硝酸盐污染氮氧同位素溯源及贡献率分析——以南阳地区为例

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地下水硝酸盐污染的氮氧环境同位素分析

地下水硝酸盐污染的氮、氧环境同位素示踪齐孟文中国农业大学1.背景地下水硝酸盐污染的广度和程度日益加剧，其不但引起水质生态的恶化，饮用水中硝酸盐污染还容易引起高铁血红蛋白症，并在人体内形成亚硝胺类物质，从而引发食管癌、胃癌等，因此硝酸盐污染是一个备受关注的环境问题。

人为活动是造成地下水氮污染的主要原因，包括过度垦荒使土壤有机氮加速氧化、酸雨、工业和生活污水、农药和化肥，以及家畜粪便均构成潜在的污染源，其中尤以土地利用、化肥、污水和粪便是最主要的污染来源。

含氮污染物中，硝酸盐因为渗滤移动性强，以及化学性质稳定，因此是地下水中氮的主要赋存形式，同时随着迁移过程会发生化学转化，如反硝化去除过程。

研究地下水硝酸盐的污染途径、消除机制，对于水资源的评估和治理具有重要意义。

2.原理2.1硝酸盐污染源的溯源分析不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素值，即污染源有特征的同位素取值范围不同，或者说同位素指纹，根据实测的氮、氧同位素值就可以判断其污染来源。

尽管单个氮同位素在许多定情况下，就可以判定硝酸盐污染来源，但一般情况下，由于不同端源氮同的位素值域范围过大，存在重叠现象，因此常需要联合氧同位素才能将不同来源污染相互区分。

端源的特征值-3NO N 15δHeaton总结出3种主要人为来源的特征值，其中：土壤有机氮矿化所形成的为+4‰～+9‰，无机化肥中和的为一4‰～+4‰，动物排泄物和污水转化的则几乎都大于+10‰。

Wilson等后来介绍了第4种人为来源的特征值，即合成氨肥发生硝化作用所生成的为一16‰～+6‰。

-3NO N 15δ-3NO -3NO +4NH -3NO -3NO N 15δ-3NO 端源的特征值-3NO O 18δ来源于大气沉降硝酸盐的值范围较大，最大范围可达+18‰～+70‰。

化肥中硝酸盐的值一般在+22‰±3‰，微生物硝化作用所形成的值一般为10‰～+10‰。

O 18δO 18δ-3NO O18δ由于环境及土地利用方式不同，相同成因的硝酸盐中的同位素也会存在区域性差异。

同位素示踪方法在地下水污染溯源中的应用研究

同位素示踪方法在地下水污染溯源中的应用研究地下水作为重要的水资源之一，被广泛应用于供水和灌溉等领域。

然而，由于人类活动和自然原因，地下水污染问题日益严重，给人们的生态环境和健康带来了严重威胁。

因此，地下水污染溯源研究具有重要的科学和应用价值。

其中，同位素示踪方法作为一种有效的技术手段，被广泛应用于地下水污染溯源的研究中。

同位素示踪法是利用元素同位素的特点来追踪和确定地下水中各种污染物的来源和流动路径。

同位素指的是同一个元素的原子个数相同但质量不同的不同原子，例如氢同位素有氢-1、氢-2、氢-3等等。

不同的同位素的比例在不同的物质来源中也不相同，这就成为追踪物质来源的一种指示。

首先，同位素示踪法可以通过分析地下水中污染物的同位素组成，确认污染物的来源。

不同地质环境中地下水的同位素特征有所差异，各种污染源也具有不同的同位素组成。

通过对地下水样品中的同位素进行测定分析，可以确定污染物来自哪个或哪些污染源。

例如，氮同位素在化肥和污水中的同位素组成有所不同，可以通过测定地下水中氮同位素组成的差异来追踪和识别化肥和污水对地下水的污染。

其次，同位素示踪法可以揭示地下水中污染物的迁移和转化过程。

污染物在地下水中的迁移过程中，会发生一系列的生物、物理和化学反应，导致同位素组成的变化。

通过对地下水样品中不同位置及不同时间的同位素进行测定，可以揭示污染物在地下水中的迁移路径和转化过程。

例如，硝酸盐是地下水中常见的污染物之一，硝酸盐在地下水中的转化过程中，氮同位素的比例会发生变化，通过测定地下水中硝酸盐氮同位素比例的变化，可以推断硝酸盐的转化过程和迁移路径。

此外，同位素示踪法还可以评估地下水的补给来源和补给速率。

地下水的补给来源和补给速率对地下水的质量和数量具有重要影响。

通过测定地下水中同位素的组成和比例，配合水文地质调查资料，可以评估地下水的补给来源和补给速率。

例如，氢氧同位素在降水中的比例与地下水中的比例具有明显的相关性，通过测定地下水中氢氧同位素的组成和比例，可以揭示地下水的补给来源和补给速率。

化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值-概述说明以及解释

化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值-概述说明以及解释1.引言1.1 概述硝酸盐是重要的氮源物质之一，广泛存在于自然界的水体中。

其氮氧同位素比值可以提供关于水体起源、污染源和生物转化过程的有价值信息。

因此，准确测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值对于了解水体生态环境和水质状况具有重要意义。

目前，化学转化法被广泛应用于测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值。

该方法主要基于硝酸盐的还原氮同位素比值与盐酸溶液反应，生成氮化氨气体。

经过适当的净化和分离，得到的氨气样品可用于进行氮氧同位素比值的测定。

本文的目的是介绍化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值的原理和实验方法，并探讨了测定结果在生态环境监测和水质评估中的意义。

通过深入了解水体中硝酸盐的氮氧同位素比值，可以更好地理解水体的来源和变化过程，为保护水资源和生态环境提供科学依据。

接下来，本文将首先介绍化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值的原理，并详细描述实验方法。

然后，将探讨硝酸盐的氮氧同位素比值在生态环境监测和水质评估中的应用价值。

最后，本文将总结目前的研究成果，并对未来的研究方向进行展望。

通过本文的阐述，相信读者能够全面了解化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值的重要性和应用价值，进一步加深对水体生态环境和水质状况的认识，并且为水资源的管理和保护提供科学依据和技术支持。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写：文章结构部分:本文主要包含以下几个部分：引言：概述了本研究的背景和意义，并介绍了文章的目的和结构。

正文：主要分为两个部分，第一部分是介绍化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值的原理和实验方法；第二部分是探讨硝酸盐的氮氧同位素比值在生态环境监测和水质评估中的意义。

结论：总结了本研究的主要结果和发现，并对未来可能的研究方向进行了展望。

在本文中，我们将首先介绍化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值的原理和实验方法。

硝酸盐氮氧同位素

硝酸盐氮氧同位素引言：硝酸盐氮氧同位素是指硝酸盐分子中的氮原子的同位素，其中最常见的是硝酸盐中的氮氧同位素氮-14和氮-15。

硝酸盐是一种常见的氮素化合物，在自然界中广泛存在，对环境和生态系统具有重要影响。

通过研究硝酸盐氮氧同位素的组成和分布，我们可以了解氮循环、水体污染以及气候变化等环境问题。

一、硝酸盐的形成和来源硝酸盐是由硝酸根离子（NO3-）和阳离子组成的盐类化合物。

硝酸盐的形成主要与氮素的氧化过程有关。

在自然界中，硝酸盐是通过氮气固氮和氮化细菌作用而生成的。

此外，农业活动、工业排放和化肥施用也是硝酸盐的重要来源。

二、硝酸盐的同位素组成硝酸盐中的氮原子存在两种同位素：氮-14（14N）和氮-15（15N）。

氮-14是最常见的氮同位素，占自然界氮的99.63%，而氮-15的丰度相对较低，只占0.37%。

硝酸盐的同位素组成是由氮源和氮转化过程共同决定的。

三、硝酸盐氮氧同位素的研究意义1. 追踪氮源污染：通过测量水体中硝酸盐氮氧同位素的比值，可以确定硝酸盐的来源，追踪氮源污染的来源和扩散路径，为保护水资源和防治水体污染提供科学依据。

