巢湖沉积物δ13Corg和δ15N记录的生态环境演化过程

通过对巢湖2处柱状沉积物样品中δ13Corg、δ15N、C/N比值、TOC和TN含量的测定,分析了近百年来巢湖沉积物有机质的来源,探讨受人类活动影响的湖泊生产力变化和富营养化过程.结果表明,巢湖沉积物有机质的主要来源是水生藻类,陆生有机质的输入量较少,但是城市污染物的输入与农业面源污染的影响是不可忽视的.巢湖沉积物剖面上,δ13Corg、δ15N、TOC和TN含量变化按沉积深度可以明显划分为2个阶段:①10 cm以下,H3点δ13Corg波动在-21.74‰～-19.34‰的范围内,其余数据表现相对平缓,湖泊内的生物物种是固氮植物和非固氮植物共存,2个采样点具有不同的湖泊营养化进程;②10 cm至表层段,2个部面的δ13Corg迅速减小,δ15N、TOC和TN则是显著增大,巢湖闸的建成使得内源营养物质快速积累,湖泊初始生产力水平迅速提高,富营养化加剧.     

有机质分解对青海湖湖水溶解无机碳同位素（δ13CDIC）的影响及其指示意义——来自沉积物捕获器的研究

青海湖沉积物稳定碳同位素常常被用来指示古环境的变化,然而准确地解译其信号需要充分认识溶解无机碳同位素比值（δ¹³C_DIC）变化及其控制因素。本文利用沉积物捕获器连续一年收集的青海湖湖水及颗粒物,通过其中湖水的δ¹³C_DIC和细颗粒沉积物中碳酸盐稳定碳同位素（δ¹³C_carb）的同步分析,结合湖水δ¹³C_DIC的垂直分布和表层沉积物δ13Ccarb及有机碳同位素（δ¹³C_org）,探讨了有机质分解在δ¹³C_DIC和δ¹³C_carb中的调节作用。结果表明,从沉积物捕获器中获得的湖水δ¹³C_DIC的变化主要受控于与外界隔绝后（微）生物对有机质的分解作用,但这种（微）生物分解作用并不会影响到δ¹³C_carb比值。这些现象反映了（1）还原环境下（微）生物对有机质的分解作用对水体δ¹³C_DIC有重要影响和（2）青海湖自生碳酸盐主要从上层湖水沉淀,且形成后不再与周围水体发生交换作用。     

退耕弃荒洼地土壤有机碳在生态系统转化过程中的动态变化

在贵州喀斯特区域一块典型的退耕弃荒洼地中央和周边坡面采集了4个土壤剖面,研究土壤有机碳（SOC）含量和δ¹³C_org值的变化.结果表明,坡面不同土壤层次SOC的变化范围为6.0～92.3 mg·kg^-1,并沿着土壤层次的加深迅速降低,变化幅度远远大于洼地土壤剖面（6.3～26.7 mg·kg^-1）.坡面土壤δ¹³C_org 介于-25.103‰和-23.666‰之间,但各剖面土层内部δ¹³C_org变化趋势不一致.洼地土壤δ¹³C_org 介于-23.495‰和- 20.809‰之间,并随着土壤层次的加深δ¹³C_org逐渐增加.洼地土壤剖面层次内C₄-C占SOC的比例随土壤层次的加深逐渐增加,与林-农生态系统转变过程中的变化趋势相反;土壤δ¹³C_org与C₃-C之间呈显著相关性（R²=0.7806,n=7）,对δ¹³C_org起到主要影响作用的是退耕弃荒后新加入的C₃-C.     

