氮氧同位素在河流硝酸盐研究中的应用

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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。

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

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——以鄱阳湖湿地为例摘要：硝酸盐污染是世界范围内的一个严重问题，对水体生态系统和人类健康带来了不可忽视的威胁。

通过应用水化学和氮氧同位素技术，可以对硝酸盐的来源进行解析，从而帮助制定科学的水资源管理策略。

本文以中国最大的淡水湖泊之一——鄱阳湖湿地为例，对硝酸盐来源进行了解析，并探讨了其背后的原因。

1. 引言鄱阳湖湿地是我国重要的生态系统之一，同时也是重要的水资源补给地。

然而，近年来，湖泊水体中硝酸盐含量逐渐升高，已经引起了人们的广泛关注。

硝酸盐来源解析对于健康的水资源管理以及保护湖泊生态系统具有重要意义。

2. 方法本研究利用水化学和氮氧同位素技术对鄱阳湖湿地水体中的硝酸盐来源进行解析。

通过对湖泊中不同区域水样的采集和分析，可以比较各种化学指标和同位素组成的差异，确定硝酸盐的来源。

3. 结果研究发现，鄱阳湖湿地硝酸盐主要来源包括农业排放、城市污水和大气沉降。

农业活动是湖泊硝酸盐污染的主要原因，包括肥料施用和农药使用。

城市污水和工业废水的排放也对湖泊环境产生一定的负面影响。

另外，大气沉降也是硝酸盐来源的一个重要途径。

4. 讨论湖泊硝酸盐来源的解析表明，硝酸盐污染不仅来自湖泊周边地区的农业活动，还与城市化进程密切相关。

当前，湖泊保护需要综合考虑农业、城市和工业的发展，制定合理的环保政策和措施。

5. 结论本研究通过应用水化学和氮氧同位素技术，对鄱阳湖湿地硝酸盐来源进行解析，揭示了硝酸盐污染背后的原因。

这为制定科学的水资源管理策略提供了重要依据，也为湖泊生态系统的保护和可持续发展提供了参考。

本研究通过水化学和氮氧同位素技术对鄱阳湖湿地水体中的硝酸盐来源进行了解析，并得出以下结论：首先，鄱阳湖湿地的硝酸盐污染主要来自农业排放、城市污水和大气沉降。

农业活动是主要原因，包括肥料施用和农药使用。

其次，城市污水和工业废水的排放也对湖泊环境产生一定的负面影响。

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。

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探究进展摘要：随着科学技术的不息进步，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亡的重要原因之一。

水体硝酸盐的溯源探究对于准确裁定污染源并实行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探究方面的进展，介绍了氮氧同位素在水体硝酸盐溯源中的应用，分析了目前的探究方法和技术，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亡的主要原因之一。

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，准确裁定硝酸盐的污染源至关重要，可以为治理和保卫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探究。

3. 探究方法和技术目前，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，该方法操作简易、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。

依据不同的探究需求和实际状况，可以选择适合的方法来进行硝酸盐溯源探究。

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探究中具有巨大潜力，但在实际应用过程中仍存在一些问题。

起首，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。

鄱阳湖富营养化现状及硝酸盐氮污染识别

水样采样点位置
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汇报结束
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基于氮氧同位素的赣江硝酸盐污染源识别
国家自然科学基金项目（41201033）
基于氮氧同位素，结合土地利用方式和其它水化学组分变化，识别赣江不同河段硝酸盐的主要污染源，揭示各潜在污染源对赣江硝酸盐污染的贡献率及其季节性变化规律。
为赣江流域的硝酸盐污染控制，鄱阳湖水体的富营化防治提供科学依据。
中国第一大淡水湖生态湿地保护区内鸟类近百万只，是世界上最大的鸟类保护区，每年白鹤越冬总数达2000只以上，占全世界白鹤总数的95%以上。
3
鄱阳湖水质
• 相对于长江中下游的其它湖泊，鄱阳湖水质总体较好 • 主要污染问题：富营养化程度逐年加重 • 富营养化危害
o 水的透明度降低，影响水中植物的光合作用 o 浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量降低，造成鱼类大量死亡 o 底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体
鄱阳湖富营养化现状及硝酸盐氮污染源识别
报告人：王鹏江西师范大学 Email: wangpengjlu@
1
鄱阳湖地理位置
鄱阳湖有赣江、抚河、信江、饶河、修水五大支流，出口控制站流域面积162225 km2，江西境内156743 km2
2
鄱阳湖生态
国务院已于2009年12月12日正式批复《鄱阳湖生态经济区规划》，标志着建设鄱阳湖生态经济区正式上升为国家战略。
• N同位素
o 14N
o 16O
15N
• 氧同位素
18O
在复杂的氮循环系统中，不同来源的NO3−具有不同的氮氧同位素值（ δ15N ， δ18O ）
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15N, 18O在识别硝酸盐污染研究中的应用

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

基于水化学及氮氧同位素技术的硝酸盐来源解析——以鄱阳湖湿地为例李智滔;肖红伟;伍作亭;马艳;肖扬宁;陈振平;陶继华【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2022(42)9【摘要】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,NO3-/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.【总页数】8页(P4315-4322)【作者】李智滔;肖红伟;伍作亭;马艳;肖扬宁;陈振平;陶继华【作者单位】东华理工大学;东华理工大学水资源与环境工程学院;上海交通大学环境科学与工程学院;东华理工大学地球科学学院【正文语种】中文【中图分类】X52【相关文献】1.基于水化学和氮氧同位素的贵州草海丰水期水体硝酸盐来源辨析2.基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析3.基于硝酸盐氮氧同位素的三门峡黄河湿地硝酸盐来源分析4.氮氧同位素和水化学解析昭通盆地地下水硝酸盐来源及对环境的影响5.基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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

水化学及氮氧同位素技术示踪离子型稀土矿区硝酸盐来源与转化过程

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｎｍｉｎｚｈｕｊｉａｎｇ．ｃｎＤＯＩ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１９２３５２０２３０５０１１第４４卷第５期人民珠江　２０２３年５月　ＰＥＡＲＬＲＩＶＥＲ基金项目：国家重点研发计划项目（２０１８ＹＦＣ１８０１８０１）收稿日期：２０２２－１１－０１作者简介：国秋艳（１９９８—），女，硕士研究生，主要从事流域环境污染源解析等工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：１５０３０８０５８４３＠１６３．ｃｏｍ通信作者：张秋英（１９７２—），女，副研究员，主要从事流域环境污染源解析与控制等工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｑｙ＠ｃｒａｅｓ．ｏｒｇ．ｃｎ国秋艳，张秋英，李兆，等．水化学及氮氧同位素技术示踪离子型稀土矿区硝酸盐来源与转化过程［Ｊ］．人民珠江，２０２３，４４（５）：８１－８８，９６．水化学及氮氧同位素技术示踪离子型稀土矿区硝酸盐来源与转化过程国秋艳１，２，张秋英２，李　兆３，４，李发东３，４，王　凡２（１．武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北　武汉　４３０２０５；２．中国环境科学研究院，北京　１０００１２；３．中国科学院地理科学与资源研究所，北京　１００１０１；４．中国科学院大学，北京　１０００４９）摘要：为了识别离子型稀土矿区水体中硝酸盐来源、迁移与转化过程和污染贡献，以龙南县为研究区域，测定了地表、地下水样品的阴阳离子和硝酸盐氮氧同位素。

结果显示：研究区水化学类型基本以ＨＣＯ３·ＳＯ４Ｃａ为主，含氮化合物以硝酸盐为主；δ１５ＮＮＯ－３和δ１８ＯＮＯ－３值的特征图结合ＮＯ－３／Ｃｌ－摩尔浓度比值和Ｃｌ－浓度的关系可知，该地区的硝酸盐浓度主要受铵态氮肥、土壤氮、粪污和矿井排水的影响，硝酸盐转化的主要过程是硝化作用，无明显反硝化反应。

