稻田沟渠-湿地系统的碳氮稳定同位素组成特征

由于稳定同位素在特定污染源中具有特定的组成,在污染物质迁移转化过程中作为示踪剂而广泛应用。针对目前农业面源污染较为严重的现状,该文利用碳氮稳定同位素研究了灌区内外源物输入对稻田沟渠-湿地系统的贡献。结果表明,水中颗粒性有机物(particulate organic matter,POM)由于受到光照、营养物质不同导致POM在各采样点组成不同,δ13C变化范围较大,均值为-27.8‰,与大型水生植物和浮游植物接近,此类植物可能是POM的主要来源。水中δ13CDIC(dissolved inorganic carbon,DIC)与浮游植物呈线性相关,浮游动物δ13C与浮游植物存在一定相关性,而浮游植物与POM之间不存在显著性差异,说明研究区内浮游动物对內源有机碳的利用主要是取食浮游植物低持斜聿愠粱?δ13C值变化范围在-27.2‰～-21.8‰之间,明显高于水体POM含量,说明表层沉积物存在比颗粒有机物更富集碳的藻类与陆源碎屑等物质。各采样点颗粒有机物δ15N值的范围3.1‰～4.2‰,平均值为3.6‰,其中湿地δ15N高于其他采样点。沉积物δ15N平均值为-0.6‰,与大气中N2较为接近。     

稳定性同位素~(13)C标记小麦植株δ~(13)C值的检测方法研究

为准确检测稳定性同位素13C标记的小麦植株δ13C值,对元素分析仪-同位素比质谱仪联用技术(EA-IRMS)测定13C标记的小麦植株各器官中δ13C值进行了研究。结果表明,该方法对蔗糖标准物质(IAEA-CH-6)、小麦粉标准物质(OAS/Isotope)和13C标记小麦植株样品测定结果的精度良好,稳定性碳同位素的标准偏差小于0.11‰。对仪器的稳定性进行了测试,标准偏差为0.02‰;同位素信号在1e-9至1e-8A范围内,总体线性为0.003‰·n A-1。测得样品δ13C值的范围为-25.25%~23.32%。试验结果为研究光合产物在小麦植株体内的运转分配提供了可靠的技术支撑。     

退化喀斯特森林植被自然恢复中土壤有机碳δ~(13)C值特征

采用空间代替时间与稳定性碳同位素技术相结合的方法,研究了茂兰喀斯特森林自然恢复中土壤有机碳(SOC)δ13C值特征。结果表明:整体上SOCδ13C值随恢复进展0~20 cm土层(-25.72‰~-19.91‰)趋正、20 cm土层(-23.76‰~-18.13‰)先趋正后趋负。随土层加深除草灌、灌乔外其他阶段均趋正,草灌阶段上层土与乔木、顶极阶段底层土SOC为C4碳,SOCδ13C值变化受地带性和喀斯特环境的双重影响。群落优势种凋落叶δ13C值(-31.79‰~-16.76‰)随恢复进展趋负,说明生境日益改善,其与0~20cm土层SOCδ13C值呈极显著正相关(R20.96,p0.01)、而与20 cm土层极不相关,说明0~20 cm土层主要为新碳;SOC周转速率随恢复进展递增、随土层加深递减,土壤生化反应具较强表聚性;SOCδ13C值与土壤可矿化碳、易氧化碳含量呈显著的负相关关系(R2-0.50,p0.05),与微生物生物量碳具有一定的负相关关系(R2=-0.389),SOCδ13C值在一定程度上可以指示SOC的活性;喀斯特森林自然恢复是复杂多变、多途径的统一,其中C4植物在恢复中具有重要意义;碳同位素方法与"空间代替时间"方法相结合能较好地重现喀斯特植被更替的历史。     

