桂林岩溶土壤和植被的稳定碳同位素组成及季节性变化特征

【目的】以桂林岩溶土壤为例,通过长期监测岩溶土壤及植被有机碳的δ13C值,研究其稳定碳同位素组成及季节性变化特征,为我国南方岩溶地区碳循环途径提供科学依据。【方法】选择3个试验点,定期采集土壤及优势种植被黄荆和檵木样品,测定有机碳含量和δ13C值。【结果】土壤有机碳的δ13C值具有明显的季节性变化特征,范围在-27.50‰～-17.92‰;优势种黄荆和檵木其各部位有机质的平均δ13C值范围为-28.23‰～-25.15‰,而土壤中有机碳的δ13C值范围为-22.32‰～-19.00‰;土壤有机碳的含量表现为洼地灌木丛〉坡地灌木丛〉洼地灌草丛,且都为表层土（0～5cm）〉深层土（10～20cm）。【结论】土壤有机碳的δ13C值变幅较大,但坡地灌木丛、洼地灌木丛和洼地灌草丛三者的变化规律并不一致;总体上土壤δ13C值随土层深度的增加而逐渐减小,表明土壤有机碳的δ13C值明显高于当地植被有机碳的δ13C值。     

Foliar Values and Water Use Efficiency of Semi-arid Plants in Horqin Sandy Land,China

Water was a key factor restricting the plantation in sandy areas.Foliar δ13C value regarded as an indicator of longterm water use efficiency (WUE) of plants was generally used to evaluate the adaptability of plants to arid and semi-arid environment.In Horqin sandy land of China,the foliar δ13C values of 114 species in 35 families naturally growing in the area,and 15 species of sand-fixing trees and shrubs were measured and analyzed in 2012.The results showed that 97 species in all 114 species were C3 plants and only 17 species were C4 plants.Most C4 plants belonged to Gramineae family.The foliar δ13C value of C3 plants was between-25.000 and-31.075‰ with an average of-28.226‰,while those of C4 plants between-12.578 and -16.334‰,with an average of-13.678‰.The δ13C values of mature leaves collected in August were averagely 0.85‰ less than that of juvenile leaves collected in June.The foliar δ13C values and WUE of 15 sand-fixing tree species in Horqin sandy land ranked in the order as:S.vulgaris ＞H.rhamnoides ＞C.ovata ＞P.mongolica ＞ T.chinensis ＞R.typhina ＞S.matsudana ＞E.angustifolia ＞U.pumila ＞S.gordejevii ＞X.sorbifolia ＞C.microphylla ＞H.fruticosum ＞C.korshinskii ＞E.bungeanus.     

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。     

小麦籽粒氨基酸碳氮稳定同位素的测定与分析

 【目的】利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱仪（gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometry,GC-C-IRMS）测定小麦籽粒氨基酸碳氮稳定同位素组成。【方法】以小麦临汾50744为材料,水解得到其籽粒蛋白质氨基酸,将氨基酸标准样品以及小麦籽粒氨基酸衍生化为N-新戊酰基,O-异丙醇（N-pivaloyl-isopropyl,NPP）氨基酸酯,利用GC-C-IRMS测定其碳氮稳定同位素组成。【结果】氨基酸标准样品的碳氮同位素组成分析表明,NPP氨基酸酯的平均重现性δ13C为0.47‰,δ15N为0.28‰,并没有产生大的同位素分馏,因此δ13C和δ15N都能得到满意的测定结果。运用GC-C-IRMS测定了小麦临汾50744籽粒蛋白质氨基酸的稳定碳氮同位素的自然丰度,其中δ13C的变化范围在-28.7‰到-34.7‰,δ15N的变化范围为-6.2‰到9.5‰。采用系统聚类分析进行分类,根据δ13C可以将氨基酸分为两类;根据δ15N可以将氨基酸分为三类。【结论】运用GC-C-IRMS结合NPP氨基酸酯衍生物可以测定小麦籽粒氨基酸的稳定碳氮同位素,这对于揭示氨基酸代谢途径的差异以及逆境胁迫下氨基酸的合成差异具有重要的意义。     

Large variations in Southern Hemisphere biomass burning during the last 650 years

We present a 650-year Antarctic ice core record of concentration and isotopic ratios (δ(13)C and δ(18)O) of atmospheric carbon monoxide. Concentrations decreased by ~25% (14 parts per billion by volume) from the mid-1300s to the 1600s then recovered completely by the late 1800s. δ(13)C and δ(18)O decreased by about 2 and 4 per mil (‰), respectively, from the mid-1300s to the 1600s then increased by about 2.5 and 4‰ by the late 1800s. These observations and isotope mass balance model results imply that large variations in the degree of biomass burning in the Southern Hemisphere occurred during the last 650 years, with a decrease by about 50% in the 1600s, an increase of about 100% by the late 1800s, and another decrease by about 70% from the late 1800s to present day.     