2. 研究氮循环过程：硝酸盐氮氧同位素的组成可以揭示氮在环境中的转化过程，包括氮的固氮、氨氧化、硝化还原等反应，有助于深入了解氮循环的机制和影响因素。

3. 借助硝酸盐同位素研究气候变化：硝酸盐氮氧同位素的组成可以用于重建古代气候变化的信息。

通过分析古代沉积物中硝酸盐的同位素组成，可以了解过去气候变化的特征和模式，为预测未来气候变化提供参考。

四、硝酸盐氮氧同位素的分析方法硝酸盐氮氧同位素的分析主要采用质谱技术，包括稳定同位素质谱仪（IRMS）和高分辨质谱仪（HRMS）。

这些仪器可以测量硝酸盐样品中氮氧同位素的比值，并计算出硝酸盐氮氧同位素的δ值。

五、硝酸盐氮氧同位素在环境研究中的应用案例1. 水体污染源追踪：通过测量河流、湖泊和地下水中硝酸盐的氮氧同位素比值，可以确定农业、城市排污和工业废水等污染源的贡献程度，为制定水资源管理和保护策略提供依据。

典型区域地下水硝酸盐污染及来源分析

了研究区域地下水硝酸盐污染程度并对污染源进行了分析，果表明：究区地下水中的无机氮化合物主要以结研ＮＯ｛形式存在，层地下水中Ｎ－含量变化范围在２９～２／浅ＯｇＮ．４８ｍｇＬ之间，４个水样的ＮＯ－有｛Ｎ含量超过了我国《下水质量标准》ＧＢＴ１８８９）定的饮水标准２／约占总样品数的１，地（／４４－３规０ｍｇＬ，Ｏ中层地下水中的ＮＯ一。Ｎ含量相对较低，００～４８／在．２．５ｍｇＬ之间，层地下水和中层地下水都表现为农业井的Ｎ０ — 含量稍高于饮水井浅ｓＮ的ＮＯ一含量；。Ｎ研究区地下水水化学类型较复杂，示地下水受工业、业及人类活动的影响较明显；究区地下显农研水同位素样品的ＮＯ－１值域为５９～１．％，示地下水中的Ｎ０主要来自动物粪便、水和土壤有机氮，；５Ｎ．‰ ０２ｏ指污西部的污灌区主要受污水的影响，表现为浅层地下水受影响的程度明显大于中层地下水，南部地区主要是受且东
ａｄｓｕｃｓｏｏｔｍｉａｉｎｆｏＮＯ；ｉｈｒｕｄｔｒＩｏｇｎｃｎｔｏｅｏｐｕｄｈｒｕｄｎｏｒｅｆｎａｎｔｏｒｍ－ｎｔｅｇｏｎｗａｅ．ｎｒａｉｉｒｇｎｃｍｏｎｓｉｔｅｇｏｎｗ— ｃｎ

硝酸盐水质污染与污染源类型的相关性以及氮同位素的应用分析

硝酸盐水质污染与污染源类型的相关性以及氮同位素的应用分析王超【摘要】In order to study the contribution of all kinds of pollution sources to the nitrate value in Laiwu city, selecting the nitrate value that meet the corresponding pollution types from all kinds of sources water monitoring results of groundwater pollution investigation project in Laiwu city, it is showed that the primary pollution source is livestock, and followed by agricultural non-point source, solid waste, industrial waste water discharge, domestic sewage and mine drainage. In order to identify the source of nitrate in underground water resource in Laiwu city, by choosing 10 isotope sampling points, δ15N and δ18O have been tested. It is showed that the δ15N value is (5.82～19.95) ×10-3, and the δ18O value is (-8.76～-5.34) ×10-3. According to the location of δ15N and δ18O value of sampling points in the value domain and hydrogeological conditions, it is showed that the nitrate sources of the 10 isotope sampling points are manure, chemical fertilizer, industrial pollution and the specific value of15N and δ18O of some points are larger than 2, which can basically prove the existence of denitrification.%为了研究莱芜市各类污染源对硝酸盐数值贡献的大小, 通过莱芜市地下水污染调查项目各类污染源水质监测结果, 挑选出符合对应污染源类型的硝酸盐水质监测数据, 进行数理统计, 显示对硝酸盐影响数值贡献最大的污染源类型为畜禽养殖, 其次为农业面源污染、固体废弃物、工业废水排放、生活污水、矿坑排水.为识别莱芜市地下水中硝酸盐的来源, 选取莱芜市10处同位素采样点进行δ15N及δ18O测试, 根据测试结果, δ15N值变化范围为 (5.82～19.95) ×10-3, δ18O值变化范围为 (-8.76～-5.34) ×10-3, 根据采样点δ15N、δ18O值所在的值域位置及所处的水文地质条件, 表明10处同位素采样点处硝酸盐来源为粪便、化肥及工业污染, 部分采样点的15N及δ18O的比值大于2, 基本上可证明反硝化作用的存在.【期刊名称】《山东国土资源》【年(卷),期】2019(035)002【总页数】4页(P49-52)【关键词】硝酸盐;氮氧同位素;污染来源【作者】王超【作者单位】山东省鲁南地质工程勘察院, 山东济宁 272100【正文语种】中文【中图分类】X824;X524近年来，由于经济的快速发展以及农业种植大量氮肥的施用，地下水已遭受到不同程度的污染，尤其地下水中硝酸盐污染的问题尤为突出。

河南省南阳市周边区域典型盐湖卤水的地球化学特征及环境效应分析

河南省南阳市周边区域典型盐湖卤水的地球化学特征及环境效应分析河南省南阳市是典型的内陆城市，位于中部中国的黄土高原地区，地理条件复杂多样。

周边地区盐湖卤水的地球化学特征及环境效应是一个热门的研究领域。

本文将对该地区典型盐湖卤水的地球化学特征及环境效应进行分析。

首先，将目光聚焦于盐湖卤水的地球化学组成，包括主要离子、微量元素和同位素等。

南阳市周边盐湖卤水主要由钠、钾、镁、氯等主要离子构成。

其中，钠离子是占据最大比例的主导离子，其浓度一般在1000-3000mg/L之间。

扩大视野至区域内其他盐湖，可以看到南阳市周边的卤水盐湖普遍富含钠元素。

此外，钾离子和镁离子的浓度也较高，占据了较大的比例。

氯离子则是主要的阴离子，其浓度与钠、钾和镁离子相当。

总体而言，南阳市周边盐湖卤水呈现出高钠、高钾、高镁、高氯的特征。

除了主要离子成分外，盐湖卤水还含有丰富的微量元素。

其中，硼、锂、锶、碘等元素是区域内卤水中较为常见的微量元素。

硼是一种重要的微量元素，其含量在盐湖卤水中一般在10-50mg/L之间。

锂和锶的含量相对较低，一般在1-10mg/L之间。

碘是人体所必需的微量元素，其在盐湖卤水中的含量较少，一般在0.01-0.02mg/L之间。

盐湖卤水中的同位素含量也是地球化学特征的重要组成部分。

其中，氢、氧、碳、氮、硫等同位素的组成与比例反映了卤水的来源及其变化过程。

例如，水的氢氧同位素组成可以用于判别盐湖卤水中水的来源，以及了解水体的循环特征。

碳同位素则常用于判别盐湖卤水中溶解有机物的来源，可以帮助理解溶解有机物的物质来源和生物地球化学循环过程。

了解盐湖卤水的地球化学特征，不仅有助于揭示该地区卤水的形成及演化过程，还有助于评估盐湖卤水对周边环境的影响，特别是对水质和水资源的影响。

盐湖卤水的流入地表水和地下水体系，会导致水体的化学成分改变，加剧水体的硬度和盐度。

高盐度的水体对周边植物生长和土壤肥力有一定的影响，会使植物难以生长，并导致土壤盐渍化的风险。

地下水硝酸盐中氮、氧同位素研究现状及展望

地下⽔硝酸盐中氮、氧同位素研究现状及展望地下⽔硝酸盐中氮、氧同位素研究现状及展望作者：朱琳，苏⼩四作者单位：朱琳(吉林⼤学环境与资源学院,长春,130026)，苏⼩四(吉林⼤学环境与资源学院,长春,130026;北京师范⼤学环境科学研究所,北京,100875)刊名：世界地质英⽂刊名：GLOBAL GEOLOGY年，卷(期)：2003,22(4)被引⽤次数：13次参考⽂献(42条)1.李彦茹;刘⽟兰东陵区地下⽔中三氮污染及原因分析 19962.邱汉学;刘贯群;焦超颖三氮循环与地下⽔污染—以⾟店地区为例 1997(03)3.林年丰医学环境地球化学 19914.吕忠贵;杨圆浅析氮、磷化肥的使⽤及对农业⽣态环境的污染 1997(03)5.张宗祜;沈照理;薛禹群华北平原地下⽔环境演化 20006.Kendall C;McDonnell J J Isotope tracers in catchment hydrology 19987.KOHL D H;Shearer G B Fertilizer nitrogen:[外⽂期刊] 19718.Freyer H D Seasonal variation of 15N/14N rations in atmospheric nitrate species 19919.Mariotti A;Letolle R Application de 1' etude isotopique de l'azote en hydrologie et en hydrogeology-analyse de resultants obtenus sur un exemple precis:Le Bassin de Melarchez(Seine-et-Marne,France)[外⽂期刊] 1977(33)10.Kreitler C W;Jones D C Natural soil nitrate: 197511.VogelJ C;TalmaAS;HeatonTHE Gaseousnitrogen as evidence for denitrification in groundwater 198112.Kreitler C W;Browning L A Nitrogen-isotope analysis of groundwater nitrate in 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地下水硝酸盐污染来源的推断与溯源方法概述

