内蒙古夏季大气降水同位素特征及影响因素

为探明内蒙古地区夏季大气降水中δD和δ¹⁸O组成特征及其对气象因子变化的响应关系,于2017~2019年夏季采集了内蒙古阿拉善左旗、呼和浩特市市区、正蓝旗、克什克腾旗（达里湖）、通辽科尔沁左翼中旗和呼伦贝尔新巴尔虎右旗（呼伦湖）等6个区域共计82次大气降水样品,结合来自全球降水同位素观测网（GNIP）的包头、张掖等6个区域大气降水样品中δD和δ¹⁸O数据,分析了内蒙古地区大气降水中δD和δ¹⁸O变化的区域差异及其主要影响因素,结果表明：内蒙古局地大气降水中δD和δ¹⁸O值存在自西向东不断偏负的趋势,其中呼伦贝尔新巴尔虎右旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏负;相对地,西部阿拉善左旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏正;内蒙古地区局地大气降水线斜率和截距同样表现出自西向东逐渐偏正的变化趋势,显示二次蒸发作用的影响逐渐下降,且局地蒸发水汽团对西部地区大气降水影响明显,如位于西风环流影响区的阿拉善左旗等区域局地蒸发气团占到8月部分单次大气降水来源水汽团的100%,而7月份,东亚夏季风环流对内蒙古局地大气降水的影响最为明显;整体上,虽然区域大气湿度变化引起的二次蒸发是影响内蒙古局地大气降水过程的一个关键因素,不过大气降水量对夏季大气降水稳定同位素组成的影响最明显.即西风环流影响区大气湿度变化对氘盈余指数d值的影响程度明显强于东亚夏季风区大气湿度变化的影响,而东亚夏季风环流影响区大气降水量对d值的影响程度则相对明显.     

滇池浮游植物碳氮同位素时空分布特征及其影响因子分析

通过对旱季、旱雨季过渡期和雨季3个不同时期滇池浮游植物δ¹³C、δ¹⁵N的研究发现,滇池浮游植物δ¹³C、δ¹⁵N存在显著的时空分布特征.从旱季、过渡期到雨季,浮游植物δ¹³C值分别为-20.44‰±0.72‰、-17.32‰±1.09‰和-15.92‰±1.74‰,呈逐渐升高趋势;而浮游植物δ¹⁵N值的季节变化模式则相反,雨季（13.55‰±0.85‰）显著低于旱季（15.33‰±0.31‰）和过渡期（15.02‰±1.12‰）.空间分布上,浮游植物δ¹³C值呈现南高北低的变化特征,极差为13.17‰,δ¹⁵N值则中部湖区高,南北部湖区低,极差为11.37‰.统计分析表明,浮游植物δ¹³C值与水温、降水量、电导率和pH值等多因素相关,反映了生物生长速率和无机碳源的影响显著;浮游植物δ¹⁵N值季节变化受降水量、总氮（TN）、总磷（TP）的影响,其空间变化与滇池流域内土地利用的空间分布格局一致.上述结果显示,城市生活污水仍然是滇池重要的污染来源,而农业化肥等面源污染对δ¹⁵N值的时空变化起到显著的调控作用.因此,滇池流域土地利用与营养盐来源的空间差异以及西南季风区降水的季节变化是影响湖泊生态系统碳氮循环与同位素生物示踪信号的重要因子.     

重庆地区石笋δ13C记录的全新世气候环境变化

本文利用重庆市青木关镇狮子洞石笋QM09铀系测年数据和氧碳稳定同位素数据,重建了研究区9.4~0 ka BP的古气候环境演化历史。依据狮子洞石笋δ~(13)C记录变化趋势,将其划分为2个阶段:(1)9.4~3.0 ka BP期间,狮子洞石笋δ~(13)C记录除了在4.2 ka BP附近发生一次短暂的偏重事件外,整体变化比较平缓,石笋δ~(13)C值比较偏轻;同时石笋δ~(18)O值在该期也较为偏轻,暗示了此时段季风强盛,气候温暖湿润,地表植被变化稳定。此时人类活动比较弱,对自然环境的影响小,植被变化主要受自然气候环境的影响;(2)3.0~0 ka BP期间,石笋δ~(13)C记录不再呈现如第一阶段般平稳变动的趋势,在3.0 ka BP时开始波动下降,在经历1.7 ka BP大幅下降后,δ~(13)C便频繁波动大幅升降。石笋δ~(18)O记录显示该时段季风减弱,气候变干,植被退化,土壤水中溶解的CO_2含量减少。加之该期人类活动剧烈,地表自然植被遭到破坏,当地无机环境更多的参与到地下水循环体系中来,使得石笋δ~(13)C逐渐加重。     

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.     

