玉米秸秆烟尘中正构脂肪酸的分子与碳同位素组成

在模拟的明火燃烧和闷烧条件下对4种玉米秸秆进行了焚烧试验,用GC/MS和GC/C/IRMS分别测定烟尘中正构脂肪酸的分子与碳同位素组成.结果表明,在明火烟尘中正构脂肪酸由C7~C_(34)组成,其平均总含量为13 895.0 mg·kg-1.其低碳数(≤C_(16))与高碳数(C_(16))正构脂肪酸的含量比(L/H)平均值为1.1.C_(18)/C_(16)、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、C_(24)/(C_(22)+C_(26))(CAR)的平均值分别为0.33、0.17、0.50、1.2.正构脂肪酸单体表现出以C_(16)、C_(24)为主、次峰碳数的双峰式分布模式.其碳优势指数(CPI)的平均值为4.5.在闷烧烟尘中正构脂肪酸由C_6~C_(34)组成,其平均总含量为50 183.7 mg·kg-1.L/H、C_(18)/C_(16)、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、CAR的平均值分别为1.3、0.33、0.20、0.60、1.6.也具有与明火烟尘相同的分布模式.其CPI的平均值为6.1.明火烟尘中C_(14)~C_(26)单体的δ~(13)C平均值在-21.0‰~-24.8‰之间变化,总平均值为-23.5‰.该值与玉米秸秆中对应值之差(Δ~(13)C)达-0.7‰.闷烧烟尘中C_(14)~C_(26)单体δ~(13)C平均值的变化范围为-21.8‰~-25.4‰,总平均值为-23.3‰.其Δ~(13)C值达-0.5‰.与玉米秸秆相比,两种烟尘中正构脂肪酸的分子组成和碳同位素组成均发生了明显的改变.L/H、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、CAR、δ~(13)C等指标可用于识别大气气溶胶中玉米秸秆燃烧来源的正构脂肪酸.     

树叶烟尘中的有机碳和元素碳

为了探讨不同燃烧条件下树叶烟尘中有机碳(OC)、元素碳(EC)及8种碳组分(OC1~OC4、POC、EC1~EC3)的质量分数及分布,利用自制的燃烧采样装置,对10种绿叶进行了阴、明燃两种条件的燃烧,并用热/光碳分析仪对产生的烟尘进行了测定.结果表明,10种绿叶阴燃烟尘中的OC、EC质量分数均值分别为48.9%和4.5%,焦炭char-EC(定义为EC1-POC)的质量分数均值为4.4%.该条件下绿叶燃烧的烟尘(PM)、OC及EC的排放因子均值分别为102.4、50.0和4.7 g·kg-1,烟尘中OC/EC、OC1/OC2及焦炭和炭灰的比值char-EC/soot-EC(定义为EC1-POC/EC2+EC3)的均值分别为11.5、1.9和48.1.明燃条件下,10种绿叶烟尘中OC、EC及char-EC的质量分数均值分别为44.9%、10.9%和10.7%,PM、OC及EC的排放因子均值分别为59.2、26.6和6.0 g·kg-1.10种绿叶明燃烟尘中上述三特征比值的均值分别为4.8、1.1和133.0.树叶阴燃烟尘中OC1质量分数及OC1/OC2值均显著高于明燃,而明燃烟尘中的char-EC质量分数及char-EC/soot-EC显著大于阴燃.树叶烟尘中OC、EC的组成在不同树种及燃烧条件间均体现出一些差异,同时也明显区别于其他生物质烟尘.     

秸秆燃烧排放的正构烷烃及其碳同位素组成特征

为了探讨生物质燃烧过程中正构烷烃化学组成及其碳同位素的变化规律,对4种玉米秸秆进行了室内焚烧实验,用GC-MS和GC/C/IRMS方法对燃烧前后的样品进行测定.结果表明,秸秆中正构烷烃的碳数为C13~C35,分布形态为单峰型,主峰碳数为C31.正构烷烃的碳优势指数(CPI)值为1.1~5.3,平均碳链长度(ACL)为25.1~28.8.明火烟尘中正构烷烃的碳数为C14~C35,呈双峰型分布,2个主峰碳数分别是C18和C31.其CPI值为1.0~2.4,ACL值为23.0~26.8.正构烷烃单体碳同位素比值为-20.1‰~-33.5‰.闷烧烟尘中正构烷烃的碳数是C12~C35,CPI值为2.2~4.8,ACL值为26.6~28.9.其含量呈双峰式分布,2个主峰碳数分别是C22/C23、C31.正构烷烃单体碳同位素比值为-21.5‰~-32.5‰.在明火烟尘和闷烧烟尘中,正构烷烃的单体碳同位素组成与原秸秆中同碳数正构烷烃的差值分别为-13.8‰~5.4‰、-6.7‰~ -5.1‰.2种烟尘中正构烷烃的化学组成与碳同位素分布都与原玉米秸秆有着显著的差别.     