不同土地利用对洱海入湖河流溶解无机碳(DIC)浓度及其碳同位素组成(δ13CDIC)的影响

不同土地利用对河流中的溶解无机碳(DIC)浓度及其碳同位素组成(δ¹³C_DIC)的影响有很大差别,但其机制仍有待进一步揭示。本文以洱海入湖河流为研究对象,分别于2020年10月(雨季)和2021年1月(旱季)采集了洱海主要入湖河流的水样,测定了入湖河流的基本物理参数、主要阴阳离子及δ¹³C_DIC组成,对其中岩性相似的流域进行了土地利用方式对河流DIC浓度及其δ¹³C_DIC组成的影响分析。结果表明,洱海入湖河流的pH呈弱碱性,主要阳离子为Ca²⁺和Mg²⁺,主要阴离子为HCO^-₃。入湖河流的DIC浓度在0.35～4.6 mmol/L之间,由于稀释作用雨季的DIC浓度小于旱季。河流δ¹³C_DIC在-12.59‰~-2.99‰之间,北部流域、南部流域的河流以及洱海中部的白鹤溪、黑龙溪、中和溪和莫残溪的δ¹³C_DIC值要比其它河流偏负。在流域内岩性相似情况下,洱海入湖河流中的DIC浓度随着流域内的建设用地面积占比的升高而增加,随着植被(林地+草地)覆盖面积占比的升高反而减小。流域内林地和草地面积占比越大δ¹³C_DIC越偏正,耕地和建设用地面积占比越大入湖河流中的δ¹³C_DIC越偏负。其中的原因是受到耕地施肥和污染物排放等人为活动的影响,耕地中的土壤CO₂升高及河流中生物活动增强,导致洱海入湖河流的DIC浓度升高及其δ¹³C_DIC偏负,从而掩盖了林地和草地对河流中的DIC浓度及其δ¹³C_DIC的影响规律。在土地利用的影响方面,洱海入湖河流中的DIC浓度受到河流建设用地的影响最大,耕地的影响相对于建设用地来说要弱;δ¹³C_DIC也受到建设用地和耕地的控制,林地和草地对河流中的DIC浓度及其δ¹³C_DIC的影响较小。     

骆马湖表层沉积物有机质分布特征及来源解析

为解析骆马湖富营养化沉积物的影响因素,2018年9月采集了骆马湖表层沉积物32个点位样品,分析了沉积物的总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳同位素（δ¹³C）和氮同位素（δ¹⁵N）指标,研究了沉积物中有机质分布特征及来源.研究表明：表层沉积物TOC含量在0.55%~3.76%,平均值为1.62%;TN含量在0.04%~0.46%,平均值为0.19%;δ¹³C含量在-27.32‰~-8.36‰,平均值为-14.98‰;δ¹⁵N含量在-1.92‰~10.17‰,平均值为7.72‰,TN与TOC在空间分布呈正相关,有机碳、氮同位素受不同来源有机质影响空间分布有较大差异.对δ¹⁵N、δ¹³C与C/N进行定性分析和端元混合模型定量计算,得出骆马湖表层沉积物有机质来源主要有三个：一是人类活动带来的土壤有机质贡献率最大,特别是东岸休闲旅游区贡献较高;二是围网养殖造成的源污染,加大了湖泊富营养化程度;第三是湖泊来水携带较高浓度的污水有机质,对"典型过水性"骆马湖水质影响较大.为了降低骆马湖水体富营养化程度,改善水生态环境质量,急需对湖体有机质的来源加大控制.     

巢湖富营养化的沉积记录:结合态脂肪酸及其单体碳同位素特征

本文以中国五大淡水湖泊之一的巢湖作为研究对象,在对18cm的沉积钻孔中TOC、TN、δ13C、和δ13N测定的基础上,通过对巢湖现代沉积物中结合态脂肪酸的组成及其单体碳同位素特征的讨论,探讨了近70年来巢湖的富营养化过程。研究结果表明,巢湖沉积物中总有机质基本参数变化可以划分成二个主要阶段,其中7cm至表层段,δ13N、TOC和TN显著增大,可能与该时期湖泊富营养化持续加剧有关。利用结合态脂肪酸单体分子C16∶0、C18∶2W6和单体分子组合TARFA、C18∶1w7/C18∶1w9、(i-C15∶0+a-C15∶0)/nC15∶0比值的特征变化,表明12cm以来结合态脂肪酸以内源的藻类和细菌输入为主,并且从下向上对沉积物中的结合态脂肪酸贡献不断增加,反映出湖泊富营养化过程。结合态脂肪酸以单体C16∶0为主峰,沉积剖面中结合态脂肪酸中单体C16∶0的δ13C值在12cm开始迅速的增加,可以作为指示巢湖富营养化发生的重要指标。     