液相色谱-同位素质谱法鉴定蜂蜜掺假

[目的]探讨液相色谱-同位素质谱法(LC-IRMS)技术在蜂蜜掺假鉴定中的应用效果。[方法]采用LC-IRMS法检测随机抽样的62个蜂蜜样品,对蜂蜜中果糖(Fru)、葡萄糖(Glu)、二糖和三糖δ~(13)C值进行测定。[结果]由于真实蜂蜜中果糖、葡萄糖、二糖和三糖的δ~(13)C的最大值与最小值的差值小于2.1‰,果糖、葡萄糖的δ~(13)C差值(δ~(13)CFru-δ~(13)CGlu)为-1‰~1‰,且不得含有寡糖,所以该次检测样品中有48.38%的蜂蜜不合格,掺假掺杂以添加C-3植物源转化产物和淀粉糖浆为主,应加强对这类掺假的监控管理。[结论]LC-IRMS实现了蜂蜜中各种糖组分如果糖、葡萄糖、二糖和三糖等δ~(13)C的分离与分析,可进行添加了C-3糖浆的掺假鉴定,大大提高了蜂蜜掺假的检测能力。     

基于碳氮稳定同位素技术探究太湖北部湖区鲢、鳙食性差异

为探究太湖北部湖区4个不同水域鲢Hypophthalmichthys molitrix、鳙Aristichthys nobilis食性的差异,运用碳氮稳定同位素技术对太湖竺山湖、月亮湾、三国城和乌龟山水域的鲢、鳙、悬浮颗粒有机物(SPM)和水华蓝藻的δ13C和δ15N值进行了分析研究。结果表明:各个湖区SPM与水华蓝藻的δ13C差值为0.1‰~1.5‰,δ15N差值为0.3‰~1.6‰,单因素方差分析表明,SPM与水华蓝藻的δ13C和δ15N值均无显著性差异(P0.05),说明SPM主要组分是水华蓝藻;水华蓝藻的δ15N值为12.8‰~15.8‰,均高于污染较小水域浮游植物的δ15N值(2‰~8‰),说明这4个水域氮源污染仍比较严重;鲢、鳙的食性在4个水域内有一定的差异,除乌龟山水域鲢、鳙营养级有显著性差异(P0.05)外,其他水域鲢、鳙的营养级均无显著性差异(P0.05)。研究表明,竺山湖、月亮湾、三国城3个水域鲢、鳙在水华蓝藻爆发高峰期食物组成相似,摄食以水华蓝藻为主;月亮湾水域鲢、鳙的营养级均高于其他3个水域,可能是由于该水域的鲢、鳙在摄食蓝藻的同时,也摄食了少量的浮游动物,但对于其具体食物组成仍需要进一步研究。本研究结果能帮助揭示太湖北部不同水域鲢、鳙的主要食物来源为悬浮颗粒有机物,并分析悬浮颗粒有机物的主要来源为水华蓝藻,进而能够为利用鲢、鳙控藻和水资源的可持续利用提供一定的理论依据。     

Carbon isotope constraints on the deglacial CO₂ rise from ice cores

The stable carbon isotope ratio of atmospheric CO(2) (δ(13)C(atm)) is a key parameter in deciphering past carbon cycle changes. Here we present δ(13)C(atm) data for the past 24,000 years derived from three independent records from two Antarctic ice cores. We conclude that a pronounced 0.3 per mil decrease in δ(13)C(atm) during the early deglaciation can be best explained by upwelling of old, carbon-enriched waters in the Southern Ocean. Later in the deglaciation, regrowth of the terrestrial biosphere, changes in sea surface temperature, and ocean circulation governed the δ(13)C(atm) evolution. During the Last Glacial Maximum, δ(13)C(atm) and atmospheric CO(2) concentration were essentially constant, which suggests that the carbon cycle was in dynamic equilibrium and that the net transfer of carbon to the deep ocean had occurred before then.     