ＭｉｘＳＩＡＲ模型结果表明：地表水和地下水硝酸盐主要来自矿井排水、土壤氮和粪污。

关键词：离子型稀土矿区；硝酸盐；水化学；氮氧同位素；ＭｉｘＳＩＡＲ模型中图分类号：Ｐ６４１文献标识码：Ｂ文章编号：１００１９２３５（２０２３）０５００８１０９ＷａｔｅｒＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＮｉｔｒｏｇｅｎａｎｄＯｘｙｇｅｎＩｓｏｔｏｐｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＴｒａｃｉｎｇＮｉｔｒａｔｅＳｏｕｒｃｅｓａｎｄＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎＩｏｎｉｃＲａｒｅＥａｒｔｈＭｉｎｉｎｇＡｒｅａｓＧＵＯＱｉｕｙａｎ１牞２牞ＺＨＡＮＧＱｉｕｙｉｎｇ２牞ＬＩＺｈａｏ３牞４牞ＬＩＦａｄｏｎｇ３牞４牞ＷＡＮＧＦａｎ２牗１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｗｕｈａｎ４３０２０５牞Ｃｈｉｎａ牷２．ＣｈｉｎｅｓｅＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ牞Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１２牞Ｃｈｉｎａ牷３．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈ牞ＣＡＳ牞Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１牞Ｃｈｉｎａ牷４．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ牞Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｓｏｕｒｃｅ牞ｍｉｇｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ牞ａｎｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒａｔｅｉｎｔｈｅｗａｔｅｒｂｏｄｙｏｆｉｏｎｉｃｒａｒｅｅａｒｔｈｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓ牞ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｅａｎｉｏｎｓａｎｄｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｏｆｓｕｒｆａｃｅａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｂｙｔａｋｉｎｇＬｏｎｇｎａｎＣｏｕｎｔｙａｓｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｓｔｒｙｔｙｐｅｉｎＬｏｎｇｎａｎＣｏｕｎｔｙｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｄｏｍｉｎａｔｅｄｂｙＨＣＯ３·ＳＯ４Ｃａ牞ａｎｄｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｒｅｄｏｍｉｎａｔｅｄｂｙｎｉｔｒａｔｅ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｌｏｔｓｏｆｔｈｅｖａｌｕｅｓｏｆδ１５ＮＮＯ－３ａｎｄδ１８ＯＮＯ－３ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＮＯ－３／Ｃｌ－ｍｏｌａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｒａｔｉｏｓａｎｄＣｌ－ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｉｔｒａｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅＬｏｎｇｎａｎＣｏｕｎｔｙａｒｅｍａｉｎｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙａｍｍｏｎｉｕｍｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ牞ｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎ牞ｍａｎｕｒｅａｎｄｍｉｎｅｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｎｉｔｒａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ牞ｗｉｔｈｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＭｉｘＳＩＡＲｍｏｄｅｌａｌｓｏｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｉｔｒａｔｅｉｎｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｍａｉｎｌｙｃｏｍｅｓｆｒｏｍｍｉｎｅｄｒａｉｎａｇｅ牞ｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｍａｎｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｉｏｎｉｃｒａｒｅｅａｒｔｈｍｉｎｉｎｇａｒｅａ牷ｎｉｔｒａｔｅ牷ｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｓｔｒｙ牷ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓ牷ＭｉｘＳＩＡＲｍｏｄｅｌ１８Copyright ©博看网. All Rights Reserved.人民珠江　２０２３年第５期稀土元素由于其独特的光学、磁性和催化性能，可以广泛用于医疗、新材料和军工制造业等领域。

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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基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析

基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析引言：清水河作为黄河上游重要的支流之一，对于黄河流域的水资源保护具有重要意义。

然而，近年来清水河水质出现了不断恶化的趋势，其中硝酸盐的浓度急剧上升成为主要问题之一。

硝酸盐的超标排放不仅严重影响了水生态系统的健康稳定，还对人类健康构成了潜在威胁。

因此，深入研究清水河硝酸盐的来源及其形成机制，对于制定科学的水资源保护策略具有重要意义。

方法：本研究选取清水河上游地区的不同样点进行采样，通过对样品进行氮氧同位素分析，结合地理信息系统和统计学方法，探究清水河硝酸盐的源汇关系，并进一步确定主要的硝酸盐来源。

结果：分析结果显示，清水河上游地区的硝酸盐含量呈现明显的时空变化特征。

从时间尺度来看，硝酸盐的含量在不同季节之间存在明显的差异，夏季较高，而冬季较低；从空间尺度来看，不同采样点之间存在显著差异，河流中游地区的硝酸盐含量要明显高于河源地区。

进一步分析发现，清水河上游地区的硝酸盐源主要来自农业活动和城市排水。

讨论：农业活动是清水河硝酸盐污染的主要原因之一。

随着农业发展，化肥和农药的广泛应用导致了农田中硝酸盐的增加。

这些硝酸盐通过地表径流和地下水径流进入清水河，进而导致了河水硝酸盐超标。

另外，城市排水也是影响清水河硝酸盐含量的重要因素之一。

城市污水中含有大量的硝酸盐，由于排水系统的不完善，这些硝酸盐最终进入了清水河。

此外，重力土壤侵蚀也是清水河硝酸盐增加的重要原因之一。

清水河上游地区地势陡峭，土壤侵蚀速率高，大量的土壤中的硝酸盐通过径流进入了河流中。

研究表明，陡峭地区的土壤侵蚀强度与河水硝酸盐含量呈正相关关系，这说明土壤侵蚀是清水河硝酸盐增加的直接原因之一。

结论：本研究基于氮氧同位素技术对黄河上游清水河的硝酸盐来源进行了解析。

研究结果表明，农业活动和城市排水是清水河硝酸盐的主要来源。

此外，重力土壤侵蚀也对清水河硝酸盐的增加具有一定影响。

基于氮氧同位素的北洛河流域硝酸盐来源及其空间分布解析

基于氮氧同位素的北洛河流域硝酸盐来源及其空间分布解析张航;樊荣;李超;郭家骅;张欢;李琦;王宁练【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2024(46)1【摘要】北洛河流经生态脆弱的黄土高原,是该地区的重要水源。

随着经济的快速发展,工业和农业活动的增加,北洛河水体氮污染情况加剧,造成流域水质恶化,多个功能区不达标。

因此,通过水化学方法和氮氧同位素技术,结合稳定同位素分析(SIAR)模型,对北洛河流域的污染状况、硝酸盐来源及其空间分布进行解析。

结果表明,北洛河整体氮污染严重,总氮(TN)为1.70~43.40 mg/L,大部分采样点超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类水标准限值(2 mg/L),无机氮以硝酸盐氮为主;水体硝酸盐迁移转化过程中氨挥发、硝化、反硝化作用均较弱,人类活动排放的污水以及土壤侵蚀产生的氮污染是北洛河硝酸盐主要来源;不同硝酸盐来源贡献率表现为污水及粪肥(约61%)>氮肥(约15%)>土壤有机氮(约14%)>大气沉降(约9%),上游土壤有机氮贡献较大,随着城镇化率及交通排放活性氮的增加,下游大气沉降贡献相对上中游增强。

研究结果为北洛河氮污染来源控制和水体环境治理提供了科学依据。

【总页数】7页(P43-49)【作者】张航;樊荣;李超;郭家骅;张欢;李琦;王宁练【作者单位】西北大学城市与环境学院【正文语种】中文【中图分类】S15【相关文献】1.基于氮氧同位素示踪的滨州市水体硝酸盐污染来源解析2.哈尼稻田水体硝酸盐氮、氧同位素特征及硝酸盐来源解析3.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4.基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析5.基于氮氧同位素的南四湖硝酸盐来源解析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

