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。     

N2O产生法测定土壤无机态氮15N丰度

用化学方法分别将土壤中微量的铵、硝酸盐和亚硝酸盐转化为N2O气体,然后用带自动预浓缩装置的同位素比值质谱仪测定N2O中的15N丰度.N2O中的15N丰度测量值完全符合铵、硝酸盐和亚硝酸盐的15N参考值.方法快速、简单和准确,不受空气氮的污染.特别是方法的检测限很低,每批次样品中只需含5～ 20μg N.它将有助于土壤氮素的矿化作用、硝化作用和反硝化作用的研究.     

大气浓度下N2O、CH4和CO2中氮、碳和氧稳定同位素比值的质谱测定

利用一种带全自动预GC浓缩接口(PreCon)的同位素质谱计,可以高精度地测定大气浓度下N2O、CH4或CO2中的碳、氮、氧稳定性同位素比值。本文就采样、浓缩和质谱测定技术进行了一系列方法试验,测得的结果准确可靠,证实方法是可行的。其可应用于空气质量监测、以及大气化学、植物的呼吸作用和土壤气体发生的研究。     

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。     

样品前处理对斑头雁组织稳定同位素碳、氮比值的影响

为了更好地确定不同处理方法对样品稳定同位素分析的影响,以斑头雁(Anser indicus)为研究对象,对比了不同酸化条件、干燥方法和粉碎形式对组织材料稳定同位素碳、氮比值的影响。结果表明,不同温度和盐酸浓度对卵壳δ1 3C值有影响,80℃较40℃、60℃条件下得到的卵壳δ1 3C值富集,3 mol·L-1HCl较1、5 mol·L-1HCl浓度条件下得到的卵壳δ1 3C值贫化;冷冻干燥和烘干2种干燥方法对肌肉稳定同位素δ1 3C、δ15N的影响均未达到显著水平,液氮研磨和直接剪碎2种粉碎形式下测得的羽毛δ1 3C、δ15N值差异不显著。本研究为使用稳定同位素技术开展鸟类学相关研究提供了参考依据。     

施氮量对嘎啦幼苗~(15)N、~(13)C分配利用特性影响

【目的】采用15N、13C同位素示踪技术,通过对不同施氮量下嘎啦幼苗生长状况及氮、碳分配、利用特性等的研究,以期为苹果生产合理施肥提供依据。【方法】将2年生盆栽嘎啦幼苗进行低、中、高三个氮水平处理,同时进行15N标记。在新梢旺长初始期、新梢旺长期、新梢缓长期分别进行整株13C标记,72小时后,整株解析为叶、梢、根三部分,进行15N、13C测定。样品全氮用凯氏定氮法测定,15N丰度用ZHT-03质谱计测定。13C丰度用DELTA V Advantage同位素比率质谱仪测定。【结果】1)中、高氮水平的施肥处理可在不同程度上提高整株及叶片干物质量和新梢长度。新梢旺长初始期和新梢缓长期嘎啦幼苗整株干物质量、新梢旺长期叶片干物质分配比率在中、高氮水平处理间差异不显著,中氮水平经济有效。新梢旺长期以后新梢长度以中氮高氮低氮,三者间差异性显著,中氮处理有利于新梢生长。2)在新梢旺长初始期,低氮处理植株叶片15N分配率达50%,比其他处理高出13个百分点左右,表明低氮处理更多的氮被叶片所利用,中氮和高氮处理间差异不显著,说明在本试验施氮条件下中氮供应水平已能满足氮素营养需求。3)新梢旺长期和新梢缓长期幼苗13C固定量均以中氮处理最高,新梢旺长初始期3个处理间根系13C分配率中氮高氮低氮,表明中氮处理有利于碳同化物在嘎啦幼苗中的分配。4)不同施氮量处理的嘎啦幼苗,15N利用率随施氮水平提高而降低,高氮处理对碳同化物分配没有显著贡献。【结论】低、中、高氮不同处理新梢缓长期碳同化物在各器官间的分配比较均衡,氮素水平不能影响碳同化物的分配。盆栽试验表明,中氮水平在保证营养供应的同时,能够促进新梢生长和树势健壮。     