不同烤烟品种生化特征及与δ~(13)C的关系

为研究不同烤烟品种的生理生态适应性及化学成分组成与δ13C的关系,在云南烤烟主产区玉溪市大营街自然环境下大田种植烤烟K326、红花大金元、云烟87和NC71,分析了不同烤烟品种δ13C值、丙二醛、光合色素、比叶重等生理指标和化学成分的差异。结果表明:(1)K326的比叶重、叶绿素a和叶绿素b含量最高,总糖、还原糖、氯含量、钾含量最接近适宜值范围,总氮含量、糖烟碱比均处于适值范围内。(2)4个烤烟品种烟叶的δ13C值范围为-26.27‰~-24.83‰,表现为:K326NC71红大云烟87,说明可以用烟叶δ13C值作为评价烤烟生态适应性指标。经相关性分析,烤烟叶片的δ13C值仅与烟碱含量呈极显著正相关(r=0.99,p0.01),与其它生化指标相关性不显著(p0.05)。     

不同放牧强度下荒漠草原土壤有机碳及其δ~(13)C值分布特征

以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象,通过测定不同载畜率下土壤部分理化性质、土壤有机碳含量和δ~(13)C值.探讨随放牧强度增加土壤有机碳深度分布和δ~(13)C值的组成差异特征.结果显示:随深度增加.有机碳含量呈线性急剧降低,变化范围在16.17～6.26 g/kg之间,而土壤有机碳的δ~(13)C值不断增大.变化范围在-22.5‰～-14.3‰.放牧对土壤有机碳的影响主要在0-20 cm土层,且放牧强度越大,有机碳含量越低,有机质分解程度越大,δ~(13)C值越偏正,δ~(13)C值的深度变化特征还表明.土壤剖面形成发育过程中当地气候和植被发生了很大的变化,可能实现了由C_4植物占优势向C_3植物占优势的变迁.     

氨基酸δ~(13)C在关键种鳀鱼食物链中的示踪研究

为了解关键种鳀鱼食物链的氨基酸营养流动机理,采用活体生物对黄东海食物网关键种食物链的中下营养层次"浮游植物-中华哲水蚤-鳀鱼"进行受控试验研究,培养50d后,对采集样品做生物整体(组织)碳稳定同位素值(δ~(13)C)和12种氨基酸δ~(13)C值测定分析。结果表明,3种样品中12种单体氨基酸的δ~(13)C值模式相似,三者氨基酸δ~(13)C值平均变化幅度均较大;整体生物或组织δ~(13)C值顺序为:鳀鱼肌肉中华哲水蚤小球藻;营养层次间必需氨基酸δ~(13)C值相关性强,非必需氨基酸δ~(13)C值相关性较弱;各营养层次生物样品间,必需氨基酸δ~(13)C分馏值(Δδ~(13)C)跟0‰无显著差异,非必需氨基酸Δδ~(13)C值与0‰有较大偏差。由此可知,模拟食物链必需氨基酸传递效率高,非必需氨基酸来源复杂,可能来自自身合成、直接食物转移等途径。本研究为采用氨基酸δ~(13)C进行食物网营养生态学研究提供了参考依据。     

灵石山米槠林优势树种叶片δ~(13)C沿海拔梯度的变化

为探究灵石山米槠林优势树种叶片δ13C值沿海拔梯度的变化规律,以灵石山不同海拔(157~842m,分9个海拔梯度,分别记为A1~A9)米槠林优势树种不同年龄叶片为试材,采用单因素方差分析检验各海拔梯度优势树种叶片δ13C值种间以及所有优势树种叶龄间的差异,回归分析方法探究主要优势树种叶片δ13C值沿海拔梯度的变化关系。结果表明,灵石山不同海拔米槠林优势树种的叶片δ13C平均值为-30.89‰(-34.40‰~-28.81‰);除海拔A7(632~662 m)和海拔A8(762 m)优势树种叶片δ13C值种间差异不显著外,其他海拔梯度上种间叶片δ13C值均差异显著;各海拔不同叶龄叶片的δ13C值差异不显著。在海拔A1~A9上,随海拔升高灵石山米槠林优势树种叶片δ13C值逐渐升高,平均变化量为3.2‰·km-1。随海拔变化,主要优势树种叶片δ13C值变化规律不同,说明优势树种对环境因子变化的敏感性不同,其适应策略也不同。本研究结果为米槠林优势树种对环境变化响应策略的研究提供了理论依据。     

