基于氨基酸碳稳定同位素的黄渤海刺参产地溯源的研究

本研究利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱仪（GC-C-IRMS）测定黄渤海区域不同地区（辽宁、山东）刺参氨基酸的相对含量及其碳稳定同位素组成特征,探讨以这些指标作为海参产地溯源的可行性。测定结果显示,脯氨酸（F=4.13）、亮氨酸（F=9.08）、酪氨酸（F=8.78）的相对含量在两地之间存在显著差异,通过主成分分析法对氨基酸相对含量做降维处理后未能将两地海参做出明显区分;辽宁刺参氨基酸的δ13C值范围是-24.54‰~-11.87‰,山东刺参氨基酸的δ13C值范围是-27.36‰~-16.42‰,二者之间多数氨基酸的δ13C值呈现显著差异,选取其中的两种氨基酸Tyr和Ser的δ13C值作为指标,可明显区分二者。结果表明氨基酸的碳稳定同位素组成相比于其相对含量是作为区分辽宁、山东刺参更准确的指标。相关结论能为氨基酸的稳定同位素分析技术应用于刺参产地溯源研究提供理论依据。     

三峡库区蓄水175m对汉丰湖不同生物类群δ13C、δ15N值的影响

于2010年蓄水前(7月)和蓄水后(12月)应用稳定碳、氮同位素方法对汉丰湖食物网中初级生产者和消费者δ13C、δ15N值变化规律进行了调查分析.结果显示:汉丰湖初级生产者颗粒有机物(POM)、固着藻类和水生植物δ13C、δ15N值分别为-28.45‰~-24.78‰、3.72‰~5.76‰,-25.81‰~-21.22‰、3.23‰~4.81‰,-27.99‰~-23.74‰、8.06‰~12.48‰.从蓄水前到蓄水后初级生产者(POM、固着藻类、水生植物)δ13C、δ15N(除水生植物)值均呈现贫乏趋势;消费者δ15N值变化规律与初级生产者一致,但其δ13C值无明显变化;汉丰湖鱼类食物网营养级长度均为3级,消费者中杂食性鱼类居多其碳源主要来源于固着藻类.新形成的汉丰湖水生生态系统已经形成了相对稳定的食物网结构.     

南京地区大气PM2.5潜在污染源硫碳同位素组成特征

基于南京地区大气PM_(2.5)潜在污染源,采用EA-IRMS技术分别测定了样品中硫碳同位素组成,并分析不同污染源之间的关联性.结果表明,南京地区煤炭烟灰δ~(34)S值范围为1.8‰~3.7‰,δ~(13)C值范围为-25.50‰~-23.57‰;机动车尾气δ~(34)S值范围为4.6‰~9.7‰,δ~(13)C值范围为-26.32‰~-23.57‰;生物质烟灰δ~(34)S值范围为5.2‰~9.9‰,δ~(13)C值范围为-19.30‰~-30.42‰;扬尘δ~(13)C值为-13.45‰.南京地区煤炭烟灰颗粒物的硫同位素较轻,扬尘的碳同位素较重.对比国内外不同污染源δ~(34)S与δ~(13)C值,南京地区大气PM_(2.5)中的潜在污染源的δ~(34)S与δ~(13)C具有明显的区域性.因此,潜在污染源的δ~(34)S、δ~(13)C值可为南京地区大气PM_(2.5)的源解析提供同位素组成源谱支持.     

利用δ15N-NO3-和δ18O-NO3-示踪北京城区河流硝酸盐来源

为定量化识别北京城区河流硝酸盐来源,采用δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3双同位素示踪法对北京城区河流河水硝酸盐的氮氧稳定同位素组成进行分析,利用稳定同位素混合模型追溯北京城区河流硝酸盐来源,并评估各污染源的贡献率.结果表明:1北京河流无机氮污染以硝酸盐氮(NO~-_3-N)污染为主,且河流下游硝酸盐氮污染较为严重.2北京城区地表河流δ~(15)N-NO~-_3值范围为6.26‰~24.94‰,δ~(18)O-NO~-_3值范围为-0.41‰~11.74‰;下游δ~(15)N-NO~-_3值比上游大.3根据稳定同位素混合模型,北京河流中硝酸盐贡献率平均值分别为:粪肥及生活污水61.2%、土壤有机氮31.5%、大气沉降7.3%.     