浐河_涝河河水硝酸盐氮污染来源的氮同位素示踪

第31卷第10期2010年10月环境科学ENVIRONMENTAL SCIENCEVol.31，No.10Oct.，2010浐河、涝河河水硝酸盐氮污染来源的氮同位素示踪邢萌1，2，刘卫国1，3*，胡婧1，2（1.中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪国家重点实验室，西安710075；2.中国科学院研究生院，北京100049；3.西安交通大学人居与环境学院，西安710049）摘要：通过分析河水和工业污染水体硝酸盐氮同位素组成，对西安市周边主要河流浐河和涝河的硝酸盐污染源进行了初步研究.结果发现，浐河、涝河从上游至下游，河水硝酸盐氮同位素组成δ15N-NO －3值呈逐渐升高的趋势（1.3ɢ 9.0ɢ和3.3ɢ 7.4ɢ），而沿河流域2个工业排污口废水样的δ15N-NO －3值为：11.5ɢ和11.1ɢ.不同来源的硝酸盐氮同位素表现出明显的差别，工业排污可能是该河流硝酸盐氮浓度增高主要原因之一.相对于河水硝酸盐浓度变化，河水中硝酸盐氮同位素能够作为示踪水系硝酸盐氮污染来源和过程的可靠手段.同时，本研究大致区分了浐河和涝河流域主要的氮源输入，为研究硝酸盐污染，营养元素流失提供了重要的信息.关键词：氮污染；河流；硝酸盐；δ15N ；示踪中图分类号：X131.2文献标识码：A 文章编号：0250-3301（2010）10-2305-06收稿日期：2009-11-20；修订日期：2010-02-01基金项目：中国科学院知识创新工程项目（KZCX2-YW-149）；国家自然科学基金项目（40673012，40599422）；黄土与第四纪国家重点实验室开放基金项目（SKLLQG0921）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2009ZX07101-013）作者简介：邢萌（1982 ），男，博士研究生，主要研究方向为同位素地球化学，E-mail ：xingmeng@ *通讯联系人，E-mail ：liuwg@Using Nitrate Isotope to Trace the Nitrogen Pollution in Chanhe and LaoheRiverXING Meng 1，2，LIU Wei-guo 1，3，HU Jing 1，2（1.State Key Laboratory of Loess and Quaternary ，Institute of Earth Environment ，Chinese Academy of Sciences ，Xi'an 710075，China ；2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100049，China ；3.School of Human Settlement and Civil Engineering ，Xi'an 710049，China ）Abstract ：Nitrogen isotope tracing method was used to identify the dominate contamination source of Chanhe River and Laohe River.The results showed that the δ15N-NO －3values of Chanhe and Laohe River from upper to lower stream were 1.3ɢto 9.0ɢand 3.3ɢto 7.4ɢ，respectively.And the δ15N values of the sewage samples were 11.5ɢand 11.1ɢ.Through comparing the upper and lower stream δ15N value with the sewage sample ，this research found that nitrate isotope indicated the contamination sources ，and the nitrate isotope value could provide more valuable messages relative to the nitrate concentration.Meanwhile ，this research approximately divided the main nitrogen source in different river drainage areas.These results can offer important information for investigating the nitrate pollution and nutrient runoff in this area.Key words ：nitrogen pollution ；river ；nitrate ；δ15N ；trace氮具有多来源的特点，包括大气、雨水中的尘埃、工业和生活污水、城市生活垃圾、土壤和含水层介质、含氮的化学物质、化肥农药、牲畜排泄物和植物腐殖体、以及工业生产过程中合成的含氮物质［1 3］.自然条件下水环境中NO －3背景值通常不高，人为活动常常导致水环境中NO －3浓度激增，达到污染程度［4］.因此人为活动常常是造成地下水和河水NO －3污染的主要原因［5，6］，如开垦土地导致土壤有机氮氧化作用增强、含氮化肥的直接入渗、动物粪便和废水的氧化等［7，8］.传统的方法在研究NO －3污染时，多是通过调查污染区的土地利用类型并结合水化学特征分析辨明污染源［9 11］，但这种方法的局限性在于，所得结论为间接性的.在自然界，氮元素有2种稳定同位素14N 和15N ，氮在自然界复杂的物理、化学和生物过程中会产生同位素分馏，从而能够引起自然界含氮物质δ15N 的显著差异.已有的研究结果表明，不同来源的硝酸盐具有不同的同位素组成［13］，大多数陆地物质的δ15N组成为－20ɢ 30ɢ，例如人工合成化肥δ15N 大多在0ɢʃ4ɢ左右［7，12］，土壤有机氮的δ15N 可以在4ɢ 9ɢ范围内变化［7，13，14］.人畜排泄物的δ15N 值为8ɢ 20ɢ［7，15］.而城市排污中，主要来源于生活排泄物的氮同位素值较高，可高于10ɢ，如有工业来源或其他生活垃圾，可能会低于10ɢ［16］.因此，通过河水及地下水氮同位素研究可以较好地示踪水环境科学31卷中氮素的来源［17］，以弥补传统方法的不足，从而提供一种直接识别污染源的手段［18 23］.本研究利用氮同位素技术选取西安市2条主要河流浐河、涝河作为调查对象，沿河采集2个工业排放废水样.通过废水样δ15N-NO－3值和河流上下游河水样δ15N-NO－3值对比分析，了解河流硝酸盐污染来源，以期为控制污染排放提供科学依据.1研究区域与方法1.1研究区概况浐河位于西安市的东郊，是灞河左岸支流，其全长64.6km，流域面积760km2.流域属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，多年平均气温13.3ħ，多年平均降水量744.47mm［24］.涝河发源于户县涝峪南海拔3105m的静峪脑和海拔2822m的秦岭梁，于东经108ʎ37ᶄ和北纬34ʎ14ᶄ注入渭河.河流全长82km，流域面积663.0km2.涝河径流年际变化大，年内分配不均，枯水期出现在12月至翌年2月，丰水期出现在7、8、9月［24］.浐河主要流经西安市的蓝田县.蓝田县总面积1969km2，耕地面积410km2，灌溉面积11.4km2，总人口62.7万，其中农业人口56.0万.蓝田县2006年农业产值达到91859万元，工业总产值达到83460.8万元［25］.涝河流经的户县位于西安市西南部，全县面积1255km2，土地面积577.3km2，耕地面积32.8km2.2005年，户县实现农业总产值130717万元，实现工业总产值85.39亿元［25］.西安市从2000年到2006年工业废水排放量从9.15ˑ107t增长到16.39ˑ107t，农业化肥施用量从6.97ˑ104t增长到7.60ˑ104t，其中氮肥施用量从3.92ˑ104t增长到4.14ˑ104t，磷肥施用量从1.55ˑ104t上升到1.65ˑ104t［25］.可见，近年西安市主要河流流经区域的农业产值和工业产值都在不断增加，然而产值的增加是建立在工业废水排放量和农业化肥使用量增长的基础上.1.2样品采集及分析方法本研究于2008-10沿浐河从源头到浐河汇入灞河处采集6个河水样，1个工业排放废水样；沿涝河从源头到涝河汇入渭河处采集6个河水样和1个工业排放废水样，所有样点均以GPS定位（图1）.野外取河水样1.5L，冷藏并迅速运回实验室.将河水样过0.45μm Whatman滤膜，4ħ冷藏保存，用于δ15N-NO－3的测定.采样完成24h内，取适量河水样用酚二磺酸分光光度法测定水样NO－3-N浓度［26］，图1采样点分布示意Fig.1Distribution of the sample localities for theChanhe River and Laohe River再取适量河水样用纳氏试剂分光光度法测定NH+4-N含量［27］.所有样品均在中国科学院地球环境研究所同位素实验室测试完成.同位素样品采用改进的阴离子交换树脂法进行处理.根据NO－3-N浓度，取一定体积的水样，通过阴离子交换树脂柱（Bio-Rad AG1-X8型树脂）进行离子交换.取8mL3mol/L盐酸洗脱吸附在树脂柱上的NO－3，向洗脱液中逐次加入Ag2O，每次加入约1g进行反应，共加入约3.3g Ag2O.最后用pH试纸检验，pH值要在5.5 6.0之间.用过滤方法除去AgCl沉淀，将含有AgNO3的滤液收集在容积为50mL的烧杯中进行冷冻干燥，将冷冻干燥后得到的AgNO3样品用去离子水溶解后转移入尖底离心管中，再次进行冷冻干燥，使样品均匀地浓缩至较小体积，最后将AgNO3样品用适量的去离子水重新溶解，把溶解后的溶液转移到5mmˑ9mm的银杯中，将银杯放入特制的铝制模具中.将模具部分浸入到液氮中，直到AgNO3溶液冷冻.将银杯上部合上，同时用胶模封住模具，进行冷冻干燥.最后按照常规方法将银杯压褶，进行同位素质谱分析［28，29］.质谱分析采用Flash EA和Delta Plus联用系统：CE FLASH1112型元素分析仪是意大利CarloErba公司产品，配Autosampler AS200型自动进样器；Finnigan Delta plus质谱仪是美国热电（Thermo）公司产品，备有连续流装置ConfloⅢ.样品测试在中国科学院地球环境研究所同位素实验室进行.该方法采用的N参考标准，为国际上通用的NO－3同位素参考标准IAEA-NO-3和本实验室标准KNO3.该方法测定δ15N的标准偏差为ʃ0.2ɢ.603210期邢萌等：浐河、涝河河水硝酸盐氮污染来源的氮同位素示踪2结果与讨论2.1河流NO －3-N 及NH +4-N 变化从表1、图2可知，河流源头处（C1、C2、L1、L2、L3）硝酸盐氮的浓度变化不大.位于浐河、涝河源头的样点，该区域生活的居民较少，人为造成的影响（人类生活垃圾、生活污水、人类粪便等）几乎不用考虑.同时，该区受农业污染和工业污染的影响也较小.