地下水硝酸盐污染来源的推断与溯源方法概述
赵解春;李玉中;Yamashita Ichiji;徐春英;李巧针;贾晓妨
【期刊名称】《中国农学通报》
【年(卷),期】2010()18
【摘要】硝酸盐已经成为中国地下水的一种主要污染物之一,弄清地下水硝酸盐污染物的来源,对于有效控制地下这种物质的污染具有十分重要的意义。

不同地区的地下水中硝酸盐污染物的来源可能不同,这些差异可以通过一定的方法分析和追溯,笔者概述了前人在地下水硝酸盐污染来源的推断与溯源几种常用方法,包括六成分法、派珀图法、相关性分析以及稳定同位素方法,希望能够为硝酸盐溯源的研究和污染控制提供参考。

【总页数】5页(P374-378)
【关键词】地下水;硝酸盐;污染;溯源
【作者】赵解春;李玉中;Yamashita Ichiji;徐春英;李巧针;贾晓妨
【作者单位】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实验室;中日农业技术研究发展中心
【正文语种】中文
【中图分类】X523
【相关文献】
1.地下水硝酸盐污染溯源技术与治理综述 [J], 冯雪;李青云;黄茁;林莉
2.济南某地区裂隙岩溶地下水硝酸盐污染现状及溯源浅析 [J], 卢兆群;成世才;宋永
芬;张强
3.地下水硝酸盐污染来源分析及治理方法 [J], 季益虎;鄢贵权;杨根兰
4.山东潍坊地下水硝酸盐污染现状及δ15N溯源 [J], 徐春英;李玉中;李巧珍;王利民;董一威;贾小妨
5.东阿水文地质单元地下水硝酸盐污染来源的同位素分析 [J], 李扬;杨桢;康凤新;刘金勇;孙彦伟;黄静波
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大气中硝酸盐和硫酸盐物种来源解析及其生态效应研究

大气中硝酸盐和硫酸盐物种来源解析及其生态效应研究大气中的硝酸盐和硫酸盐物种是造成酸雨和大气污染的主要原因之一。

它们主要来自于人为和自然因素，如工业排放、交通运输和自然界的火山喷发等。

研究这些物种的来源和其对生态系统的影响，对于环境保护和生态修复具有重要意义。

1. 人为因素对硝酸盐和硫酸盐物种的贡献工业排放是大气中硝酸盐和硫酸盐物种的主要来源之一。

工厂和发电厂排放的废气中含有大量的二氧化硫和氮氧化物，其中二氧化硫可以通过氧化反应转化为硫酸盐，氮氧化物则可以在大气中形成硝酸盐。

这些物种随着大气运动而传输，最终降落到地表，给生态系统带来一系列的问题。

交通运输也是大气中硝酸盐和硫酸盐物种的重要来源。

车辆尾气中的氮氧化物和硫化物排放量很大，这些物质经过化学反应可以形成硝酸盐和硫酸盐颗粒物，并随着空气流动而扩散到更大范围。

城市交通密集地区的大气中硝酸盐和硫酸盐物种浓度通常较高，给周边的生态环境造成压力。

2. 自然因素对硝酸盐和硫酸盐物种的贡献自然界中也存在形成硝酸盐和硫酸盐的过程。

火山喷发可以排放大量的硫化物和氯化物，这些物质在大气中与水蒸气和氧气发生反应，形成硫酸盐和硝酸盐。

此外，大气中存在的微生物和植物也可以释放出一定量的氮氧化物和硫化物，进一步促进硝酸盐和硫酸盐的形成。

3. 硝酸盐和硫酸盐的生态效应硝酸盐和硫酸盐物种的存在对生态系统有着深远影响。

首先，它们会导致土壤酸化。

酸雨中的硝酸盐和硫酸盐可降落到土壤表面，并与土壤中的钙、镁等金属离子发生反应，使土壤中的可交换性阳离子流失，进而破坏了土壤的结构和营养平衡。

其次，硝酸盐和硫酸盐还会对水生生物造成伤害。

这些物种降落到湖泊、河流和海洋等水体中，会引起水的酸化，破坏水生生物的生存环境。

对于水生植物和浮游生物而言，酸性水环境下的生存条件非常恶劣，种群数量会受到严重压制。

此外，硝酸盐和硫酸盐还会对大气和可见光的传播产生影响。

其中，硫酸盐颗粒物可以成为云凝结核，在云中起到促进云的形成和增厚的作用，从而影响了气候系统中的云辐射平衡。

利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展

ｉｕｔｔｅｇｏｎｗｔｒＳｎｅ５Ｎａｄ８０ｖｌｅａｉｅｅｔｏｒｅｏｉａ，ｔｂｅｎｒｅ（ｌ）ｎｘｇｎａＯｎｔｏｈｒｕｄａ．ｉｃ１ｎａｓｒｉｄｆｎｕｃｓｆｔｔＳａｌｉｏｎＢＮａｄｏｙｅ（）ｐｅ５ｕｖｙｎｆｒｓｎｒｅｔｇ５
ｐｏｌｍｓｉｅｔｃｔｎｏｉａｅｓｕｃｓｎｕｌｓｔｐｔｏｓａｄｑａｔａｉｎｏｒｂｅｎｉｎｉａｉｆｔｔｏｒｅｕｉｇｄａｏｏｅｍｅｈｄｎｕｎｉｔｆＮＯ３ｓｕｃｎｕｓａｄａｓｒｐｓｓｄｉｆｏｎｒＩｚｏｏｒｅｉｐｔｎｌｏｐｏｏｅｓｍｅａｐｃｓｅｅｖｎａｅｕｔｄ．ｏｓｅｔｓｒｉｇｃｒｆｌｕｙｄｓ
摘
要：氮污染特别是地下水硝酸盐污染已成为一个相当普遍而重要的环境问题。地下水硝酸盐污染与人类健康和环
境安全密切相关。为控制地下水硝酸盐污染，最根本的解决办法就是找到硝酸盐的来源，减少硝态氮向地下水的输送由于不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素组成，人们利用Ｎ；８Ｎ和８０开展了硝酸盐污染源识别研究。义Ｏ中本综述了利用氮、同位素识别地下水硝酸盐污染源及定量硝酸盐污染源输入的研究进展及目前存在的问题，氧并提出儿
ＡｂｔａｔＮｉｏｅｐｌｔｎａｉｕａｙｉａｅｏｌｔｎｆｇｏｎｗａｅｈｓｅｏａｅｙｏｓｒｃ：ｔｇｎｏｌｉｐａｃｌｄｎｔｔｐｌｉｏｒｕｄｔｒａｂｃｍｅｖｒｃｍｍｏａｄｉｏａｔｒｕｏｒｕｏｎｎｍｐｒｎｔｅｖｒｎｎａｓｅ．ｔａｅｐｌｔｎｏｒｕｄｔｒｓｌｓｌｎｅｔｕｎｈａｔｎｎｉｎｎａｅｕｉ．ｎＯｄｒｏｎｉｍｅｔｌｓｕｓＮｉｔｏｌｉｆｏｎｗａｅｏｅｙｌｋｄｗｉｈｍａｅｌａｄｅｖｒｍｅｔｌｃｒｙＩｌｅｏｉｒｕｏｇｉｃｉｈｈｏｓｔｌ