浑河流域沈抚段氮素污染综合溯源研究

通过对浑河流域沈抚段水体样品和主要污染源样品采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及SIAR模型,统计分析研究区域氮素污染现状及氮素污染来源,绘制典型污染源的δ15N、δ18O特征分布图并估算其贡献率,准确追踪和定量外来性氮,从而更好地控制进入浑河流域的氮负荷.结果表明,浑河流域沈抚段受排污口、支流输入、工业废水的影响较大,氮素污染严重.研究区域δ15N值在-5.23‰~33.8‰范围内波动,δ18O值变化范围较大,为-4.12‰~61.54‰.工业废水对氮素贡献率为20.6%~96.3%,贡献率最高,其次是生活污水与粪便、化学肥料、土壤,贡献率分布范围分别为0.3%~29.4%、1.2%~33.5%、1.7%~30.1%,大气沉降对氮素贡献率最低,为0~7.2%.考虑大气污染及污废水排放规律能更准确的确定氮素的污染来源.     

不同组织碳、氮元素含量和同位素分馏特征研究—以抚仙湖草鱼、鱇浪白鱼为例

结合抚仙湖浮游植物、水生植物等样品, 对野生植食性草鱼(Ctenopharyngodon idellus)31个组织和野生肉食性鱇浪白鱼(Anabarilius grahami)17个组织样品碳、氮元素含量和稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N)进行了对比分析.结果显示, 鱼类不同组织的碳稳定同位素分馏效应显著, 草鱼不同组织δ¹³C分布范围为-20.66‰~-11.62‰, 极差为9.04‰, 鱇浪白鱼为-27.55‰~-19.71‰, 极差为7.84‰.而氮稳定同位素分馏较小, 草鱼δ¹⁵N分布范围为9.09‰~10.97‰, 极差为1.88‰, 鱇浪白鱼为7.91‰~12.51‰, 极差为4.60‰.同时, 草鱼和鱇浪白鱼不同组织δ¹³C值与对应C元素含量呈极显著的负相关关系, C含量每升高10%其δ¹³C值分别减少1.83‰和1.35‰, 反映了不同组织对C元素吸收及合成过程伴随着碳稳定同位素的明显分馏.不同组织在δ¹⁵N值与N元素含量的相关关系上不显著.进一步开展草鱼不同组织与肠含物的同位素对比分析显示, 草鱼背部肌肉组织与肠含物中苦草的碳、氮同位素分馏系数分别为0.40‰和2.66‰, 表明背部肌肉组织的碳、氮同位素组成对识别鱼类食性和确定营养级水平的可靠性.研究结果显示, 植食性草鱼和肉食性鱇浪白鱼具有较为稳定的食性特征, 可以用黏液的δ¹³C值和校正后的鳞片的δ¹⁵N值替代背部肌肉作为食性分析和确定营养级的类比指标.该研究表明, 鱼类组织碳、氮元素组成与同位素分馏特征可为识别云南高原湖泊的食物网结构和营养转移路径提供可靠的分析手段, 其中黏液、鳞片等非致命组织的替代性取样与同位素分析对于濒危鱼类的研究与保护具有较好的应用意义.     

脱甲河水系N2O关键产生过程及氮素来源探讨

开展氮素迁移转化研究有助于深入了解农业小流域氮循环过程,也可为小流域氮素流失溯源提供典型案例.为深入了解和识别脱甲河水系N_2O关键产生过程和流域氮素主要来源,采用稳定同位素方法,于2016年11月至次年10月分析了脱甲河4级(S1~S4)河段水体硝态氮的氮氧双同位素(δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-)和沉积物有机质氮同位素(δ~(15)N_(org))、碳氮比值(C/N)特征;探讨了流域氮素的迁移转化过程及其来源.结果表明,水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-分别在-19.87‰~8.11‰和-3.03‰~5.81‰范围内变化,氮素来源具有多元化特征且各河段存在差异.S1~S4河段δ~(15)N-NO_3~-均值分别为1.72‰、2.62‰、4.10‰和-1.28‰,而δ~(18)O-NO_3~-均值依次为2.60‰、-0.06‰、0.85‰和-0.62‰.S1河段硝态氮来源于土壤流失氮,而S2和S3来源为土壤流失氮、铵态氮肥和人畜粪便,S4则来源于铵态氮肥的硝化反应;硝态氮来源受生产生活影响显著.沉积物有机质δ~(15)N(δ~(15)N_(org))和C/N值波动范围分别是-0.69‰~11.21‰和7.30~12.02,S1~S4河段δ~(15)N_(org)均值分别为1.91‰、2.96‰、4.72‰和3.23‰,C/N均值分别是10.62、8.63、9.05和9.22.S1河段沉积物氮素来源于土壤有机质,而S2~S4河段δ~(15)N_(org)虽存在差异,但其来源均主要为流域内的污水.而硝化过程中δ~(18)O-NO_3~-分别是-7.01‰、-0.17‰、-0.28‰和-0.60‰;δ~(15)N-NO_3~-与δ~(18)O-NO_3~-的比值分别为0.66、-41.01、-30.23和9.39;S1~S4河段NO_3~--N质量浓度为1.08、1.46、1.54和1.50 mg·L-1,δ~(15)N-NO_3~-与NO_3~--N浓度呈正相关.因此,脱甲河水系中氮素转化可能以硝化过程为主体,硝化过程对N_2O的贡献可能占据优势.     