鄱阳湖典型湿地地下水—河湖水转化关系

选取鄱阳湖典型洪泛湿地为研究对象,分析了2018年4~10月降水、湖水、河水和湿地地下水的氢氧同位素变化特征,利用δ¹⁸O~δD关系确定了不同水文时期湿地各类水体的转化关系,并结合同位素端元混合模型估算了不同水源对湿地地下水的贡献分量.结果表明,研究区降雨δ¹⁸O和δD值在6~7月份偏小,其余月份较高,存在明显季节变化和雨量效应.河水、湖水同位素与降水同位素的季节变化规律基本一致,但受蒸发分馏影响,重同位素更为富集,且变化幅度远小于降水同位素.湿地地下水同位素的季节变化较小,δ¹⁸O、δD均值（-5.26‰,-31.1‰）高于大气降水（-6.32‰,-40.1‰）、低于湖水（-3.60‰,-26.4‰）,与河水同位素（-5.09‰,-34.4‰）较为接近,表明湿地地下水受降水、湖水和河水的共同影响.涨水期（4~5月）河水的补给源为降雨和流域内地下径流,湖水主要受河水和降水共同补给,湿地地下水主要受前期降水和河水补给的滞后影响,河水的贡献比重更大.丰水期（6~8月）地下水主要接受湖水和河水共同补给,湖水的补给贡献比例超过50%,退水期（9~10月）湿地地下水向河道和湖泊等地表水体排泄.     

河南马沟洞石笋记录的早中全新世气候和环境变化

基于河南省禹州市马沟洞2支石笋(MG-1与MG-40)24个~(230)Th年龄和1988个氧同位素数据,建立了研究区13.1—4.9 ka BP分辨率为2—14 a的石笋氧同位素时间序列。马沟洞石笋δ~(18)O的时间序列揭示季风降水在11.2—9.1 ka BP时段在波动中逐渐增加,9.1—4.9 ka BP季风降水显著波动但无明显长期趋势变化。YD事件、9.3 ka事件、8.2 ka事件记录与其他石笋δ~(18)O记录的一致性揭示末次冰消期—早全新世百年—千年尺度气候突变事件的大范围存在和共同的驱动因子。马沟洞全新世大暖期的δ~(18)O记录中检测出的13个数十年尺度的弱季风事件进一步证实全新世大暖期气候的不稳定性。与大气⊿~(14)C记录、NGRIP冰芯δ~(18)O记录的对比及周期分析揭示,太阳活动引起的太阳辐射变化和北半球高纬气候状况共同影响着亚洲季风的变化,ENSO活动及气候系统内部的相互作用也对东亚夏季风降水产生重要的影响。     

不同电导率盐碱土壤固碳潜力

采集内蒙古河套灌区盐碱土壤(电导率EC为0.27mS/cm),利用NaCl调节土壤电导率为(0,10,20,40,80mS/cm),基于稳定碳同位素分析不同电导率土壤添加定量δ¹³C-CO₂后,土壤CO₂吸收量以及土壤难溶性无机碳含量(SIC)-δ¹³C值.结果表明,盐碱土壤能够吸收CO₂,随土壤电导率(EC)升高,土壤CO₂累积吸收量增加, S5(EC=80mS/cm) CO₂累积吸收量比S1(0.27mS/cm)高1.6640mg.土壤SIC含量(R²=0.7080,P<0.05)和土壤可溶性无机碳含量(DIC)(R²=0.6096,P<0.05)与土壤EC显著负相关关系.盐碱土壤吸收CO₂部分固存于土壤无机碳中,外源添加δ¹³C-CO₂,盐碱土壤SIC-δ¹³C值(-5.299‰ ~ -0.8341‰)显著增加.EC为20mS/cm土壤固相保存δ¹³C-CO₂总量最高1.276mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例30.28%最高;EC为80mS/cm固碳量最低为0.2749mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例5.579%.     