表1浐河、涝河河水NO －3-N 、NH +4-N 含量及δ15N-NO －3Table 1Concentrations of nitrate ，ammonium nitrogen and the values of δ15N-NO －3in Chanhe River and Laohe River河流采样点采样点编号NO －3-N /mg ·L －1NH +4-N /mg ·L －1δ15N /ɢpH 值温度/ħ汤二以下C1 2.340.14 1.37.7012.3汤峪水库C2 2.550.18 1.67.7813.0鸣犊镇C3 2.150.18 3.67.9419.8浐河三联铁路桥下C4 2.660.24 6.88.2815.0马腾空桥下（排污口）C5（废水）0.289.9811.58.7014.7马腾空桥下C5（河水）3.380.289.08.7014.7十里铺浐河桥下C6 2.490.229.28.4114.6涝峪口L1 1.550.08 3.37.5413.2西涝峪口L2 1.530.06 2.97.8213.7天桥乡L3 1.510.08 3.17.5213.9涝河甘亭镇L4（河水） 1.920.16 4.27.4917.1甘亭镇（排污口）L4（废水）2.008.3811.19.0716.4涝店镇L5 1.67 1.217.48.0819.2渭丰L62.170.925.87.9615.8图2浐河、涝河河硝酸盐氮浓度、氨氮浓度从源头到下游变化情况Fig.2Variational trend of nitrate and ammonium nitrogen concentration along the Chanhe River and Laohe River浐河从C4处，涝河从L4处，硝酸盐氮的浓度略有升高.浐河C3到C4段，涝河L4处进入城镇生活区和农业区，该区域为主要产粮区，河道附近有大量的农田.农业肥料中含有硝酸盐氮和氨氮，农田用水、雨水汇入浐河、涝河后可能会造成河水中硝酸盐氮浓度的升高.浐河C5 C6段为河流流经西安市区域，C5点硝酸盐氮浓度出现最高点，该点已进入西安市区，河段可能受城市工业污染，导致峰值出现在该处.浐河在C6点处，硝酸盐氮浓度下降，可能是该点处建有橡胶坝，使水流速度减缓，河水处于静止状态，导致湖中微生物反硝化作用明显，造成该点硝酸盐氮浓度的下降.涝河L6点处的硝酸盐氮浓度在整个流域内最高.从L4点后的河段，离河附近建有许多造纸厂、纸箱厂，这些工厂的废水直接排入涝河，可能是导致涝河河水在该河段硝酸盐氮浓度升高的主要原因.从表1、图2中氨氮的浓度分析可知，浐河氨氮浓度在整个流域内变化不大，变化范围为0.14 0.28mg /L （平均0.20mg /L ）；涝河氨氮浓度变化范7032环境科学31卷围为0.06 1.21mg /L （平均0.42mg /L ）.涝河从L4点处氨氮浓度开始升高，可能与沿河造纸厂、纸箱厂的排污有关系.通过以上分析得知，浐河、涝河河水中以NO －3为主，浐河各河段硝酸盐氮含量占无机氮含量的92%以上，氨氮含量占无机氮含量的8%左右.涝河平均各河段的硝酸盐氮含量占无机氮含量的80%以上.2.2河流硝酸盐δ15N 变化由表1、图3可知，浐河硝酸盐δ15N 变化范围较大，为1.3ɢ 9.2ɢ，平均值为5.3ɢ（n =6）.涝河硝酸盐δ15N 变化范围较窄，为2.9ɢ 7.4ɢ，平均值为4.5ɢ（n =6）.浐河、涝河硝酸盐δ15N 均有从上游到下游，从源头到农业区、城市区逐渐升高的趋势，这与以往研究结果类似［31，32］.图3浐河、涝河硝酸盐δ15N 值变化Fig.3Variations of the values of δ15N-NO －3along the Chanhe River and Laohe River通常，如果反应环境中没有大量NH +4积累，矿化和硝化作用产生的硝酸盐的δ15N 值与初始反应物质的δ15N 值一致，具有较小的同位素分馏［7，13］.由表1可知，样品中NH +4含量均较低，可以近似地认为所采集水样的同位素分馏不显著，δ15N 即可表明河流中NO －3的来源.同时，对于采集的水样，采取迅速冷藏的方法进行保存，并尽快运回实验室进行分析，以减小矿化和硝化作用产生的同位素分馏，而影响δ15N 值的测定.为研究不同氮源物质对于河水δ15N-NO －3影响，本研究同时选取河边泥土样、化肥样品、工业排放废水样品测定其δ15N ，结果如表2.表2主要氮素物质δ15N 分布范围Table 2Ranges of δ15N values from main sources氮源土壤有机氮化肥（NH 4HCO 3）工业废水δ15N /ɢ 3.3ʃ0.6（n =4）4.1ʃ1.2（n =5）11.3ʃ0.2（n =2）浐河、涝河源头水具有硝酸盐氮浓度低，δ15N 值低的特征.浐河源头河水δ15N-NO －3值变化范围为：1.3ɢ 1.6ɢ；涝河源头河水δ15N-NO －3值变化范围则为：2.9ɢ 3.3ɢ.由于土壤有机氮及雨水具有较偏负δ15N 值，而且在采样前1d 该流域刚下过雨，说明该地区δ15N 是由岩石、贫瘠天然土壤中的有机氮和雨水中硝酸盐氮共同影响造成的（土壤δ15N 为4ɢ 9ɢ）.同时，根据表2主要氮源物质δ15N 值发现，此处河水δ15N-NO －3值与本研究测定的流域周边土壤有机氮δ15N 值（3.3ɢʃ0.6ɢ，n =4）较接近.Harrington 等［31］发现地表水中硝酸盐δ15N 与土地使用方式有很密切的关系.位于原始森林流经区域的河水δ15N-NO －3值较低（2.0ɢ），而流经农业区河水δ15N-NO －3值较高（7.3ɢ）.浐河、涝河从源头流出的河水，硝酸盐δ15N 出现升高的趋势.该δ15N 受到的影响较复杂，天然土壤、化肥和粪肥对其都有影响（化肥0ɢʃ3ɢ、粪肥10ɢ 20ɢ）.浐河河水硝酸盐δ15N 在3.6ɢ6.8ɢ内变动，涝河在L4点处河水硝酸盐δ15N 值也上升到4.2ɢ，与表2中测定的化肥δ15N 值（4.1ɢʃ1.2ɢ，n =5）较接近.说明该流域影响河流δ15N-NO －3值的主要是农业施加的化肥，这与国内外［31，32］研究结果相一致，即受农业影响流域河水δ15N-NO －3值要高于未受农业影响流域δ15N-NO －3的值.进入河流后段，δ15N 出现最高值，呈现出化肥、工业废弃物和生活污水共同污染的特征（工业来源或其他生活垃圾δ15N 低于10ɢ）.浐河从C5、涝河从L5处河水δ15N-NO －3值均有升高，造成河水硝酸盐氮浓度和δ15N 均出现最高值的主要原因是由于该流域的大量居民生活用水和工业用水的直接排入，导致δ15N 的偏正.涝河L6点处硝酸盐δ15N 值出现下降，可能是雨水的混合作用（雨水δ15N 偏负，采样时从L3点处开始降雨）导致.肖化云［33］和Johannsen ［34］研究表明，不同输入类型的河流氮含量和氮同位素组成有较大的差异，农业输入河流硝酸盐的氮同位素组成低于城市、工业污染河流硝酸盐的氮同位素组成，其结果与本研究一致.2.3δ15N-NO －3对河流氮污染指示及污染源示踪803210期邢萌等：浐河、涝河河水硝酸盐氮污染来源的氮同位素示踪本研究在采集水样时，于浐河马腾空（C5）、涝河甘亭镇（L4）处采集到2个工厂排污口的废水样（图4）.根据表1和图4可知，排污口废水样的δ15N值明显高于河水的氮同位素值.测定C5、L4处的废水的NO －3-N 、NH +4-N 浓度，发现这两处废水NO －3-N 浓度相对于NH +4-N 浓度较低，说明主要是工业排放废水.与沿途采样时观察到L4处有许多造纸厂，C5河段处有棉纺厂、水泥厂的实际情况相符.由于该废水样中NH +4-N 浓度较高，可能会造成同位素分馏，在采样过程中，对水样采取迅速冷藏的方法，以减小矿化和硝化作用对于废水δ15N-NO －3值的影响.图4废水排放点对河流无机氮及δ15N 的影响Fig.4Sewage impact on the rivers inorganic nitrogen and δ15N valuesC5处采集的为废水汇入浐河水样，所以表现出硝酸盐δ15N 值明显升高的特征（从6.8ɢ上升到9.0ɢ），而该处废水样的δ15N 为11.5ɢ（工业废水δ15N 在10ɢ左右）.在C5上游C4点处虽然有农业用水和生活污水的注入，但δ15N 值并无明显的升高，所以该处δ15N 值的升高可以表明主要是由此处工业废水的排入引起.同样，L4处也反映了类似情况.L4处河水是在L4处废水汇入涝河前采集，该处的河水样同时也有化肥和生活污水的注入，但该处δ15N 值并无明显的升高，而该处废水的δ15N 相当正（达到11.1ɢ）.同时，于L4的下游点L5处发现了δ15N 的明显升高，而此处的NO －3-N 浓度与L4处的NO －3-N 浓度相比，并无发生明显变化.从NO －3-N 浓度变化上分析，研究者可能会遗漏该污染排放点，但是通过δ15N 的观测，就不难发现在L5处上游，有排污点，且可以通过δ15N 值大体判断工业废水是该处硝酸盐氮同位素升高的主要原因.所以，通过δ15N 和NO －3-N 浓度变化的综合分析，能够有效地监测河水污染，示踪河水污染源.通过测定的氮源物质δ15N 值（表2）和河水硝酸盐δ15N 值，大致将西安周边河流浐河、涝河采样点按照其氮污染源归类（表3）.表3不同氮污染源的δ15NTable 3δ15N of the different nitrogen sources氮源δ15N /ɢ采样点岩石、土壤有机氮、雨水 2.4ʃ0.9（n =5）C1、C2、L1、L2、L3土壤有机氮、化肥、粪肥 4.9ʃ1.7（n =3）C3、C4、L4化肥、工业废弃物和生活污水7.9ʃ1.6（n =4）C5、C6、L5、L63结论（1）从NO －3-N 、NH +4-N 浓度数据可知，浐河、涝河NO －3-N 浓度基本呈现从源头到下游逐步升高的趋势，而NH +4-N 在整个研究区内浓度变化不大.河流无机氮中以NO －3-N 为主.西安周边河流氮污染，主要是由于硝酸盐浓度偏高引起.（2）通过测定本研究收集的氮源物δ15N 值，对河流不同河段污染源进行划分，大致可以分为以下几类：浐河、涝河流域源头附近氮污染源可能来自于岩石、贫瘠天然土壤中的有机氮及雨水中的氮；农业区内氮素的来源主要是化肥和粪肥；而河流在城市区内的氮污染源可能来自工业废弃物和生活污水.（3）测定2个废水排放点NO －3-N 、NH +4-N 浓度及硝酸盐δ15N 值可知，硝酸盐氮同位素能够很好地指示工业废水的排放，引入同位素的手段比仅利用无机氮浓度变化来监测河流污染排放可获得更多信息.9032环境科学31卷参考文献：［1］Stevenson F J.Origin and distribution of nitrogen in soil［J］.Agronomy，1982，22：1-42.［2］Houghton R A，Jenkins G J，Ephraums J J.Climate Change：The IPCC Scientific Assessment［M］.Cambridge：CambridgeUniversity Press，1990.1-150.［3］Matson P A，Vitousek P M.Ecosystems approach to a global nitrous oxide 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水化学及氮氧同位素技术示踪鄱阳湖湿地硝酸盐来源与转化过程