人工湿地的氮稳定同位素特征及污染源解析

对2016年4,6,和8月合肥市塘西河人工湿地水体中的溶解态硝酸盐进行稳定氮同位素分析。通过不同的季节人工湿地内硝酸盐的稳定氮同位素值(δ~(15)N-NO_3~-)的变化情况来研究水体中氮的迁移、转变等生物地球化学过程,从而揭示其环境行为,同时对该人工湿地氮的循环机制进行探究。研究发现:该人工湿地的δ~(15)N-NO_3~-值分布在13.9‰~22.7‰,表明其硝酸盐氮的主要来源是人畜排泄物或城市生活污水。4,6,8月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值都受硝化、矿化、植物同化作用的影响;6月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值还受藻类同化吸收作用的影响;8月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值还受雨水混合、藻类同化吸收与反硝化作用的影响。     

喀斯特高原黄壤区退化植物群落常见植物叶片氮同位素组成

氮是植物需求量最大的矿质营养元素。由于氮循环诸过程中的化学转化、物理运输等都有可能使其发生同位素分馏,植物稳定氮同位素组成是土壤-植物-大气连续体综合作用的整体响应,能较好的反映流域内与植物生理生态过程相联系的一系列环境信息,具有示踪、整合和指示等多项功能。为探讨喀斯特环境下黄壤区植物稳定氮同位素组成变异的影响因素及其相关关系,以喀斯特高原贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为例,选取流域内黄壤区退化植物群落3种植被类型中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片C、N、P、K、Ca、Mg元素含量和稳定氮同位素进行了测定分析。结果表明:(1)研究区植物叶片δ~(15)N值的变化范围为-3. 25‰～0. 69‰,平均值为-1. 04‰,变异程度较高,离散程度较大,呈负偏态分布。(2)植物叶片δ~(15)N值在群落间和坡位间的差异均不显著(P0. 05);(3)植物叶片δ~(15)N值的种间变化趋势为小果蔷薇(-0. 03‰)火棘(-0. 24‰)过路黄(-1. 58‰)粉枝莓(-2. 29‰),差异显著(P0. 05)。(4)研究区植物叶片δ~(15)N值受群落类型和物种因素的交互影响显著(P=0. 016,R2=0. 870)。(5)研究区植物叶片δ~(15)N值受叶片K营养含量的影响较大,同时与C、N、P、K、Ca元素化学计量比之间的关系密切,叶片K、Ca营养含量间的调控是影响黄壤区植物叶片δ~(15)N值的主要因素。     

三峡库区蓄水初期大宁河重金属食物链放大特征研究

三峡库区蓄水后重金属在库区沉积物中累积,为了解由此带来的鱼类重金属富集放大风险,于2012年3月以库区支流大宁河为例,采集16种代表性鱼类,利用稳定同位素技术对鱼类间营养关系和Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg等重金属元素在食物链中的生物放大情况进行了研究.结果表明,大部分重金属在鱼体中处于较低水平,但在不同种类鱼体中含量差异显著.鱼体样品δ13C与鱼类生活水层关系密切,分布范围为-22.80‰~-28.97‰,水体上层鱼类δ13C值较低,而水体底层鱼类δ13C值较高;而δ15N受鱼类食性影响明显,范围为6.41‰~13.88‰.在食物链的传递过程中,鱼体Hg浓度随营养等级的升高而显著增大,但放大效率较低.除Hg外的金属元素与δ15N的关系均不显著,未出现明显生物放大.但小个体鱼类体内金属含量较高,存在潜在污染风险.     