稻草烟尘中有机碳/元素碳及水溶性离子的组成

选取我国6种稻草,通过自制的生物质焚烧装置模拟秸秆露天焚烧.采用Model 2001A热/光分析仪和ISC 2000/ISC3000离子色谱仪测定了阴燃、明燃烟尘中有机碳(OC)、元素碳(EC)与水溶性离子的含量.结果表明,明燃条件下稻草中OC排放因子(EFOC)均值为(6.37±1.86)g·kg-1,EC排放因子(EFEC)均值为(1.07±0.30)g·kg-1;阴燃条件下稻草中EFOC均值为(37.63±6.26)g·kg-1,EFEC均值为(4.98±1.42)g·kg-1.同一品种稻草燃烧排放出的PM、OC与EC变化趋势一致.明燃时稻草中的OC/EC均值为5.96,阴燃时比值均值为7.80,OC/PM几乎不受燃烧状态的影响,阴燃、明燃时EC/PM分别在0.06~0.08、0.08~0.11范围内,通过EC/PM比值可以初步判断燃烧状态的趋势,两种燃烧方式中排放的OC、EC相关性达到0.97,在0.01水平上相关性显著.阴离子中,Cl-含量最高,明燃时稻草中Cl-的排放因子均值为(0.246±0.150)g·kg-1,阴燃下为(0.301±0.274)g·kg-1,明燃时K+排放因子均值为(0.118±0.051)g·kg-1,阴燃时排放因子远低于明燃排放量,均值为(0.053±0.031)g·kg-1.水溶性Na+在阴燃条件下的排放因子均高于明燃状态下的排放.明燃条件下水溶性离子间的相关性比阴燃时显著.通过OC/EC比值可以将稻草与石化燃料及其他一些生物质燃烧区分开,而水溶性离子中的K+/Na+、Cl-/Na+比值也可以将稻草与一些树木类焚烧区别开来.     

太原市PM10及其污染源中碳的同位素组成

通过采集太原市PM10及其主要源(煤烟尘、机动车尾气尘、土壤风沙尘)样品,结合离线分步加热氧化法和同位素质谱仪测定了颗粒物中有机碳(OC),元素碳(EC)和总碳(TC)的同位素组成, 并探讨了太原市PM10中碳的来源.结果表明,太原市冬季、春季PM10中OC、EC和TC的碳同位素组成分别是-34.7‰、-23.5‰、-23.9‰和-30.5‰、-23.1‰、-23.9‰; 煤烟尘中OC、EC和TC的碳同位素组成分别是-26.5‰、-23.2‰、-23.6‰,土壤风沙尘分别为-24.6‰、-14.1‰、-17.3‰,汽油车和柴油车尾气尘分别为-27.7‰、-25.5‰、-27.0‰和-25.7‰、-24.3‰、-24.8‰. EC和TC的同位素组成是区分土壤风沙尘较好的标识指标,TC的同位素组成是汽油车尾气尘较好的标识指标;利用二元复合计算公式结果显示土壤风沙尘中OC、EC占TC的百分含量分别为30%、70%;煤烟尘中OC、EC占TC的百分含量分别为11%、89%;汽油车尾气尘中OC、EC占TC的百分含量分别为78%、22%,柴油车尾气尘中OC、EC占TC的百分含量分别为36%、64%;太原市PM10中的TC和EC主要来源于煤烟尘,OC少部分来源于机动车尾气排放,另外还有其他的重要贡献源.     

