岩溶流域典型农业区水体氢氧同位素的空间异质性及形成机制

分别于平水期和枯水期采集了花溪河流域典型农业区地表水和地下水样品。利用氢氧同位素示踪技术,结合土地利用类型对研究区不同水体的补给来源、季节变化及主要影响过程进行了分析,并对不同水体氢氧同位素值进行了空间插值分析,同时对其形成机制进行了分析,阐明了不同土地利用类型影响下的主要水文过程。结果表明:(1)研究区不同水体的主要补给来源为当地大气降水,月亮湖水库受蒸发作用影响明显,地表水和地下水的δD和δ~(18)O整体上呈现平水期高于枯水期的特征。(2)地下水的δD和δ~(18)O在枯水期与平水期均呈现明显的空间分异性特征,西部水田/水库集中区富集,东部旱地集中区贫化,土地利用对研究区环境水文过程影响明显。该研究结果有助于了解不同土地利用方式下地表水对地下水的影响,为流域管理提供科学依据。     

湿地松针叶碳氮稳定同位素及水分利用效率

以福建省福州市滨海沙地湿地松(Pinus elliottii)人工林为研究对象,采用同位素质谱仪测定不同叶龄(当年生、1年生、2年生)针叶碳氮同位素丰度值(δ13C、δ15N),然后运用δ13C值来估算碳同位素分辨率(△13C)和水分利用效率(WUE),研究叶龄对湿地松针叶碳氮稳定同位素组成、△13C、WUE的影响,从而为滨海沙地湿地松人工林的科学经营提供依据.结果 表明:C3植物湿地松针叶的δ13C、δ15N、△13C、WUE的平均值分别为(-2.9323±0.0897)％、(-0.4752±0.0245)％、(2.1224±0.0944)％和(30.842±5.038) μmol·mol-1,但是叶片的δ13C、δ15N值均低于全国平均值,而且δ15N值偏负.叶龄对δ13C、δ15N、△13C、WUE均有显著影响(P＜0.05),其中δ13C、δ15N、WUE随叶龄增加而降低,△13C随叶龄增加而增加.湿地松针叶的δ13C与δ15N呈极显著线性正相关(y=3.553x-1.244,R2=0.945,P＜O.001).     

碳同位素技术在陆地土壤碳循环中的应用

碳同位素技术,着重论述了陆生系统中碳循环过程的~(13)C、~(14)C测定的基本原理及相关方法。聚焦同位素法在土壤有机碳、作物光合碳、土壤呼吸等方面的研究进展及应用实例,在此基础上,提出了全球碳循环研究的未来重点:全球背景下光合碳的循环特征;土壤有机碳的来源、分布和周转;土壤呼吸的区分及环境响应问题;大气二氧化碳增多背景下,土壤碳转化与土壤微生物群落结构的关系;~(13)C-PLFA技术的交叉取食风险评估。     

