燃烧过程植物体氮含量和氮同位素组成变化

自然和人类活动引起的火事件可导致生态系统的碳、氮循环以及分布格局的改变,进一步影响区域碳、氮生物地球化学循环。利用稳定同位素方法可以帮助我们示踪火事件所伴生的碳、氮转化的生物地球化学过程。为了解植物体燃烧前后植物、植物灰烬和气态挥发部分氮之间以及不同植物类型（C3和C4,草本和木本）之间的氮素差异,通过室内模拟燃烧实验研究了植物和燃烧后残余部分的氮同位素组成和氮含量变化,研究表明：不同植物种类之间氮同位素组成的变化受植物种类和生长条件的影响,比较C3和C4植物不同光合类型之间的氮同位素组成表明,植物体燃烧前后氮同位素变化和植物的光合类型无关。燃烧导致植物90％以上的氮素损失。不同植物氮同位素值在-4．0‰～＋5．2‰变化,燃烧导致植物灰烬的氮同位素值偏正0～1．6‰,其同位素分馏主要是由于燃烧过程中植物体中^14N较^15N优先以气态形式逃逸。因此在利用氮同位素进行的古环境研究、环境模拟过程中,必须考虑火烧对植物氮同位素值的影响。植物、植物灰烬和气态部分氮同位素之间具有较好的相关性,这种关系启示我们也许可以利用生态系统不同部分的氮同位素组成来研究植物-土壤-大气之间的氮素循环规律。     

中国农业科学院农产品加工研究所同位素示踪技术（室）课题组

中国农科院农产品加工研究所同位素示踪技术课题组自1970年成立以来，对农用化学物质的标记合成及^3H、^14C、^32P、^45Ca、^59Fe、^65Zn、^86Re和^125I等核素，在动、植物和土壤中的示踪研究及测量方法方面进行了探索研究，做了大量相关的实验，积累了丰富的同位素示踪经验，     

植物富集~(13)C标记技术的初步研究

<正>稳定同位素13C技术已被广泛用于研究土壤有机碳的周转[1-3]。13C技术可分为自然标记和人工标记两种[4-5]。13C自然标记方法研究土壤碳周转一般用于田间原位试验,要求有C3和C4植物的更替,且要有准确的更替时间。而室内培育实验利用这一方法则需加入较高的外源碳才能使δ13C值有较明     

稳定碳同位素在草地生态系统碳循环中的应用与展望

利用稳定碳同位素来追踪生态系统物质循环和能量流动,定量示踪生态系统中碳元素的转移,明确生态系统碳循环及其驱动机制,已经成为目前研究生态系统碳循环的一个重要手段.稳定碳同位素技术在草地生态系统碳循环中的应用主要包括判定生态系统中碳的来源和同化,植物—土壤系统中碳的转移和固定,草地深层土壤有机碳变迁过程,不同类型草地δ13...     

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。     

油冬菜对水凝胶包裹~(14)C-多菌灵的吸收及其在土壤-油冬菜体系中的可提态残留和结合残留

利用高吸水树脂(SAP)和农药解决干旱半干旱地区抗旱保水及虫害问题是行之有效的农业生产措施,研究并阐明SAP与农药共存下的农药环境行为规律以保障环境安全性具有重要的实际意义。本文以具有缓释特性的水凝胶包覆多菌灵(H-MBC)为研究对象,应用同位素示踪法研究14C标记H-MBC在水中的释放特性及其与原药(14C-MBC)在土壤-油冬菜体系中的结合残留、可提态残留、矿化及挥发物总量的异同性,同时考察油冬菜对14C标记H-MBC的吸收利用规律。结果表明,H-MBC可以实现多菌灵缓慢释放,48 h释放了总量的60%,至360 h时释放量达到了总量的96%;14C标记H-MBC及14CMBC在土壤中可提态残留均随着时间递减,至培养34 d时分别占引入量的10.70%和6.95%;14C标记H-MBC及14C-MBC在土壤中的结合残留随着时间先增后降,其拐点分别出现在28 d和14 d,其中14C标记H-MBC的结合残留约占引入量35.71%~52.51%,而对照14C-MBC的结合残留约为引入量的23.87%~43.26%;油冬菜对14C标记H-MBC和14C-MBC的吸收均较少,仅占引入量的0.08%~1.64%,表明2种施药方式下多菌灵均不会在植物中产生大量残留。根据质量平衡得到的14C标记HMBC和14C-MBC降解产生的挥发性物质(可能为14C-CO2和/或14C-甲酸)的量分别为30.17%~52.66%和32.26%~65.75%,凝胶的包覆减少了多菌灵挥发性物质的产生。本研究为干旱地区安全、科学使用SAP和农药提供了科学依据。     