原油中芳烃及其碳稳定同位素组成特征

芳烃作为原油的主要组分之一,蕴含丰富的地球化学信息,常用原油中芳烃的分布及其碳稳定同位素组成来评价原油的有机质来源和热成熟度等指标。为了补充油品化学指纹的基础鉴别指标和数据,找出适用于油样鉴别的芳烃地球化学指标以及碳稳定同位素组成,本文主要测定了来自不同地区七种原油芳香烃组分的相对含量以及碳稳定同位素组成,并计算分析了甲基萘比值（MNR）、二甲基萘比值（DNR）、三甲基萘比值（TNR）、甲基菲比值（MPR）、甲基菲指数（MPI1）和甲基菲分馏系数（MPDF）等常见的芳烃特征比值。从原油中芳烃组分相对含量分布来看,七种原油均显示出了各自的特点;从原油芳烃的特征比值来看,成熟度参数（MNR、TNR1、TNR2、MPR、MPI1、MPDF1和MPDF2）均反映出所有原油的高成熟度,其它芳烃参数如DNR1、DNR2和TNR4等比值反映原油的母质来源及生物降解等信息,由芳烃特征比值的单因素方差分析（ANOVA）结果可知,与成熟度参数MNR和MPI1相比,DNR1、DNR2和TNR4在不同原油间的差异更加明显;从原油芳烃碳稳定同位素组成来看,不同地区原油间差别较大,其中巴西原油最富集13C,阿曼原油和委内瑞拉原油最亏损13C,二甲基萘和菲的碳稳定同位素组成在不同油样间的差异最明显。将显著性差异大的芳烃参数与芳烃δ13C值联用,结果表明,该方法可以更加有效区分七种原油。最后使用主成分分析方法分析原油芳烃碳稳定同位素组成,七种原油显示出各自不同的碳稳定同位素组成特征和明显的区分效果,利用不同油样芳烃的碳稳定同位素组成差异可实现对油样来源的鉴别。     

稻草烟尘中正构烷烃和正构脂肪酸的碳同位素

为了查清稻草燃烧烟尘中正构烷烃和正构脂肪酸的碳同位素分馏状况,对我国的6种稻草在明火燃烧和闷烧条件下进行室内模拟试验,并测定了烟尘中两类有机物的单体碳同位素.结果表明,在明火烟尘中,正构烷烃和正构脂肪酸单体的δ13C值分别为-28.6‰～-38.8‰、-29.6‰～-41.9‰;正构烷烃和正构脂肪酸的平均碳同位素组成分别是-32.6‰～-36.4‰、-34.0‰～-36.2‰.在多数稻草的明火烟尘中,正构烷烃总体上比秸秆内同碳数烷烃亏损13C,其δ13C值最大相差4.1‰.大部分正构脂肪酸的单体碳同位素组成比稻草重,二者最大相差6.3‰.在闷烧烟尘中,正构烷烃和正构脂肪酸的单体δ13C值分别为-31.7‰～-39.0‰、-31.3‰～-38.8‰;正构烷烃和正构脂肪酸的平均碳同位素组成分别为-35.1‰～-36.4‰、-34.4‰～-35.6‰.在多数稻草的闷烧烟尘中,正构烷烃的单体碳同位素组成比稻草轻,二者最大相差6.1‰;而正构脂肪酸的单体碳同位素却比稻草重,二者最大相差8.4‰.稻草闷烧时排放的正构烷烃比明火燃烧时排放的更趋向于亏损13C,而高碳数（≥C19）正构脂肪酸的单体碳同位素组成呈现出比明火烟尘偏重的趋势.在稻草烟尘中,正构烷烃和正构脂肪酸的单体碳同位素组成与未燃烧稻草中的对应化合物有显著差别.烟尘中两类有机物相对于稻草而发生了方向相反的碳同位素分馏.     

稻草和玉米秸秆燃烧烟尘中正构烯烃的组成

在明火燃烧和闷烧条件下对6种稻草和5种玉米秸秆进行了燃烧试验,并对烟尘中的正构烯烃进行了分析.结果表明,在稻草明火烟尘中,正构烯烃由C15~C29组成,其平均总含量为918.7mg/kg,低碳数与高碳数正构烯烃含量比(L/H)的平均值为0.6,碳优势指数(CPI)的平均值为1.2.正构烯烃呈双峰式分布,两个峰碳数主要是C24和C28.在稻草闷烧烟尘中,正构烯烃由C17~C29组成,其总含量、L/H、CPI等的平均值分别是517.0mg/kg、0.7和0.9.正构烯烃同样呈双峰型分布,两个峰碳数主要是C23和C28.在玉米秸秆的明火烟尘中,正构烯烃由C19~C29组成.其总含量、L/H、CPI等的平均值分别为126.0mg/kg、0.7和1.3.正构烯烃呈单峰型分布,主峰碳数主要是C24和C23.在玉米秸秆的闷烧烟尘中,正构烯烃由C17~C29组成,其总含量、L/H、CPI等的平均值分别是198.9mg/kg、1.8和 0.9.正构烯烃呈双峰式分布,其主峰碳数均为C23,次峰碳数主要是C29.在两类秸秆燃烧产生的烟尘之间,正构烯烃的组成存在明显差别.这有助于识别气溶胶中稻草或玉米秆燃烧来源的此类污染物.     