温带针阔叶林土壤有机碳动态和微生物群落结构对有机氮添加的响应特征

森林生态系统土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)转化和碳储量动态对大气氮沉降增加的响应是具有特异性的,取决于土壤初始氮状态、施氮类型、剂量与持续时间。过去相关研究主要集中在无机氮沉降效应方面,对有机氮沉降如何影响温带针阔混交林SOC及其组分含量尚不清楚,鲜有研究关注氮素富集条件下SOC变化的微生物学机制。以长白山温带针阔混交林为研究对象,设置4个尿素添加水平(0、40、80、120 kg·hm~(–2)·a~(–1),以N计,下同)的原位控制试验。施肥三年后,采集0～10 cm矿质层土壤样品,测定土壤不同形态氮含量、土壤团聚体比例和不同粒径SOC含量;利用磷脂脂肪酸(PLFA)技术测定土壤微生物不同种群相对丰度与群落结构,探讨SOC含量变化与微生物群落变化之间的相关关系。结果表明,施氮三年显著增加了土壤NO_3~--N、DON和TN含量,土壤酸化明显。施氮虽然未显著增加表层土壤总SOC含量,但是显著增加活性SOC组分(颗粒态有机碳和团聚体结合态有机碳)含量,增幅介于27.5%～96.3%,导致SOC组分发生累积的大气氮沉降临界负荷为80kg·hm~(–2)·a~(–1)以N计下同。SOC含量的变化(ΔSOC)与团聚体结合态有机碳、颗粒态有机碳含量的变化正相关。除好氧细菌丰度外,施氮总体上未改变微生物种群丰度,但是显著改变了微生物的群落结构,革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌(G+/G–)丰度比例增加而好氧/厌氧细菌(A/AN)丰度比例下降。有机氮富集倾向于促进温带针阔混交林土壤团聚体的形成,局域产生厌氧微环境,好氧/厌氧细菌(A/AN)丰度比例下降。活性SOC组分含量、土壤团聚体百分比和微生物PLFA丰度之间显著相关,暗示微生物群落结构与SOC积累和稳定之间关系密切。上述研究结果表明,氮素富集会改变温带针阔混交林土壤微生物群落结构,进而导致土壤碳积累。     

储存条件对气态和液态样品15N丰度的影响

摘 要：15N稳定同位素技术已经广泛应用于土壤、水体氮循环研究中,不同形态样品的15N丰度是该类研究的关键数据。样品储存是实验过程中最基础也是极其重要的一步,储存过程中的不确定性可能影响样品15N丰度。以不同气态和液态样品为对象,研究储存容器、温度、时间、样品前处理等因素对样品15N丰度的影响。结果表明：对于气态样品,铝箔气袋稳定储存N2O样品的时间很短,在第10天15N丰度就明显发生变化;而螺口顶空瓶+丁基塞和钳口顶空瓶+丁基塞稳定储存时间可长达200天左右。对于自然丰度的土壤浸提液, NO3－的15N丰度在4 ℃和－20 ℃下可稳定储存10天无明显变化,储存30天则明显变化;而NH4+的15N丰度在－20 ℃下可稳定储存60天后才有明显变化,但在4 ℃下只能稳定储存10天。对于15N富集的土壤浸提液,NO3－的15N丰度在稳定储存160 天后发生变化;但其NH4+的 15N丰度在－20 ℃下仅能稳定储存30 天,4 ℃下仅能稳定储存10天。对于自然丰度的河水样品,其NO3－和NH4+的δ15N值在4 ℃或－20 ℃下稳定储存10天后均发生变化。储存条件会显著影响气态和液态样品的15N丰度,这些研究结果为15N稳定同位素研究中样品储存提供了科学依据。     

稳定性同位素碳、氮在牛不同组织中的变化规律

稳定同位素分析是追溯食品来源的一种有效技术。本文主要探讨了在相同的饲养条件下,牛不同组织中碳、氮同位素组成的变化情况以及品种对其的影响。利用同位素比率质谱仪测定了不同部位脱脂牛肉、不同部位粗脂肪、牛尾毛、血液、肝脏及饲料中的δ13C值和δ15N值,并进行了统计分析。结果表明,品种因素不影响组织中的碳、氮同位素组成;肌肉不同部位、血液、肝脏、牛尾毛之间的δ13C值无显著差异,而肝脏中的δ15N值极显著地高于其它组织;不同部位粗脂肪间的δ13C值也无显著差异。结果说明稳定性同位素碳、氮在牛不同组织中的分馏效应是不一致的。     

