贵州喀斯特地区典型土壤碳酸盐垂直分布特征及其同位素组成研究

以贵州为中心的西南喀斯特地区的石漠化是我国实施西部大开发战略中所面临的根本性地域环境问题之一,喀斯特地区石漠化是一种与脆弱生态背景和人类活动相关联的土地退化过程,而土壤退化是土地退化的核心部分。本研究采集了贵州喀斯特地区的砂岩黄壤剖面和石灰土剖面的土壤样品,测定了剖面样品的土壤有机碳含量、土壤碳酸盐含量和土壤碳酸盐δ~(13)C。结果表明,砂岩黄壤和石灰土碳酸盐含量在剖面上的分布存在差异,黑色石灰土碳酸盐含量在剖面上的总体变化均表现出从上到下逐渐减小的趋势,土壤碳酸盐含量主要集中在表层土壤,而黄色石灰土和砂岩黄壤碳酸盐含量在剖面上的变化不大。而且在砂岩黄壤和石灰土中,土壤碳酸盐δ~(13)C值在剖面深度上的变化情况不同,表明了土壤有机碳向无机碳转化的程度,不同的成土过程及程度和成土环境的差异可能是砂岩黄壤和石灰土中土壤碳酸盐δ~(13)C值组成差异的主要原因。本研究提高了对区域碳库特征的认识,为喀斯特生态系统土壤有机质的生物地球化学循环研究提供了理论支撑。     

稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机质的含量变化

为了观察生态系统的转变对土壤有机质的影响,在贵州茂兰喀斯特原始森林保护区内农林生态系统发生转变的地域,分析了土壤有机质含量和土壤有机质的δ¹³C值森林点土壤有机碳含量普遍较高(1.81%～16.00%),而农田点土壤有机碳含量在0.43%～2.22%之间,表明毁林造田加速了土壤有机质的降解,使土壤有机质总量减少;利用C₃植物与C₄植物δ¹³C值的显著差异,对比森林点与农田点的δ¹³C值(森林点:-23.86‰～-27.12‰;农田点:-19.66‰～-23.26‰),计算表明,毁林造田同时也降低了土壤有机质中活性大的组分的比例,使土壤肥力下降.     

重庆农田土壤有机碳稳定性同位素空间分布特征

对重庆182个典型农田土壤剖面有机碳稳定性同位素组成(δ¹³C_SOC)的测定结果表明,所有剖面土壤δ¹³C_SOC值均随采样深度增加逐渐趋正,表、中和底层均值分别为（-23.63±1.53）‰、（-22.43±1.59）‰和（-21.42±1.90）‰.就地域而言,渝东北土壤δ¹³C_SOC值偏负程度最高,渝中土壤则偏正.水田δ¹³C_SOC值明显偏负,旱地偏正,水旱轮作则居中;三者表层土壤δ¹³C均值分别为（-25.32±0.93）‰、（-23.17±1.37）‰和（-24.75±1.28）‰;不同类型土壤表层δ¹³C均值依序为：水稻土<潮土<紫色土<石灰（岩）土<黄壤.回归树分析表明,表层土壤δ¹³C_SOC值主要受作物类型控制,中底层则主要与土壤类型有关;其它因素如土壤性质（总氮、 SOC和pH）和气象条...     

玉米生长和施氮水平对土壤有机碳更新的影响

设置了两种土壤施氮水平(150和300 mg·kg-1),3个生长时期(喇叭期、开花期和成熟期)收获玉米植株的土壤盆栽试验,采用同位素质谱法测定玉米植株和土壤有机碳的δ13C值,以研究玉米植株生长和施氮水平对土壤有机碳更新的影响.结果表明,玉米植株的δ13C值为-12.9‰～-13.2‰,受玉米生长时期和施氮水平的影响不显著;种植玉米后,土壤有机碳含量增加,说明在供试土壤上,玉米生长促进了土壤碳汇的作用;玉米生长和施氮水平显著影响土壤有机碳的δ13C值和土壤有机碳的更新.根据土壤有机碳δ13C变化计算,玉米根际碳沉积对土壤有机碳的贡献为4%～25%,随玉米生长时间的延长,玉米根际碳沉积对土壤有机碳的贡献增大.种植一季玉米后,低氮处理的土壤有机碳的δ13C值大于施用高氮的处理,但土壤总有机质含量低于高氮处理.由此说明,在养分不足的条件下,玉米根分泌物可能更能激发土壤原有机质的矿化,从土壤中获得更多的养分.     