碳氮稳定同位素检测能力的验证——2013年实验室间比对分析结果的汇总

稳定性同位素示踪技术,特别是碳、氮稳定性同位素已广泛地应用于农业化学、地球化学和环境化学。碳、氮同位素比值的质谱检测结果直接关系到示踪试验的可靠性。在目前缺乏富集碳、氮同位素的标准物质的条件下,通过实验室间的比对可以验证各实验室对碳、氮同位素比值检测能力、检测结果的准确性和可比性。我所在2013年组织和实施了一次由全国14个单位的检测实验室共17台仪器参加的农业、生态和环境样品中碳氮百分含量及其稳定性同位素比值的实验室间比对。我所制备了多种被检测的样品,有含碳氮的化学肥料、土壤和植物样品;在稳定性同位素富集度上,有自然丰度的和不同富集程度的同位素样品。除固体样品外,还有3种不同丰度的N2O和CO2气体样品。在进行检测结果的统计和评价时,采用Z比分衡量各实验室检测结果的可信度。本文汇总了2013年实验室间比对的结果。     

水系物质迁移过程示踪及其在环境中的应用

水是环境中污染物迁移的重要介质,水系污染物也可以直接作用于生物体。本文概述了对水系物质迁移过程示踪的各种方法,包括人工示踪剂方法、生物标志法、微量元素及同位素示踪方法等,指出了它们的环境应用价值。在人工示踪法中叙述了中子活化示踪沙技术和稀土元素-DTPA螯合物示踪法。生物标志物主要叙述了木质素、正构烷烃、脂肪酸的指示意义。微量元素示踪主要涉及到Sr、Ca、Mg和REE的示踪。同位素示踪法着重阐述了较先进的碳、氮、氧和铅同位素的示踪。最后展示了水系物质示踪的应用前景。     

植物光合碳在不同器官-土壤系统的动态分布特征13C示踪

稳定性碳同位素自然丰度(13C)记录着生态系统碳循环过程的关键信息,常被用于评价全球变化情景下陆地生态系统碳的动态.连续4年(2015—2018年)采用13 C脉冲标记对不同园林植物光合碳分配及其向地下输入特征进行了研究,探讨不同园林植物光合碳在不同器官的分配及其对土壤有机碳(SOC)的贡献.结果表明:(1)脉冲标记当...     

应用脉冲标记法对杉木富集~(13)C技术的初步研究

通过盆栽试验对杉木幼苗进行13C同位素标记,并对杉木不同器官光合产物的分配进行研究,为木本植物的同位素标记与光合分配研究提供参考依据。结果表明,未标记杉木针叶、枝干的δ13C值随时间呈下降趋势,根呈现先下降后上升的趋势;标记后,杉木各器官δ13C值随时间呈现明显上升,达到高点后有一定下降。光合碳分配到杉木不同器官间的Atom%13C存在差异,大致呈现出当年生针叶最大,一年生针叶最小,根、枝干居中。13C标记使杉木针叶、枝干、根的δ13C由-25.185‰、-24.689‰、-25.326‰升为116.737‰、106.800‰、124.080‰。经过13C标记可获得富集13C的木本植物材料,可为研究土壤碳组分周转提供试验材料。     