基于稳定同位素模型解析农业污染河流氮源

基于稳定同位素模型解析农业污染河流氮源彭月;崔云霞;樊宁;李伟迪;朱永青【摘要】采用水质监测技术和稳定氮同位素示踪技术对社渎港中游地区进行氮污染特征和污染源解析.在定性描述的基础上结合稳定同位素模型(SIAR),对各硝酸盐污染源的贡献率进行定量计算并进行了后验概率分布检验.结果表明:(1)在枯水期T N较高,平均为5.34 mg/L,农业生产集中区T N污染最严重.(2)硝酸盐污染主要来源包括生活污水和粪肥、化学肥料及土壤氮.其中,生活污水和粪肥对硝酸盐的贡献率最高,平均为45％;化学肥料次之,贡献率平均为31％;土壤氮的贡献率平均为24％.【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】4页(P588-591)【关键词】硝酸盐;源解析;氮;、氧同位素;稳定同位素模型【作者】彭月;崔云霞;樊宁;李伟迪;朱永青【作者单位】南京师范大学环境学院 ,江苏南京 210023;南京师范大学环境学院 ,江苏南京 210023;南京师范大学地理科学学院 ,江苏南京 210023;南京师范大学环境学院 ,江苏南京 210023;南京师范大学环境学院 ,江苏南京 210023【正文语种】中文由于人类活动的影响，水体氮污染已成为世界范围内的问题。

氮污染造成水质恶化，在水体中形成的沉积物影响水体的生态环境，从而对天然鱼类和水生物生存造成危害，加速生态环境的退化与破坏[1-2]。

氮污染来源复杂，包括化肥与粪肥、工业生产、生活污水排放及大气氮沉降、土壤有机氮的迁移转化等[3-4]。

硝酸盐氮为TN的主要赋存形式[5]。

因此，对水体氮污染进行污染源解析，切断营养物质氮的输入，是控制水体恶化的根本途径。

随着同位素技术的飞速发展，利用氮、氧同位素技术确定水体中硝酸盐来源的方法被广泛应用[6-13]。

理论上，不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素组成，因此可根据硝酸盐中的氮、氧稳定同位素的特征值识别水体中硝酸盐污染的主要来源。

地下水硝酸盐中氮_氧同位素研究现状及展望

文章编号　1004Ο5589(2003)04Ο0396Ο08地下水硝酸盐中氮、氧同位素研究现状及展望朱　琳1　苏小四1,211吉林大学环境与资源学院,长春130026;21北京师范大学环境科学研究所,北京100875 摘　要　农业区内浅层地下水中硝酸盐污染普遍存在。

为保证供水安全和有效治理污染的地下水体,确定硝酸盐中氮的来源及影响硝酸盐浓度的物理、化学作用尤为重要。

由于不同成因的硝酸盐中δ15N 值存在差异,利用N 同位素可以确定氮污染源,但有时存在多解性问题;分析硝酸盐的δ18O 值,可提高地下水硝酸盐污染的研究深度。

本文综述了用硝酸盐中N 、O 同位素来区分地下水污染中硝酸盐的不同来源和示踪氮循环过程这两方面的研究进展,并提出一些值得重视的研究方向。

关键词　氮同位素　氧同位素　地下水　硝酸盐中图分类号　P64113 文献标识码　A 收稿日期　2003Ο07Ο10;改回日期　2003Ο11Ο06 作者简介　朱琳(1980-),女,江苏泰兴人,硕士研究生,从事水文地质研究.R esearch Status of Nitrogen and Oxygen Isotopesof Nitrate in G roundw aterLin Zhu 1,Xiaosi Su 1,211College of Envi ronment and Resources ,Jili n U niversity ,Changchun ,130026Chi na21Instit ute of Envi ronmental Science Research ,Beiji ng Normal U niversity ,Beiji ng ,100875Chi na Abstract Nitrate is a common solutant in groundwater in rural area.Making sure the source of nitrogen in nitrate and understanding the processes affecting nitrate concentration physically and chemically are very impor 2tant to guarantee safe water supply and control contamination effectively.Since δ15N values vary in different sources of nitrate ,N isotope can be traced to nitrogen contaminate sources.However ,multiple solution existshere.Analyzing δ18O value of nitrate would be helpful to further the study on nitrate contamination in ground 2water.This paper summarizes recent trends in the study of tracing nitrogen cycling process and N ,O isotopes in distinguishing sources of different nitrates in contaminated groundwater.The authors also proposed some aspects deserved careful study.K ey w ords N isotope ,O isotope ,groundwater ,nitrate引言硝酸盐污染是地下水的主要污染类型之一。