水化学及氮氧同位素技术示踪鄱阳湖湿地硝酸盐来源与转化过程水化学及氮氧同位素技术示踪鄱阳湖湿地硝酸盐来源与转化过程引言：鄱阳湖作为中国最大的淡水湖，位于江西省中部，湖区面积广阔，水域分布着大量湿地。

湿地是重要的生态系统，在水循环和植物生长等方面发挥着重要的作用。

然而，湿地也面临着严重的污染问题，其中包括氮污染。

湿地中硝酸盐的来源和转化过程对于湿地生态系统的管理和保护至关重要。

本文将介绍水化学及氮氧同位素技术在示踪鄱阳湖湿地硝酸盐来源与转化过程中的应用和研究进展。

一、水化学技术示踪硝酸盐来源水化学技术通过分析水样中的主要离子浓度和化学组成，可以初步判断湿地中硝酸盐的来源。

硝酸盐的主要来源包括土壤侵蚀、化肥施用和化学物质排放等。

通过对湿地水样中硝酸盐浓度和其他离子的比例进行分析，可以初步判断湿地中硝酸盐的主要来源。

此外，还可以通过分析水样中的溶解有机碳和氨氮等指标来进一步判断硝酸盐的来源。

二、氮氧同位素技术示踪硝酸盐转化过程氮氧同位素技术通过分析水样中硝酸盐的氮、氧同位素比例，可以揭示硝酸盐的转化过程。

硝酸盐的转化过程涉及氮氧同位素的分馏和地理过程。

通过分析湿地水样中硝酸盐的氮同位素比例（δ^15N），可以初步判断硝酸盐的源头。

土壤硝化作用主要反应具有一定偏重的硝酸盐氮同位素比例（δ^15N>10‰）,而硝化作用是微生物的一种重要代谢途径，可能导致较低的硝酸盐氮同位素比例（δ^15N<10‰）。

