稳定同位素技术在河岸带功能研究中的应用

简要概述稳定同位素技术在生态学的应用领域,通过对河岸带反硝化作用限制因素、效率以及机理的回顾,体现稳定同位素技术应用的优势。重点阐述该技术在研究河岸带功能实现机理、分析河岸带生态系统物质来源和时空迁移转化规律以及研究河岸带与外界环境物质联系,生态系统食物网络组成及营养级关系中的应用,指出其能够科学反映物质空间变化和时间累积效应的特点。稳定同位素技术与传统地球化学技术的结合对国内河岸带功能研究以及生态河岸带建设具有重大的实际应用价值。     

基于稳定同位素的水生生物食物链结构特征分析

稳定碳、氮同位素(δ¹³C、δ¹⁵N)技术是研究水生态系统中物质循环、能量流动的重要手段.应用水生生物摄食过程中碳、氮稳定同位素比率会伴随食物链传递过程中分馏作用而变化的特征,以北京地区永定河流域山区河道、永定河流域平原河道、潮白河流域山区河道、北运河流域平原河道为研究对象,共布设30个样点,探究不同流域河道水生生物食物网结构变化特征,定量反映其水生生物摄食关系、营养级、食物网的冗余程度,揭示水生生物食物网结构、物质循环特征.结果表明：(1)北京地区不同流域河道δ¹³C、δ¹⁵N具有显著的空间异质性,不同流域呈现不同上升趋势,永定河流域、潮白河流域山区河道均总体呈现“L”型阶梯上升趋势,永定河流域平原河道呈现■型上升趋势,北运河流域呈现“│”型上升趋势.(2)永定河流域、潮白河流域河道鱼类δ¹⁵N总体稳定在8‰～18‰之间,显著大于北运河流域δ¹⁵N(5‰～15‰).(3)不同流域鱼类δ¹⁵N、δ¹³C形成的矩阵...     

稳定同位素技术在湿地碳循环研究中的应用

稳定性同位素技术因其准确、灵敏和安全等特点而被广泛应用于生态学研究的诸多领域。稳定同位素技术在生物地球化学循环过程中存在独特的稳定同位素化学效应,近年来稳定同位素技术又被大量用于陆地生态系统碳循环机理方面的研究。湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,其碳源和碳汇功能近来成为全球气候变化研究关注的重点问题。因此,碳的稳定同位素(13C)示踪技术适合研究从年到百年尺度的湿地碳循环过程。文章主要从湿地植被光合作用、土壤有机物质的沉积、溯源和可溶性无机碳的输入以及湿地中二氧化碳、甲烷排放等方面,重点综述稳定同位素技术在湿地生态系统碳循环中的应用。     

应用稳定同位素技术对海州湾拖网渔获物营养级的研究

应用碳、氮稳定稳定同位素技术,对2014年夏季海州湾海洋牧场海域拖网渔获物营养级进行了初步分析,建立了海州湾海洋牧场区域主要拖网渔获物的营养结构。结果表明:海州湾拖网渔获物中鱼类氮稳定同位素比值主要集中在9.6‰～13.9‰,碳稳定同位素比值分布范围为-16.2‰～-23.3‰;计算得到的鱼类的营养级最大值和最小值分别为3.9和1.9;其中,中国花鲈和孔虎鱼所处营养级最高,为食物网中的顶级捕食者,螠蛏和中国毛虾营养级相对较低,位于食物网下层;中国花鲈个体大小与其氮稳定同位素比值存在显著正相关关系（R2=0.90,P < 0.01）;碳稳定同位素比值分布结果显示海州湾海洋牧场海域各生物类群存在明显的生态位重叠现象。     

BOD微生物膜的再利用研究初探

对失去大部分活性的微生物膜进行再培养，以研究膜再利用的可能性。试验结果初部表明：在1／2MS培养基中加入一定量的植物激素，不仅可以使膜的电位值（I0）显著升高，且活性强，稳定性好，可使膜重复利用。     

植物的非传统稳定同位素前处理及测定技术研究进展

一直以来植物都是多领域的研究重点,随着非传统稳定同位素的不断发展,植物非传统稳定同位素研究日益增加。但因植物样品中有机物含量高,同位素分馏复杂,样品前处理及测定中存在诸多难题。本文对植物样品非传统稳定同位素工作中常用的前处理方法和测定技术进行了总结。综述了直接萃取法、湿法消解和高温灰化法的原理、操作和优缺点;以K、Ca、Mg、Fe、B等典型非传统稳定同位素为例介绍了非传统稳定同位素常用测定技术,旨在为植物样品的非传统稳定同位素测定进行梳理,最后对其应用方向和测试方法的发展方向进行了展望。     