利用氮_氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源研究进展_毛巍

利用氮、氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源研究进展*毛巍梁志伟＊＊李伟朱瑶杨木易贾超杰（浙江大学环境与资源学院，杭州310058）摘要水体硝酸盐污染已经成为一个相当普遍且重要的环境问题．为了保证人类的身体健康、水环境的良性演化，有效识别水体中硝酸盐污染的来源就显得尤为重要．水体中不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧稳定同位素组成，因此，可以利用氮、氧稳定同位素对水体中的硝酸盐污染进行源识别．本文介绍了氮、氧稳定同位素在氮循环主要过程中的分馏系数和主要硝酸盐来源的氮、氧稳定同位素组成，对比了5种硝酸盐氮、氧同位素分析预处理方法的优缺点，综述了国内外学者在该方向的研究进展并划分为3个阶段：单独使用氮稳定同位素；同时使用氮、氧稳定同位素；结合数学模型的应用．最后，对该领域今后的研究方向进行了展望．关键词硝酸盐源识别稳定同位素技术预处理方法文章编号1001－9332（2013）04－1146－07中图分类号X522文献标识码AResearch advances in identifying nitrate pollution sources of water environment by using ni-trogen and oxygen stable isotopes．MAO Wei ，LIANG Zhi-wei ，LI Wei ，ZHU Yao ，YANNGMu-yi ，JIA Chao-jie （College of Environment ＆Resource Science ，Zhejiang University ，Hangzhou310058，China ）．-Chin．J．Appl．Ecol ．，2013，24（4）：1146－1152．Abstract ：Water body ’s nitrate pollution has become a common and severe environmental problem．In order to ensure human health and water environment benign evolution ，it is of great importance to effectively identify the nitrate pollution sources of water body．Because of the discrepant composition of nitrogen and oxygen stable isotopes in different sources of nitrate in water body ，nitrogen and oxy-gen stable isotopes can be used to identify the nitrate pollution sources of water environment．This paper introduced the fractionation factors of nitrogen and oxygen stable isotopes in the main proces-ses of nitrogen cycling and the composition of these stable isotopes in main nitrate sources ，com-pared the advantages and disadvantages of five pre-treatment methods for analyzing the nitrogen andoxygen isotopes in nitrate ，and summarized the research advances in this aspect into three stages ，i．e．，using nitrogen stable isotope alone ，using nitrogen and oxygen stable isotopes simultaneously ，and combining with mathematical models．The future research directions regarding the nitrate pollu-tion sources identification of water environment were also discussed．Key words ：nitrate ；source identification ；stable isotope technique ；pre-treatment method．*国家水体污染控制重大专项（2008ZX07101-006）资助．＊＊通讯作者．E-mail ：zhiweiliang@163．com 2012-07-23收稿，2013-01-14接受．随着经济和人口的快速增长，密集的人为活动（如工业废水的排放、农业氮肥的使用、生活污水的排放和人畜粪便的排放等）导致水体中硝酸盐的浓度不断增加，这引起了全球学者的广泛关注．饮水和食品中过量的硝酸盐进入人体后，在肠胃中可还原成亚硝态氮，并迅速进入血液，将血红蛋白中的低价铁氧化成高价铁，使其形成无法运载氧气的高铁血红蛋白，造成人体缺铁，患高铁血红蛋白症［1］．此外，形成的亚硝酸盐可以形成致癌物质亚硝胺，危害人畜的生命健康［2］．为保证人类的健康生长、水环境的良性演化并治理被污染的水体，有效识别水体中硝酸盐污染的来源、解析硝酸盐在水体中的迁移转化过程显得尤为重要．传统方法通过调查污染区的土地利用类型并结合污染区的水化学特征来分析辨明硝酸盐污染源，得到的结果较为粗糙［3］．理论上，不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素组成，可以依据硝酸盐应用生态学报2013年4月第24卷第4期Chinese Journal of Applied Ecology ，Apr．2013，24（4）：1146－1152氮、氧同位素区分不同的硝酸盐来源．因此，可以根据NO3－中的氮、氧稳定同位素的特征值更好地识别水体中硝酸盐污染的来源及其迁移转化过程．笔者在查阅了大量文献的基础上，就采用氮、氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源的国内外研究现状进行了综述，并对未来的发展趋势进行了展望．1氮、氧稳定同位素1.1稳定氮、氧同位素及其分馏作用自然界中的氮原子的稳定同位素有2种：14N 和15N．空气中14N和15N的相对丰度为99.6337%和0.3663%，且15N/14N比值在不同地区、不同高度恒为1/272［4］．通常以大气氮（AIR）作为标准物．自然界中的氧原子的稳定同位素有3种：16O、17O和18O．16O、17O和18O的相对丰度分别为99.759%、0.037%和0.204%［5］．一般采用维也纳标准海洋水（VSMOW）作为标准物．一般用千分偏差δ值来描述稳定同位素比率．δ值指样品中两种稳定同位素的比值相对于标准样品同位素比值的千分之偏差，其定义式如下：δ=Rsample－RstandardRstandardˑ1000（1）式（1）中，R为同位素比率，其定义式如下：R=稀有同位素的丰度/丰富同位素的丰度（2）两种物质之间往往会发生同位素分馏作用．同位素分馏作用包括热力学平衡分馏作用和动力学非平衡分馏作用．两种物质间同位素分馏的程度，通常以两种物质中同位素比率之商表示，称作同位素分馏系数，其定义式如下：αA－B=R（A）/R（B）（3）此外，也用富集系数ε来表示稀有同位素相对丰富同位素的富集度，ε的计算公式如下：ε=αA－B－1=R（A）/R（B）－()1ˑ1000（4）当ε＞0，表示富集；当ε＜0，表示贫化．ε是很小的数，一般写成ɢ（等于10－3）的形式．1.2硝酸盐氮、氧稳定同位素组成氮在自然界循环时参与了物理、化学、生物等过程，伴随着产生了矿化作用、同化作用、硝化作用、反硝化作用等，这些作用均会导致氮同位素发生分馏作用，使不同来源的硝酸盐δ15N值产生差异［6］．氮循环中主要作用的氮同位素分馏系数见表1．据前人的试验统计，由土壤中有机氮矿化产生的硝酸盐δ15N值为+4ɢ +9ɢ；由无机化肥产生表1自然界主要氮循环作用的氮同位素分馏系数Table1Nitrogen isotope fractionation coefficients for the major processes occurring in nature反应Reaction物质变化Change insubstance分馏系数Fractionationcoefficient文献Reference固氮作用Nitrogen fixationN2→固定氮N2→Fixed nitrogen1.0001.004［7］［8］硝化作用NitrificationNH4+→NO X－ 1.0201.035［9］［10］反硝化作用DenitrificationNO X－→N2 1.0201.01 1.03［9］［11］氨蒸发作用Ammonia volatilizationNH4+→NH3（g）25ħ1.034［12］氨溶解作用Ammonia dissolveN2（s）→N2（g）0ħ 1.00085［13］的硝酸盐δ15N值为－4ɢ +4ɢ；由污水产生的硝酸盐δ15N值为+9ɢ +20ɢ［14］；由动物粪便产生的硝酸盐δ15N值为+8.8ɢ +9ɢ［15］．硝酸盐中氧元素的组成受其来源影响．经研究表明，来自于大气沉降的硝酸盐δ18O值为+（43.6ʃ14.6）ɢ，来自于大气降水的硝酸盐δ18O值为+20ɢ +70ɢ，来自于人工合成化肥的硝酸盐δ18 O值为+18ɢ +22ɢ［3］；来自于土壤微生物硝化作用的硝酸盐，由于其硝酸根中的一个氧原子来自氧气，两个氧原子来自水［16］，由氧气和水中氧原子的δ18O值计算得出其δ18O值范围为－10ɢ +10ɢ．Nestler等［17］总结了最常见的5种硝酸盐来源的硝酸盐δ15N和δ18O值范围，如图1所示．2样品预处理方法选择合适的预处理方法可以简化试验步骤、降低试验费用、提高测试精度．从20世纪70年代至今，硝酸盐氮、氧同位素的预处理方法主要有蒸馏图15种硝酸盐来源的硝酸盐δ15N值和δ18O值范围［17］Fig．1Range ofδ15N-NO3－andδ18O-NO3－values of five po-tential nitrate sources［17］.74114期毛巍等：利用氮、氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源研究进展法、扩散法、离子交换法、细菌反硝化法和两步化学还原法这5种，其中前两种方法可以测定氮同位素，后3种方法可以同时测定氮、氧同位素．2.1蒸馏法蒸馏法［18－19］最初用于土壤中的全氮分析，后经不断改进以用于不同的研究．该方法主要包括3个步骤：硝氮的还原、蒸馏富集和铵氮的吸附．首先在水样中加入还原剂（戴氏合金）将硝态氮还原为铵态氮，然后通过凯氏法蒸馏，使用硫酸［18］、硼酸酸化的滤纸或沸石［19］吸附．该方法可以用于测定各种形态氮的同位素值，效率较高，比其他方法成熟、稳定．但是，该方法样品处理耗时较长，试验操作需要专门的设备和熟练的操作人员，容易引起交叉污染．2.2扩散法扩散法较早用于水样中NO3－、NH4+含量的测定，它可以用来分离同一个水样中的NO3－和NH4+，以便同时分析一个水样中NO3－和NH4+的δ15N值．据Brooks等［20］的研究，可以先加入MgO扩散6d后收集NH4+，再加入还原剂（戴氏合金）将水样中的NO3－还原成NH4+，扩散6d后收集NO3－还原成的NH4+．扩散完成后取出扩散液冷冻干燥，按照Kendall等［21］的方法，将冷冻干燥后的样品放入经850ħ燃烧的石英管内，加入铜丝、氧化钙、氧化铜，抽取真空后焊封，850ħ燃烧2h，缓慢冷却后送入同位素比值质谱仪测定同位素组成．该方法操作较为简便，可一次性处理大批样品．但该方法扩散周期长（一周甚至更长），且不完全扩散会引起同位素分馏，导致测试结果偏离实际值．2.3阴离子交换法阴离子交换法由Chang等［22］和Silva等［23］建立，是一种新型的可同步分析氮、氧同位素的预处理方法．该方法主要包括3个步骤：树脂的预处理，树脂对水样中NO3－的吸附及对已吸附NO3－的洗脱．洗脱液通过添加Ag2O、过滤、冷冻干燥转化为无水AgNO3，部分经高温催化生成N2，送入同位素比值质谱仪测定δ15N，部分与石墨、铂丝高温燃烧生成CO2，送入同位素比值质谱仪测定δ18O．该方法便于野外采样及运输，极少产生同位素分馏，分析精度高．但是，该方法预处理过程较繁琐（3 5d），预处理费用高（每个样品约600元），且会受水体中其他高浓度阴离子的干扰．2.4细菌反硝化法细菌反硝化法由Sigman等［24］和Casciotti等［25］建立，是另外一种新型的可同步分析氮、氧同位素的预处理方法．该方法在水样中加入缺乏N2O活性酶（该酶使得N2O转化为N2）的反硝化细菌———致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）将水样中的硝酸盐全部转化为N2O，生成的N2O经分离纯化后进入同位素比值质谱仪测定δ15N和δ18O值．该方法预处理过程较简单（2 3d），预处理费用较低（每个样品50元），需要水样少，分析精度高．但是，该方法细菌培养周期长（10 12d），细菌培养可能会受样品毒性干扰，水样中存在的NO2－也会被转化为N2O，导致测试结果偏离实际值．2.5两步化学还原法两步化学还原法由Mcilvin等［26］建立，是最新的一种可同步分析氮、氧同位素的预处理方法．该方法先在水样中加入镉将NO3－还原成NO2－，再在水样中加入叠氮化物将NO2－还原成N2O．生成的N2O 经分离、富集和纯化后进入同位素比值质谱仪测定δ15N和δ18O值．该方法预处理过程简便（1d），预处理费用低，需要水样少，不受优度物质干扰，可实现大量样品自动进样．但是，该方法涉及试剂有毒、易爆，测试时有危险性，水样中存在的NO2－会使测得的δ15N和δ18O值发生偏移，需对结果进行校正．以上5种预处理方法适用对象、可测定同位素δ值、所需水氧量及测试精度的比较见表2．