典型绿洲不同土壤类型有机碳含量及其稳定碳同位素分布特征

土壤有机碳及其稳定同位素组成反映了生态系统碳循环的关键信息,对研究全球变化下陆地生态系统碳动态及碳资源的可持续发展具有重要意义.本研究以阿拉尔绿洲4种土壤类型为研究对象,测定不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨不同土壤类型有机碳分布、δ~(13)C_(SOC)丰度差异及其与土壤环境因子的关系.结果表明:(1)土壤整体有机碳含量由高到低依次为灌漠土、棕漠土、盐土、风沙土,且在表层(0~20 cm层)具有较大值;δ~(13)C_(SOC)变化范围在-26‰~-23‰,表层(0~20 cm)由正趋负为盐土风沙土灌漠土棕漠土.(2)土壤有机碳含量受土壤类型、深度及其交互作用极显著影响,δ~(13)C_(SOC)受土壤类型、交互作用显著影响;进一步交互效应检验中土壤有机碳受因素水平影响极强,同位素相对较弱.(3)冗余分析发现土壤有机碳与土壤无机碳、全氮、土壤含水量、容重均存在显著或极显著正相关关系,与C/N具有显著负相关关系;δ13CSOC与电导率存在显著正相关关系,与土壤无机碳、土壤含水量均存在极显著负相关关系.土壤环境因子的重要性排序为土壤含水量土壤无机碳容重全氮C/N电导率pH.分析得出土壤有机碳及其同位素在不同土壤类型中呈现出不同变化规律,其土壤类型的效应强于土壤深度,受土壤含水量影响最甚.     

互花米草对苏北滨海湿地表土有机碳更新的影响

自互花米草引入苏北滨海湿地后,逐渐替代本土植物盐蒿并形成单一植被的互花米草湿地.选择苏北地区盐蒿湿地及不同生长年限的互花米草湿地,采集其表层土壤样品,分别测定全土和分离的土壤粒径组分中总有机碳及δ13C值,分析湿地土壤有机碳浓度及其同位素组成的变化.结果表明,互花米草引入盐蒿湿地后,表层土壤有机碳浓度显著增加(增量达70%),且随着互花米草生长时间延长而明显增加.与盐蒿湿地相比,互花米草湿地土壤中大团聚体(>250mm)和微团聚体组分(53~250mm)有机碳浓度均显著增加,而粉粒组分(2~53mm)则无明显变化.互花米草湿地土壤原状土及各粒径组分的δ13C值均明显高于盐蒿土壤,源于互花米草的新碳在各粒径组分中均有分布,但主要富集在大团聚体组分中,占该组分总碳的31%~43%,说明互花米草生长对土壤有机碳浓度增加主要反映在粗粒径组分中,而对粉、黏粒组分则影响较小.     

喀斯特地区坡地土壤可溶性有机碳的分布特征

以广西喀斯特地区2个不同退化程度的典型坡地作为研究对象,测定了坡地表层和不同地形部位(坡肩、坡背、坡腰和坡脚)剖面土壤可溶性有机碳(DOC)含量和δ13CDOC值,分析了土壤中DOC的迁移变化规律及影响因素.结果表明,DOC含量主要受到有机质输入?地形和土壤质量等因素影响.灌丛坡地表层土壤中DOC含量要高于草丛坡地,2个坡地表层土壤中DOC含量均随坡面向下而升高,与土壤有机碳(SOC)变化呈相反趋势.而在坡地各个地形剖面中,除灌丛坡地的坡肩和坡背2个剖面土壤中DOC含量随土层深度表现出一定的升高趋势,其他剖面中DOC含量均随土层深度增加而降低.灌丛坡地表层土壤中δ13CDOC值变化幅度明显高于草丛坡地,范围在-15.1‰~-22.1‰,与坡地植被和δ13CSOC值变化密切相关;而草丛坡地表层土壤δ13CDOC值范围在-19.98‰~-20.96‰,其变化幅度很小,与土壤δ13CSOC值变化相似,但与地表植被变化关系不明显,表明了DOC来源主要受到SOC的影响;而各个地形剖面中δ13CDOC值变化较为复杂,但灌丛坡地各剖面变化幅度明显高于草丛坡地相应剖面.剖面中有机质分解程度和输入量决定了δ13CDOC值变幅大小,因此土壤剖面中δ13CDOC值随深度变化的趋势,能够很好地反映剖面土壤中DOC迁移转化过程.     