苏北潮滩湿地不同生态带有机质来源辨析与定量估算

对苏北潮滩湿地表层沉积物以及不同生态带柱状沉积物与植被中的TOC、TN、C/N、δ¹³C和δ¹⁵N的含量进行分析,并通过不同的指标进行相互验证,探讨各测量指标的分布规律,分析不同生态带植被和沉积物间的生物地球化学作用,定量估算不同生态带有机物的来源,对比不同生态带及其植被在苏北潮滩湿地有机质富集中的作用.结果表明:TOC、TN、C/N和δ¹³C都表现出了比较明显的地带性分布特征;光滩以及光滩和互花米草过渡带内的有机质来源以海源为主,互花米草滩以陆源为主,盐蒿滩也以海源为主,互花米草对生态系统内的有机质有着重要的贡献;研究区互花米草滩、盐蒿滩和芦苇地内,每年新增的TOC、有机质和TN分别达到了6 451t、16 595t和536t;互花米草滩对TOC、有机质和TN的富集量要远大于其它几个带,在整个潮滩湿地生态系统的物质循环和交换中也发挥着不可替代的作用.     

A 60-year sedimentary record of natural and anthropogenic impacts on Lake Chenghai, China

Recent sediments from Lake Chenghai, China, were investigated at high temporal resolution to trace both natural and anthropogenic effects on the lake using total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), organic phosphorus (P_o), inorganic phosphorus (P_i) and organic carbon and nitrogen stable isotopes (δ¹³C_org and δ¹⁵N) in a ¹³⁷Cs-dated sediment core. The results indicated that the sedimentary record covers the last 60 years, during which the lake had undergone apparent changes in nutrient sources and productivity in response to nutrient loading. Prior to the late 1980s, the nutrient contents in sediments mainly originated from algae and lake productivity was relatively stable. Since the late 1980s, increasing TOC, TN and TP concentrations together with the change of δ¹³C_org and δ¹⁵N suggested anthropogenic perturbations in nutrient loading and lake productivity. Endogenic nutrients derived from algae and anthropogenic inputs were two important sources of sedimentary nutrients. The anthropogenic nutrients mainly originated from the discharge of industrial wastewater and artificial cultivation of Spirulina after the middle 1980s, and domestic wastewater discharged from Yongsheng County since 1993.     

改进沉淀法在溶解性无机碳稳定同位素测定中的应用研究

水体中溶解性无机碳(Dissolved inorganic carbon,DIC)的稳定碳同位素比值(δ¹³C_DIC)是揭示碳循环过程的重要技术指标。DIC的分离和富集是测定δ¹³C_DIC的基础,也是影响δ¹³C_DIC测定准确度的主要过程之一。沉淀法和气体法均为常用的DIC分离和富集方法。相比于气体法,沉淀法操作流程简单,适用性较强,在δ¹³C_DIC测定过程中具有广阔的应用前景。然而,基于沉淀法的DIC分离和富集过程中常存在碳稳定同位素分馏问题。为此,本研究在综合气体法和沉淀法优缺点的基础上,以超声时间,水浴温度和氮气吹扫速率为自变量,以δ¹³C_DIC的理论值与实测值之间绝对误差的最小化为目标,采用响应面法对传统NaOH-BaCl₂沉淀法进行了改进。基于改进沉淀法测定的δ¹³C_DIC理论值与实测值之间的绝对误差,以及两处城市河流水体平行样品δ¹³C_DIC的标准偏差分别为0.052‰、0.061‰和0.037‰。上述结果表明了该方法在δ¹³C_DIC测定中的有效性和实用性。     

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

利用多同位素（C、N和O）和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐（NO₃^-）来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO₃^-不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO₃^-污染严重,近38%的地下水样品NO₃^-超过饮用水限值.地下水的δ¹⁵N-NO₃值介于2.3‰~30.33‰,均值9.68‰,δ¹⁸O-NO₃值介于2.65‰~13.73‰,均值6.64‰,δ¹⁸O-H₂O值介于-8.83‰~-7.37‰,均值-8.18‰.同位素组成（δ¹⁵N-NO₃、δ¹⁸O-NO₃和δ¹⁸O-H₂O）指示硝化作用主导着流域内氮素循环.硝化作用产生的硝酸加速了碳酸盐岩溶解,导致地下水中δ¹³C_DIC与δ¹⁵N-NO₃存在显著负相关性（P<0.001）,说明δ¹³C_DIC与δ¹⁵N-NO₃相结合是判断岩溶水中NO₃^-转化的有效手段.地下水和地表水中NO₃^-主要来源于土壤氮、粪肥污水和铵态氮肥料,其对地下水中NO₃^-贡献率分别为36.19%、33.71%和30.1%,对地表水贡献率分别为39.15%、36.08%和24.77%.岩溶流域内污水处理应同时去除污水中的NO₃^-和NH₄⁺,农业区应科学施肥,以有效降低地下水中NO₃^-的补给通量.     