河流中碳、硫稳定同位素的研究进展

河流系统是全球生物地球化学循环的关键环节,是将陆地侵蚀物质输入海洋的主要通道.自然风化是河流水物源的主要营力,人为活动的影响使河流污染物的来源更加复杂,仅仅依靠主要离子组成不能很好的区分河流中物质的不同来源,而稳定碳、硫同位素可以示踪河流中物质的来源.本文综述了当代河流系统中碳、硫同位素的研究现状和分析方法,并对未来河流研究中碳-硫耦合循环研究进行了展望.     

胞外碳酸酐酶对湖泊微藻稳定碳同位素组成的影响

本文以红枫湖、百花湖和阿哈水库中的微藻为研究对象,通过测定湖水中的DIC含量,微藻胞外碳酸酐酶活力和藻体的稳定碳同位素组成等信息,来研究湖泊微藻的碳同位素组成对全球气候变化的响应。结果发现:水体无机碳和微藻胞外碳酸酐酶活力是影响湖泊微藻稳定碳同位素组成变化的决定性因素。本研究所获得的认识将在全球气候变化方面具有重要意义。     

华北平原不同农田管理措施对于土壤碳库的影响

华北平原是我国重要的粮食生产基地,土壤碳氮水平直接作用于区域的土壤肥力和粮食生产.通过长期定位实验,研究了包括自然恢复(F)、清茬翻耕(N)、秸秆还田免耕(S)和秸秆还田翻耕(TS)这4个处理下土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、全碳(TS)、全氮(TN)含量和储量以及13C和15N分布状况.结果表明,与F相比,在0~20 cm土层,N、S和TS的土壤有机碳储量分别降低21.6%、12.3%和3.4%,土壤无机碳储量变化不显著.在20~40 cm土层,土壤有机碳储量变化不显著,而3个农田耕作处理的土壤无机碳储量较F分别增加4.1%(N)、7.3%(S)和5.0%(TS),无机碳增加主要是次生碳酸盐的贡献,农田土壤PIC增加了97%~261%.与自然恢复地相比,农田土壤表层δ15N、δ13CSIC、δ13CSOC偏高且δ13CSOC达显著差异,20~40 cm土层δ15N、δ13CSIC偏低而δ13CSOC偏高.该地区农田土壤中原生碳酸盐以分解作用为主,土壤-作物系统通过增加CO_2含量促进次生碳酸盐的形成,秸秆还田是恢复农田耕作引起土壤碳库储存下降的有效措施.对于华北平原,今后应加强关于秸秆还田和耕作措施对土壤有机碳和无机碳影响的综合研究,对于表层以下层次土壤的碳转化和变化规律需要更多的长期观测.     

南京北郊冬夏季大气PM2.5中碳质组分浓度及同位素组成研究

为研究南京北郊不同季节PM_(2.5)中碳质组分的主要来源,分别在2014年1月1—23日和2014年7月3—22日进行PM_(2.5)样品采集,并分析其中有机碳(OC)、元素碳(EC)浓度及总碳同位素组成.结果表明,冬季PM_(2.5)浓度高于夏季,平均值为(146.69±64.67)μg·m-3,OC、EC浓度较高,分别为(14.77±5.58)μg·m-3与(9.01±4.74)μg·m-3;而夏季PM_(2.5)浓度为(57.69±23.80)μg·m-3,OC、EC浓度分别为(5.94±2.20)μg·m-3和(2.78±1.25)μg·m-3.二次有机碳(SOC)占OC比重较小,冬、夏两季分别为36.99%与27.37%,这与采样点紧邻公路主干道使颗粒物未得到充分的二次反应有关.南京北郊冬季δ13C平均值为-25.38‰±0.36‰,夏季为-26.50‰±0.58‰,通过与潜在污染源的δ13C值对比,推断出采样期间冬季主要的潜在碳质污染源为煤炭燃烧及机动车尾气,夏季主要的潜在碳质污染源为生物质燃烧及汽车尾气.     

灰分示踪法测定秸秆降解菌降解率方法的建立

建立了用灰分示踪法测定秸秆降解菌对秸秆的降解率的方法,由于灰分是固定存在于秸秆中的,通过定量测定灰分,可准确定量分析秸秆降解菌的降解能力,采用此方法测定了2个秸秆降解菌群对秸秆的降解率,其结果与产糖率法测定结果一致,表明该方法可实现定量准确测定微生物对秸秆的降解率。进一步应用该方法测定了实验室筛出的3个菌株对秸秆的降解率,结果表明:72号菌株为降解能力最高的秸秆降解菌。该方法的建立和应用为秸秆降解菌的筛选及秸秆资源的开发利用提供了实验方法与理论依据。     