预处理方法对海洋微藻脂肪酸萃取量及其碳稳定同位素组成的影响

为探讨不同前处理对海洋微藻脂肪酸萃取量及碳稳定同位素比值(13C)的影响,本文应用GC/MS和GC/IRMS方法,测得不同酸催化条件下产物(脂肪酸甲酯)的相对含量及单分子脂肪酸甲酯13C值,并分析比较。结果表明:对于新鲜微藻样品,盐酸催化比硫酸催化更适合于微藻中多不饱和脂肪酸的甲酯化;用硫酸催化时,微藻样品在不同预处理(A-新鲜微藻样品、B-干燥处理、C-溶剂提取)下,测得的微藻脂肪酸甲酯相对含量及13C值也存在一定差异。     

应用蚕豆根尖细胞微核技术监测太湖水质的研究

应用蚕豆根尖细胞微核技术对太湖水质进行监测,测定太湖各样点水样的蚕豆根尖细胞微核千分率（MCN‰）及污染指数（PI）,并进行F检验。结果表明,各样点MCN‰有显著性差异,39个样点中有6个采样点的PI在2以上,和对照组相比有显著差异（p＜0.05）,表明太湖部分区域水质受到不同程度的污染。     

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。     

基于稳定同位素示踪的流域颗粒有机物质来源辨析

为有效控制流域水质污染,保证饮用水水源的水质安全,通过采集和测定流域内土壤、植物以及河流断面水体悬浮颗粒有机质(POM)在枯水期和丰水期的碳、氮稳定同位素值和C/N比值,对石头口门水库汇水流域水体POM的来源进行研究.结果表明,水体中POM主要来源于土壤有机质,其贡献为69.2%,藻类等大型水生生物和浮游植物的贡献分别为23.1%和7.7%.流域水体中POM的来源存在时空差异.丰水期,浮游植物和藻类等大型水生植物的贡献均为15.4%,而枯水期后者的贡献提高到了30.8%.水体POM主要来源于双阳河和饮马河下游的土壤有机质,说明该区域土壤侵蚀较重,易发生非点源污染;岔路河和饮马河上游支流小黄河,水体POM以浮游植物的贡献占主导,其贡献分别为86.3%和94.8%,这些区域侵蚀较弱,非点源污染发生的风险小;大中型水库区域的POM主要由藻类等大型水生植物贡献,表明悬浮颗粒物在进入水库后可能发生了明显沉积.     

太湖蓝藻胞内有机质的微生物降解

蓝藻水华消亡时,藻细胞裂解会产生大量的胞内溶解性有机质(I-DOM).本研究利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光-平行因子分析法(EEM-PARAFAC),考察太湖蓝藻I-DOM在微生物降解过程的组成变化,并研究了温度(20、25和30℃)和I-DOM初始浓度(5、10和20 mg.L-1)对I-DOM生物...     

草海典型高原湿地食物链中汞同位素组成特征

以国家自然保护区贵州草海高原湿地为研究对象,系统采集了不同种群水生生物,通过测定各样品总汞、甲基汞含量、碳氮同位素和汞同位素组成,以探究汞在食物链营养级传递过程中的同位素分馏特征.结果显示,所有样品均发生了汞同位素质量分馏(MDF)和非质量分馏(MIF),且均表现出偏负的δ202Hg (-0.93‰±1.32‰,n=14)以及偏正的Δ199Hg(0.79‰±0.76‰,n=14).除穗状狐尾藻(δ15N=-1.88‰)以外,δ15N和δ202Hg之间存在显著的正相关关系(r=0.58,P0.05),表明汞在食物链的生物富集过程中相对富集偏重的汞同位素.Δ199Hg和δ15N之间也表现出显著正相关性(r=0.67,P0.05),同时Δ199Hg与生物中甲基汞比例(%MeHg)之间存在显著正相关性(r=0.58,P0.05),表明汞的非质量分馏程度随食物链的升高而变大,可能是由于营养传递的过程中生物体内甲基汞的比例升高所致.     

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.     

苏州太湖湖滨土壤中营养盐的垂直分布特征

为了考察湿地建设对太湖湖滨环境的生态修复效应,作者在苏州太湖湖滨选取了4个经过湿地修复的土壤和2个未修复的湖滨土壤进行对照研究。对不同深度(0~10 cm,10~20 cm,20~40 cm,40~60 cm)土壤中的土壤有机质(SOM)、总氮(TN)和总磷(TP)等理化性质进行分析。苏州太湖湖滨湿地土壤的pH值主要为中性;湿地土壤中TN、TP和SOM含量随土壤深度增加而降低;已修复湿地土壤中TN、TP、SOM的含量低于未修复土壤;某水产养殖场附近土壤中TN、TP、SOM含量均明显高于其它采样点。太湖湖滨湿地的建设有效地净化了湖滨土壤,也显著美化了苏州太湖湖滨带的生态环境。     