巢湖近代沉积物及其间隙水中营养物的分布特征

湖泊沉积物及其间隙水中的营养盐对于研究湖泊营养盐的生物地球化学和湖泊营养状态的历史变化具有重要的作用.系统研究了巢湖东、西湖区沉积物和间隙水中营养盐的剖面分布特征及其营养盐之间的相互关系.结果表明,巢湖近代沉积物中营养盐含量总体上随着深度的增加而降低,上层沉积物(1～15cm)中TOC(总有机碳)、TN(总氮)、TP(总磷)和Pi(无机磷)的含量都表现出明显的区域差异性,从西到东逐渐减小,含量的大小顺序为C1C3C16;东、西湖区下层沉积物(15～30cm)中TOC、TN和TP的含量差异不明显,分别在5mg.g-1、0.5mg.g-1和0.45mg.g-1左右变化;Po(总有机磷)在整个剖面上的分布则相反,总体上从西向东逐渐增大,含量大小顺序为C16C3C1.沉积物间隙水中的营养盐在空间上的分布规律与沉积物相似,西湖区两个点(C1、C3)沉积物间隙水中的营养物浓度总体上高于东湖区的C16点,大小顺序为C1C3C16,间隙水中的氮、磷酸盐、硅酸盐处于协同变化.间隙水中的氮与沉积物总氮含量密切相关;西湖区间隙水中的磷与沉积物磷含量密切相关,但在东湖区相关性不显著.表层沉积物间隙水中营养盐浓度都明显高于上覆水体,表明沉积物中的营养盐是水体营养盐的主要来源之一.     

中国典型湖泊沉积物中脂肪烃的分布特征及来源

以我国13个典型湖泊的表层沉积物为研究对象,对沉积物的w(TOC)和w(TN)的分布特征进行了报道.结果显示,西南、华南地区湖泊沉积物的w(TOC)和w(TN)要高于西北地区,华东地区湖泊沉积物最低.结合多个脂肪烃来源参数,初步探讨了13个典型湖泊表层沉积物中脂肪烃的分布特征及来源. 结果表明:湛江玛珥湖、四海龙湾、洱海、红枫湖和程海受脂肪烃污染严重,鄱阳湖和双塔水库受脂肪烃污染程度最轻;受水体高矿化度的影响,双塔水库沉积物中有机质的δ13C值明显偏正;湛江玛珥湖中来自自身固氮藻类的脂肪烃含量明显高,致使湛江玛珥湖沉积物的δ15N值明显低;由于四海龙湾特殊的地理环境,四海龙湾沉积物中来自陆源木本植物的w(C_27+C29)明显高.      

鄱阳湖表层沉积物有机碳、氮同位素特征及其来源分析

通过对鄱阳湖及其主要入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)15个表层沉积物样品中有机碳(TOC)、氮(TN)、C/N值、δ13C及δ15N含量的测定,分析探讨了鄱阳湖及其主支流沉积物有机质和氮素来源.结果表明:鄱阳湖湖区表层沉积物中TOC的含量(干重)在0.63%~1.86%之间,平均值为(1.15±0.35)%(n=9),比其主支流TOC含量高; TN含量变化范围为0.06%~0.16%,平均值为(0.10±0.03)%(n=9),各入湖河流表层沉积物有机质TN含量处在0.03%~0.08%之间,平均值为(0.06±0.02)%(n=6).鄱阳湖湖区沉积物中有机质的碳、氮稳定同位素变化范围分别为-25.66‰~-12.56‰和3.51‰~6.27‰,平均值分别为(-22.48±4.10)‰和(4.71±0.95)‰(n=9).各入湖河流沉积物δ13C和δ15N值含量范围分别为-25.24‰~-19.55‰和0.94‰~4.64‰,平均值分别为(-23.27±2.42)‰和(3.19±1.30)‰(n=6).有机质来源分析表明:土壤有机质、水生维管束植物和浮游植物是鄱阳湖及其主要入湖河流沉积有机质主要的3种来源,其中土壤有机质的贡献最大;土壤有机质和人工合成肥料是其沉积物氮素主要来源,对于入湖河流来说,人工合成肥料贡献更大.     

