1、基于同位素的氮源污染識(shí)別文獻(xiàn)匯報(bào)夏云 2018.1.31同位素研究基礎(chǔ)具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的一組核素稱為同位素。自然界同位素成分會(huì)發(fā)生變化，主要原因是同位素分餾造成（不可逆）。輕穩(wěn)定同位素的相對(duì)質(zhì)量差較大，在自然作用過(guò)程中由于這種質(zhì)量差異引起的同位素相對(duì)豐度的變異，稱為同位素分餾。質(zhì)量不同的同位素分子具有不同的分子振動(dòng)頻率和化學(xué)鍵強(qiáng)度。輕同位素形成的鍵比重同位素的鍵更易破裂，因此輕同位素的反應(yīng)速率高，易在生成物中聚集。同位素研究基礎(chǔ)同位素分餾的通用表達(dá)法(Expression) 選定某一個(gè)樣品的R值做標(biāo)準(zhǔn)，其它樣品的R值與該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，便可知道這些樣品的同位素比標(biāo)準(zhǔn)富集或貧化的程度。通常，

2、這種相對(duì)富集或相對(duì)貧化的程度用表示： （）=（R樣-R標(biāo)）/R標(biāo) * 10000，樣品比標(biāo)準(zhǔn)更富集；0，比標(biāo)準(zhǔn)更貧化；=0，與標(biāo)準(zhǔn)具相同同位素比值。同位素研究基礎(chǔ)一些國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)(International Standard)： SMOWstandard mean ocean water H/O 同位素標(biāo)準(zhǔn) PDBPeedee Belemnite(南卡羅林納州白 堊系）C/O同位素 CDTCanyon Diablo troilite（亞利桑納 州迪亞布羅峽谷鐵隕石中的隕硫 鐵)S同位素 氮同位素一般用大氣氮（AIR）作為標(biāo)準(zhǔn)，氧同位素采用維也納標(biāo)準(zhǔn)海水（VSMOW）作為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)分析判

3、斷1. 來(lái)源初診2.遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程判斷3.全面考慮影響因素建立模型準(zhǔn)確計(jì)算1.選取或建立模型2.根據(jù)定性結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)3.得出結(jié)果定性定性定量定量同位素源識(shí)別定性氮的來(lái)源氮來(lái)源：水生生物、懸浮或溶解的含氮有機(jī)物（動(dòng)物腐殖質(zhì)等）、有機(jī)農(nóng)藥等大氣沉降、化學(xué)肥料、土壤有機(jī)質(zhì)硝化、牲畜糞便、生活污水溶解或懸浮的含氮礦物質(zhì)（硝酸鹽、亞硝酸鹽等）氮有機(jī)氮無(wú)機(jī)氮這些生化反應(yīng)均會(huì)導(dǎo)致氮同位素發(fā)生分餾作用，因此不同來(lái)源的硝酸鹽15N 值會(huì)有所差異。定性氮的遷移轉(zhuǎn)化定性氮的來(lái)源 基 于 氮氧雙同位素法的硝酸鹽來(lái)源與遷移轉(zhuǎn)化識(shí)別定性影響因素氨化過(guò)程、硝化過(guò)程、反硝化過(guò)程引起的分餾分別是1、1229、 405，其中

4、反硝化作用的影響最大。由于生物體降解、土壤有機(jī)氮礦化、地下水運(yùn)動(dòng)等過(guò)程需要持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，使得滯留氮庫(kù)向河流的輸移過(guò)程可能需要幾個(gè)月到幾十年。定量相關(guān)模型質(zhì)量平衡混合模型只能用于確定潛在污染源不超過(guò)3種的情況，未考慮分餾作用，應(yīng)用范圍有限定量相關(guān)模型SIAR 混合模型該模型的優(yōu)點(diǎn)在于能評(píng)價(jià)多種污染源的貢獻(xiàn)比例，且模型考慮了同位素分餾效應(yīng)的影響。但其缺點(diǎn)是污染源很小的同位素組成變化就會(huì)導(dǎo)致模型結(jié)果有很大的波動(dòng)。通過(guò)定義 k 個(gè)來(lái)源 n 個(gè)混合物的 j 個(gè)同位素，來(lái)估算混合物中各來(lái)源貢獻(xiàn)比例的概率。分布混合模型如圖：定量相關(guān)模型Iso Source 模型Iso Source 模型以質(zhì)量平衡混合模型

5、為基礎(chǔ).在該模型中，在一定增量范圍內(nèi)，使用標(biāo)準(zhǔn)線型混合模型來(lái)模擬每一種可能污染比例( 和為 1) ，模型在混合計(jì)算中滿足同位素質(zhì)量守恒，通過(guò)測(cè)試的同位素值信息來(lái)確定混合物各部分的比例范圍，因而同樣可以用來(lái)估算各種硝酸鹽來(lái)源對(duì)河流硝酸鹽污染的貢獻(xiàn)率，計(jì)算出的每個(gè)解代表了一個(gè)資源百分比的組合。在軟件中設(shè)置好模 型 的 增 量 參 數(shù) ( increment ) 和 容 差 參 數(shù)( tolerance) ，模型利用迭代方法計(jì)算出水樣中不同污染來(lái)源所占貢獻(xiàn)率的概率分布圖，并給出所有來(lái)源計(jì)算結(jié)果的平均值。不同來(lái)源所有可能的百分比組合則按下式計(jì)算:定量相關(guān)模型SWAT模型預(yù)處理預(yù)處理方法預(yù)處理方法適用水

6、樣適用水樣可測(cè)定同可測(cè)定同位素位素所需水所需水樣量樣量處理測(cè)試精度處理測(cè)試精度費(fèi)用費(fèi)用離子交換法離子交換法淡水淡水N N、O O多多1515N N：0.05 0.05 1818O O：0.080.08高高細(xì)菌反硝化細(xì)菌反硝化法法淡水、海水淡水、海水N N、O O少少1515N N：0.05 0.05 1818O O：0.50.5低低擴(kuò)散法擴(kuò)散法淡水、海水淡水、海水N N多多1515N N：0.05 0.05 低低兩步還原法兩步還原法淡水、海水淡水、海水N N、O O少少1515N N：0.2 0.2 1818O O：0.30.3低低存在問(wèn)題如何利用最少指標(biāo)得到最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)？有沒(méi)有更好的替代指標(biāo)使得工作量小且結(jié)果準(zhǔn)確？用不用測(cè)當(dāng)?shù)卦次廴就凰胤秶繙糇饔脮?huì)影響同位素值，使得計(jì)算得到的同位素值存在誤差。分餾作用的程度怎樣判斷？全面深入分析氮源在遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)同位素值的影響因素，建立模型定量分析氮的分餾作用對(duì)同位素源識(shí)別具有重要意義。精確性的保證。從采樣點(diǎn)的設(shè)置、樣品預(yù)處理到最終的模型