贵州百花湖分层期水体有机碳及其稳定碳同位素组成分布特征与控制因素

研究湖水溶解有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)和颗粒有机碳(Particle organic carbon,POC)的空间变化特征有助于揭示湖泊有机碳的来源、迁移转化过程与控制因素。本文通过对贵州百花湖分层期水体DOC和POC浓度及其碳稳定同位素组成的对比研究,揭示了百花湖分层期水体有机碳浓度及稳定碳同位素的空间分布特征。研究结果表明,百花湖夏季分层期水体DOC和POC的浓度范围分别为1.97~3.26mg/L(平均值2.58mg/L)和0.60~2.43mg/L(平均值1.14mg/L),且呈现出"上层高、下层低"的特征。水体DOC和POC浓度主要受藻类活动控制。水体δ13 CDOC值随深度增加呈偏正趋势,这可能是由深层水体溶解有机质发生矿化作用和分解作用所致。水体δ13 CPOC值随水体深度增加呈偏负趋势,上下层水体藻类生产力差异和沉积物再悬浮作用可能是导致该现象的主要原因。受光降解作用影响,百花湖水体δ13 CDOC较δ13 CPOC偏正。     

营养盐输入对太湖水体中磷形态转化及藻类生长的影响

外源营养盐输入会对湖泊水体中磷的形态转化及藻类生长产生影响.为研究其影响规律,于春季选取太湖梅梁湾水体为研究对象,以KNO3和K2HPO4添加系列氮磷负荷,在试验过程中对各形态磷的浓度、藻类生物量(Chl-a)和碱性磷酸酶活性(APA)进行同步分析测定.结果表明,春季太湖梅梁湾水体中浮游植物的生长主要受到磷限制,加氮对其生长没有明显的促进作用.加磷至SRP=0.015 mg·L-1的水体中浮游植物生长情况最好,叶绿素a的含量和生长速率(μ)最大.添加硝酸盐能显著促进APA的增长,提高水生生物对磷的吸收利用能力,加快磷循环的速率;磷酸盐对APA则具有活性诱导-抑制机制,当水体中磷酸盐浓度在一定范围内(PO3-4-P≤0.025 mg·L-1)时,酶活性有显著提高.对水体中磷的循环转化过程和碱性磷酸酶的活性诱导-抑制机制的研究结果有助于揭示藻类生长过程中营养盐的补偿途径,为深入揭示藻类暴发机制提供理论基础.     

洱海入湖河流水体悬浮颗粒物有机碳氮来源特征

以洱海主要入湖河流水体悬浮颗粒物为研究对象,运用稳定同位素技术,研究了不同季节、不同河流水体悬浮颗粒物中有机碳、氮的来源,探讨了其与流域环境和人类活动之间的关系. 结果表明:①入湖河流水体悬浮颗粒物δ13C的离散程度为夏季<秋季<冬季<春季,变化范围分别为-25.1‰~-16.9‰、-30.0‰~-10.7‰、-20.9‰~-11.0‰和-28.6‰~-14.4‰;δ15N的离散程度为冬季>夏季>春季>秋季,变化范围分别为-0.5‰~8.8‰、5.4‰~10.6‰、3.4‰~7.9‰和6.2‰~8.7‰. ②入湖河流水体悬浮颗粒物有机质的来源,春季以陆源C₃植物和自生有机质为主,并且C₃植物来源的有机质贡献呈逐渐增大趋势;夏季主要来源于陆源C₃植物;秋季仍以陆源C₃植物和水生植物的混合来源为主,但水生植物来源有机质比例有所上升;冬季则以陆源C₃、C₄植物和水生植物来源有机质混合来源为主. ③入湖河流水体悬浮颗粒物中的氮,春季主要来源于土壤流失和水生植物残体,并且土壤流失氮比例逐渐升高;夏季主要来源于土壤流失;秋季来源于土壤流失、化学肥料和水生植物死亡的共同作用;冬季来源于化学肥料、土壤流失和水生植物,并且化学肥料带来的氮比例有所上升.      