我国大米碳氮稳定同位素比率特征及溯源应用

利用元素分析仪-稳定同位素比率质谱仪检测我国由北到南6个省的10种大米的δ13C和δ15N值。结果显示,我国大米的δ13C值为-28.3‰^-26.0‰,平均值为-27.0±0.8‰,以-27.9‰^-26.3‰出现的频率较高。δ15N值为1.1‰~4.1‰,均值为2.4±1.0‰,以1.7‰~3.4‰出现的频率较高。我国南方大米的δ13C值低于北方大米,但南北方大米的δ15N均值基本相同且小于4‰,符合施化肥大米的特征。根据国内外大米的δ13C和δ15N特异性,以δ13C和δ15N为统计变量,采用Q型系统聚类方法对大米归类溯源。欧式距离<4时,日本大米的3个群集与我国大米的1个群集区分明显;欧式距离<3时,美国大米的2个群集与我国大米的1个群集区分显著。基于大米的δ13C和δ15N特性能够对其产地进行溯源。     

不同区域旱地土壤氨挥发过程同位素δ15N变化规律

大气氨（NH3）是PM2.5形成的重要前体物,明确和量化农田等排放源对大气NH3的贡献,是大气污染治理的基础。农田NH3挥发是大气NH3的重要来源之一,氮同位素自然丰度（δ15N）特征可以用来定量溯源大气NH3的来源,但目前对于农田土壤NH3挥发全过程δ15N值动态变化规律的研究比较缺乏,且农田土壤NH3挥发受土壤性质等不同因素的影响,会直接或间接地影响NH3挥发的δ15N值,进而影响溯源结果。旱地土壤NH3挥发在我国农田NH3挥发中占主导地位,本研究选取我国4个不同区域旱地土壤（辽宁北票、河南新乡、河北唐山、西藏林芝）,添加尿素后在受控条件下采用海绵吸收法开展了为期15天的室内培养试验,通过化学转化法测定了不同区域土壤NH3挥发全过程δ15N值并观察其变化规律。结果表明,辽宁北票、河南新乡、河北唐山、西藏林芝的土壤NH3挥发过程δ15N值变化范围分别为-26.14‰~-5.57‰、-31.92‰~-26.31‰、-24.41‰~-3.11‰、-29.17‰~-2.20‰,均值分别为-21.74±1.89‰、-29.31±1.72‰、-19.82±2.04‰、-23.25±2.16‰。不同区域旱地土壤NH3挥发过程δ15N值的特征存在差异,新乡土壤的δ15N-NH3值持续升高,而北票、唐山和林芝土壤的δ15N-NH3值出现先降低后升高的趋势。土壤性质、NH3挥发速率是影响NH3挥发δ15N值的主要因素,其中土壤pH、NH3挥发速率和累积损失量与δ15N-NH3值显著负相关;另外,同位素分馏效应对δ15N-NH3值也有一定的影响。本研究结果可为大气NH3的定量溯源提供更好的支撑。     

稳定性氮同位素技术研究太湖梅梁湾区域营养盐差异

稳定同位素技术通常用于指示外源输入对环境的影响,采用该技术分析了太湖北部不同湖区悬浮颗粒有机物和浮游动物的碳氮稳定同位素比值的差异。结果表明,不同粒径的悬浮颗粒有机物和浮游动物稳定同位素比值存在显著的季节变化,夏季普遍高于冬季,其中δ13C高3.19‰~7.21‰,δ15N高4.20‰~9.36‰。各有机物δ13C不能有效区分各湖区的环境差异,而δ15N在各湖区存在显著差异。δ15N聚类分析显示,河口区由于受外源输入的影响,其δ15N显著低于其他湖区,单独聚为一类,而交汇处和湖心区影响较小,同河口区存在显著差异。整体来讲,总颗粒有机物和浮游动物δ15N同水体TP浓度呈显著正相关,同总溶解性无机氮浓度、铵根离子浓度呈显著负相关。可见,太湖北部悬浮颗粒有机物和浮游动物δ15N受环境营养盐差异的影响强烈,悬浮颗粒有机物δ15N可以作为指示湖区区域差异的有效指标。     