湿地水样中的硝酸盐氮同位素组成将提供重要信息以判断硝酸盐的生成和转化过程。

此外，通过分析湿地水样中硝酸盐的氧同位素比例（δ^18O），可以推测硝酸盐的转化过程。

硝酸盐的氧同位素组成受环境和生物过程的影响。

通过分析湿地水样中的硝酸盐氧同位素组成，可以初步判断硝酸盐的电化学还原和微生物氧还原等过程对硝酸盐的转化过程产生的影响。

三、水化学及氮氧同位素技术在鄱阳湖湿地中的应用案例目前，水化学及氮氧同位素技术已经被广泛应用于鄱阳湖湿地的研究中。

河流氮素源解析方法

河流氮素源解析方法河流是地球上重要的水资源之一，它们不仅为人类提供饮用水和农业灌溉水，还是许多生态系统的家园。

然而，随着人类活动的增加，河流污染问题日益严重。

其中，氮素源是河流污染的重要因素之一。

因此，正确分析河流中的氮素源对于保护水环境具有重要意义。

氮素是河流中主要的营养物质之一，它在水体中的浓度水平直接影响着河流的生态系统。

如果氮素浓度过高，将导致水体富营养化，引发藻类过度生长，并最终破坏生态平衡。

因此，准确地确定河流中的氮素源是解决河流污染问题的关键。

一种常用的方法是通过氮同位素分析来确定氮素源。

氮同位素分析利用了不同氮同位素的比例差异，因为不同氮素源在同位素组成上存在一定的差异。

通过测量水样中不同氮同位素的比例，可以推测出氮素的来源。

例如，氨氮通常与农业废水有关，而硝酸盐氮则与化学肥料的使用有关。

通过比较不同水样中的氮同位素比例，可以判断河流中的氮素主要来自农业排放还是其他源头。

另一种常用的方法是通过水体中的化学物质组成来确定氮素源。

不同的氮素源会在水中产生不同的化学物质组合。

例如，化学肥料中含有硝酸盐和铵盐，而动物粪便中则富含氨氮和有机氮。

通过测量水样中这些化学物质的浓度，可以推测出氮素的来源。

同时，还可以通过测量其他水质参数，如水温、pH值、溶解氧等，来进一步确认氮素的来源。

例如，氨氮通常会导致水体酸化和溶解氧降低，而硝酸盐氮则与水体富营养化有关。

还可以利用数学模型来解析河流中的氮素源。

数学模型可以模拟不同氮素源对河流水质的影响，并通过与实测数据进行对比，来确定氮素的来源。

这种方法可以考虑多种因素的综合影响，并对河流的水质进行全面的评估。

然而，数学模型需要大量的数据支持，并且对模型参数的选择比较敏感，因此在实际应用中需要谨慎使用。

河流氮素源解析是保护水环境和解决河流污染问题的重要内容。

通过氮同位素分析、化学物质组成分析和数学模型等方法，可以准确地确定河流中的氮素来源，为科学管理和治理河流提供依据。

稳定同位素技术在地表水硝酸盐污染研究中的应用

稳定同位素技术在地表水硝酸盐污染研究中的应用丁京涛;席北斗;许其功;高如泰;卢义;黄健;刘鸿亮【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2013(025)005【摘要】地表水硝酸盐污染已成为全球面临的主要水环境问题之一,为了有效控制地表水中硝酸盐污染,确定地表水中硝酸盐的来源以及研究其在环境中的迁移转化过程就显得尤为重要.硝酸盐稳定氮(15N)、氧(18O)同位素作为一种有效的示踪技术在识别地表水中硝酸盐的来源及迁移转化过程中已得到了广泛的应用,但是硝酸盐在迁移转化过程中,15N、18O同位素会因为多种因素而发生分馏,同位素值发生变化使得这种技术的应用存在一定的局限性.本文系统总结了不同来源硝酸盐δ15N、δ18O值的组成特征及其影响因素,分析了在不同土地利用类型流域内,利用硝酸盐15N、18O同位素技术开展硝酸盐来源识别、负荷估算和反硝化作用评估的方法和研究进展.基于已有研究成果,提出在未来的研究过程中,一方面应以流域为单元,选择适当的研究方法并结合多种辅助指标研究多因素共同作用下NO3-污染源的δ15N-NO3-和δ18 O-NO3值的变化规律；另一方面应对比流域污染源详细的调查数据,分析现有负荷估算模型存在的不确定性,并构建合适的负荷计算模型；最后,应深入开展同位素在确定流域和河流中反硝化发生的范围、地点和程度方面的研究,特别是掌握河流系统中沉积物-水体中氮的循环过程.【总页数】11页(P617-627)【作者】丁京涛;席北斗;许其功;高如泰;卢义;黄健;刘鸿亮【作者单位】北京师范大学环境学院,北京100875;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;重庆交通大学河海学院,重庆400000;北京师范大学环境学院,北京100875;中国环境科学研究院,北京100012【正文语种】中文【相关文献】1.氮同位素技术的应用:土壤有机氮作为地下水硝酸盐污染源的条件分析 [J], 张翠云;郭秀红2.基于稳定同位素技术识别河流硝酸盐污染源研究进展 [J], 孙文青;陆光华;薛晨旺;余文杰3.应用氮氧同位素技术识别梁溪河硝酸盐污染源 [J], 郝禹;李卫平;李国文;李晓光;田启国;张少康;张列宇4.稳定同位素技术在污染环境生物修复研究中的应用 [J], 刘慧杰;田蕴;郑天凌5.氮氧稳定同位素技术用于水体中硝酸盐污染来源解析方面的研究进展 [J], 王诗绘;马玉坤;沈珍瑶因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于水化学与氮氧同位素的喀斯特山区水体硝酸盐来源示踪与估算——以平寨水库为例

基于水化学与氮氧同位素的喀斯特山区水体硝酸盐来源示踪与估算——以平寨水库为例摘要：为了探究喀斯特山区水体中硝酸盐的来源与估算，以平寨水库为例，通过水化学分析和氮氧同位素分析，提取了水体硝酸盐的主要来源及其贡献比例。

探究结果表明，平寨水库水体中硝酸盐来源主要包括大气沉降、土壤侵蚀和农业活动，其中农业活动是主要的硝酸盐输入源。

通过估算，发现农业活动对于硝酸盐的输入贡献最大，需实行措施限制农业活动对水体的负面影响，以保卫喀斯特山区水体的水质。

关键词：喀斯特山区；水化学；氮氧同位素；硝酸盐；水质引言:喀斯特山区是一个水资源丰富的地区，然而，近年来，由于人类活动的不息增加，该地区的水质受到严峻恐吓。

硝酸盐是指硝酸根离子（NO3^-）与阳离子形成的盐，是水体中主要的氮源之一。

由于硝酸盐具有较强的溶解性和迁移能力，它会被输送到地下水和河流中，对水质产生重要影响。

因此，探究喀斯特山区水体硝酸盐的来源示踪和估算对于保卫水质具有重要意义。

材料与方法：选择平寨水库作为探究区域，采集水样并进行后续试验分析。

起首，利用水化学分析方法，测定水体中主要离子的浓度，包括硝酸盐、氯化物、钙、镁等。

然后，接受氮氧同位素分析技术，测定水体中硝酸盐的^15N和^18O同位素组成。

通过比较样品中硝酸盐的同位素组成与可能的来源，可以推断硝酸盐的主要来源。

结果与谈论：通过水化学分析，发现平寨水库水体中的硝酸盐浓度较高，达到X mg/L。

同时，其他重要离子的浓度也相对较高，包括钙、镁、氯化物等。

这说明平寨水库水体中的硝酸盐受到了多种输入源的影响。

通过氮氧同位素分析，找到了可能的硝酸盐来源。

硝酸盐的氮同位素组成可以用来区分大气沉降、土壤侵蚀和农业活动对硝酸盐的贡献。

通过比较样品中硝酸盐的同位素组成与这些来源，可以确定硝酸盐的主要来源。

探究结果显示，平寨水库水体中硝酸盐的来源主要为农业活动，占总输入量的X%。

这说明农业活动是导致水体硝酸盐浓度提高的主要原因。

氮氧同位素和水化学解析昭通盆地地下水硝酸盐来源及对环境的影响

氮氧同位素和水化学解析昭通盆地地下水硝酸盐来源及对环境的影响氮氧同位素和水化学解析昭通盆地地下水硝酸盐来源及对环境的影响引言昭通盆地位于中国西南地区云南省昭通市，是一个地下水资源丰富的地区。

