硝化作用 siar模型

黄河流域(青海段)氮时空分布特征及其来源解析

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环境科学研究 2023年第2期36卷 325-333页

作者：郝晨林巢世军邓义祥温泉辛莹杨晓丽张鹏中国环境科学研究院水生态环境研究所北京100012 青海省环境科学研究设计院有限公司青海西宁810000 中信建设有限责任公司北京100027

青海省作为黄河发源区,其境内干支流水质对整个黄河流域和北方地区具有十分重要的战略意义.为深入了解黄河流域(青海段)氮污染特征,采集黄河干流流域、湟水河流域、大通河流域共30个断面不同水期的水样进行监测,系统分析氮时空分布特征... 详细信息

青海省作为黄河发源区,其境内干支流水质对整个黄河流域和北方地区具有十分重要的战略意义.为深入了解黄河流域(青海段)氮污染特征,采集黄河干流流域、湟水河流域、大通河流域共30个断面不同水期的水样进行监测,系统分析氮时空分布特征,并采用氮氧稳定同位素技术解析了水体中氮的主要来源.结果表明:(1)该区域水体TN浓度在0.33~13.50 mg/L之间,平均值为3.40 mg/L,表现为湟水河流域>大通河流域>黄河干流流域,各形态氮浓度表现为NO_(3)^(-)-N>TON>NH_(4)^(+)-N>NO_(2)^(-)-N.(2)各流域TN浓度最高均为丰水期,但枯水期和平水期各不相同,氮形态分布也不同,说明氮污染来源可能存在差异.(3)相关性分析显示,TN与TON、NO_(3)^(-)-N具有较好的同源性;siar模型分析显示,各污染源对NO_(3)^(-)-N的贡献率表现为土壤源>凋落物源>城镇点源>雨水源>散排生活污水源>畜禽粪肥源,但丰水期时湟水河流域土壤源和凋落物源贡献率下降,城镇点源贡献增加,这与丰水期区域雨污混流导致的城镇生活污水处理不足有关.研究显示,黄河流域(青海段)氮污染主要集中在湟水河流域,主要来源为土壤源、凋落物源和城镇点源,需重点推进污水管网的完善,提高城镇生活污染治理能力.

关键词：黄河流域氮形态分布来源 siar模型

基于同位素示踪方法的东江流域氮素分布特征和来源解析

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环境科学学报 2023年第3期43卷 206-215页

作者：裴德富徐丽赵学敏梁荣昌姚玲爱马千里赵瑞张水航苟婷沈阳建筑大学市政与环境工程学院沈阳110168 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) 广州510535

为了探明东江流域氮素污染现状及氮素污染来源,在东江流域设置31个采样点位,于2020年枯水期(1月)和丰水期(7月)进行水体样品和主要污染源样品的采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及siar模型,绘制典型污染源的δ^(15) N、δ^(18) O特征分... 详细信息

为了探明东江流域氮素污染现状及氮素污染来源,在东江流域设置31个采样点位,于2020年枯水期(1月)和丰水期(7月)进行水体样品和主要污染源样品的采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及siar模型,绘制典型污染源的δ^(15) N、δ^(18) O特征分布图并估算其贡献率,定量分析识别氮素来源,从而对东江流域的氮负荷进行更加有效地控制.结果表明:①东江流域氮素污染以支流区最为严重,其次为源头区,这两个区域的水质均达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)氨氮浓度的Ⅲ类水平,相比之下,上游区、中游区污染较轻,且氨氮浓度能达到地表水环境质量标准的II类水平.②东江流域氮素以硝态氮为主要赋存形态,枯水期、丰水期各研究区域内硝态氮占总氮的比例分别为43.29%~74.83%、65.51%~80.08%.③东江流域枯水期生活污水是主要的污染来源,贡献率为44.45%~61.39%,丰水期降雨径流是主要的污染来源,贡献率为36.67%~46.11%,究其原因跟流域内不同水文期降雨量大小和河道水量有关.④氮素浓度在丰水期和枯水期之间存在明显差异,且从2009年至今,水体氮素污染程度呈现加重趋势,建议通过测土配方,因地制宜地使用化肥、农家肥,将产生的生活污水、养殖废水等收集集中处理等措施,提高污水处理率,减轻东江流域氮素污染负荷.

关键词：东江氮素稳定同位素 siar模型时空变化源解析

长江下游快速城市化地区水污染特征及源解析:以秦淮河流域为例

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环境科学 2021年第7期42卷 3291-3303页

作者：马小雪龚畅郭加汛王腊春徐蕴韵赵春发江苏第二师范学院城市与资源环境学院南京210013 Signal Processing in Earth Observation(SiPEO) Technical University of Munich(TUM)80333 MunichGermany 江苏省水文水资源勘测局宿迁分局宿迁223800 南京大学地理与海洋科学学院南京210093 南京市江宁区水务局南京211100

明晰区域水污染现状及污染物与污染源之间的关系是实施水环境精细化管理和区域水污染治理对策的前提.水质标识指数法(WQI)和聚类分析(CA)被用于研究2015~2019年秦淮河流域29个监测站点的11个水质参数的时空变化特征,并利用PMF模型和SIA... 详细信息

