西安市2016 — 2017年大气化石源CO2的14C示踪研究与来源的初步分析

¹⁴C是研究城市中化石能源碳排放状况的有效手段;认识化石源CO₂（CO_2ff）的主要来源将有利于针对性地制定减排方案。本文利用分子筛主动吸附采样方法对西安市大气CO₂进行了连续积时采样,并利用AMS-¹⁴C示踪方法,研究了西安市2016—2017年 CO_2ff的浓度变化,同时基于CO_2ff与大气污染物的同源性,对CO_2ff的主要来源进行了定性分析。2016年1月至2017年1月,西安大气Δ¹⁴C季节变化显著,变化范围是(?1.00±2.84)‰— (?187.25±3.62)‰,平均值为(?63.20±17.35)‰,相对于2012—2013年的平均值(?41.3±27.4)‰有明显的下降。CO_2ff变化范围是(6.91±1.94)— (105.60±3.09) μmol?mol^?1,呈显著的夏季低、冬季高的季节变化特征,与前人研究结果一致。CO_2ff与SO₂及NO₂浓度总体上呈相同的季节变化特征,但与两者的相关性存在季节差异：在春夏季,CO_2ff与SO₂（R²=0.47,p＜0.01）的相关性较强;而在秋冬季,CO_2ff与NO₂（R²=0.73,p＜0.01）的相关性更为显著。可能是由于大气扩散条件的改变使得采样点CO_2ff的主要来源发生了变化。春夏季节,大气扩散条件较好,采样点化石源CO₂可能主要受到工业燃煤（高空排放）的影响,而秋冬季节,受到不利于扩散的气象条件的影响,化石源CO₂可能主要受到采样点周围交通源（近地面排放）的影响。该研究结果可为CO_2ff的源解析研究及大气CO₂样品采集提供参考。     

西沙赵述岛和北岛海鸟遗迹14C年代模型及意义

对采自西沙赵述岛和北岛的沉积剖面ZS2、BD1进行分析,两个剖面具有十分相似的物源组成和岩性变化。通过测定剖面中海鸟残体的~(14)C年龄,运用传统方法以及Clam和Bacon程序建立了ZS2和BD1沉积剖面的年龄-深度模型。对比年龄-深度模型发现,Bacon程序运用MCMC作为迭代算法,排除异常数据影响,拟合得到的曲线单调相比较于Clam年龄模型显得更为合理。所建立的年代学模型为后期的气候环境演变研究提供了基础。根据Bacon程序所构建的年龄-深度模型结果,我们发现近千年来ZS2和BD1剖面处的平均沉积速率分别为0.86 mm?a~(-1)和1.26 mm?a~(-1)。采样点的沉积速率在一定程度上代表了岛屿的垂向生长速率,均低于当前海平面的平均上升速率。同时,鸟骨的~(14)C年龄也揭示了赵述岛海鸟活动时间应不晚于AD 1172—1290,而海鸟开始在北岛活动的时间则不晚于AD 984—1140。     

河南三杨庄剖面光释光年代学研究

河南省安阳市内黄县三杨庄遗址是由于黄河下游洪水快速掩埋而保存的汉代文化遗址,是研究黄河流域历史气候变化与古河道变迁的理想载体。近年来,石英的光释光（OSL）测年技术广泛应用于水成沉积物的定年。本文选取三杨庄文化遗址区的一个深度为10.40 m 的剖面,使用细颗粒石英单片再生剂量（SAR）法OSL 技术测量了该剖面的8个样品的年龄,建立了剖面年代标尺,并与前人测得的加速器质谱（AMS）¹⁴C年龄进行了对比,结果显示：（1）三杨庄剖面年龄分布在约12.43 — 1.21 ka,沉积于整个全新世时期,剖面沉积速率波动幅度较大,在约3.91 — 3.15 ka（深度9.60 — 5.00 m）沉积速率很快,而3.91 ka 之前的早 — 中全新世时沉积速率较慢;（2）剖面深度8.60 — 5.00 m,¹⁴C年代相对OSL 年代出现严重高估,高估值随深度增加而增大,由约2 ka 变化到约7 ka,推断三杨庄剖面¹⁴C年代的高估可能是由于碳库效应的影响;（3）三杨庄剖面细颗粒石英OSL 测年结果指示细颗粒石英在河流-洪积相沉积物测定中的潜力。     