然而，近年来地下水硝酸盐含量的增加引发了环境问题，因此，了解昭通盆地地下水硝酸盐的来源和对环境的影响变得十分重要。

本文通过氮氧同位素和水化学方法，对昭通盆地地下水的硝酸盐来源及其对环境的影响进行解析。

方法本研究选取了昭通盆地不同地区的地下水样品，对其硝酸盐含量、氮氧同位素组成以及水化学特征进行了测定。

硝酸盐含量的测定使用了标准的镉还原法，氮氧同位素的测定采用了同位素比值质谱仪，水化学特征分析主要包括电导率、pH值、主要离子浓度等参数。

结果与讨论地下水硝酸盐含量在昭通盆地不同地区存在明显的差异。

在盆地东部地区，硝酸盐含量较高，且呈现出明显的地形差异性，即河谷地带水源区的硝酸盐含量高于山区。

氮氧同位素研究发现，不同地区地下水中硝酸盐的同位素组成存在差异。

河谷地带地下水中的硝酸盐主要来源于农业活动的化肥使用和农田渗漏；山区地下水中的硝酸盐主要来源于降雨中的大气沉降和土壤中的有机氮氧化。

水化学特征研究发现，地下水中存在着较高的电导率以及氢离子浓度，表明了地下水受到了人类活动的影响。

地下水硝酸盐对环境的影响主要表现在两个方面：地下水质量受到污染以及对水源地生态系统的破坏。

高硝酸盐含量的地下水引发了水质的恶化，从而对人体健康产生潜在的威胁。

同时，硝酸盐的富集还可能导致水源地中的湿地和湖泊的富营养化，破坏了水源地的生态平衡。

结论通过氮氧同位素和水化学方法对昭通盆地地下水硝酸盐来源及对环境的影响进行了解析。

结果表明，昭通盆地地下水中硝酸盐的来源主要包括农田化肥使用、大气沉降以及土壤中的有机氮氧化等因素。

地下水硝酸盐的增加对人体健康和水源地生态系统造成了潜在的威胁。

因此，减少农业活动中过量使用化肥、加强土壤保护和管理以及加强监测和保护地下水资源，对于维护昭通盆地地下水质量和水源地生态系统的稳定具有重要意义综上所述，昭通盆地地下水中硝酸盐的来源主要是农田化肥使用、大气沉降和土壤中的有机氮氧化。

基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析

基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析裴东艳;谢磊;徐斌;何斐;汪龙眠;唐登勇;庞晴晴;朱翔;彭福全【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2022(42)9【摘要】对清水河灌溉季和非灌溉季各采样点位的水化学指标和硝酸盐的时空分布特征进行分析,运用贝叶斯混合模型MixSIAR模型定量识别了该河流硝酸盐来源,以期了解灌溉对地表水硝酸盐含量的影响.结果表明,清水河水体呈弱碱性,水体氮类以硝酸盐为主,Cl^(-)和SO_(4)^(2-)时空变化特征一致,通过NO_(3)^(-)/Cl^(-)比值和Cl^(-)浓度的关系,结合清水河地区土地利用、工农业生产的实际情况,揭示了清水河水体硝酸盐受生活污水、畜禽养殖和化学氮肥源的影响较大.MixSIAR模型计算结果表明土壤有机氮、化学氮肥和畜禽养殖对灌溉季水体的贡献率较大,分别为24.8%、24.5%和22.8%,生活污水和大气氮沉降的贡献率分别为14.4%和13.6%;而生活污水、畜禽养殖和土壤有机氮对非灌溉季水体的贡献率较大,分别为26.7%、23.4%和20.4%,大气氮沉降和化学氮肥贡献率分别为16.5%和12.9%.农业灌溉增加了地表水硝酸盐的含量,灌溉季中农用氮肥的施用率较高,贡献了主要的硝酸盐;非灌溉季生活污水的贡献率较高.【总页数】7页(P4115-4121)【作者】裴东艳;谢磊;徐斌;何斐;汪龙眠;唐登勇;庞晴晴;朱翔;彭福全【作者单位】南京信息工程大学环境科学与工程学院;生态环境部南京环境科学研究所【正文语种】中文【中图分类】X522【相关文献】1.基于氮氧同位素示踪的滨州市水体硝酸盐污染来源解析2.氮氧稳定同位素技术用于水体中硝酸盐污染来源解析方面的研究进展3.哈尼稻田水体硝酸盐氮、氧同位素特征及硝酸盐来源解析4.基于硝酸盐氮氧同位素的三门峡黄河湿地硝酸盐来源分析5.基于水化学及氮氧同位素技术的硝酸盐来源解析——以鄱阳湖湿地为例因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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第22卷　第12期2007年12月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22　N o.12D e c.，2007文章编号：1001-8166（2007）12-1251-07氮氧同位素在河流硝酸盐研究中的应用*陈法锦1，2，李学辉3，贾国东1（1.中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室，广东　广州　510640；2.中国科学院研究生院，北京　100039；3.神华乌海煤焦化有限责任公司项目研发中心，内蒙古　乌海　016000）摘　要：多年来，世界各地河流普遍存在硝酸盐污染问题。

为控制河流的硝酸盐污染，确定河水中硝酸盐的来源以及研究氮的循环过程就显得尤为重要。

由于在不同成因下，硝酸盐的δ15N和δ18O 存在着较大差异，因此利用氮、氧同位素方法研究河流硝酸盐问题正日益受到国内外研究人员的重视。

综述了用硝酸盐中氮、氧同位素来研究河流硝酸盐的不同来源（大气沉降、化肥、牲畜粪、土壤硝酸盐等）和示踪其地球化学循环过程，特别是反硝化过程，这两方面的研究进展，并对我国河流硝酸盐研究现状进行了讨论及提出今后的研究方向。

关　键　词：河流；硝酸盐；氮同位素；氧同位素中图分类号：P332.7 文献标识码：A 随着工农业生产的迅速发展，大江大河的营养元素氮、磷的含量有升高的趋势。

氮、磷的流失，不仅影响河水的水质，而且对河口及近海环境造成很大的影响。

我国长江口及其邻近海域生态环境参数的背景值（20世纪50～60年代）和现状值（1997—2003年）的比较显示，长江向长江口海域输送总氮和总磷通量持续增大［1］；2002年的研究结果显示，珠江口海域的溶解无机氮（D I N）含量普遍超过0.30 m g /L的国家二类海水水质标准，大部分水域D I N＞0.50m g /L的四类海水水质标准［2］。

这些无疑是20世纪80年代以来导致长江口、珠江口海域赤潮频发的重要原因。

美国密西西比河的硝酸盐含量和输入墨西哥湾的通量自1965年以来已经升高3倍，如今每年的输出量达1600万吨氮，从而导致了墨西哥湾的严重富营养化和湾内面积＞10000k m2的季节性水下缺氧层［3，4］。

这些已引起各国政府和学术界的高度重视，积极研究和采取措施控制污染。

为控制河流的硝酸盐污染，确定河水中硝酸盐的来源以及研究氮的循环过程显得尤为重要。

判断硝酸盐污染源的方法中，最简单和传统的方法是通过调查污染区的土地利用类型并结合水化学特征分析辨明污染源。

但硝酸盐来源的多样性，点源和非点源的混合出现以及氮循环中复杂的物理、化学作用、生物转化过程，使得这一传统的方法得到的结果较为粗糙。

为此，国内外研究者相继应用硝酸盐氮氧同位素方法来研究河流中硝酸盐的来源和循环过程。

本文在此就这方面的研究现状和发展方向作一简单介绍。

1　硝酸盐同位素测试预处理方法的发展目前，硝酸盐的氮氧同位素分析，主要以N2和C O2为测定对象进行质谱分析，方法通常包括转化、纯化和质谱测定3个步骤，转化和纯化属于预处理。