黄土高原泾河小流域泥沙碳、氮同位素与生态环境示踪

以泾河(陕西彬县境内)4条支流表层沉积物为研究对象,对其有机质的稳定碳、氮同位素组成进行测定和研究.结果表明,4条河流表层沉积物有机质的碳同位素(δ13C)值变化范围为(-29.1‰)～(-20.4‰),平均值为-25.4‰.其δ13C值从上游到下游都有逐渐偏正的趋势,表明从上游到下游植被覆盖类型的变化影响了沿河表层沉积物有机质的δ13C值.4条河流表层沉积物有机质的氮同位素(δ15N)值和碳氮比(C/N)的变化范围分别为0～4.6‰和1.4～17.2,平均值分别为2.8‰和7.3.从上游到下游其δ15N值逐渐偏正,表明沿岸进入河中的泥沙比例越来越大,人类活动等对自然环境的影响增强.徐家河和拜家河下游采样点表层沉积物有机质的δ15N值有偏负趋势,可能与下游煤炭开采,煤等有机质进入河流表层沉积物有关.因此,对河流表层沉积物中有机质的碳、氮同位素组成特征和变化研究可以揭示流域土壤侵蚀状态和生态环境的变化.     

不同类型土壤对水稻硅同位素分馏的影响

为探明不同类型土壤对水稻硅同位素组成及分馏的影响,本研究以红壤、黑土和褐土作为供试土壤,以水稻品种嘉58作为供试材料进行盆栽试验,测定土壤理化性质,水稻各器官干重、硅含量、硅同位素组成等指标。结果表明,不同类型土壤对水稻硅同位素分馏效应均影响明显,红壤、黑土、褐土栽培的水稻硅同位素分馏系数(α_Pre-Dsi)分别为0.998 8、0.997 8、0.997 5,其中褐土栽培的水稻体内硅同位素分馏程度最大,黑土次之,红壤最小;相关性分析表明,水稻δ³⁰Si值(整株和叶片)与土壤pH值、有机质、有效硅、游离氧化铁和游离氧化铝含量之间均存在极显著相关性(P<0.01),其中土壤游离氧化铁、游离氧化铝含量随着土壤风化程度的增加均呈升高趋势。由此推断,水稻硅同位素组成可能主要受土壤pH值、有机质、有效硅含量及土壤风化程度的影响。本研究结果为利用硅稳定同位素示踪技术探索自然界的硅循环模式提供了理论依据。     

样本预处理方式对罗氏沼虾碳和氮稳定同位素比值检测的影响

为研究样本预处理方式对罗氏沼虾碳和氮稳定同位素比值检测的影响,分别选用3种保存温度(常温23℃/15 d、冷藏2℃/90 d、冷冻-18℃/360 d)、2种取样方式(虾仁取样、整虾取样),以新鲜沼虾样本为对照组,对比不同样本预处理方式对罗氏沼虾碳稳定同位素比值(δ¹³C)、氮稳定同位素比值(δ¹⁵N)、碳氮比(C/N)的影响。结果表明,不同保存温度和不同取样方式对罗氏沼虾δ¹³C、δ¹⁵N、C/N的影响明显。与对照组相比,常温保存条件下的δ¹⁵N偏移量最大(1.31‰~13.16‰,平均值为6.02‰),冷冻保存条件下的δ¹³C偏移量最大(2.34‰~2.84‰,平均值为2.57‰),室温保存条件下的C/N显著增加(P<0.05),冷藏和冷冻保存条件下的C/N显著减少(P<0.05)。不同取样方式对罗氏沼虾δ¹⁵N、δ¹³C的影响还取决于保存温度,在冷冻保存条件下,整虾取样的δ¹⁵N、δ¹³C显著高于虾仁取样,而在常温保存条件下,整虾取样的δ¹⁵N偏移量显著低于虾仁取样。因此,常温(23℃)和冷藏(2℃)条件不适合保存罗氏沼虾、冷冻(-18℃)保存罗氏沼虾的时间不宜超过60 d,建议新鲜沼虾采集后应立即干燥并开展碳和氮稳定同位素检测。本研究结果为水产品碳和氮稳定同位素比值检测的样本预处理方式提供了参考。     

利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展

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NO3-中δ15N和δ18O开展了硝酸盐污染源识别研究。本文综述了利用氮、氧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,并提出几个值得重视的研究方向。     