应用δ~(13)C值探讨土壤中有机碳的迁移规律

C3 植物与C4 植物具明显的δ13C值差异 ,利用这种特性 ,选取荔波茂兰喀斯特森林边缘处这个C3植物—C4 植物转换生长的地点 ,分别采集森林与农田各三个剖面的土壤样品 ,根据测定其土壤总有机碳、不同粒径及不同比重组分的δ13C值间的相互关系来推导土壤有机碳的若干迁移规律     

不同岩溶环境条件下岩溶地下水中δ~(13)C_(DIC)特征

岩溶地下水的δ13 CDIC值主要是受土壤碳库和碳酸盐岩碳库的δ13 C所制约。本研究选取两个气候条件完全不同的南方广西桂林、北方山西汾阳为对比研究对象,通过取样测试分析两个地区岩溶地下水的δ13 CDIC值,发现北方汾阳岩溶地下水的δ13 CDIC范围为-7.53‰～-12.25‰,平均为-9.84‰;南方桂林岩溶泉水的δ13 CDIC范围为-9.22‰～-15.99‰,平均为-13.06‰;北方岩溶水比南方偏重3.22‰。结合两个地区所处的气候环境条件分析,北方暖温带干旱半干旱大陆性季风区,C4植被发育,C3/C4比例低,土壤碳库的δ13 C重;南方亚热带湿润季风区C3植被发育,C3/C4比例高,土壤碳库的δ13 C轻。因此气候条件不同引起生态条件的差异而造成南北方地下水δ13 CDIC的不同。这为利用同位素方法研究地下水对气候条件变化的响应提供了理论依据。     

长三角一体化示范区青浦区水体表层沉积物有机质分布特征、来源解析及污染评价

采集了长三角一体化示范区青浦区25个采样点的表层沉积物,分析了样品中总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳同位素(δ¹³C)和氮同位素(δ¹⁵N),探讨了研究区域表层沉积物中有机碳的分布特征和潜在来源,并进行了有机污染指数评价.结果表明,青浦区31个采样点表层沉积物中ω（TOC）为0.21%～3.55%,平均值为1.18%;ω（TN）范围为0.02%～0.23%,平均值为0.09%;δ¹³C范围为-28.04‰～-10.80‰,平均值为-22.28‰;δ¹⁵N范围为2.28‰～11.19‰,平均值为5.76‰;且TOC含量与TN含量显著相关;来源分析表明,研究区域表层沉积物中有机质主要受土壤有机质、污水有机质和陆生植物的影响;基于IsoSource软件的贡献率计算结果表明,土壤有机质相对贡献率较高（0.3%～96.8%）,且生活污水对多数采样点有机质来源均有一定的贡献;此外所选端元物质对不同土地利用类型样品中有机质来源贡献具有一定差异性;研究区域表层沉积物中有机污染评价指数范围为0.006～0.7...     

黄土高原不同植被覆盖下土壤有机碳的分布特征及其同位素组成研究

土壤有机碳（SOC）含量及其8^13C值随深度变化的趋势可以反映植物残体的输入及其在土壤中分解累积特征,有助于揭示SOC循环过程及规律。本研究以黄土高原不同植被类型覆盖条件下的黄土剖面为研究对象,通过测定土壤属性、SOC含量和植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定同位素组成,对该区域SOC深度分布和有机质8”C值组成差...     

贵州喀斯特山区植物叶片碳同位素组成研究

通过测定贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13C值,研究了该区植物叶片碳同位素组成特征,以及种间、生境差异和时空变化特征。研究结果表明:该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为-26.98‰--29.15‰,平均值为-28.14‰。研究区δ13C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。研究结果还表明,种间碳同位素组成存在较大的差异。生境的变化对蕨的碳同位素组成影响较大,而对渐尖毛蕨、盐肤木、火棘、马桑影响较小。盐肤木、渐尖毛蕨、云南鼠刺、火棘叶片的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势,但降低的幅度存在差异。植物的δ13C值随小尺度海拔的变化规律与随大尺度海拔变化的规律一致,都是随着海拔的增加δ13C值增大,但不同植物种间变化的幅度是不一样的。     

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.     