重庆金佛洞石笋δ13C记录的全新世千年尺度气候振荡

基于重庆市金佛洞石笋J119铀系测年数据和碳同位素数据重建了全新世9.6～1.6 ka B.P.时段的古气候演化序列。分析结果显示:在早全新世的9.6～7.4 ka B.P.期间,J119δ~(13)C记录呈现出偏负趋势,表明此时段内季风逐渐加强,气候开始变暖湿;中全新世的7.4～4.2 ka B.P.期间,J119δ~(13)C值整体偏负,与全新世大暖期相对应;在4.2 ka B.P.附近δ~(13)C记录出现较大幅度的迅速偏正,并持续到约2.5 ka B.P.,随后石笋δ~(13)C值出现偏负趋势,表明在4.2 ka B.P.以后气候持续处于干冷状态直到2.5 ka B.P.才有所转暖。在全新世期间,重庆金佛洞石笋清晰地记录了7次千年尺度气候震荡事件,分别发生在大约2.7 ka B.P.、4.2 ka B.P.、5.5 ka B.P.、8.3 ka B.P.、9.4 ka B.P.附近,与大西洋染赤铁矿记录的冷事件2、3、4、5、6相对应。除此之外,J119δ~(13)C记录显示在7.0～6.7 ka B.P.、7.8～7.3 ka B.P.时段也存在千年尺度震荡,这些突变事件与董哥洞石笋氧同位素记录的弱季风事件(2.7 ka B.P.、4.4 ka B.P.、5.5 ka B.P.、6.3 ka B.P.、7.2 ka B.P.、8.3 ka B.P.)也存在一定的对应关系。因此,本文研究表明金佛山石笋δ~(13)C记录能够反映全新世千年尺度的气候事件,并可以与石笋δ~(18)O记录进行相互对比和验证。     

福建千年桐种源叶片δ13C与环境及叶碳氮含量的关系

选取福建省不同千年桐种源在同一条件下人工培育,通过测定千年桐叶片稳定碳同位素比率(δ¹³C),分析千年桐叶片δ¹³C的特征及其种源差异,以及环境因素和种源生长对其的影响。结果表明,千年桐种源叶片δ¹³C的变化范围在-26.06‰~-24.46‰之间,平均值为-25.54‰,其中莆田、顺昌和沙县种源δ¹³C值较大。千年桐种源叶片δ¹³C值与经纬度之间相关性不显著,与年均温度呈显著正相关,与年均降水量呈显著负相关,年均温度和年均降水量是千年桐δ¹³C值变化的主要限制因素。千年桐种源叶片δ¹³C值与叶N含量以及C/N呈现二次曲线相关性。结合叶片δ¹³C及其对环境因素的响应,莆田、顺昌、沙县千年桐种源具有较高的δ¹³C值,对应较高的水分利用效率,可以考虑栽植在较干旱、贫瘠环境中作为先锋树种,其落叶阔叶的特性也有助于养分回归、改良地力;而政和、尤溪、建阳种源的δ¹³C值相对较小,建议栽植在水分条件较好的湿润地区,充分发挥对水分的摄取能力,提高其生长量。     

重庆黑风洞石笋灰度记录的全新世季风气候变化

基于重庆地区黑风洞石笋HF01的~(230)Th年代数据、灰度数据、氧同位素数据和Fe含量数据,重建了长江中上游地区全新世季风变化历史。结果显示石笋HF01的灰度值主要响应东亚季风变化,石笋灰度序列能够记录东亚全新世季风气候变化历史,即全新世早中期东亚夏季风增强,在6 ka B.P.以后季风逐渐减弱。石笋HF01的灰度序列清晰地记录了一系列的Bond事件,显示石笋灰度值对气候环境变化敏感,是可靠的气候环境信息载体;也进一步证明东亚季风不仅受太阳辐射驱动,还受高纬地区千年尺度的气候变化影响。石笋HF01灰度序列功率谱所呈现的55 a周期与太平洋数10 a尺度涛动(PDO)的50~70a周期一致,45、25、23、22、18、12 a周期接近于太阳活动周期,说明在数十年至百年尺度上东亚季风可能受太平洋涛动和太阳活动的共同影响。     

天津市PM2.5中氮含量及同位素的昼夜及季节变化

为研究天津市大气气溶胶中氮的来源,分析了2016年夏、冬两季昼夜采集的细颗粒物气溶胶（PM_2.5）中无机离子浓度和氮同位素组成（δ¹⁵N）.结果显示：天津市冬季平均PM_2.5质量浓度（207 μg/m³）远高于夏季（40.1 μg/m³）,冬季PM_2.5的δ¹⁵N值（+5.1‰）低于夏季（+10.7‰）,即夏季PM_2.5较冬季更富集¹⁵N;夏季PM_2.5中NH₄⁺的平均浓度高于c（NO₃^–）,但是冬季NO₃^–浓度最高,其次是c（NH₄⁺）>c（SO₄^2–）;此外,通过对比昼夜样品,夏季PM_2.5中氮含量和氮同位素组成在昼夜均表现出明显差异,而冬季不明显.结果表明,天津市夏季气溶胶中含氮化合物在昼夜受海陆风的影响,即白天受海洋气溶胶影响较大而夜间则为陆源气溶胶物质影响,然而冬季受东亚季风的影响削弱了海陆风对海陆间大气气溶胶的交换作用,且在冬季化石燃料燃烧源氮贡献较大.     

