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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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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

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

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环境科学 2021年第5期42卷 2268-2275页

作者：任坤潘晓东梁嘉鹏彭聪曾洁中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过... 详细信息

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过饮用水限值.地下水的δ^(15)N-NO_(3)值介于2.3‰~30.33‰,均值9.68‰,δ^(18)O-NO_(3)值介于2.65‰~13.73‰,均值6.64‰,δ^(18)O-H_(2)O值介于-8.83‰~-7.37‰,均值-8.18‰.同位素组成(δ^(15)N-NO_(3)、δ^(18)O-NO_(3)和δ^(18)O-H_(2)O)指示硝化作用主导着流域内氮素循环.硝化作用产生的硝酸加速了碳酸盐岩溶解,导致地下水中δ^(13)CDIC与δ^(15)N-NO_(3)存在显著负相关性(P<0.001),说明δ^(13)CDIC与δ^(15)N-NO_(3)相结合是判断岩溶水中NO_(3)^(-)转化的有效手段.地下水和地表水中NO_(3)^(-)主要来源于土壤氮、粪肥污水和铵态氮肥料,其对地下水中NO_(3)^(-)贡献率分别为36.19%、33.71%和30.1%,对地表水贡献率分别为39.15%、36.08%和24.77%.岩溶流域内污水处理应同时去除污水中的NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+),农业区应科学施肥,以有效降低地下水中NO_(3)^(-)的补给通量.

关键词：硝酸盐氮氧同位素碳同位素 SIAR模型来源解析岩溶水

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

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

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

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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

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典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐源解析

环境科学 2020年第6期41卷 2664-2670页

作者：赵然韩志伟申春华张水涂汉郭永丽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 中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

地下河是岩溶地区地下水赋存运动的主要场所和重要水源,近年来,硝酸盐污染严重.为解析典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐的来源,利用δ15N-NO3^-、δ18O-NO3^-和δ18O-H2O稳定同位素示踪技术开展研究,并通过siar稳定同位素模型,对不同污... 详细信息

地下河是岩溶地区地下水赋存运动的主要场所和重要水源,近年来,硝酸盐污染严重.为解析典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐的来源,利用δ15N-NO3^-、δ18O-NO3^-和δ18O-H2O稳定同位素示踪技术开展研究,并通过siar稳定同位素模型,对不同污染源的贡献率进行了定量识别,同时阐明了土地利用类型对流域水体硝酸盐分布及来源的影响.结果表明:①降雨/化肥中的氨盐、土壤有机氮和粪肥污水是流域内水体硝酸盐的主要来源;②流域内水体硝酸盐的转化过程主要以硝化作用为主导,水体硝酸盐氮氧同位素初始值未受分馏影响;③基于SIAR模型,不同端元对流域内水体硝酸盐的贡献比例呈季节性差异,化肥、土壤有机氮和粪便污水对丰水期流域内水体硝酸盐的贡献比例分别为57.07%、34.06%和8.87%;对流域内枯水期水体硝酸盐的贡献比例分别为34.14%、33.02%和32.84%.

关键词：多环境同位素硝酸盐源解析岩溶地下河 SIAR模型

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湖北泉水河流域水化学特征和硝酸盐来源示踪

地球科学 2020年第3期45卷 1061-1070页

作者：李严曹明达靳孟贵张结黄鑫中国地质大学盆地水文过程与湿地生态恢复学术创新基地湖北武汉430074 中国地质大学环境学院湖北武汉430074

目前针对喀斯特山区及平原过渡带天然河流硝酸盐的来源识别与追踪的研究鲜有报道,也较少考虑湿润气候区反季节性干旱气候特征对硝酸盐迁移规律的影响.以汉江二级支流泉水河流域为例,分析了从源头喀斯特地区、中间过渡区、平原区地表水... 详细信息

目前针对喀斯特山区及平原过渡带天然河流硝酸盐的来源识别与追踪的研究鲜有报道,也较少考虑湿润气候区反季节性干旱气候特征对硝酸盐迁移规律的影响.以汉江二级支流泉水河流域为例,分析了从源头喀斯特地区、中间过渡区、平原区地表水和地下水硝酸盐含量及组成的空间变化,采用氮氧同位素识别地表水和地下水硝酸盐来源,利用SIAR模型定量计算各污染源的贡献率.结果表明:土壤有机氮、污水粪便、化肥和大气沉降对地下水硝酸盐来源贡献占比分别为31.4%、20.0%、29.6%和19.0%,对地表水硝酸盐来源的比例分别为32.0%、30.0%、25.0%和13.0%,污水粪便对地表水硝酸盐贡献比例较地下水增高;坝上水样因水体较大,自净能力较强,受污水粪便的影响很小(仅为9.0%),坝上水样硝酸盐土壤有机氮、大气沉降和化肥的贡献占比分别为43.0%、11.0%和37.0%.枯水期河水主要由地下水缓慢补给,无地表径流汇入,土壤有机氮为河流主要的硝酸盐来源,河流中下游更易受人类活动影响,生活污水和化肥对河流硝酸盐贡献增大.

关键词：硝酸盐污染氮、氧同位素来源识别 SIAR模型泉水河水文地质