水稻对~(14)CO_3~(2-)的吸收和积累动态

用同位素示踪技术研究水稻对14CO32-的吸收和积累动态,及其在水稻田中的行为特性。结果表明:通过水稻根系和浸于水中的茎杆下部吸收的14CO32-离子会向上部组织输送并形成积累趋势;在上部组织中,叶和茎杆上部的14C比活度随时间呈逐渐上升的趋势,而穗中的比活度于14d达最大值(271.9Bq/g)后又呈下降趋势;茎杆下部由于直接浸于水中,表现出对14CO32-离子的快速吸收、吸附,此后随时间呈下降趋势,根部表现出上升过程迟后于茎杆下部,其14C比活度也低于茎杆下部。上部组织(穗、叶和茎杆上部)中14C的百分含量随时间上升,而下部组织(茎杆下部和根)则相反,至试验后期(21~35d),其百分含量基本持平(约各占50%),14C从下部组织向上部组织输送的特征非常明显。     

好氧土壤中[C环-U-14C] 丙酯草醚的结合残留及其在腐殖质中的分布动态

农药的环境行为与归趋,尤其是结合残留研究,是新农药安全性评价的重要内容之一,这关系到新农药的科学使用。本文利用14C同位素示踪技术,研究了[C环-U-14C]丙酯草醚(ZJ0273)在3种不同类型好氧土壤中的结合残留及其在富啡酸、胡敏酸和胡敏素中的动态分布。结果表明：（1）在整个培养过程中,土壤中的丙酯草醚结合残留量均随时间而递增。培养至75d,红砂土（S1）、黄松土（S2）与淡涂泥田（S3）中的14C-BR最大值分别为引入量的12.55%,20.35%和20.49%,且富含有机质和pH较高的土壤更易与丙酯草醚形成结合残留;（2）丙酯草醚与富啡酸、胡敏酸和胡敏素形成的结合残留,含量大小依次为富啡酸＞胡敏素＞胡敏酸。因此,丙酯草醚与土壤基质形成结合残留的过程中,富啡酸起主要作用,而胡敏酸的作用最小。     

红壤丘陵区土壤137Cs含量与土壤颗粒组成的关系研究--以江西省丰城市为例

通过对江西省红壤地区的39个土壤剖面采样数据进行数理统计分析,发现在土壤表层20 cm范围内,不同土层137Cs含量与土壤粒径具有一定的相关性,其中与砂粒含量和粉砂粒含量具有正相关关系,与砾石含量和黏粒含量具有负相关关系。通过逐步回归分析发现,在各土层与137Cs含量关系最为密切是砂砾含量,两者呈现显著的正相关关系。同时建立了137Cs含量与砂砾含量的定量关系模型,并通过方差分析证明该模型可靠,但该模型应用于土壤侵蚀还需要进一步研究。     

盆栽-自然土生长试验研究小麦对土壤中~(137)Cs的吸收

利用环境放射性示踪剂盆栽模拟试验研究了2种小麦对不同活度水平的纯自然江西红壤中137Cs的吸收规律。结果表明,除林地土壤基本不含137Cs外,小麦植株中137Cs均有一定程度的积累,且小麦对137Cs的浓集能力(用转移系数TF表示)随土壤活度水平的提高而增强,大致为扬麦12号:草地(116.36)>水稻旱(47.22)>旱耕(27.33)>林地(几乎没有);扬麦158号:草地(194.92)>水稻旱(16.54)>旱耕(13.41)>林地(几乎没有)。小麦植株各组成部分137Cs积累量大致为:根>茎秆和籽粒外壳>籽粒。小麦吸收的137Cs对估算土壤侵蚀量有很大影响,可为今后示踪模型的修正提供依据。     

小麦主茎光合产物的运转与分配

分蘖期主茎与分蘖间联系密切,主茎光合产物主要用于主茎叶片、分蘖和根系的生长。本研究3个供试小麦品种中,徐州26主茎运送到分蘖Ⅰ和Ⅱ的光合产物比例分别为6.15%和5.92%,显著高于9559的4.38%和3.84%;随着生育进程,主茎和分蘖之间较为独立,光合产物在主茎和有效分蘖间的运转比例降低,供试品种间光合产物分配比例的差异缩小。拔节期主茎的光合产物主要用于自身茎鞘的生长;抽穗期主茎的光合产物主要用于自身茎鞘及穗的生长;至成熟期,主茎功能叶片在抽穗期合成的14C-光合产物主要分配到自身的茎鞘、颖壳及籽粒中,且籽粒分配量高于其他器官。     