鄱阳湖三江口柱状沉积物有机氮同位素特征及其环境指示意义

通过对鄱阳湖三江口处柱状沉积物中δ15N、C/N比值、TOC和TN等含量的测定,分析了其有机质及氮素的来源.结果表明: 赣江、抚河、信江及鄱阳湖处柱状沉积物δ15N值变化范围分别为2.44‰~4.55‰、4.03‰~5.84‰、3.79‰~4.81‰及3.42‰~8.13‰.赣江南支其沉积有机质主要来源于土壤有机质;抚河整个柱状沉积物以自生有机物源为主;信江西支在12cm以下其沉积有机质主要受藻类及土壤有机质两种物源的影响,而12cm以上受外源影响比较小;鄱阳湖梅溪嘴表层2cm处沉积有机质来源以藻类为主,而中间6~3cm处主要来源于土壤有机质,7cm以下主要来源于藻类及土壤有机质.赣江南支、信江西支及鄱阳湖梅溪嘴沉积物氮素均主要来源人工合成肥料和土壤流失氮,而抚河主要来源于土壤流失氮.     

四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及其源解析

为研究玛珥湖四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及来源,采集四海龙湾表层沉积物样品,并对其中的有机质进行了分析. 结果表明,四海龙湾表层沉积物中w(TOC)(TOC为总有机碳)为6.7%、w(TN)为0.6%、δ13C_org(TOC同位素丰度)为-28.0‰、δ15N_total(TN同位素丰度)为2.2‰. 可溶性有机质主要包括脂肪烃、脂肪醇、脂肪酸和GDGTs(甘油二烷基甘油四醚脂)等,其中脂肪酸是可溶性有机质的主要组分,约占可溶性有机质总量的68.8%,主要来源于内源性的藻类和厌氧菌; 脂肪烃主要来源于陆源的C3木本植物;结合态脂肪醇具有明显的内源来源特征,而游离态脂肪醇却呈现陆源来源特征. 四海龙湾沉积物中含有丰富的GDGTs,主要来源于陆源土壤,包括支链类GDGTs和类异戊二烯类GDGTs,其中类异戊二烯类GDGTs以GDGTⅣ和GDGTⅤ为主,但其在四海龙湾沉积物中的含量相对较小. 研究显示,四海龙湾流域陆源是沉积物中可溶性有机质的主要来源,陆源有机质的大量流入改变了四海龙湾的营养水平;不同种类可溶性有机质表现出不同的来源特征,这主要是由于微生物对不同种类有机质降解速率的不同所致,并且导致降解所产生的二次有机质数量也不同.      

鄱阳湖湿地土壤有机碳氮同位素特征及其环境意义

通过对2011年鄱阳湖及其主要入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)15个湿地土壤样品中δ¹³C及δ¹⁵N的测定,分析探讨了鄱阳湖及其主支流湿地土壤有机质和氮素来源.结果表明:鄱阳湖湖区湿地土壤中总有机碳(TOC)的含量在0.45%~1.58%之间,总氮(TN)含量变化范围为0.06%~0.17%;各入湖河流TOC含量为0.41%~1.18%, TN含量在0.05%~0.13%之间.鄱阳湖湖区湿地土壤有机质δ¹³C及δ¹⁵N变化范围分别为-28.35‰~-18.58‰和3.27‰~6.84‰;各入湖河流湿地土壤δ¹³C和δ¹⁵N分别为-25.93‰~-22.66‰和2.97‰~5.41‰.有机质来源分析表明:除湖口处主要来源于C4植物外,鄱阳湖区及其入湖河流湿地土壤有机质的主要来源是C3植物.湖区湿地土壤氮素来源分析表明吴城处主要受农业化肥使用的影响,而其他采样点湿地土壤有机质氮素主要来源于生活污水;入湖河流湿地土壤氮素来源较复杂,生活污水、化肥及工业污水是其主要来源.