笔者建议，在对测试精度要求较高、经费充足的表2氮、氧同位素测定不同预处理方法对比表Table2Comparison of different pre-treatment methods for determination ofδ15N andδ18O预处理方法Pre-treatmentmethod适用对象Appliedwater可测定同位素Isotopestested所需水样量Samplevolumeneeded测试精度Measuringaccuracy（‰）蒸馏法Distillationmethod［18－19］淡水、海水N多δ15N：ʃ1.0扩散法Diffusionmethod［20－21］淡水、海水N多δ15N：ʃ1.0阴离子交换法Ani-on-exchange meth-od［22－23］淡水N＆O多δ15N：ʃ0.05δ18O：ʃ0.08细菌反硝化法Bacterial denitrifica-tion method［24－25］淡水、海水N＆O少δ15N：ʃ0.05δ18O：ʃ0.5两步化学还原法Two-step chemicalreduction［26］淡水、海水N＆O少δ15N：ʃ0.2δ18O：ʃ0.38411应用生态学报24卷情况下，应选择阴离子交换法；在对测试精度要求较高、经费较充足且有微生物学基础的情况下，可以选择细菌反硝化法；在对测试精度要求不高、经费较为紧张且缺乏相关试验基础的情况下，可以选择蒸馏法．由于两步化学还原法涉及到有毒、易爆试剂，不建议没有相关试验基础的研究者选用．3氮、氧稳定同位素在水体硝酸盐污染源识别中的应用3.1国外研究概况国外利用硝酸盐氮、氧同位素进行硝酸盐污染源识别的研究有40余年的历史，技术手段的进步、数学模型的应用，也使它经历了一个从定性识别到定量识别的过程．在研究前期，由于技术手段的限制，学者们只能测定硝酸盐的δ15N值．当时的研究，一般测定几种潜在硝酸盐污染中硝酸盐的δ15N值和水体中硝酸盐的δ15N值，通过对比潜在污染源和水体中硝酸盐的δ15N值，定性判别水体中硝酸盐污染的主要来源［27－28］．1975年Kreitler［27］测定了德克萨斯州兰纳尔斯郡南部和密苏里州马孔郡地下水硝酸盐的δ15N 值，发现前者的δ15N值与来自于土壤有机氮矿化的硝酸盐δ15N值（+2ɢ +8ɢ）相近，后者的δ15N值与来自于动物粪便降解的硝酸盐δ15N值（+10ɢ +22ɢ）相近，说明德克萨斯州兰纳尔斯郡南部地下水硝酸盐污染主要来自于土壤有机氮矿化，而密苏里州马孔郡地下水硝酸盐污染主要来自于动物粪便降解．1979年Gormly等［28］在内布拉斯加州采集了256个地下水水样，通过比较这些水样与潜在污染源的硝酸盐的δ15N值，发现大部分水样的硝酸盐污染来自于化肥使用，只有小部分水样的硝酸盐污染来自于动物粪便降解．随着研究的不断推进，学者们发现，某些硝酸盐污染源硝酸盐的δ15N值范围存在重叠，单独使用硝酸盐的δ15N值不能将这些污染源区分开来，于是，学者们开始将考虑同时测定硝酸盐中的δ15N和δ18O 值．1987年Amberger等［29］首次测定硝酸盐中的δ18O值后，学者们开始测定潜在的几种硝酸盐污染中硝酸盐的δ15N和δ18O值，并根据全球各地的学者们的研究绘制了常见硝酸盐污染中硝酸盐的δ15N 和δ18O值范围图（图1），使得以后的学者们只需测定水样中硝酸盐的δ15N和δ18O值，对比该范围图就可以定性判别水体中硝酸盐污染的主要来源［30－34］．Wassenaar［30］在加拿大英属哥伦比亚省西南部弗雷泽低地开展研究时，测定了动物粪便、人工肥和地下水中硝酸盐的δ15N和δ18O值，结果表明，地下水中的硝酸盐污染主要来源于畜禽粪便降解，只有部分来自于人工肥．Pardo等［32］在新罕布夏州哈伯德布鲁克试验林对大气沉降和溪水进行了为期20个月的监测，结果表明，降水中的δ18O和δ15N值的平均值分别为+47ɢ +77ɢ和－5ɢ +1ɢ，降雪中的δ18O和δ15N值的平均值分别为+52ɢ +75ɢ和－3ɢ +2ɢ，溪水中的δ18O和δ15N值的平均值分别为+12ɢ +33ɢ和－3ɢ +6ɢ，而来自于硝化反应的硝酸盐δ18O值为－5ɢ +15ɢ，表明该地区溪水中的硝酸盐主要来自于生物硝化作用．2002年Phillips等［33］提出用基于质量平衡的模型用来评估不同来源对最终汇的贡献率．他们认为，在理论上，如果水体中的硝酸盐污染源不大于3个，就可以用基于质量平衡的混合模型来量化各个污染源对水体硝酸盐污染的贡献率．该模型可以表示为：δ15N=∑3i=1fiˑδ15Ni（5）δ18O=∑3i=1fiˑδ18Oi（6）1=∑3i=1fi（7）其中：i表示污染源1、2、3；δ15N和δ18O表示混合后水体中的硝酸盐δ15N和δ18O值；δ15N i和δ18O i表示污染源i中硝酸盐的δ15N和δ18O值；f i为不同污染源的贡献率，总和为1．Deutsch等［34］在对德国梅克伦堡某条河流的硝酸盐污染进行源识别时，同时测定了灌溉水、地下水、大气沉降和河水中硝酸盐的δ15N和δ18O值，并使用该模型量化了各个污染源的贡献率，结果表明灌溉水、地下水和大气沉降对河水硝酸盐污染的贡献率分别为86%、11%和3%．Voss等［35］也采用了该模型估算了12条入波罗的海河流3种硝酸盐污染源（污水、大气沉降和土壤）的贡献率，评价结果与释放模型的评价结果重合度很好，误差范围在－18% +18%．2008年Moore等［36］认为，Phillips等［33］提出的模型没有考虑到一些重要的不确定来源．第1个不确定性来源是硝酸盐δ15N和δ18O值的时空变异性，第2个不确定性来源是反硝化反应中同位素分馏作用，第3个不确定性来源是当最终的汇含有很多源时，该模型无解．针对Moore等［36］的观点，Parnell 等［37］开发了一个基于R统计软件的稳定同位素混94114期毛巍等：利用氮、氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源研究进展合模型SIAR．该模型基于狄利克雷分布，在贝叶斯框架下构建了一个逻辑先验分布，将上述的3个不确定性都考虑在内．SIAR模型可以表示为：Xij =∑Kk－1Pk（Sij+cij）+εij（8）S ij =N（μij，ω2jk）（9）c ij =N（λij，τ2jk）（10）εij=N（0，σ2j）（11）式中：X ij是混合物i同位素j的δ值，其中，i=1，2，3，…，N，j=1，2，3，…，J；Pk是来源k的比例；S ij是来源i同位素j的δ值，服从均值为μ方差为ω的正态分布；c ij是来源i同位素j的分馏系数，服从均值为λ方差为τ的正态分布；ε是残余误差，表示其他各个混合物间无法量化的方差，其均值和标准差通常情况下为0．2012年Xue等［38］成功运用SIAR模型评价了5个潜在污染源（降水、硝态氮肥、铵态氮肥、土壤氮、粪便和污水）的贡献率．结果表明，粪便和污水的贡献率最高，土壤氮、硝态氮肥和铵态氮肥的贡献率居中，降雨贡献率最低．3.2国内研究概况国内在使用稳定同位素技术进行水体硝酸盐污染源识别方面的研究起步较国外晚，且研究主要集中在使用氮稳定同位素解析地下水硝酸盐污染方面，主要研究见表3．邵益生等［39］在北京城近郊区地下水硝酸盐污染源识别的研究中运用了氮同位素技术，结果表明，北京城近郊区地下水中的硝酸盐污染源主要有两种类型，一类是通过粪坑入渗和管道渗漏的粪便，另一类是生活型污水灌溉，且污水灌溉能否造成地下水硝酸盐污染与灌溉区的土壤性质、污水类型、灌溉方式及人文地质结构特征等诸多因素有关．毕二平等［40］对石家庄市地下水中“三氮”污染状况进行分析时，测定了研究区地下水中硝酸盐的δ15N值，其范围在+6.1ɢ +8.4ɢ，表明土壤有机氮矿化行程的硝酸盐是地下水硝酸盐的主要来源．金赞芳等［41］在对杭州市地下水硝酸盐污染进行源识别时，测定了地下水硝酸盐中的δ15N值，结果表明，城市浅层地下水硝酸盐污染的主要来源是生活污水．周爱国等［42］在对林州市和安阳县山区地下水硝酸盐污染进行源识别时，同时测定了地下水硝酸盐的δ15 N和δ18O值，结果表明，林州市和安阳县山区地下水中的硝酸盐污染主要来源于农家肥和化肥．李思亮等［43］在对贵阳地下水硝酸盐污染进行源识别时，同时测定了地下水硝酸盐的δ15N和δ18O值，结果表明，贵阳郊区地下水夏季主要受硝态氮肥等影响，而市区地下水受人为排污影响严重．刘君等［44］在对石家庄地下水中的硝酸盐污染进行源识别时，同时测定了地下水硝酸盐的δ15N和δ18O值，结果表明当地地下水硝酸盐污染的主要来源是当地的化肥和动物粪便．王松等［45］在对桂林寨底地下河的硝酸盐进行源识别时，同时测定了地下水硝酸盐的δ15N和δ18O 值，结果表明当地地下水硝酸盐污染的主要来源是以动物粪便为主的农家肥．陈惟财等［46］在九龙江流域的研究表明，仙都小流域地表水中硝酸盐主要来自无机化肥与土壤有机氮，有机肥有一定的贡献；五川小流域地表水中硝酸盐的来源以无机化肥与土壤有机氮为主，有机肥的贡献很小；2个小流域地表水中硝酸盐的来源随时空变化而有差异，与当地农作物种类及农田时令密切相关．邢萌等［47］在对西安市东部补给水源（浐河、灞河）硝酸盐污染进行源识别时，测定了浐河和灞表3国内使用稳定同位素进行水体硝酸盐污染源识别主要研究汇总表Table3Summary table of domestic research on using stable isotopes for identification of nitrate pollution研究区域Research area 水体类型Water type同位素Isotopes主要污染源Major pollution sources文献Reference北京城近郊区Near suburb of Beijing地下水N粪便、污水灌溉［39］石家庄Shijiazhuang地下水N土壤有机氮［40］杭州Hangzhou地下水N生活污水［41］林州-安阳-范县Linzhou-Anyang-Fanxian地下水N＆O农家肥、化肥［42］贵阳Guiyang地下水N＆O硝态氮肥（夏季）［43］石家庄Shijiazhang地下水N＆O化肥、动物粪便［44］桂林寨底Zhaidi，Guilin地下水N＆O动物粪便［45］九龙江流域Reaches of Jiulong River地表水N 仙都小流域：无机肥、土壤有机氮、有机肥；五川小流域：无机肥、土壤有机氮［46］西安浐河、灞河Chanhe and Bahe rivers of Xi’an地表水N 源头：岩石、土壤有机氮；中游：化肥；下游：工业废水、生活污水和粪肥［47］滹沱河上游区Up-stream of Hutuo River地表水N粪便或污水［48］0511应用生态学报24卷河水样中硝酸盐的δ15N值，结果显示，在源头附近的δ15N值较低，是由岩石和天然土壤中的有机氮起主导影响；中游硝酸盐的δ15N值偏高，说明是由于农业活动施加化肥引起；下游的δ15N值达到最高，说明工业废水、生活污水和粪肥的影响占主导．张翠云等［48］在滹沱河上游区测定了河水、地下水、泉水、水库水水样硝酸盐的δ15N值，大部分水样的δ15N值大于8‰，指示水中硝酸盐主要来源于粪便或污水．回顾国内外近40年的研究概况，可以大致分为3个时期：研究前期，单独使用氮同位素可以作为定性解析地下水或地表水硝酸盐污染源的有效方法；研究中期，由于单独使用氮同位素无法解析某些δ15N值重叠的硝酸盐污染源（如降雨和化肥），学者们引入了硝酸盐氧同位素来解析这些硝酸盐污染源，可以更好地研究硝酸盐污染问题；研究后期，数学模型的引用，有力地推动了地下水或地表水硝酸盐污染源识别方面的研究，使得学者们可以对各硝酸盐污染源进行定量源识别．此外，也有一些学者同时测定其他稳定同位素以增加硝酸盐污染源识别的成功性，如结合测定水的氢、氧稳定同位素值［49］或者硼同位素［50－51］．4研究展望利用氮、氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源弥补了传统方法无法定量化识别污染源的缺点，其应用前景十分广阔．针对目前的研究现状，今后可在以下几个方面开展深入研究．第一，现有的硝酸盐氮、氧同位素预处理方法仍存在预处理费用较高、操作步骤较复杂等不足．因此，需要在保证硝酸盐氮、氧稳定同位素值测定精确度的前提下，进一步优化现有方法并提出新方法，提高预处理效率、降低预处理费用．第二，由于水体环境的复杂性，在硝酸盐的迁移转换过程中，其氮、氧稳定同位素值也会发生一些变化．因此，需要定量化水体环境中氮循环各过程对硝酸盐氮、氧稳定同位素分馏作用的大小，进而提高定量化识别的精度．第三，利用稳定同位素技术对水体硝酸盐污染进行定量识别需要结合数学模型．因此，需要积极引进国外开发的各种模型，尤其是基于质量平衡的数学模型（如SIAR模型），以便进一步推进利用稳定同位素技术对水体硝酸盐污染定量源识别的研究．参考文献［1］Huang L（黄亮），Zhou Q-X（周启星），Zhang Q-R（张倩茹）．Changes of NO3－-N and NH4+-N concen-trationsin 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a15114期毛巍等：利用氮、氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源研究进展dynamic ammonium extraction technique for the determi-nation of15N at enriched abundances．Analytica AhimicaActa，2005，554：113－122［20］Brooks P，Stark J，Mcinteer B，et al．Diffusion method to prepare soil extracts for automated nitrogen-15analy-sis．Soil Science Society of America Journal，1989，53：1707－1711［21］Kendall C，Grim E．Combustion tube method for meas-urement of nitrogen isotope ratios using calcium oxide fortotal removal of carbon dioxide and water．AnalyticalChemistry，1990，62：526－529［22］Chang CCY，Langston J，Riggs M，et al．A method for nitrate collection forδ15N andδ18O analysis from waterswith low nitrate concentrations．Canadian Journal ofFisheries and Aquatic Sciences，1999，56：1856－1864［23］Silva S，Kendall C，Wilkison D，et al．A new method for collection of nitrate from fresh water and the analysisof nitrogen and oxygen isotope ratios．Journal of Hydrol-ogy，2000，228：22－36［24］Sigman DM，Casciotti KL，Andreani M，et al．A bacte-rial method for the nitrogen 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地下水NO_3^-氮与氧同位素研究进展