不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配及输入效率

为了研究不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配与输入效率,通过盆栽试验,采用13C-CO₂脉冲标记法,定量研究水稻不同生育期(分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期)内光合碳在水稻-(根际/非根际)土壤系统中的分配及其对根际、非根际土壤有机碳的贡献.结果表明:13C-CO₂脉冲标记6 h后,水稻地上部、根系和根际土中13C的丰度最大值均出现在分蘖期,分别达到1 864.7‰、842.6‰和-8.2‰,显著高于后3个生育期.分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期这4个生育期水稻光合13C在地上部的分配比例依次增加,而在根部和根际土中的分配比例逐渐减小;不同生育期水稻光合13C在水稻-土壤系统中的总回收率为72.0%～81.0%,在籽粒中的回收率由1.8%逐渐增至40.3%,在根部和土壤中的回收率逐渐下降,表明水稻生育前期光合作用更强,能够向地下部快速输入“新碳”.水稻生长至成熟后,茎叶中光合13C的分配比例由61.0%～93.1%降至32.8%～74.1%,而在籽粒、根部和根际土中的分配比例分别增加了1～2倍,表明水稻植株在生长过程中光合碳向籽粒和地下部传输.根际沉积效率随水稻的生长逐渐由分蘖期的11.0%降至灌浆期的4.1%;光合碳对土壤有机质的贡献也逐渐减低,而且对根际土的贡献显著大于非根际土,表明水稻生长速率决定了光合碳对土壤有机碳的贡献率,而水稻根际沉积效应是根际土壤有机质获得较高光合碳贡献率的主要原因.该研究进一步量化了水稻生长期间光合碳的分配及其对土壤有机碳库的贡献,有助于深入开展水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究.      

天然气中N_2来源及其地球化学特征分析

天然气中N2的来源很多，其地球化学特征也不相同：①大气源N2：N2／Ar≤84，且δ15NN2≈0‰（ATM）；②地壳越深部和上地幔来源的原生N2∶δ15NN2≈-2‰～＋1‰．且伴生Ar的40Ar／36Ar＞2000和He的3He／4He＞10－6；③微生物反硝化作用生成的N2∶δ15NN2＜－10‰和地下水中NO3-及NO2-浓度异常高；④未成熟沉积有机质经微生物氨化作用形成的N2∶δ15NN2＜－10‰，伴生CK4的δ13C＜－55‰（PDB）；⑤成熟（包括高成熟）沉积有机质经热氨化作用形成的N2∶δ15NN2值≈-10‰～－1‰，且伴生CH4的δ13C≈－55‰～－30‰；⑥过成熟沉积有机质裂解产生的N2∶δ15NN2≈＋5‰～＋20‰；⑦沉积岩中无机及在高温变质作用下释放出的N2∶δ15NN2≈＋1‰～＋3．5‰，N2／Ar》84。     

喀斯特地区黄壤和石灰土剖面化学组成变化与风化成土过程

对西南喀斯特地区典型黄壤和石灰土剖面土壤主量和微量元素组成变化特征进行了研究,提供了有关岩石风化和土壤形成过程的信息。所研究的土壤相对于上地壳普遍富集P和Mn,而亏损Na、K、Ca、Mg元素。与黄壤相比,石灰土具有较高含量的K、Rb和较低含量的Sr元素,同时具有较高Th/Ta,Rb/Sr比值和CIA的特征,指示两类土壤成土母质的差别和石灰土较强的风化程度。不同地区同种类型土壤以及同一地区不同类型土壤的化学组成具有显著差别,反映了不同区域和不同类型土壤在成土母质、风化成土过程和程度上的差异。     

柴河小流域草地土壤环境的同位素示踪研究

以滇池柴河小流域为研究区域,于2011年7月采集草地样品全样、分层样共17个,对土壤粒度、w(SOM)(SOM为有机质)、w(TN)进行测定;采用放射性核素137Cs示踪技术估算研究流域土壤侵蚀速率;同时,测定δ13C(稳定性碳同位素丰度),以研究该流域生态环境状况. 结果表明:①土壤粒度组成为粉粒(66.74%~77.55%)>黏粒(21.22%~31.29%)>砂粒(1.23%~3.33%),同一土地利用方式的土壤粒度组成差异较小,土壤适宜耕作. ②CH1、CH2、CH3采样点的w(SOM)分别为3.51%、1.72%、2.54%,w(TN)分别为0.22%、0.17%、0.18%,二者相对偏低,并且土壤剖面的w(SOM)、w(TN)均随深度增加呈降低趋势. ③CH1、CH2、CH3采样点的137Cs含量分别为586.91、279.83和217.82bq/m2,侵蚀模数分别为324.96、879.33和1066.83t/(km2·a),表明研究区整体属于轻度侵蚀且表层土壤侵蚀较为严重. ④CH1、CH2、CH3采样点的δ13C平均值分别为-18.49‰、-24.5‰和-21.74‰,表明有机质主要来源于陆源.      

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.