粤港澳大湾区城镇化河流氮素来源解析及迁移转化研究:基于多相多形态氮同位素示踪的探索
批准号:
42077154
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
曹英杰
依托单位:
学科分类:
环境水科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹英杰
中文摘要
课题以粤港澳大湾区为研究区,以河流溶解相、悬浮颗粒相及沉积相氮库为研究对象,针对城市河流氮素高污染负荷、污染源众多和复杂迁移转化过程等特点,在传统氮同位素示踪基础上引入多相态多形态氮同位素联合示踪技术开展城市河流氮循环研究。研究旨在:1)明确城市河流氮素多相态及多形态的含量水平及时空变化特征,揭示其对环境因子的响应规律;2)结合大湾区典型城市产业发展特色,建立适用于大湾区典型氮源的多同位素动态谱线特征,基于多端元混合模型开展多相态多形态氮素定量源解析研究;3)以同位素分馏原理为理论基础,考察城市河流复杂水动力、温度及氧化还原条件等环境因子限制下,多形态氮素的相间转化规律。主要创新点:重点挖掘氮循环中间产物亚硝态氮和氧化亚氮氮氧同位素的应用潜力,探讨城市河流在高污染负荷条件下的源汇过程及生化反应的作用机制,该研究为深入揭示城市河流氮循环过程及开展精细化水环境管理提供了技术支撑和科学依据。
英文摘要
This research takes the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area as the research area, taking the dissolved nitrogen, suspended particulates, and sedimentary nitrogen reservoirs of the river as the research objects. In view of the characteristics of urban rivers such as high nitrogen pollution load, multiple pollution sources, and complex migration and transformation processes, based on the traditional nitrogen isotope tracing technique, the multi-phase and multi-phase nitrogen isotope tracing technology is introduced to clarify the spatial and temporal variations of the nitrogen in urban rivers, and to reveal their response to environmental factors. The multi-isotopic characteristics of the typical pollution sources is established based on the filed work in the GBA. And then the multi-phase multi-form nitrogen quantitative source apportionment is carried out based on the SIAR model. Based on the principle of isotope fractionation, we investigate the transformation of nitrogen among different phases under the constraints of environmental factors such as complex hydrodynamics, temperature, and redox conditions in urban rivers. Further, we focus on the application of nitrogen and oxygen isotopes of nitrite and nitrous oxide to reveal the source and sink process and the mechanism of biochemical processes in urban rivers with high pollution loads. This research provides a scientific basis to nitrogen cycle of urban rivers and meticulous water environment management.
本项目以粤港澳大湾区为主要研究区,以河流溶解相、悬浮颗粒相及沉积相氮库为研究对象,针对城市河流氮素高污染负荷、污染源众多和复杂迁移转化过程等特点,在传统氮同位素示踪基础上引入多相态多形态氮同位素联合示踪技术开展城市河流氮循环研究。主要结果如下:(1)研究区溶解性无机氮(DIN)浓度及不同形态氮同位素特征表明,城市大量的污水排放增加了河水NO3--N和NH4+-N浓度,成为河水DIN的主要来源。(2)不同形态氮同位素相关关系表明,污水排放导致的NH4+浓度增加促进了河道内硝化作用,产生新的NO3-;同时也促进了浮游植物优先吸收利用NH4+-N进行的同化作用,从而抑制浮游植物对NO3--N的吸收。其次,同位素证据证明,城镇化对土地利用以及水文效应的改变降低了土壤或河岸带的反硝化作用,减少了反硝化对NO3-的去除功能。(3)基于颗粒态碳、氮同位素计算的研究区颗粒有机质来源解析表明,悬浮颗粒物(POM)来源分配具有显著的季节性变化特征,径流是控制其季节性变化的主要因素。丰水期,污水有机质是POM的主要来源(55%);枯水期,浮游植物则是POM的主要来源(51%)。表层沉积物(SOM)来源分配季节性变化不明显,无论丰、枯水期,土壤有机质都是表层沉积物(SOM)的主要贡献源,其贡献比分别为62%和61%。悬浮颗粒POM和SOM来源分配均具有明显的空间变化特征,土地利用是影响颗粒有机质空间变化的关键因素。城镇土地利用较高的区域,污水有机质对POM的贡献比例较高;相反,城镇化土地利用较低的区域,土壤有机质对SOM的贡献较高。此外,城镇化改变颗粒有机质来源分配的同时,通过影响浮游植物的生长改变颗粒有机质碳、氮的迁移转化规律。污水排放导致河水NH4+-N浓度增加,促进浮游植物的同化作用,使无机氮转化为有机氮。本项目研究成果将显著提高城镇化河流氮库动态变化特征及其循环模式的认知水平,为解决城市水环境问题,开展河流系统精细化管理提供科学的理论依据。
基于CFCs及多同位素示踪技术的城乡交错带地下水硝酸盐污染源解析及迁移转化规律研究
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批准号:41501512
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2015
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负责人:曹英杰
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依托单位:
国内基金
海外基金