Isotopic evidence for massive oxidation of organic matter following the great oxidation event

The stable isotope record of marine carbon indicates that the Proterozoic Eon began and ended with extreme fluctuations in the carbon cycle. In both the Paleoproterozoic [2500 to 1600 million years ago (Ma)] and Neoproterozoic (1000 to 542 Ma), extended intervals of anomalously high carbon isotope ratios (δ(13)C) indicate high rates of organic matter burial and release of oxygen to the atmosphere; in the Neoproterozoic, the high δ(13)C interval was punctuated by abrupt swings to low δ(13)C, indicating massive oxidation of organic matter. We report a Paleoproterozoic negative δ(13)C excursion that is similar in magnitude and apparent duration to the Neoproterozoic anomaly. This Shunga-Francevillian anomaly may reflect intense oxidative weathering of rocks as the result of the initial establishment of an oxygen-rich atmosphere.     

土壤浸提液中硝酸盐氮氧同位素组成的反硝化细菌法测定

本研究优化了采用反硝化细菌法同时测定土壤浸提液中硝酸盐氮氧同位素组成的方法。在已有研究结果的基础上,通过采用5000~8000 r·min-1的转速离心、高纯氮气吹扫1 h、减少加样量及改造仪器自动进样器等措施对已发表方法进行了优化。对国际标准样品USGS34的分析表明,0.1~0.8μg NO-3-N样品量即可以得到较稳定、准确的测定值和校正值;同一时间内制备的硝酸盐δ15N的SD介于0.05‰~0.09‰之间,δ18O的SD介于0.28‰~0.48‰之间;在三个月之内δ15N和δ18O的测定值基本一致,表明该方法具有较好的准确度、精密度和稳定性。通过研究浸提剂、保存条件以及加热对测定土壤浸提液中硝酸盐氮氧同位素组成的影响,结果表明:常用的去离子水、KCl、Ca Cl2可能都含有微量的硝酸盐,随着加样量增大,浸提剂中含有的硝酸盐可能就会影响δ15N和δ18O的测定;对于土壤硝酸盐的浸提液,冷冻保存效果较好,保证了土壤硝酸盐氮氧同位素的准确性和稳定性;尽管加热对硝酸盐标准样品USGS34和IAEA-NO3的δ15N没有显著影响,但δ18O显著升高,说明加热易引起氧同位素分馏;而土壤硝酸盐浸提液样品加热前后的δ15N和δ18O的测定值没有显著变化,因此为避免产生氧同位素分馏和节省测试时间,建议同时测定土壤浸提液硝酸盐δ15N和δ18O时直接和反硝化细菌反应。应用本方法对不同肥料处理田间土壤浸提液硝酸盐的氮氧同位素组成进行了测定。     

基于18O稳定同位素对银川平原北部4种灌木夏季水分利用特征研究

为了分析银川平原北部4种灌木对不同水源的利用特征,测定了20年生多枝柽柳(Tama-rix ramosissima)、3年生多枝柽柳、3年生宁夏枸杞(Lycium barbarum)和3年生四翅滨藜(Atri-plex canescens)木质部水及不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18 O),应用同位素线性混合模型估算了不同灌木对不同水源的利用率。结果表明:不同深度土壤水δ18 O值存在较大差异,并呈规律性变化。表层(0～5cm)土壤水δ18 O值较井水δ18 O值偏正,说明其受蒸发影响较大。120～140cm土层δ18 O值最正,说明该土层同位素分馏作用最大。140～200cm土壤水受蒸发影响最小,土壤水δ18 O与井水最为接近。3年生多枝柽柳、3年生宁夏枸杞、3年生四翅滨藜的木质部水δ18 O值分别为-8.62‰、-8.64‰和-9.23‰,均比20年生多枝柽柳木质部水δ18 O(-9.40‰)偏正。用Iso-Source软件计算的结果显示20年生多枝柽柳和3年生四翅滨藜对地下水和表层土壤水(0～5cm)的利用程度较高,分别利用11.6%和9.3%的地下水,18.2%和14.6%的表层水。3年生多枝柽柳和3年生宁夏枸杞对40～120cm土层水分利用程度较高,分别为93.8%和92.3%。     