夏季汾河干流溶解无机碳同位素组成及其来源

根据2019年8月对汾河干流水文参数和碳酸盐参数的调查,初步探讨了溶解无机碳（DIC）及同位素值（δ¹³C_DIC）的沿程变化及其影响因素.结果显示,源头水DIC为2756μmol/kg,δ¹³C_DIC为-9.6‰,土壤CO₂输入和碳酸岩化学风化可能是其主要来源;在太原市区上游的水库影响区,较强的初级生产使得水体DIC（平均值为2377μmol/kg）和CO₂分压（pCO₂）（平均值为552μatm）偏低,δ¹³C_DIC（平均值为-5.2‰）偏正,而在市区下游的水坝滞流影响区,城市污水的大量输入和有机物的降解使得DIC（>4900μmol/kg）和pCO₂（>5000μatm）显著升高,δ¹³C_DIC（<-10.3‰）偏负;在流经主要粮食产区的汾河下游,δ¹³C_DIC偏正（~-8.0‰）于源头,可能与C4植被（如玉米）的存在有关.可见,人为干扰已成为影响汾河DIC沿程变化的重要因素,表现为大气CO₂强源的城市下游水坝滞留区在今后需受到更多关注.     

鲴鲢鳙混养系统中微生物对氮素迁移转化的影响

通过实验室模拟富营养化水体进行鲢（Hypophthalmichthys molitrix）鳙（Aristichthys nobilis）鲴（Plagiogathops micrloepis Bleeker）混养,结合同位素标记与微生物检测,研究其中沉积物微生物群落的变化及其对氮素迁移转化的影响,揭示鲢鳙鲴混养作用机制.结果表明,鲢鳙鲴混养增加了沉积物中氨化细菌（芽孢杆菌属与假单胞菌属）的数量,实验结束时,与其它组相比,鲢鳙鲴组的芽孢杆菌属（Bacillus）与假单胞菌属（Pseudomonas）总占比最高,为31.2%,这增强了氨化作用,减少了沉积物中有机氮的含量,使得鲢鳙鲴组的δ¹⁵N （底质沉积物）在实验结束时降至726.8‰.鲢鳙鲴混养提高了沉积物中反硝化菌属（动胶菌属与芽胞杆菌属）的数量,实验结束,鲢鳙鲴组动胶菌属（Zoogloea）与芽胞杆菌属（Bacillus）占比显著高于鲢鳙组（P<0.05）,达到8.17%、33.7%,使得系统中反硝化反应加强,使水体中更多的硝酸盐氮转化为气态氮并移出水体,实验结束时,与其它组相比,鲢鳙鲴组δ¹⁵N_{（硝酸盐氮）}降低至96.3‰,¹⁵N总含量也降低至6.94μmol.     

基于水化学及氮氧同位素技术的硝酸盐来源解析——以鄱阳湖湿地为例

为了识别鄱阳湖湿地水体中硝酸盐污染的来源,转化特征和各污染来源的贡献比例,选取枯水期这一典型时期,于2019年1月份对鄱阳湖中的蚌湖湿地,沙湖山湿地和庐山湿地的地表水进行取样,并测定了水样中的离子组成和硝酸盐氮氧同位素值.研究结果显示, NO₃^-/Cl^-物质的量浓度比值与Cl^-浓度的关系表明3处湿地中硝酸盐来源可能受到农业活动和降雨的影响.蚌湖,沙湖山和庐山湿地水体中δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-值的范围分别为-6.19‰~4.67‰和3.41‰~39.95‰,-4.14‰~1.45‰和31.54‰~68.30‰,-6.98‰~3.83‰和2.80‰~30.43‰,硝酸盐氮氧同位素值表明3处湿地硝酸盐来源可能受到降水NO₃^-,硝酸盐氮肥,氨态氮肥和土壤有机氮的影响.利用硝酸盐氮氧同位素之间的关系,并结合NO₃^-与Cl^-比值关系判断湿地中无明显反硝化作用的发生.SIAR模型结果显示:蚌湖湿地,沙湖山湿地,庐山湿地硝酸盐来源中降水NO₃^-贡献占比最大,其次是化肥,土壤有机氮,粪便和生活污水贡献占比最小.