地下水NO_3^-氮与氧同位素研究进展邓林;曹玉清;王文科【期刊名称】《地球科学进展》【年(卷),期】2007(22)7【摘要】人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因。

不同来源的NO3-具有不同的氮、氧同位素组成,利用地下水NO3-中的δ15N和δ18O值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源。

引起地下水中NO3-含量显著减少的不同物理、化学和生物过程,所产生的氮、氧同位素分馏效应有明显差别。

地下水系统中反硝化作用发生时,NO3-中氮和氧同位素分馏系数呈一定比例。

因此NO3-中δ15N和δ18O 值也是示踪地下水硝酸盐循环,尤其是反硝化作用的有效手段。

利用NO3-中氮和氧双同位素,并与其他环境同位素及化学分析技术相结合,示踪NO3-来源及其循环是地下水硝酸盐污染研究的重要方向之一。

综述了利用地下水硝酸盐中氮和氧同位素识别NO3-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向。

【总页数】9页(P716-724)【关键词】地下水NO3^-氮与氧同位素研究进展【作者】邓林;曹玉清;王文科【作者单位】长安大学环境科学与工程学院;吉林大学环境与资源学院【正文语种】中文【中图分类】P59【相关文献】1.运用氮、氧同位素技术判别常州地区地下水氮污染源 [J], 吴登定;姜月华;贾军远;蔡鹤生2.利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展 [J], 庞凤梅;吴文良;孟凡乔;郭岩彬3.基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析 [J], 傅雪梅;孙源媛;苏婧;郑明霞;席北斗;钱光人4.氮、氧同位素与地下水中硝酸盐溯源研究进展 [J], 贾小妨;李玉中;徐春英;李巧珍5.滹沱河源头地下水硝酸盐污染的氮氧同位素示踪 [J], 赵鹏宇;翟召怀;步秀芹;刘晓东;王翠萍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

地下水硝酸盐污染的氮、氧环境同位素分析

研究地下水硝酸盐的污染途径、消除机制，对于水资源的评估和治理具有重要意义。

Wilson等后来介绍了第4种人为来源的特征值，即合成氨肥发生硝化作用所生成的为一16‰～+6‰。

-3NO N 15δ-3NO -3NO +4NH -3NO -3NO N 15δ-3NO 端源的特征值-3NO O 18δ来源于大气沉降硝酸盐的值范围较大，最大范围可达+18‰～+70‰。