北方设施蔬菜种植区地下水硝酸盐来源分析——以山东省惠民县为例

【目的】以华北平原典型集约化设施蔬菜种植区山东省惠民县为研究对象,分析浅层地下水硝酸盐的含量状况并追溯其来源。【方法】多点采集设施蔬菜种植区土壤、肥料及地下水样品,利用稳定性同位素技术识别地下水氮污染的可能来源。【结果】结果表明,蔬菜大棚区浅层地下水硝态氮含量为25.3—279.6mg·L-1,平均为121.6mg·L-1,87%的样品硝态氮含量超过50mg·L-1;较集中分布在50—70mg·L-1和170—190mg·L-1区间,含量最高的点位超标高达27倍;5种蔬菜大棚地下水硝态氮的含量依次为:黄瓜芹菜-辣椒和辣椒芹菜-黄瓜和芹菜-番茄。研究区域内土壤的δ15N值在1.96‰—7.38‰之间,化肥(尿素、复混肥等)在0.2‰—0.6‰之间,动物粪便(农家肥、厩肥)在7.3‰—16.87‰之间;地下水样的δ15N值变化在-0.01‰—15.91‰之间,平均为6.75‰±3.15‰,随NO3--N含量减少地下水δ15N值未呈现增加趋势,该研究区域内地下水反硝化作用较弱。【结论】蔬菜棚区内浅层地下水硝态氮污染十分严重,受人为因素干扰很大;硝酸盐主要来源为土壤有机氮,其次为动物粪便。     

不同桉树品种稳定碳同位素研究

测定了10个不同品种桉树的叶、枝干、根的稳定碳同位素(δ13C值)。结果表明,同种桉树的叶、枝干、根的δ13C值差异显著且依次降低。δ13C值在无性系之间差异显著,叶、枝干δ13C值在种间差异不显著,根的δ13C值在种间差异显著。各个器官的δ13C值和植物半致死温度之间的相关性都在0.3以下,因此δ13C值能否作为品种或抗寒性的判定指标,还需要对δ13C值和其他抗寒性指标的关系做进一步的研究。     

Large delta¹³C gradients in the preindustrial North Atlantic revealed

The carbon isotopic composition ((13)C/(12)C, expressed as δ(13)C) of fossil foraminifera is the primary tracer used to infer changes in past ocean ventilation, and its variations are interpreted by using the modern oceanic δ(13)C distribution as a framework. However, the present ocean δ(13)C distribution is strongly overprinted by isotopically light anthropogenic carbon dioxide. A correction for this oceanic C-13 Suess effect in the North Atlantic (NA) shows that the pristine NA δ(13)C distribution has a richer and more detailed structure that is more clearly related to water mass distributions. Our results revise some fundamental perceptions regarding glacial-interglacial ocean δ(13)C differences and allow paleo-δ(13)C variations to be understood within the context of modern climate variability.     

洞穴新生碳酸钙碳同位素对地表石漠化的指示意义

[目的]研究洞穴新生碳酸钙碳同位素对地表石漠化的指示意义。[方法]采用质谱仪分别测定了贵州中西部洞穴沉积物中δ18O、δ13C值及植被、土壤样品中δ13C值。[结果]洞穴沉积物δ13C值与地表植被覆盖率有关;冰期的δ13C较重,说明降雨量的减少会导致植被的减少;间冰期时段,较老δ13C之间相似,但与新生碳酸钙的δ13C差异较大,说明现代的人类活动对植被的影响比自然因素变化的影响更明显;洞穴沉积物δ13C值基本反映了地表植被、土壤中有机碳δ13C值的变化,植物覆盖率和植被类型是影响洞穴沉积物δ13C值重要因素,地表石漠化的等级越高,洞穴沉积物中δ13C值越重。[结论]洞穴沉积物δ13C记录为研究石漠化演变奠定了理论基础。     

植物δ~(13)C与土壤盐分的关系研究综述

稳定碳同位素组成(δ13C)综合反映了植物的生理生态特征,可用于研究植物生理与生态环境之间的关系。大多数研究认为植物δ13C值随盐度增加而变重。盐分主要通过影响C3植物叶片气孔传导、光合作用等生理活动,使植物δ13C值发生变化。而有些植物为适应盐分胁迫可能发生光合途径的转换,使C3代谢转换成C4或CAM代谢,导致植物某些器官的δ13C值发生变化,而植株整体δ13C值变化较小。由于植物δ13C与土壤盐分的关系还受其他环境因素的影响以及室内试验的有限性,因此进一步扩大盐度梯度范围,延长盐处理时间以及开展大田试验显得很有必要。     