太湖北部沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征

综合应用高效体积排阻色谱、三维荧光光谱、红外光谱及元素分析等方法,研究了太湖北部3个湖区表层(0～10 cm)沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征,并探讨了有机质与磷之间的关系.结果发现,沉积物中总磷的含量与其上覆水体的营养水平相一致;有机C/N、C/P比值在8.5～11.9和188.5～256.6之间,表明沉积物中有机质以湖泊内源自生为主,受陆源输入的影响很小.不同磷形态提取液中有机质的相对分子质量分布和三维荧光光谱存在很大差异,但不同沉积物之间的差别并不显著.3种提取液中有机质的相对分子质量顺序依次为：HCl＞NaOH＞NaHCO₃,其重均相对分子质量(M_w)和数均相对分子质量(M_n)分别在4 983～5 873和3 642～5 065、 3 628～4 198和2 334～2 616、 3 282～3 512和2 249～2 380之间,可能反映了不同提取液中有机磷的组成及其生物活性的不同.沉积物提取液中有机质的三维荧光光谱均以类富里酸荧光峰A(E_x/E_m=230～260　nm/360～470　nm)或C(E_x/E_m=290～320　nm/390～460　nm)为主,NaHCO₃和HCl提取液中还分别发现了类蛋白荧光峰B(E_x/E_m=275～280　nm/340～360　nm)和D(E_x/E_m=225　nm/330～350　nm)及类腐殖酸荧光峰E(E_x/E_m=360～375　nm/460～470　nm).这些荧光光谱特征不仅揭示了不同提取液中有机质组成的差异,而且可能表明了太湖沉积物中有机质的降解受到再悬浮作用的强烈影响.此外,沉积物胡敏酸红外光谱中1 059～1 082　cm^-1的吸收谱带也可能反映了磷酸盐的存在.     

太湖有色可溶性有机物组成结构对不同水文情景的响应

有色可溶性有机物(CDOM)是溶解性有机物中能强烈吸收紫外辐射及蓝光的那部分有机物,并在碳、氮、磷等生源要素生物地球化学循环中起着重要的作用.开展富营养化湖泊CDOM来源、组成结构和空间变化趋势的相关研究,有利于更好地揭示湖泊生源要素循环机制,服务于蓝藻水华控制和湖泊水质改善.本文基于对不同水文情景下太湖和周边连通的51条河流CDOM光谱吸收及三维荧光光谱测定与分析,揭示太湖CDOM光谱组成对不同水文情景的响应机制.结果表明,丰水期溶解有机碳浓度均值(8. 11±1. 26) mg·L~(-1),显著大于枯水期均值(3. 53±1. 19) mg·L~(-1)(t-test,P 0. 01),而丰水期CDOM吸收光谱斜率S_(275～295)均值(19. 09±1. 81)μm~(-1),显著小于枯水期的(20. 89±1. 90)μm~(-1)(t-test,P 0. 001).平行因子分析法对CDOM荧光图谱进行解析得到3个组分,且各组分受到上游来水量的影响较大,丰水期陆源类腐殖酸的荧光强度及占总荧光强度比重较枯水期显著增大.叶绿素a与化学需氧量与陆源腐殖质和类色氨酸均呈显著正相关(P 0. 01),这表明陆源生活污水及藻死亡降解产生的CDOM可能是太湖CDOM库的重要潜在来源.溶解氧浓度与3种荧光组成均呈现显著负相关(P 0. 01),说明CDOM不同组分均为微生物活动的重要基质.本研究结果还发现溶解性有机碳浓度与陆源类腐殖酸组分荧光强度呈极显著线性正相关(r~2=0. 58,P 0. 001),表明太湖溶解性有机碳主要以外源输入为主.     

太湖典型草、藻型湖区有色可溶性有机物的吸收及荧光特性

2004年4月对太湖典型草、藻型湖区东太湖和梅梁湾有色可溶性有机物(CDOM)的吸收和荧光特性进行了研究.通过实验测定方法得到东太湖和梅梁湾CDOM的光谱吸收系数及其荧光值.结果表明,溶解性有机碳(DOC)的浓度在6.3～17.2 mg/L间变化,其均值为9.08±2.66 mg/L;CDOM在280 nm和355 nm的吸收系数分别为11.2～32.6 m^-1(平均值17.46m-1±5.75 m^-1)和2.4m～8.3 m^-1(平均值4.17 m^-1±1.47 m^-1);355 nm波长处CDOM的比吸收系数为0.31～0.64 L·(mg·m)^-1,平均值0.46L·(mg·m)^-1±0.08 L·(mg·m)^-1.355 nm的激发波长、450 nm的发射波长处的荧光值的变化范围0.50～3.91 nm^-1(平均值1.32nm-1±0.84 nm^-1).2类草、藻型湖区的DOC浓度、CDOM吸收系数、355 nm处荧光值均存在显著性差异,但CDOM比吸收系数和指数函数斜率则没有显著性差异,由此则反映了CDOM来源的一致性.CDOM的吸收系数与DOC浓度的相关性随波长的降低而增加,在短波部分存在明显的正相关.355 nm处的荧光值、DOC浓度与CDOM吸收系数存在如下显著性的正相关关系:F_n(355)=0.544(±0.035)a(355)-0.946(±0.152),DOC=1.537(±0.196)a(355)+2.683(±0.862).280～500 nm、280～360 nm、360～440 nm指数函数斜率分别为14.37μm^-1±0.73μm^-1、19.17μm-1±0.84μm^-1、13.38μm-1±0.82μm^-1.