渤海表层沉积物中氨基糖的分布特征及对有机质来源和降解的指示探究

本文对渤海表层沉积物中氨基糖（ASs）的含量和组成进行了调查,并结合总有机碳（TOC）、总氮（TN）、稳定碳同位素（δ13C）和粒度等参数对渤海沉积有机物（SOM）的来源和细菌源有机质的贡献进行了探讨。渤海表层沉积物中ASs的含量为0.22～1.89 μmol/g,平均值为（1.01 ± 0.52）μmol/g。双端元模型结果表明,渤海表层沉积物中陆源有机质的贡献（f_t）为28.1%～42.8%,并且f_t值随着距黄河口距离的增加而逐渐减小。有机碳含量较低的黄河泥沙的沉积可能是导致黄河口和渤海海峡附近海域表层沉积物中TOC、TN和ASs含量较低的原因。而在受黄河影响较小的渤海其他海域中,TOC、TN和ASs的含量较高,这可能与黏土矿物和海洋初级生产力对SOM的影响有关。ASs对TOC和TN的贡献（AS-C%和AS-N%）分别为（1.5 ± 0.7）%和（1.9 ± 0.9）%。氨基葡萄糖/氨基半乳糖（GlcN/GalN）的值低于3,表明细菌源有机质可能是渤海表层沉积物中ASs的主要来源。渤海表层沉积物中细菌源有机质对TOC和TN的贡献（Bacteria-C%和Bacteria-N%）分别为（10.7 ± 8.3）%和（12.6 ± 9.6）%。     

乌梁素海硝酸盐来源的季节性变化

乌梁素海是典型农业灌区退水型湖泊,其水生态环境保护对黄河流域生态保护具有重要意义.该研究通过开展乌梁素海流域农业排干和湖体硝酸盐的δ15N和δ18O分析,应用IsoSource同位素模型估算流域生产生活污水、土壤氮源、化肥和大气沉降的贡献率.结果表明:①湖区δ15N-NO₃-和δ18O-NO₃-值范围分别为-2.50‰~18.17‰和-12.02‰~45.09‰,其中夏秋两季δ15N-NO₃-值偏正,冬季偏负,且秋季δ18O-NO₃-值偏正.②春季湖水硝酸盐主要源于化肥和土壤氮源相关的农业活动,其贡献率为43.7%;夏季、秋季和冬季主要源于生产生活污水,贡献率分别为51.3%、38.8%和40.2%,其中夏季农业活动贡献率超过40%,大气沉降主要体现在秋季湖水中.研究显示:春季湖区硝酸盐来源主要集中于七排干和八排干的受水区域,以上区域应在春季着重加强农业面源污染控制;夏季和秋季湖区硝酸盐来源主要集中于五排干和七排干所处城乡区域,以上区域应强化城乡生活污水处理.      

渤海和北黄海CDOM的来源、时空分布及其调控机制

有色溶解有机物（CDOM）是DOM储库中具有光学特性的部分,对海洋碳循环具有重要的影响。依据2019年7月和12月的两个航次调查资料,本文分析了夏、冬两季渤海和北黄海CDOM的来源、时空分布及其调控机制。渤海和北黄海CDOM的来源存在差异,渤海主要受控于陆源输入,局部海域受现场生产的显著影响;北黄海主要受现场生产的影响...     

黄渤海不同生长阶段的日本鳗草对5种重金属（锌、铬、铜、铅、镉）的生物蓄积

为研究日本鳗草（Zostera japonica）在不同生长阶段对环境重金属的生物蓄积作用,本文在辽河口（渤海）、桑沟湾（黄海）和大长山岛（黄海）的日本鳗草分布区开展调查研究,分析了日本鳗草生长初期（5月）、生长旺盛期（8月）和衰退期（10月）地上组织和地下组织中5种重金属（Zn、Cr、Cu、Pb和Cd）的含量及其同沉积物重金属含量的相关性。研究结果表明,除Zn以外,辽河口日本鳗草分布区沉积物的重金属含量显著高于大长山岛和桑沟湾;日本鳗草体内的Pb和Zn含量显著高于其他重金属含量;日本鳗草地上组织对Cd、Pb和Cu具有蓄积作用,对Cd的生物富集系数最高达37.18,但对Zn和Cr不具有蓄积作用;生长初期的日本鳗草地上组织Cu和Zn含量与其基质中Cu和Zn含量呈良好的线性关系,而衰退期的日本鳗草地上组织Pb含量同沉积物中Pb含量具有显著相关性。日本鳗草在不同生长阶段对重金属的蓄积作用可用于开展黄渤海重金属污染水平的生物监测,本研究结果可为黄渤海的污染防治工作提供重要参考。     