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。     

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。     

Effect of season and variety on the differentiation of geographic growing origin of pistachios by stable isotope profiling

The objectives of this study were to demonstrate if seasonal or variety differences affected the feasibility of stable isotope profiling methods to differentiate the geographical growing regions of pistachios (Pistachia vera). Bulk carbon and nitrogen isotope analyses of approximately 150 pistachios samples were performed. Isotope ratios were determined using a stable isotope mass spectrometer. The pistachio samples analyzed were from the three major pistachio-growing regions: Turkey, Iran, and the United States (California). Geographic regions were well separated on the basis of isotope ratios. Seasonal effects were found to affect some isotopes for some regions. Pistachio varieties within specified geographic regions were not found to affect the discriminating power of stable isotopes, for the varieties tested. This paper reports the development of a simple chemical profiling method using bulk stable isotope ratios that may be widely applied to the determination of the geographic origin of foods.     

Nitrogen turnover in soil after application of animal manure and slurry as studied by the stable isotope 15N: A review

In the last decades many aspects of nitrogen turnover have been studied by ¹⁵N methods. In this article contemporary ¹⁵N tracer as well as natural ¹⁵N abundance methods for the study of animal manure turnover are briefly reviewed. The nitrogen dynamics after application of farmyard manure and slurry are elucidated. Here, emphasis was put on results from ¹⁵N stable isotope work in the fields of nitrogen immobilization, nitrogenous trace gas emissions, turnover of organic nitrogen fractions, and finally plant uptake. Added nitrogen interactions, which must be considered when interpreting ¹⁵N studies, are discussed. Finally promising research fields for the use of stable isotopes are outlined.     

样本干燥方法对甜瓜稳定同位素分析及产地溯源的影响

为了评估制样方法对高含糖量甜瓜样本轻稳定同位素分析的影响,本研究以甜瓜果皮、果肉匀浆样本为材料,分别采用热风喷粉干燥、真空冷冻干燥(-80℃,24 h)、真空微波干燥(2 min)、真空直接烘干(60℃,24 h)制备干燥样本,所有样本研磨制备精细粉末用于碳、氮、氢、氧稳定同位素比率(δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O)分析。对比4种方式制备样本在低温(-20℃)干燥箱存储60 d内重复测定结果的稳定性。结果表明,4种方式制备的高糖甜瓜果肉精细粉末极易吸湿潮解而干扰其δ²H、δ¹⁸O的测定,存储期长时样本值差异显著(P<0.05)。其中,真空冷冻干燥方式制备的瓜皮样本4种稳定同位素比率测定结果更稳定。真空冷冻干燥方式制样更易将甜瓜组织细胞壁破解后剩余的水分完全干燥,精细粉末样本在储藏过程中表现得更稳定,在不同储藏期的检测结果一致性高。通过对真空冷冻干燥方式制样的果皮样本稳定同位素比率进行偏最小二乘判别分析(PLS-DA)建模,区分新疆、广西、海南3个产地的58份甜瓜样本,判别准确度分别为100%、98.7%、89.1%。结果证明,真空冷冻干燥制备甜瓜果皮稳定同位素分析可以作为其产地确证的可靠方法,溯源模型可用于确证甜瓜原产地标签标识、保护地理标志产品。本研究为提升甜瓜产地溯源提供了新策略。     

Assessment of the mobility and time of renewal of the densimetric fractions of organic matter in chestnut soils from the ratio of stable carbon isotopes

The results of experimental studying of the organic matter status in soils using methods of granulodensimetric fractionation and the geochemistry of the stable carbon and nitrogen isotopes are presented. The organic and organomineral matter in chestnut soils representing a chronoseries—stages of natural changes in the vegetation with different carbon isotope compositions—were investigated. The organomineral fractions and fractions of free organic matter were distinguished, the changes in their proportion due to the changes in the vegetation were analyzed, and the residence time of the carbon in the organic matter of the fractions was assessed.     