化学转化法测定水体中硝酸盐的氮氧同位素比值

采用化学转化法可同时测定各种水体样品中硝酸盐的氮、氧同位素比值。在弱碱性环境中,镀铜镉粒将硝酸盐还原为亚硝酸盐,然后在弱酸性缓冲体系中叠氮酸根将亚硝酸盐转化为氧化亚氮。通过带有预浓缩装置的同位素比值质谱计测定氧化亚氮的氮、氧同位素比值,并用公式将其换算为硝酸盐的氮、氧同位素比值。通过国际标准样品和实验室标准样品的多次检测证实化学转化法具有适用范围广、灵敏度高、操作简便、准确的特点,其转化过程仅需两步,且需样量仅为4.5μg NO3--N。δ15N和δ18O的测量精度分别为0.31‰和0.55‰,测定值与参考值的差异均小于1σ,测量的精确度和准确度均可满足样品分析的需求。     

植物中硒的含量、影响因素及形态转化研究

综合近年来国内外的研究文献,从硒对植物的生理作用、植物含硒量和影响因素以及植物硒形态分布和转化等方面进行了系统分析。今后应该继续对硒在植物体内的作用进行深入分析,结合分子和基因手段以及硒同位素技术,探索培育富硒作物品种的可能性以及在生产实践中应用的价值。继续在自然土壤条件下加强富硒作物生产技术的开发,为合理利用硒资源提供可持续技术保障。     

稻田CH4产生途径研究进展

H2/CO2还原和乙酸（CH3COOH）发酵是稻田CH4产生的主要途径。碳同位素示踪技术、添加甲烷产生途径抑制剂和稳定性碳同位素方法是稻田CH4产生途径的主要研究方法。本文综述了这三种研究方法及研究结果,并指出了今后的研究重点：加强我国有关稻田CH4产生途径的研究;对比分析三种研究方法,查明研究结果存在差异的原因;加强同位素分馏系数a(CO2/CH4)和e(ac/CH4)以及碳同位素组成δ13CH4和δ13CH4(CO2/H2)的研究     

葡萄酒发酵前后稳定同位素特征变化及初步相关性分析

为探讨葡萄酒发酵前后稳定同位素的特征变化,通过元素分析仪-稳定同位素比率质谱(EA-IRMS)对发酵前(全果、果汁与皮籽)样品和发酵后固体样品(皮渣和酒)中δ13C、δ15N、δ2H和δ18O进行了分析.结果表明,葡萄酒发酵前后各样品中δ15N、δ2H和δ18O均存在显著性差异;并且各元素的变化规律性不强,发酵前后相关...     

不同深度土壤水分对黄淮海封丘地区小麦的贡献

作物水源是土壤—植物—大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum,SPAC)中水分循环及节水农业的重要研究方面。传统方法很难确定不同水源对作物的贡献。本研究通过封丘地区冬小麦田间试验和稳定性氢氧同位素技术,建立了线性混合模型和δD-δ18O曲线的耦合模型,并采用该耦合模型计算了各水源对各生育期冬小麦的贡献。结果表明:各水源对冬小麦的贡献随着生育期的变化而变化。分蘖、返青和拔节期冬小麦的主要水源为表层土壤水,且对各层土壤水分的利用随着深度的增加而减少;在孕穗期,冬小麦对80 cm处土壤水利用最多;开花期80和180 cm处土壤水是冬小麦的重要水源;乳熟期40和80 cm土壤水分分别贡献了47.5%和39.5%。地下水在孕穗期和开花期对冬小麦的贡献较大,分别为9.0%和16.4%。     

EA-IRMS法测定不同类型土壤有机碳稳定性同位素组成

利用元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪（EA-IRMS）分析系统,以国际标准物质Urea为基准,标定了高纯钢瓶CO2参考气,其δ13CvsPDB值为（-29.523±0.181）‰。通过试验对比检验了EA-IRMS分析系统的稳定性、线性和测定δ13C值的样品分析精度,建立了测定土壤中有机碳稳定性同位素的分析方法。其离子强度在1.0～7.0V之间具有良好的线性,在1.5～5.0V内的线性优于总体线性;样品分析精度优于0.15‰;样品含碳量大于5μg即可满足测定δ13C的分析要求。应用此方法实测了18份不同类型土壤的有机碳稳定同位素组成,获得其13C天然丰度平均值为1.082%;不同类型的土壤有机碳稳定同位素组成存在较大的差异。