贵州梵净山九龙池沉积物14C年代学研究及全新世碳累积速率变化

放射性碳同位素加速器质谱(ASM¹⁴C)测年法是湖泊沉积物定年的主要方法,并且是全新世年代学研究的热点。随着对全新世古气候与环境变化研究的深入,选取不同介质定年可能对年代模型的准确性造成误差,进而影响到气候指标的解译。本文选取贵州东北部梵净山九龙池沉积物中树枝、树叶、树皮、种子等植物残体和全样有机质作为测年介质,利用ASM¹⁴C进行定年。结果表明,相比全样有机质,使用植物残体定年可以在一定程度上避免碳库效应的影响。但相比于原位沉积且生长年限较短的叶片,树枝的定年结果偏老,不是一种理想的定年介质。另外,根据定年结果及总有机碳含量重建了全新世九龙池的碳累积速率,发现碳累积速率可以指示该地区亚洲夏季风强度的变化历史。     

用13C脉冲标记法研究玉米光合碳分配及其向地下的输入

研究玉米生长对土壤有机碳的贡献对了解农田碳平衡与农业生产之间的关系具有重要意义.应用4次¹³C脉冲标记对不同生育时期（苗期、拔节、抽雄和灌浆期）玉米光合碳在玉米-土壤系统中的分配特征进行了为期1个生长季的研究.结果表明,留在地上部的¹³C占玉米净吸收¹³C的百分含量,在灌浆期标记时最大,为80.01%.在不同生育时期,玉米向地下转移的¹³C比例分别为43.24%、46.46%、30.30%和19.99%;此部分¹³C中有34.68%～77.56%被根际呼吸消耗,16.63%～57.02%存在于根部,5.05%～8.30%通过根际沉积转化为土壤有机碳.整个生育期内,玉米分配到地上部、根部、根际呼吸和土壤有机碳中的光合碳量,分别占净吸收碳量的62.39%、17.88%、17.07%和2.67%.在拔节、抽雄和灌浆期,玉米的根际呼吸分别占土壤呼吸总量的67.07%、63.31%和28.82%;同时其根际激发效应使土壤原有有机碳分解分别增加了31.11%、79.09%和120.83%.以大田玉米地上部干重18 t·hm^-2、含碳量42%计算,玉米在其生育期内输入到地下的总碳量为4.6 t·hm^-2,其中有2.1 t·hm^-2通过根际呼吸进入大气,2.2 t·hm^-2存在于根中,0.33 t·hm^-2转化为土壤有机碳.     

~(14)C在陆地生态系统碳循环研究中的应用及进展

深刻理解陆地生态系统碳循环有助于提高未来气候预测的准确性。~(14)C是陆地生态系统碳循环研究中广泛应用的重要工具,本文对~(14)C在土壤有机碳周转时间和平均停留时间的评估、陆地生态系统释放CO_2的源解析、河流有机碳的源解析及陆地生态系统碳循环对气候变化和土地利用的响应等四个方面的应用及进展进行了细致的介绍,最后展望了~(14)C应用于陆地碳循环研究发展趋势,并对国内相关研究的开展提出了几点建议。     