东黄渤海11-12月有色溶解有机质的分布特征

采集了2016年11－12月期间东、黄、渤海表、中、底海水样品,分析了海水中溶解有机质的紫外-可见光吸收光谱特征,探讨了渤海和黄东海海域秋冬季有色溶解有机物（CDOM）的分布特征、来源和影响因素。结果表明:在渤海和黄东海,表、中、底层CDOM均呈现近岸高、远海低的分布特征,渤海CDOM含量高于黄东海。吸收系数a₃₅₅和光谱斜率S_275-295呈显著负相关。结合CDOM的a₃₅₅分布和S_275-295,表明CDOM受到陆源输入的显著影响。渤海海区黄河口海域由于黄河水的直接输入和在大风影响下黄河口的泥沙再悬浮作用,CDOM含量最高。12月渤海中心存在CDOM和DOC的低值区,位置和夏季渤海双中心冷水团一致。在黄东海海域,高盐度台湾暖流的导致了黄东海DOC低浓度区域的产生,但对CDOM的含量分布没有明显影响。在渤海和黄东海,CDOM和DOC无显著相关性。     

基于碳氮稳定同位素组成分析的孔石莼对氨氮的吸收

氨氮(NH4-N)是水体中能被藻类直接吸收利用的无机氮。利用稳定同位素技术研究了不同浓度下孔石莼(Ulvapertusa)对NH4-N的吸收,藻类体内δ15N、δ13C的变化。结果显示:试验初始阶段,孔石莼大量吸收水体中的14NH4-N、12CO2用于自身组织的合成,导致水体中氨氮浓度、δ15N和δ13C急剧下降,约在5～25 h,这一阶段水体中氨氮浓度变化很小,藻体15N缓慢降低,达到平缓期;约在25 h后,氨氮浓度缓慢下降,海水中的底物浓度很低,水体中14NH4-N几乎被吸收殆尽,孔石莼开始大幅吸收15NH4-N,δ15N上升。δ13C在4 h后呈现无规律波动。     

黄河口潮间带沉积物中木质素的分布和降解特征

本文以木质素为示踪物,认识陆源有机碳在黄河口潮间带的降解和输送特征。现场调查和样品采集进行于2012年5月、8月和11月,以及2013年3月。结果表明:黄河口潮间带有机碳含量为0.06%~0.40%,δ13C变化范围为-24.4‰~-20.4‰,表现为陆海混合来源特征;木质素Σ8含量范围为0.13~0.54 mg/10g dw,均值为0.23 mg/10g dw,由黄河口门向南北递减;Λ8为0.49~2.42 mg/100 mg OC,均值为1.35 mg/100 mg OC,由南向北逐渐降低;木质素主要来源为被子植物草本和木本组织,草本和木本组织的相对贡献呈现季节变化;木质素通过氧化和去甲基/甲氧基2种过程降解,其中去甲基/去甲氧基降解作用更强,降解水平处于中等偏强。     

沙尘和灰霾期间中国近海大气氮沉降通量估算

利用WRF-CMAQ模型估算了2011年4月26日~5月3日沙尘事件和2016年1月1日~7日灰霾事件在中国近海引起的总无机氮（TIN）沉降通量,分析了两类事件对中国近海海洋初级生产力的贡献,探究了灰霾事件时中国近海无机氮沉降的可能来源.结果表明：典型沙尘和灰霾过程中,中国近海TIN干沉降通量均值分别为6.77,3.01mg N/（m²·d）,是晴朗天的6.84,3.04倍,可提供38.5,17.1mg C/（m²·d）的海洋初级生产力;沙尘期间无机氮沉降以还原态氮（NH₃和铵态氮,占TIN的62.2%）为主,灰霾期间则以氧化态氮（HNO₃和硝态氮,占TIN的84.3%）为主.典型沙尘事件TIN沉降对黄海影响最大,对渤海影响最小;典型灰霾事件对黄海和东海TIN沉降影响相当,高于对渤海的贡献.典型灰霾期间,京津冀和山东西北部（区域一）对渤、黄、东海TIN干沉降的贡献均大于长江三角洲及周边地区（区域二）,区域一对3个海域TIN干沉降的贡献约为38.7%~74.6%,区域二的贡献约为1.14%~12.1%.