超级杂交稻光合同化物的运转分配特性

采用盆栽法和14C-同位素示踪技术,以杂交稻组合汕优46为对照,研究了超级杂交稻组合"两优293"、"准两优527"的光合能力和光合同化物运转分配特性。结果表明,在不同生育期,两个超级杂交稻组合与对照组合汕优46相比,其单株同化14CO2的总量均显著高于对照,达到对照的1.49~1.96倍;14C-光合同化物最终分配至穗中的比例也较对照高,且其14C-光合同化物运输至穗中的速率也比对照快。表明超级杂交稻组合"两优293"、"准两优527"具有较强的光合同化物生产和运输能力。     

东方百合鳞茎更新发育的碳同化物积累与分配

本文通过测量不同发育时期的碳水化合物含量来研究东方百合“Sorbonne”的碳代谢。东方百合鳞茎中的淀粉含量自下种后迅速下降,可溶性总糖和蔗糖含量在内层鳞片中于盛花期前逐渐增加,随后呈下降趋势。用扫描电镜观察到鳞片细胞中明显的淀粉颗粒,并随鳞茎的发育充满整个细胞腔。14C示踪技术分析表明,含苞期的14C-同化物分配以地上部为主,集中在花苞部位;花后期的14C-同化物分配以地下鳞茎为主,其中下位叶标记处理的鳞茎分配量占植株总14C的比例达85.8%,证实了植株的光合产物在花后期主要供应鳞茎发育膨大所需。     

7Be在生态系统中的行为研究进展

本文对7Be随降水到达地表后,土壤对7Be的吸附解吸机理以及影响吸附解吸的因子、植被对7Be的截留和吸收、径流泥沙中7Be的分配比例等7Be再分配问题的研究成果进行了综述,简要介绍了7Be在土壤侵蚀研究中的应用进展,并对今后的研究方向提出一些建议。     

水稻对氮素的吸收、分配及其在组织中的挥发损失

应用¹⁵N示踪技术研究了水稻不同生育期吸收的¹⁵N在各器官中的分配,以及后期植物组织中的挥发损失。结果发现,水稻在分蘖期吸收的氮量少于在幼穗分化期吸收的氮量;在分蘖期吸收的¹⁵N,标记结束时氮素主要分配于水稻的叶片中,至成熟期¹⁵N有39%转运至水稻子粒中;水稻在幼穗分化期吸收的¹⁵N,标记结束时氮素主要分配在水稻茎和叶鞘中,至成熟期¹⁵N有46%转运至水稻的子粒中;水稻在分蘖期和幼穗分化期吸收的氮素在后期可以通过植株组织挥发损失,至成熟期损失的比例分别达16.7%和13.4%。     

盆栽条件下三种植物对污染土壤中放射性铯的吸收试验

温室盆栽条件下,在134Cs污染土壤中移栽酸模、戟叶酸模和向日葵3种植物,对其地上部放射性铯积累量的动态变化进行了研究。结果表明,向日葵地上部生物量显著高于酸模和戟叶酸模;处理50d时,向日葵地上部134Cs比活度在3种植物中达到最高,而在处理70d时,酸模地上部134Cs的比活度达到最高;处理70d时,酸模、戟叶酸模和向日葵对134Cs的富集系数均大于1,分别达到1.5、1.4和1.3,且前2种植物继续保持快速上升的趋势。3种植物对铯污染土壤具有一定的忍耐性,并具有较强的从土壤向植物转移铯的能力;在本实验期内（70d）向日葵对土壤中放射性铯的剔除能力最强,而酸模和戟叶酸模则具有更强的铯转移能力。因此,3种植物在对放射性铯污染的土壤进行植物修复时具有一定的应用价值;同时,对于放射性铯和重金属复合污染的土壤也具有修复潜力。