土壤磷酸盐氧同位素分析方法和应用研究进展

在一定温度下磷酸盐和周边水体氧的同位素分馏仅受生物活动控制,因此磷酸盐氧同位素成为生态系统中磷源和磷循环研究的良好示踪剂。介绍了磷酸盐氧同位素研究应用的理论基础和近几年来针对土壤富含有机质,氧元素来源多样的特点发展起来的土壤磷酸盐氧同位素的分析和纯化方法,综述了磷酸盐氧同位素在土壤磷源示踪和磷循环应用研究中的初步进展,并提出目前研究存在的局限和对未来工作的展望。     

元素分析-同位素比值质谱法同时测定蔬菜中碳、氮同位素的前处理方法优化

为探究过筛目数和热风干燥对蔬菜中碳、氮同位素的影响规律,本试验在验证了基于CO₂稀释的元素分析-同位素比值质谱(EA-IRMS)法可靠性的基础上,研究了过筛目数(20、40、60、80、100、200目)、杀青(105℃,30 min)与未杀青处理、热风干燥温度(45、60、75℃)对6种蔬菜(菠菜、豇豆、韭菜、莲藕、茄子、马铃薯)δ¹³C、δ¹⁵N值的影响。结果表明,以89%CO₂稀释比例下EA-IRMS同时测定δ¹³C、δ¹⁵N值的标准偏差满足检测精度要求;当过筛目数超过80目时,6种蔬菜样品的δ¹³C、δ¹⁵N值均趋于稳定且达到测定精度要求;以真空冷冻干燥处理所测的δ¹³C、δ¹⁵N值为参照,采用不同热风干燥温度(45、60和75℃)处理的茄子、菠菜、莲藕和杀青后韭菜中δ¹³C、δ¹⁵N值均无显著差异,但未杀青的韭菜在45℃热风干燥后其δ¹³C、δ¹⁵N值与参照值之间有显著差异(P<0.05),且热风干燥处理的豇豆(δ¹³C和δ¹⁵N值)和马铃薯(δ¹³C值)与参照值相比也表现出不同程度的差异。因此,采用89%CO₂稀释比例下EA-IRMS法同时测定蔬菜中δ¹³C、δ¹⁵N值是可行的;蔬菜样品在进行碳、氮同位素测定前应以不低于80目的过筛处理。茄子、菠菜、莲藕和韭菜蔬菜样品在制备过程可采用热风干燥方式,其中韭菜需进行杀青处理,而豇豆、马铃薯则建议采用真空冷冻干燥方式。本研究为蔬菜样品中碳、氮同位素同时测定及样品制备提供了一定的参考。     

Microbial phospholipid biomarkers and stable isotope methods help reveal soil functions

This review targets microbial phospholipid biomarkers, their isotope analysis and their ability to reveal soil functions. The amount and composition of phospholipid fatty acids (PLFAs) measured in environmental samples strongly depend on the methodology. To achieve comparable results the extraction, separation and methylation method must be kept constant. PLFAs patterns are sensitive to microbial community shifts even though the taxonomic resolution of PLFAs is low. The possibility to easily link lipid biomarkers with stable isotope techniques is identified as a major advantage when addressing soil functions. Measurement of PLFA isotopic ratios is sensitive and enables detecting isotopic fractionation. The difference between the carbon isotopic ratio of single PLFAs and their substrate (Δ¹³C) can vary between −6 and +11‰. This difference derives from the fractionation during biosynthesis and from substrate inhomogeneity. Consequently, natural abundance studies are restricted to quantifying substrate uptake of the total microbial biomass. In contrast, artificial labelling enables quantifying carbon uptake into single PLFAs, but labelling success depends on homogeneous and undisturbed label application. Current developments in microbial ecology (e.g. ¹³C and ¹⁵N proteomics) and isotope techniques (online monitoring of CO₂ isotope ratios) will likely improve soil functional interpretations in the future. ¹³C PLFA analysis will continue to contribute because it is affordable, sensitive and allows frequent sampling combined with the use of small amounts of ¹³C label.