机动车尾气碳质气溶胶排放因子及其稳定碳同位素特征

机动车尾气是大气碳质气溶胶的重要人为来源,其排放因子与稳定碳同位素组成是重要的基础数据.选取多辆不同类型在用机动车,进行多种工况、冷/热条件下启动的台架试验,收集各测试阶段尾气分析其碳质组分含量与稳定碳同位素比值,并探讨其影响因素.结果表明,总碳排放因子大小为：重型柴油车>轻型柴油车>轻型汽油车,轻型天然气车虽然在低速与中速阶段排放因子极低,但高速行驶阶段可达到重型柴油车的排放水平.各型车冷启动的排放因子均高于热启动,NEDC工况的排放因子整体低于WLTC工况,应与其测试车速有关.汽油车和天然气车各测试阶段排放有机碳(OC)均远高于元素碳(EC),柴油车OC与EC排放因子相近,各类车辆OC/EC都随测试车速的提高而上升.稳定碳同位素EC重于OC,同位素比值大小关系均呈现：汽油车<天然气车<轻型柴油车<重型柴油车,现有源解析的稳定碳同位素源谱较难反映汽油车与天然气车特征.在排放治理与源解析工作中,应注意替代燃料的使用与机动车老化过程所造成的排放因子与同位素特征值的变化影响.     

被动采样器(MerPAS)在气态汞含量和同位素分馏研究中的应用

汞（Hg）是一种具有生物毒性、易挥发的有害金属元素。在大气中主要以气态单质汞Hg⁰的形态存在,具有较长的大气滞留时间,能随大气环流扩散到全球。多尺度监测大气Hg⁰的浓度对于评估《关于汞的水俣公约》履行效果极为关键。由于操作简易且不易受恶劣环境影响,被动采样器是现有大气Hg⁰主动监测技术的有效补充。近期研究表明被动采样器（MerPAS）采集到的大气Hg⁰可以同时应用于汞浓度与稳定汞同位素的分析。鉴于MerPAS在大气汞的研究中的广泛应用前景,本文对MerPAS的结构、原理以及其在大气Hg⁰浓度和同位素研究方面的进展进行综述,并通过实地采集天津市市区的大气汞来验证其汞浓度和同位素测试的可靠性。结果显示：MerPAS能够准确地监测大气汞的浓度,并很好地保存大气Hg⁰的同位素信号,特别是非质量分馏信号。     

耕作深度调控秸秆还田对农田土壤呼吸的影响

秸秆还田和耕作深度处理是影响农田土壤呼吸最重要的农业管理措施之一,但二者交互作用影响农田土壤呼吸的机制尚不清楚.基于此,针对中国的旱地农田生态系统,利用已发表的116篇研究论文,借助Meta分析技术,探究秸秆还田和耕作深度处理及其二者交互作用对农田土壤呼吸的影响及其调控因素,为农田生态系统实现\"碳中和\"提供重要的数据支撑和理论依据.结果表明,免耕导致土壤呼吸减少了 8.3％,而浅耕和深耕处理对土壤呼吸的影响不显著,但对土壤呼吸的增加量仍呈现出深耕＞浅耕＞免耕的趋势.虽然,浅耕和深耕对土壤呼吸和土壤有机碳(SOC)的影响均相对较小,但是免耕导致土壤呼吸减少了 8.3％的同时却又导致SOC增加了 7.05％,因此实施免耕措施对农田土壤固碳减排具有重要意义.此外,耕作深度会显著调控秸秆还田对土壤呼吸的影响,且土壤呼吸的增加量呈现出深耕秸秆还田＞浅耕秸秆还田＞免耕秸秆还田的趋势,整体平均增加了14.51％.秸秆还田后不同深度耕作处理下土壤呼吸的增加量与土壤容重、农作物产量、土壤有机碳、以及土壤温度和水分的改变量密切相关,且对土壤呼吸增加量的贡献呈现出土壤容重＞农作物产量＞土壤有机碳＞土壤水分＞土壤温度的趋势.虽然SOC在深耕秸秆还田、浅耕秸秆还田和免耕秸秆还田处理下分别增加了 29.32％、10.12％和23.94％,但是土壤呼吸在深耕秸秆还田和浅耕秸秆还田处理分别增加了 29.32％和18.92％,而在免耕秸秆还田处理下仅增加1.2％.所以,免耕秸秆还田也有利于农田土壤固碳减排.因此,在中国的旱地农田生态系统中,耕作深度会调控秸秆还田对土壤呼吸的影响程度,而这种调控主要与土壤理化性质有关,尤其与土壤容重关系最为紧密,且免耕和免耕秸秆还田均是有利于农田土壤固碳减排的重要农业管理措施.