Lithium isotope history of Cenozoic seawater: changes in silicate weathering and reverse weathering

Weathering of uplifted continental rocks consumes carbon dioxide and transports cations to the oceans, thereby playing a critical role in controlling both seawater chemistry and climate. However, there are few archives of seawater chemical change that reveal shifts in global tectonic forces connecting Earth ocean-climate processes. We present a 68-million-year record of lithium isotopes in seawater (δ(7)Li(SW)) reconstructed from planktonic foraminifera. From the Paleocene (60 million years ago) to the present, δ(7)Li(SW) rose by 9 per mil (‰), requiring large changes in continental weathering and seafloor reverse weathering that are consistent with increased tectonic uplift, more rapid continental denudation, increasingly incongruent continental weathering (lower chemical weathering intensity), and more rapid CO(2) drawdown. A 5‰ drop in δ(7)Li(SW) across the Cretaceous-Paleogene boundary cannot be produced by an impactor or by Deccan trap volcanism, suggesting large-scale continental denudation.     

饲料中C3植物含量对牛组织中稳定同位素碳、氮组成的影向

研究了饲料中C3植物含量不同时对牛不同组织中稳定性同位素碳、氮组成的影响。18头12~14月龄的青年牛随机分为6组,分别饲喂C3植物含量为50.0%、60.0%、70.0%、80.0%、90.0%、100.0%的饲料,132 d后屠宰。利用同位素比值质谱仪测定了牛尾毛、脱脂牛肉、粗脂肪、各种饲料的δ13C和δ15N值。结果表明,牛组织中碳同位素主要受饲料的影响,牛尾毛、脱脂肌肉、粗脂肪中的δ13C值随着C3植物含量在牛饲料中的比例增大而降低,并且均与C3植物含量呈极显著的负相关关系,用牛组织中的δ13C值可以预测饲料中C3植物所占的比例。牛组织中的氮同位素一定程度上受饲料因素的影响,但未随C3植物含量呈现规律性变化。牛不同组织中δ13C和δ15N与饲料之间的富集或贫化比例与其他报道并不一致。     

哥斯达黎加海域茎柔鱼角质颚稳定同位素研究

头足类的角质颚具有结构单一和不易腐蚀的特性,其稳定同位素分析已成为头足类生态学研究的主要方法之一。根据2009年7-8月我国鱿钓船在哥斯达黎加外海捕捞的茎柔鱼样本,对其角质颚进行稳定同位素分析,探讨其与胴长、日龄、性腺成熟度等之间的关系。结果表明,茎柔鱼样本的胴长范围在25.6～35.8 cm之间,体重范围在447.6～1 122.3 g之间,为小型群体;上、下角质颚的δ13C和δ15 N有所差别,但无显著性差异（P〉0.05）;δ13C和δ15N值随着胴长和日龄的增大而增大,两者均符合线性关系;不同性成熟度的个体也有着不同的δ13C和δ15 N值,其中性成熟度为Ⅲ期个体的值最大。δ13C和δ15N值反应出茎柔鱼在生长过程中,其栖息环境从大陆架向大洋转变,活动范围也向着生产力更高的海域聚集,同时与性成熟和个体生长过程密切相关。建议今后应结合研究海域的浮游生物,对角质颚等不同硬组织及其不同部位稳定同位素进行深入分析,以便为了解和掌握茎柔鱼的生态学提供理论参考。     

毛乌素沙地4种典型植物叶片凝结水吸收能力及其水分生理响应

[目的]明确毛乌素沙地4种典型植物沙蓬、软毛虫实、刺藜和苦豆子的叶片凝结水吸收能力,阐明植物叶片对凝结水浸润的水分生理响应.[方法]将受试植物置于用高丰度氘水配置的人工标记凝结水环境中,进行凝结水浸润处理,通过比较处理组和对照组植物叶水、根水及根际土壤水的稳定氢同位素丰度变化,确定受试植物叶片是否具有吸水能力,示踪叶片...