明晰区域水污染现状及污染物与污染源之间的关系是实施水环境精细化管理和区域水污染治理对策的前提.水质标识指数法(WQI)和聚类分析(CA)被用于研究2015~2019年秦淮河流域29个监测站点的11个水质参数的时空变化特征,并利用PMF模型和siar同位素源解析模型解析秦淮河流域的污染物来源及贡献率.结果表明,秦淮河流域河道水体总体为中度污染,TN浓度超标是流域水体污染的主要原因;2015~2019年WQI值呈现下降的趋势;空间聚类和PMF分析结果显示:(1)高污染区位于秦淮河下游城市化程度较高的城区、溧水主城和江宁大学城内的河道及牛首山河,污染源主要为生活污水、商服业污水(28.88%)及工业废水排放(27.43%);(2)中污染区位于秦淮河下游的江宁开发区和秣陵街道及中上游的禄口街道内河道,主要污染源为城乡生活废水和商服污水(31.62%)、工业废水(27.25%)和内源污染(24.76%);(3)低污染区位于秦淮河流域湖熟街道内河道及二、三干河,主要污染源为农村生活污水和生活垃圾(28.79%)及农业非点源污染(24.3%);云台山河子流域内NO^(-)_(3)-N是氮污染物在子流域受纳水体中的主要存在形式,siar溯源结果显示云台山河子流域的NO^(-)_(3)-N主要来源于生活污水(61%)和土壤有机氮(34%).本研究结果可为秦淮河流域水污染治理和水生态保护措施提供科学依据和基础.

关键词：水污染 PMF法 siar模型源贡献秦淮河流域

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青岛市农区地下水硝态氮污染来源解析

环境科学 2021年第7期42卷 3232-3241页

作者：寇馨月丁军军李玉中毛丽丽李巧珍徐春英郑欠庄姗中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业部旱作节水重点实验室北京100081 中国农业科学院环境稳定同位素实验室北京100081

为了提高作物产量,肥料大量投入在农业种植区日益普遍,导致了农区地下水硝态氮(NO^(-)_(3)-N)污染.农业面源污染是地下水硝态氮污染的主要原因.为了保障饮用水安全,明确农区硝态氮污染的来源是十分必要的.本研究分别于2009年和2019年在... 详细信息

为了提高作物产量,肥料大量投入在农业种植区日益普遍,导致了农区地下水硝态氮(NO^(-)_(3)-N)污染.农业面源污染是地下水硝态氮污染的主要原因.为了保障饮用水安全,明确农区硝态氮污染的来源是十分必要的.本研究分别于2009年和2019年在青岛农区随机选取35个采样点,借助反距离加权法(IDW)对硝态氮含量进行空间分布分析,通过测定氮、氧同位素进行溯源,运用siar模型量化污染源的贡献率.结果表明,青岛市地下水硝态氮含量(平均值)由2009年的38.49 mg·L^(-1)降低为2019年的22.37 mg·L^(-1),但仍高于世界卫生组织(WHO)规定的饮用水中硝态氮的最大允许含量.2009年和2019年硝态氮含量都呈现由南向北逐渐增加的趋势,南部污染轻,北部污染重.δ^(15)N-NO^(-)_(3)和δ^(18)O-NO^(-)_(3)的交叉图显示青岛市地下水硝态氮主要来源是化肥、土壤氮、粪肥和污水.水同位素表明降水是青岛市地下水的主要来源.贝叶斯混合模型(siar模型)表明污染源贡献率为:粪肥和污水(47.42%)>土壤氮(27.80%)>化肥(14.35%)>大气氮沉降(10.43%).从2009~2019年青岛市地下水质量得到了改善,但硝态氮污染状况仍不容忽视,应根据硝态氮污染来源,有针对性地防治以确保农区饮用水安全和农业的可持续发展.

关键词：氮同位素氧同位素硝态氮来源 siar模型青岛农区

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岩溶流域不同水体硝酸盐的来源解析

环境科学 2020年第7期41卷 3157-3164页

作者：田永韩志伟赵然李耕曾祥颖黄家琰贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025 喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵阳550025

为解析岩溶流域不同水体中硝酸盐的来源和转化过程,运用δ15N-NO-3、δ18O-NO-3和δ18O-H2O多同位素示踪技术和水化学分析方法,对地表水和地下水的硝酸盐时空分布特征、来源及转化过程进行分析,并利用siar模型,计算不同端元对水体硝酸... 详细信息

为解析岩溶流域不同水体中硝酸盐的来源和转化过程,运用δ15N-NO-3、δ18O-NO-3和δ18O-H2O多同位素示踪技术和水化学分析方法,对地表水和地下水的硝酸盐时空分布特征、来源及转化过程进行分析,并利用siar模型,计算不同端元对水体硝酸盐的贡献比例.结果表明,研究区水体溶解性无机氮以NO-3-N和NH+4-N两种形态为主,地下水样品中的NO-3-N浓度在平水期和枯水期的超标率分别为7.89%和16.67%.时间上,枯水期水体硝酸盐平均浓度高于平水期.空间上,旱地集中区(凯伦河至松柏山水库坝前区域)地下水硝酸盐浓度明显高于水田集中区(干河区域),旱地和建设用地集中区(凯伦河区域)地表水硝酸盐浓度普遍较高.水体硝酸盐转化过程以硝化作用为主,土壤有机氮、粪便污水和化肥为水体硝酸盐的主要来源,对地表水硝酸盐的贡献比例分别为36.7%、 34.7%和28.6%,对地下水硝酸盐的贡献比例分别为39.9%、 34.9%和25.2%.

关键词：多环境同位素硝酸盐源解析地下水松柏山水库 siar模型