自养微生物同化碳在土壤腐殖质组分及团聚体中的分配

采用14C-CO₂(碳同位素)连续标记技术结合室内模拟培养试验,采用土壤有机质的物理、化学分组方法,研究了不同种植方式〔P-R(盘塘水稻土)、P-U(盘塘水旱轮作土)和U-C(盘塘坡旱土)〕下14C-SOC(自养微生物同化碳)在土壤腐殖质组分和团聚体中的分配特征. 结果表明:不同种植方式显著影响自养微生物的固碳能力,P-R的自养微生物固碳能力最强〔w(14C-SOC)为38.32 mg/kg〕,约为P-U和U-C的2倍;P-R和P-U中w(14C-DOC)、w(14C-MBC)显著大于U-C中. 14C-SOC不同程度地进入了土壤的3种腐殖质组分(胡敏素、胡敏酸、富啡酸)中,其中进入胡敏素中的14C-SOC占总量的67.7%. 14C-SOC亦进入了不同粒径的土壤团聚体中,其中主要进入了Ⅲ级(0.020 mm≤粒径<0.200 mm)和Ⅱ级(0.200 mm≤粒径<2.000 mm)粒径的大团聚体中,表现出了碳汇效应;不同种植方式的土壤中,以P-R土壤各粒径土壤团聚体中w(14C-SOC)最高. 相关分析表明,全土中的w(14C-SOC)与各粒径土壤团聚体中w(14C-SOC)和胡敏酸中w(14C-SOC)均呈显著正相关.      

营养盐恢复对氮磷饥饿铜绿微囊藻生长的影响

在自然水体中微囊藻经常经历营养盐的限制和再补充,营养盐浓度的波动影响着微囊藻的生长和暴发.本文利用14C标记和荧光定量PCR研究了营养盐恢复对氮磷饥饿的铜绿微囊藻细胞生理和光合作用相关基因表达的影响.结果表明经过氮磷饥饿的铜绿微囊藻在补充营养盐后,都能快速生长,氮饥饿的藻细胞生长更快,但其经过快速增长期后很快开始衰亡.补充营养盐后,经过磷饥饿的藻细胞固碳能力和光合作用相关基因表达很快恢复至未经饥饿藻细胞的水平,而经过氮饥饿的藻细胞其固碳能力和相关基因虽然有很大提升,却难以恢复至未经饥饿的藻细胞的水平.这可能也是氮饥饿的藻细胞在饥饿解除后虽然能暂时地快速生长,但很快又进入衰亡的原因之一.     

水稻光合同化碳向土壤有机碳库输入的定量研究:14C连续标记法

应用14C连续标记示踪技术,以当地主栽水稻品种\"中优169\"为供试作物,分别选取亚热带区4种典型稻田土壤,在密闭系统模拟研究水稻根际输入光合碳对土壤有机碳(SOC)及其组分的影响.结果表明,标记种植80 d后,水稻地上部和地下部的累积的总碳量范围分别为1.86～5.60 g.pot-1和0.46～0.78 g.pot-1.种植水稻后供试土壤的14C-SOC含量范围为114.3～348.2 mg.kg-1,而14C-DOC、14C-MBC含量范围为4.05～8.65 mg.kg-1、12.5～37.6 mg.kg-1.水稻生长期间内,不同土壤条件下,土壤14C-SOC与14C-水稻碳量的比率范围为5.09%～6.62%,这说明尽管不同土壤的光合生产能力不同,但根际沉积效率相似.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为6.72%～14.64%、1.70%～7.67%和0.73%～1.99%.而且,水稻光合碳的分配和转化对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对土壤有机碳影响较小.本研究进一步量化了水稻生长期间光合碳对土壤有机碳库各组分(SOC、DOC和MBC)的贡献,为水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究提供了数据支撑.     

土壤自养微生物同化碳向土壤有机碳库输入的定量研究：14C连续标记法

自养微生物在土壤中广泛存在,但其CO2同化能力及其向土壤碳库的输入机制尚不明确.应用14C连续标记示踪技术,选取亚热带区4种典型稻田土壤在密闭系统模拟培养,探讨了土壤自养微生物同化碳向土壤碳库的输入过程和机制及其对土壤碳库活性组分的影响.结果表明,土壤微生物具有客观的CO2同化能力.标记培养110 d后,供试土壤的14C-SOC含量范围为69.06～133.81 mg.kg-1,而14C-DOC、14C-MBC含量范围为2.54～8.10 mg.kg-1、19.50～49.16 mg.kg-1.土壤自养微生物同化碳(14C-SOC)与其微生物截留碳(14C-MBC)呈极显著的正相关关系.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为5.65%～24.91%、4.23%～20.02%和0.58%～0.92%.而且,土壤自养微生物同化碳的输入对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对SOC影响较小.对微生物在土壤碳循环过程的基本功能的认识在本研究中得以丰富和加深.     