化肥中硝酸盐的值一般在+22‰±3‰，微生物硝化作用所形成的值一般为10‰～+10‰。

O 18δO 18δ-3NO O18δ由于环境及土地利用方式不同，相同成因的硝酸盐中的同位素也会存在区域性差异。

中国水体硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源研究进展

中国水体硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源研究进展中国水体硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源研究进展摘要：随着科学技术的不断进步，环境污染问题日益突出。

水体硝酸盐污染是造成水资源短缺和水生生物灭绝的重要原因之一。

水体硝酸盐的溯源研究对于准确判断污染源并采取相应治理措施具有重要意义。

本文综述了近年来中国在水体硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源研究方面的进展，介绍了氮氧同位素在水体硝酸盐溯源中的应用，分析了目前的研究方法和技术，以及存在的问题和展望。

1. 引言水是生命之源，而水体硝酸盐污染被认为是导致水资源短缺和水生生物灭绝的主要原因之一。

当硝酸盐污染超过环境容量时，就会引起许多环境问题，如水体富营养化、藻华暴发和地下水污染等。

因此，准确判断硝酸盐的污染源至关重要，可以为治理和保护水资源提供科学依据。

2. 氮氧同位素在水体硝酸盐溯源中的应用氮氧同位素是对硝酸盐起源进行溯源的有效工具。

氮氧同位素组成不同的污染源具有不同的特征，可以通过分析水体中硝酸盐的同位素组成来确定硝酸盐来源。

氮氧同位素比值通常用δ15N和δ18O表示，其值反映了硝酸盐的形成机制和来源。

以氮氧同位素为指示的硝酸盐溯源已被广泛应用于水体中硝酸盐来源的研究。

3. 研究方法和技术目前，常用的水体硝酸盐氮氧同位素分析方法主要包括微生物气体法和仪器分析法。

微生物气体法主要是通过微生物代谢产生的气体来分析硝酸盐的同位素组成，该方法操作简单、试剂成本低，但分析结果在高盐度水体中容易受到干扰。

仪器分析法则是通过质谱仪等仪器设备对硝酸盐的同位素组成进行分析，具有高灵敏度和准确性的优点，但设备价格较高、操作复杂。

根据不同的研究需求和实际情况，可以选择适合的方法来进行硝酸盐溯源研究。

4. 存在的问题和展望尽管水体硝酸盐氮氧同位素溯源在水污染研究中具有巨大潜力，但在实际应用过程中仍存在一些问题。

首先，不同地区、不同环境中硝酸盐的同位素组成会受到多种因素的影响，如降雨、温度等，这对水体硝酸盐溯源的准确性和可靠性提出了挑战。

一种结合氮氧同位素和三维荧光进行污染物溯源的方法与流程

一种结合氮氧同位素和三维荧光进行污染物溯源的方法与流程
究其原因，污染物溯源具有重要意义，因为它可以帮助政府监管机构追溯污染来源并采取有效的措施，以减少污染的影响和实现可持续发展。

近年来，针对污染物溯源的技术发展迅速，诸如氮氧同位素和三维荧光等技术在污染物溯源方面得到了广泛应用。

首先，使用氮氧同位素测定技术可以快速识别和定量测定污染物，因为氮氧同位素是污染物的自然解析标识符,这使得它们在环境中很容易发现，这种方法具有较高的选择性，可以精确定位源。

其次，三维荧光技术可以使用污染物在光谱空间中的独特荧光特性进行快速定性和定量分析，并且可以大量快速的进行样品分析。

在污染物溯源实践中，结合氮氧同位素和三维荧光技术非常关键，溯源过程可分为几个步骤。

首先，样品采样，采取不同部位的污染物样品；其次，使用氮氧同位素技术进行定量测定，确定污染源的类型及氮氧同位素的比值；然后，使用三维荧光技术分析污染物的精细结构，确定污染物的种类；最后，对采集样品的氮氧同位素比值和三维荧光结构进行对比，并结合现场调查等技术方法，确认污染物的源头。

污染物溯源是维护环境和健康有效净化重要的过程，掌握污染物溯源技术是污染物净化工作不可缺少的部分。

结合氮氧同位素和三维荧光等技术可以有效掌控污染物的溯源过程，以保护环境和健康，构建自然的可持续未来。

利用氮氧同位素定量识别地下水中硝酸盐来源

利用氮氧同位素定量识别地下水中硝酸盐来源尹玉龙;王周锋;王文科;陈立;邢萌;刘卫国【期刊名称】《水资源与水工程学报》【年(卷),期】2015(0)5【摘要】为研究西安市浅层地下水中硝酸盐来源,采集秦岭山前、市郊、市区地下水样,分析其常规化学指标和氮氧同位素,利用硝酸盐氮氧双同位素和Iso Source同位素模型,确定地下水中硝酸盐的主要来源及各个来源的贡献率。

研究结果表明:西安市区的硝酸盐主要来源于生活污水粪肥,约占55%~75%;郊区的硝酸盐主要来源是土壤有机氮和生活污水粪肥,分别占37%~55%,36%~58%;而山前地区的硝酸盐主要来源于土壤有机氮转化,约占77%~96%。

【总页数】6页(P104-108 113)【关键词】氮氧同位素;硝酸盐来源;地下水;IsoSource模型【作者】尹玉龙;王周锋;王文科;陈立;邢萌;刘卫国【作者单位】长安大学环境科学与工程学院;长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室;长安大学陕西省地下水与生态环境工程研究中心;中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室;西安交通大学人居环境与建筑工程学院【正文语种】中文【中图分类】X523【相关文献】1.永定河冲洪积扇地下水中硝酸盐来源的同位素识别 [J], 贺国平;刘培斌;慕星;吴琼;刘明柱2.利用氮氧同位素研究桂林寨底地下河硝酸盐来源 [J], 王松;裴建国;梁建宏3.利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展 [J], 庞凤梅;吴文良;孟凡乔;郭岩彬4.氮、氧同位素与地下水中硝酸盐溯源研究进展 [J], 贾小妨;李玉中;徐春英;李巧珍5.利用氮同位素技术识别石家庄市地下水硝酸盐污染源 [J], 张翠云;张胜;李政红;刘少玉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

硝酸盐氮氧同位素在不同生态系统中的研究进展_张金

2期
张金等：硝酸盐氮氧同位素在不同生态系统中的研究进展
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MCLLVIN 和 ALTABET（2005）［16］利用镉将样品中的硝酸盐首先还原成亚硝酸盐，再利用乙酸/叠氮化钠将亚硝酸盐进一步还原成 N2O，接着进行提取和纯化，经纯化后的 N2O 通过自动进样器送入同位素比质谱仪（IRMS）进行δ15N、δ18O 同位素测定。其中细菌反硝化法和镉还原法适用范围更广，可以用于海水、工业污水、动物粪便、土壤浸提等实验样品。N、 O 同位素分析方法的精度、样品浓度要求等（表 1）。
有不同的 N、O 同位素特征（图 1）。大气湿沉降中的δ15N-NO3-为-15‰～+15‰，δ18O-NO3-约+20‰～ +70‰［4］；同时研究表明干沉降中的 δ15N-NO3- 值通常要高于湿沉降中硝酸盐的 N 15 值［5］；来自于无机肥料的 δ15N-NO3- 为 -4‰ ～+ 4‰ ，δ18O-NO3- 约为 + 17‰ ～+ 25‰ ；来自有机肥料的 δ15N-NO3- 通常为 + 2‰ ～+ 30‰ ；来自于动植物遗体所产生的 δ15NNO3-为+10‰～+20‰［6］；来自于土壤有机氮和溶解无机氮产生的 δ18O-NO3- 约为 + 3‰ ～+ 8‰ ；来自于植物固氮作用所产生的δ15N-NO3-为+0‰～+2‰。来源于粪便的δ15N-NO3-为+5‰～+25‰；来自于污水的δ15N-NO3-为+4‰～+19‰［7］。来自于降水和肥料中的 NH4+与来源于土壤 N、污水和粪便的δ18O-NO3具有重叠性，可以通过δ15N-NO3-进行有效区分；来自于大气降水中的 NO3-、以及 NO3-肥与硝化作用产生的δ15N-NO3-值域具有重叠性，可以通过δ18O-NO3来进行有效区分。