由于硝酸盐是有氧环境中最稳定的含氮化合物，传统的预处理方法是通过K j e l d a hl反应将硝酸盐转化为铵盐［5，6］，然后转化为N2进行质谱分析。

曾经使用下列方法将铵转化为N2：①直接燃烧干涸的铵盐［7］；②铵蒸汽与次溴酸盐溶液进行氧化反应［5，6］或沸石与铵盐燃烧［8］，产生的N2通过密封的铜/氧化铜炉进行纯化；③将铵盐慢慢蒸馏到酸*　收稿日期：2007-07-04；修回日期：2007-11-13.*基金项目：广东省自然科学基金项目“珠江水体中硝酸盐的氮氧同位素研究”（编号：04002136）资助.　作者简介：陈法锦（1981-），男，广东湛江人，博士研究生，主要从事生物地球化学研究. E-m a i l：c h e nf j04＠y a h o o. c o m性溶液或蒸馏到酸性滤纸上，然后按上述方法燃烧反应生成N ［9，10］2。

但是，上述方法存在着很多缺点：①需要大量的操作时间，且不能在野外进行；②取样量大；③ K j e l - d a hl 蒸馏设备主要由硼硅酸盐等普通玻璃制成，这些玻璃对N H ＋4有较好的亲和性，蒸馏时容易吸附N H ＋4，因而容易引起交叉污染［11］；④由于样品中含有碱金属，尤其是N a ，在用石英管燃烧样品时，石英管常被炸裂［12］。

A m b e r ge r 等［13］首创了可靠的硝酸盐中氧同位素的测定，将样品中的硝酸盐转化成硝酸钾，然后与H g C N 反应生成C O 2来测定硝酸盐中的氧同位素，但 H g C N 有剧毒且C O 2产量低。

W a ss e n aa r ［14］通过室内试验发现，用A g C N 代替 H g C N 作为还原介质，不仅避免H g 在燃烧时释放进入高度真空的制样系统，而且产生的C O 2转化量提高到90％～100％，精确度也提高到±0.3％。

近年， S il v a 发展出一种N O －3中氮氧同位素的新预处理方法及焊封管燃烧法测定氮氧同位素技术，新预处理方法采用阴离子交换树脂取样，将样品中的硝酸盐转化成硝酸银，冷冻干燥之后，将硝酸银与石墨加入到焊封管燃烧制备出N 2，这样制备出的N 2不需纯化，直接在质谱计上进行同位素的测定。

氧同位素在测定前要除掉含氧成分（硫酸根、磷酸根、溶解性 D O C ），然后用焊封管法制备的C O 2进行质谱测定［12］。

S il ve r 的方法主要的优点：①消除了从野外运输大体积水样到实验室处理；②消除了过去对测定氮和氧时的独立处理；③相比与 k j e l d a hl 蒸馏法，这种方法减少了样品的实验室预处理的时间［15］；④相对于以前 A m b e r ge r 用到 H g C N 的方法，这种方法避免了使用毒性高的化学试剂［13］；⑤氮氧同位素测试精度高，氧同位素精确度为±0.5‰，氮同位素精确度为±0.05‰［12］。

另外，有研究者用细菌反硝化作为硝酸盐同位素测定的预处理方法。

它的基本原理是：将缺乏N 2O 活性酶的反硝化细菌加入天然浓度硝酸盐的水样中，反硝化细菌将水中硝酸盐全部转化成N 2O 气体，然后将分离纯化出来的N 2O 气体直接送入气体质谱仪测试氮同位素组成。

该方法优点有：所需水样量小；减小了低浓度硝酸盐水样因富集产生的相应的本底富集增大；水样中硝酸盐的浓度可以很低（1μ m o l / L ）；可以同时测试硝酸盐中氧同位素组成［16，17］。

2　氮循环中的氮氧同位素变化水中的氮主要以N 2、N H ＋4、N O －3、N O －2和有机氮等几种形式存在，这些不同存在形式之间的转化过程就构成了复杂的氮循环过程（图1）。

图1　氮生物地球化学循环F i g.1 T h e b i og e o c h e m i c al c y c l i n g o f n i t r oge n固氮作用（主要是图1中步骤1）包括微生物固氮、闪电作用、人类活动。

固氮作用是所有生物所需氮的最初来源。

研究表明固氮作用引起的氮同位素分馏比较微弱，范围在－3‰～＋1‰［18］。

矿化作用（图1中步骤5）有时也叫氨化作用。

通常只引起土壤有机物和土壤N H ＋4很小的分馏（－1‰）［19］。

同化作用（图1中步骤2、4）过程中由于更倾向于优先利用14N ，从而导致氮同位素的分馏。

实验研究表明水体中藻类的同化作用能引起大范围的氮同位素分馏（－27‰～0‰），同时，同化作用也能导致硝酸盐中氧的分馏，但分馏的程度目前还不能确定［18］。

硝化作用（图1中步骤3）是在氧化条件下（E h＞300 mV ），在硝化细菌的参与下N H ＋4被氧化成N O －3的过程。

硝化作用将铵转化成的硝酸盐氮同位素比剩余的铵的氮同位素轻。

反硝化作用（图1中步骤6）中14N 优先被还原，伴随着系统中硝酸盐含量的降低，残留的N O －3则相对富集15N 。

此外，反硝化作用也能引起剩余N O －3中18O 同位素的富集［5］。

总之，生物体总是倾向于利用较轻的同位素（14N ），所以几乎所有由生物作用生成的物质同位素都比本源的同位素轻。

3　河流中硝酸盐氮、氧同位素研究河流硝酸盐的潜在污染源可分为天然硝酸盐和非天然硝酸盐两种。

前者来源于天然有机氮的降解和硝化作用，后者则与人、畜粪便，人造化肥和污水2521 地球科学进展第22卷等人类活动密切相关。

3.1　硝酸盐来源的判断运用硝酸盐的δ15N进行氮的来源和转化的研究已经有30多年的历史，最早的文献之一曾运用化肥和土壤δ15N的不同估算出一条流经农业区的河流中的硝酸盐有55％来源于化肥［21］。

但该结果后来受到质疑，因为该工作未考虑氮的转化过程对δ15N的可能影响。

后来研究者发现不同来源硝酸盐的N同位素可能重叠在一起，单独使用氮同位素不容易区分开，并且不能很好的区别反硝化的发生程度。

因此氮、氧同位素方法受到了国内外研究者的重视。

经过大量研究，基本上已经确定硝酸盐的潜在来源的同位素范围（表1）［13，22～25］。

表1　硝酸盐潜在来源的同位素范围T a b l e1　R ang e s o f i s o t o p i c co m p o s i t i o n s ofp o t e n t i al s ou rce s o f n i t r a t e硝酸盐来源硝酸盐δ15O（‰）硝酸盐δ15N（‰）大气硝酸盐23～75－10～9硝酸盐肥料18～24－5～5铵肥－5～7－5～0牲畜粪－5～710～20家禽粪肥－5～77.9～8.6氮素固定者－5～70～2土壤硝酸盐－5～70～17未开垦土壤－5～72～5但由于自然条件、植被和土壤类型、工农业发展状况等在全球范围内存在一定差异，相同成因的硝酸盐中的同位素也会存在地区性差异。

存在最大差异的是不同地区大气硝酸盐的氧同位素，德国B a-v a r i a森林的雨水的硝酸盐氧同位素范围是＋55‰～＋75‰［26，27］，然而美国3个U S G S研究地区雨水、降雪、积雪的硝酸盐氧同位素范围是＋18‰～＋70‰，均值为＋45‰±15‰［28］。

德国西北部森林的62个雨水硝酸盐样品的范围是＋23‰～＋58‰，均值为36‰±9‰，加拿大中东部的范围则是＋28‰±51‰［29］。

目前，由于大气硝酸盐氧同位素的研究还没有广泛开展，研究者还不能解释大气硝酸盐氧同位素的地区性差异及其原因。

另外，不同环境下同一成因的硝酸盐同位素也会存在差异，如一般化肥氮的δ15N值变化范围为－5‰～5‰，平均值为0左右。

长期施用化肥的美国德克萨斯州某冲积扇土壤中N O－3的δ15N值变化范围为＋2‰～＋14‰，平均值为＋8.8‰［30］，这可能与施化肥过程中不同程度地发生氨的挥发有关。