青菜对14CO2的吸收和积累动态

为了探明¹⁴CO₂在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了青菜对¹⁴CO₂的吸收和积累动态.结果显示,通过叶片光合作用从空气中吸收的¹⁴CO₂会向青菜其他部位组织输送并形成积累趋势,各部位组织中^１４Ｃ比活度随时间呈线性增长,增长速率介于95.3～270.2 Bq/(g·d)范围内, 大小次序为:菜心＞叶＞叶柄＞茎盘＞根.青菜对¹⁴CO₂(^１４Ｃ)具有强烈的富集作用,各部位的富集系数随时间呈快速增加,积累效应十分明显,其中菜心中的富集系数最大(48 d时高达156.4),叶片次之(48 d时为135.6). 青菜各部位^１４Ｃ比活度均随¹⁴CO₂引入次数的增加而递增,回归分析表明:各部位组织中^１４Ｃ比活度C的变化与引入次数N间呈线性正相关.青菜对空气中¹⁴CO₂的高富集特性可用来作为监测大气¹⁴CO₂污染的指示作物.     

大气129I水平对超低129I含量地质样品分析中流程空白的影响

为了采用¹²⁹I进行地质定年研究,该类样品中的¹²⁹I/¹²⁷I原子比值通常低于10^-12,因此低的¹²⁹I流程空白是分析地质定年样品的前提条件之一。在全球范围内,大气中129I的水平呈现显著变化趋势,¹²⁹I/¹²⁷I原子比值范围在10^-10 到10^-6。然而,在样品制备过程中,是否大气中的¹²⁹I会影响流程空白尚未可知。本研究调查了三种常用的¹²⁹I分析方法,包括直接沉淀法、溶剂萃取法和管式燃烧法（分别以压缩空气和氧气作为载气）来比较流程空白中的¹²⁹I/¹²⁷I比值。研究结果表明：在最佳实验室条件下,流程空白均被控制在较低的水平,可用于分析各种环境和地质样品。另外,通过研究溶液的长时间储存,发现当0.4 mol???L^-1NaOH溶液储存一年以上时,¹²⁹I?/?¹²⁷I比值比新配制的NaOH溶液有所提高,但基本在实验室正常本底2×10^-13以内。采用压缩空气作为载气的管式燃烧法比氧气为载气时具有明显提高的¹²⁹I?/?³I比值。研究表明样品和试剂的储存,以及制样过程中与大气的交换程度均会影响流程空白中¹²⁹I的水平。因此在分析超低¹²⁹I含量的地质样品时,固体样品中碘的分离应采用低本底的分析方法（如以纯气体作为载体的管式燃烧法）,如有必要还可在低大气¹²⁹I水平的实验室进行实验。     

青海湖老碳效应的时空变化初步研究

本文通过对青海湖周边的湖水和河流DOC、DIC浓度、~(14)C浓度,以及1F孔不同深度13个碳酸盐的~(14)C年代分析,厘清青海湖老碳效应空间分布情况。研究表明:在空间上,青海湖DIC和DOC的~(14)C的老碳各条河流分布极不均匀,南边的老碳效应明显比北边小,河流的老碳明显比湖水偏老,引起青海湖沉积物老碳效应的原因极有可能是由于北边主要河流将流域内的老碳输入湖区引起,并非由于湖水和大气的交换不畅引起的碳库效应。在时间尺度上,碳酸盐~(14)C的老碳平均值比有机碳的~(14)C老碳平均值偏老。由于入湖物质的变化,在全新世前,有机碳和碳酸盐的老碳比全新世后偏老。