不同根系分泌物对土壤N2O排放及同位素特征值的影响

【目的】探究植物根系分泌的主要组分（有机酸、氨基酸、糖类）对土壤N₂O排放及其微生物过程的影响,为选择适宜的植物进而控制土壤N₂O排放提供支撑。【方法】通过室内试验分别添加草酸、丝氨酸、葡萄糖于土壤中模拟根系的3种主要分泌物,每种分泌物设置两个浓度水平：低浓度（150 μg C·d ^-1）和高浓度（300 μg C·d ^-1）,另设置添加蒸馏水的对照组,共7个处理。将土壤置于120 mL玻璃瓶中进行培养,24 h内采集气体样品7次,每次培养2 h,获取N₂O排放速率、日累积排放量和同位素特征值（δ ¹⁵N ^bulk、δ ¹⁸O和SP（site preference,SP=δ ¹⁵N ^α-δ ¹⁵N ^β））。【结果】添加3种根系分泌物组分后,土壤N₂O排放速率均逐渐升高,且均高于对照。高浓度处理组N₂O累积排放量为：葡萄糖（（3.2±1.3）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>丝氨酸（（2.6±0.5）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>草酸（（1.4±0.2）mg·kg ^-1·d ^-1）处理,低浓度处理组为：草酸（（2.7±1.3）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>丝氨酸（（1.8±0.4）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>葡萄糖（（1.6±0.8）mg·kg ^-1·d ^-1）处理;添加根系分泌物的不同处理间土壤N₂O的δ ¹⁸O值无明显差异,并稳定在24.1‰—25.6‰,且均显著高于对照（（20.1±1.5）‰）;土壤N₂O的δ ¹⁵N ^bulk值与添加根系分泌物的种类有关,其中草酸处理组为（-20.06±2.22）‰、丝氨酸处理组为（-22.33±1.10）‰、葡萄糖处理组为（-13.86±1.11）‰、对照组为（-23.14±3.72）‰。各处理土壤N₂O的SP值的变化范围为13.13‰—15.03‰,根系分泌物浓度越高,SP值越低。综合分析不同处理4个指标（N₂O排放速率、N₂O的δ ¹⁵N ^bulk、δ ¹⁸O和SP值）的不同时刻的检测值与日均值的校正系数,添加根系分泌物后第16小时各处理4个指标的校正系数最接近于1。【结论】在NH+ 4-300 mg N·kg ^-1的土壤环境下根系分泌物促进N₂O的排放,且在培养期间（24 h）土壤N₂O排放速率逐渐升高。高浓度处理组葡萄糖对土壤N₂O排放速率促进效果最强,低浓度处理组草酸对土壤N₂O排放速率促进效果最强。与对照组相比,根系分泌物的添加使N₂O的δ ¹⁸O值显著升高;与对照组相比,葡萄糖的添加使δ ¹⁵N ^bulk值显著升高。根系分泌物浓度越高,反硝化作用对N₂O的贡献越大。     

浑善达克沙地杨树水分利用特征

为探究浑善达克沙地杨树的水分利用特征。本文利用氢和氧同位素示踪技术,测定了降雨、土壤水与地下水的δ18O值,利用多元线性混合模型定量计算了杨树对不同土层土壤水分的利用比例。结果表明:①浑善达克沙地大气降雨方程线为:δDLWML=7.84δ^18OLWML+9.12,斜率比全国降雨方程偏小,体现了研究区降雨少,蒸发大的气候特征;②土壤含水量与地下水位埋深、降雨量、植物生长期的变化有着显著的相关关系。降雨量较大与地下水位埋深较浅的时期,土壤含水量明显增大,在植物生长前期和中期,土壤含水量明显较低;③杨树在雨季,利用了大量的浅层土壤水(0~40 cm),在较为干旱的旱季,利用了大量的深层土壤(160~200 cm)水与少量的地下水。     

基于稳定同位素的上海地产蔬菜种植模式及产地判别

为保护蔬菜的优质优价及质量安全,以上海9个农业产区(宝山区、崇明区、奉贤区、嘉定区、金山区、闵行区、浦东新区、青浦区和松江区)蔬菜为研究对象,分析不同产区蔬菜的δ¹⁵N值差异及其对种植模式(常规、绿色或有机种植)的指示;对δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H和δ¹⁸O值进行单因素方差分析,并应用主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)及支持向量机(SVM)方法,建立上海地产蔬菜产地判别模型。结果表明,宝山区、松江区和嘉定区蔬菜的δ¹⁵N值占前三,且分别与δ¹⁵N值最低的浦东新区蔬菜(4.44‰)存在显著差异,且仅有浦东新区蔬菜可能为绿色或有机种植的比例低于50%;δ¹³C、δ²H和δ¹⁸O值只在部分产区间差异显著,PCA可初步实现浦东新区蔬菜与其他8个产区的鉴别;PLS-DA最优模型可以很好地实现浦东新区蔬菜产地判别(预测准确率为98.80%),SVM最优模型可以很好地实现宝山区(预测正确率96.38%)、嘉定区(预测正确率92.77%)和青浦区(预测正确率91.57%)蔬菜的产地判别,SVM最优模型可以较好地实现金山区、松江区、崇明区和奉贤区蔬菜的产地判别。本研究结果为上海地产蔬菜种植模式及产地判别提供了参考方法,并为其溯源和质量安全保护提供了基础数据。     

