喀斯特城市地下水C、N同位素地球化学

【摘要】：中国西南喀斯特地区有突出的地球化学敏感性和生态环境脆弱性等特征,其中水环境污染是喀斯特地区所面临的极其严重的生态与环境问题。水环境生源物质循环过程对于人类生存环境质量的保护和提高有着直接的联系,由于环境体系受多种控制因素影响,利用多同位素方法讨论单一环境体系中物质循环过程和生态环境效应已成为同位素地球化学发展的一个重要趋势。碳、氮同位素已被广泛用于探讨和解决当前的一些重大环境问题,如生源要素生物地球化学对人为污染物的响应、温室气体的来源、湖泊富营养化、地下水硝酸盐污染等。 为此本论文利用稳定同位素技术(~(13)C、~(15)N、~(18)O),以喀斯特城市地下水为主要研究对象,对贵阳雨水中的C、N沉降过程、贵阳/遵义地下水C、N同位素地球化学进行了初步研究。通过以上研究,得到以下的主要认识。 1.探讨了贵阳雨水中碳沉降的年变化特征,结果表明贵阳雨水DOC平均值为3.76mg/L,POC平均值为0.54mg/L,含量季节间变化不显著。雨水中DOC与pH呈负相关关系,表明有机碳中酸性成份对酸雨有一定贡献。δ~(13)C-POC取值范围在(-27.0,-24.0‰)之间,季节间差异不大,结合已有研究结果表明雨水中颗粒有机碳主要来源于雨水所冲刷的本地大气颗粒物。 2.探讨了贵阳雨水无机氮沉降的年变化特征,结果表明贵阳城区雨水中的NH_4~+、NO_3~-、δ~(15)N-NH_4~+,δ~(15)N-NO_3~-,δ~(18)O-NO_3~-,季节性差别都不大。NH_4~+主要来源于土壤中NH_3挥发以及大气颗粒物中铵的洗脱,而硝酸盐可能主要来源于燃煤和机动车的排放等,同时气候是影响同位素组成差异性表现的一个重要影响因素。 3.初步分析了贵阳与遵义地下水/地表水主要水化学成分,结果证实水体水化学组成主要受研究区水文地质背景控制,即阳离子主要以Ca~(2+),Mg~(2+)为主,而阴离子以HCO_3~-,SO_4~(2-)离子为主。但是有部分水样有较高的人为输入物质K~+,Na~+,Cl~-和NO_3~-,表明人为活动在研究区内已对地表水/地下水产生一定影响。 4.利用碳同位素较好地示踪了地下水溶解无机碳季节变化的主要规律,地下水夏季的DIC含量明显低于冬季DIC含量,这是由于大量降水的稀释作用引