稳定同位素技术鉴别库尔勒香梨产地可行性研究

为开展碳、氮、氢、氧(C、H、O、N)稳定同位素鉴别库尔勒香梨产地的可行性研究,明确新疆库尔勒香梨δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值,本研究以甘肃香梨和陕西红香酥梨作为对照,采用稳定同位素比值质谱仪(IRMS)分析新疆库尔勒香梨与对照样品的δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值,并采用正交校正的偏最小二乘判别分析(OPLS-DA) 鉴别新疆库尔勒香梨产地真实性。结果表明,新疆、甘肃两个产区香梨与陕西产区红香酥梨的δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值存在显著差异(P<0.05)。新疆产区的66份库尔勒香梨判别准确率为95.45%;甘肃产区的20份香梨样品判别准确率为60%;陕西产区的23份红香酥梨样品判别准确率为95.65%。C、N、H、O 4种稳定同位素可有效鉴别新疆库尔勒香梨和陕西红香酥梨,但在新疆库尔勒香梨与甘肃香梨鉴别方面,误判率较高,如果能结合其他鉴别技术,则有可能出现较好的鉴别效果。本研究为库尔勒香梨产地真实性鉴别提供了科学依据。     

明胶骨原料碳、氮稳定同位素的地域性差异研究

为探讨不同地域来源的明胶骨原料中碳、氮稳定同位素的分布特征及其相关性,本试验采用元素分析-稳定同位素比率质谱仪测定了广西、内蒙古和山东3个主产区的牛骨样品及当地牧草饲料样品中的¹³C和¹⁵N同位素组成,并结合线性回归讨论了牛骨样品中δ¹³C和δ¹⁵N值的相关性与牛食谱组成的关系。结果表明,广西地区骨样品中δ¹³C和δ¹⁵N值的相关性较好(R²=0.401 8),而内蒙古和山东地区骨样品中δ¹³C和δ¹⁵N值的相关性较差(R²<0.1),反映了3地牛食物的来源稳定性及主要成分存在明显差异,对各地牛食谱结构推测的结果与实际牧草饲料样品中δ¹³C和δ¹⁵N值的地区分布规律也较为一致。本研究初步揭示了明胶骨原料中碳、氮稳定同位素产生地域性差异的原因,不仅为动物生态学研究提供了有益信息,更为动物制品产地溯源研究提供了新思路。     

基于溶解无机碳中碳氧同位素及化学组分的瓶装饮用水产地真实性鉴别

为了鉴别我国市场上销售的瓶装饮用水的产地和产品类型,本试验分析了瓶装饮用水溶解无机碳(DIC)中的δ¹⁸O_DIC和δ¹³C_DIC、水中的δ¹⁸O和δ²H值、矿物元素(K、Ca、Na、Mg、Sr)含量、阴离子(Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-)含量、pH值与电导率等水化学指标,结合费希尔判别分析(Fisher-DA)建立模型,对瓶装饮用水的类别和产地进行鉴别。结果表明,不同产地瓶装饮用水的δ¹⁸O_DIC、δ¹³C_DIC、δ¹⁸O、δ²H值均具有显著差异,而且矿物元素与阴离子的含量变化范围广,具有不同的地域性特征。产地溯源判别模型对不同产地瓶装饮用水的判别准确率高达100%,且采用水化学指标还能区分瓶装饮用水的类型。正态化重要性分析显示,对产地具有指示效应的前五项重要指标分别为K、Cl^-和δ¹³C_DIC、δ²H和pH值。综上所述,通过稳定同位素指纹信息和水化学指标的差异进行融合分析,结合多元统计模型可有效鉴别市场上瓶装饮用水的真实性,保护消费者的合法权益,维护市场公平。