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.     

金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态

为了探明14CO2(14C)在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态,并探讨了金鱼藻作为监测大气14CO2污染指示植物的可能性.结果表明,生长在水中的金鱼藻会通过某些途径吸收空气中14CO2并形成积累趋势,吸收途径主要是金鱼藻通过光合作用从水体中吸收游离14CO2和H14CO3-.金鱼...     

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.     

生物炭的13C标记方法及对镉、铜的吸附性能探究

生物炭施入土壤后很难分离和检测，因而难以直观研究生物炭在土壤中的环境行为.本文采用稳定同位素标记法制备¹³C标记的生物炭，研究了¹³C标记生物炭的制备方法，以及标记前后生物炭的基本理化性质及其对Cd²⁺和Cu²⁺的吸附效果和吸附机理.结果表明，脉冲标记法可有效提高玉米植株的δ¹³C值，经过550℃限氧热解法制备的¹³C玉米秸秆生物炭（¹³C BC）的δ¹³C值为249.3‰，显著高于土壤（-23.5‰）及未标记的玉米秸秆生物炭（-25.7‰），具有显著的生物炭示踪效果.¹³C标记的生物炭的pH、CEC、比表面积、表面官能团种类及数量等理化性质与未标记生物炭相似，说明脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭不改变生物炭的基本理化性质.吸附动力学和吸附热力学实验结果表明，¹³C标记生物炭与未标记生物炭对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程，且吸附平衡时间、最大吸附量基本相同，表明¹³C标记生物炭不改变生物炭对Cd²⁺、Cu²⁺的吸附效果和吸附特征.XRD、FT-IR结果表明，¹³C标记生物炭和未标记生物炭具有相同的吸附机理，均为离子交换作用、静电吸附作用和阳离子-π键作用.因此，脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭具有与生物炭相同的基本理化性质和对镉、铜的吸附行为，同时具有显著高于土壤背景的δ¹³C值，可为土壤中生物炭迁移、生物炭与重金属相互作用行为的研究提供一条途径.     

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.     

14C-甲磺隆在土壤中的可提态残留、结合态残留和矿化

在实验室培养条件下,从质量平衡角度,研究了¹⁴C-甲磺隆在7种土壤中形成结合残留(¹⁴C-BR)、可提态残留(¹⁴C-ER)以及矿化为¹⁴CO₂的规律;同时对¹⁴C-BR的主要影响因子及其在腐殖质中的分布规律进行了研究.结果表明:①¹⁴C-甲磺隆在土壤中形成的¹⁴C-ER,其含量与土壤pH呈显著正相关.甲磺隆母体化合物在7种土壤中 的半减期为13.3～66.6d,降解速率常数λ(d-1)与pH呈显著负相关.②¹⁴C-甲磺隆在7种土壤中形成的¹⁴C-BR,其含量在培养初期的20d内,与土壤pH呈显著负相关且与土壤粘粒含量呈显著正相关;而培养20d后,¹⁴C-BR的含量只与土壤pH呈显著负相关.pH是¹⁴C-甲磺隆在土壤中形成BR的主要影响因子.¹⁴C-甲磺隆在7种土壤中的¹⁴C-BR的最大值约为引入量的19.3%～52.6%.③在整个培养试验过程中,7种土壤中的¹⁴C-BR主要分布在富啡酸和胡敏素中,但其分布在胡敏酸中的相对百分比较小.因此,在¹⁴C-甲磺隆形成BR的过程中,富啡酸的作用＞胡敏素>胡敏酸.④在整个培养试验期间(180d),¹⁴C-甲磺隆在7种土壤中通过三嗪杂环开环矿化为¹⁴CO₂的量约占引入量的12.9%～27.0%,其在碱性土壤中更难被矿化为¹⁴CO₂.     

植物13C标记对生物质炭理化性质的影响

研究了未标记和¹³C脉冲标记的水稻和杨树在不同温度下制备得到的生物质炭理化性质的差异.以水稻和杨树为原料,进行¹³C脉冲标记,分别在300℃和500℃下裂解,得到8种不同的生物质炭,即300℃和500℃未标记水稻生物质炭、300℃和500℃¹³C标记水稻生物质炭、300℃和500℃未标记杨树生物质炭及300℃和500℃¹³C标记杨树生物质炭,分析植物¹³C标记、裂解温度和原料对生物质炭主要理化性质的影响.结果表明,植物¹³C标记后,制备得到的生物质炭TC含量降低,固定碳含量增加,水稻生物质炭的NO₃^--N含量增加.随着裂解温度从300℃升高到500℃,¹³C标记生物质炭的灰分、pH、固定碳含量增加,DOC、TN和NH₄⁺-N含量减少,C/N有所增加.三因素方差分析表明,制备原料是影响生物质炭的灰分、TC和固定碳含量的最重要因素,对变异的解释程度分别...     

13C脉冲标记法定量冬小麦光合碳分配及其向地下的输入

研究冬小麦生长向地下部分的输入对于土壤固碳和作物生产具有重要意义.分别在分蘖期、拔节期、花期和灌浆期,用~(13)CO2对冬小麦进行脉冲标记7 h,标记结束后28 d(示踪期)破坏性取样,测定冬小麦地上部、根、土壤和土壤呼吸中的~(13)C含量等指标.研究结果表明,在各标记时期,冬小麦光合固定的~(13)C大部分保留在地上部(51.6%~90.8%),且随小麦生长的进行而逐渐向地上部分配,向地下部分(根系、土壤和根际呼吸)的转移随生长进程的延续而降低.转移到地下部的~(13)C中,有22.9%~65.3%被根际呼吸消耗,24.3%~59.3%在根部保存,10.4%~17.8%通过根际沉积转化为土壤有机碳.示踪期28d内最后2 d呼吸产生的~(13)C只占整个示踪期根际呼吸~(13)C量的0.7%~2.7%,说明28 d的示踪期可以确保光合碳在各系统分配完全.在整个生育期内,冬小麦净吸收的光合碳分配到地上部、根部、土壤有机碳和根际呼吸的比例分别为78.5%、6.0%、3.1%和12.4%.结合当地生产方式估算,冬小麦在整个生育期内输入到地下的总碳量为1.72 t·hm~(-2),其中有0.99t·hm~(-2)被根际呼吸消耗,根部固持碳量为0.48 t·hm~(-2),0.25 t·hm~(-2)以有机碳沉积的形式进入土壤.     

青海共和盆地降尘观测与137Cs测定的初步结果

通过对1998～1999年共和盆地的降尘观测和尘样的¹³⁷Cs分析,测定了降尘速率及其月分配;对尘源进行了¹³⁷Cs示踪,并从理论上估算出降尘产生的¹³⁷Cs再分配,对沉积速率的计算模型进行了讨论.作为采用¹³⁷Cs法研究沙尘暴降尘的一次尝试,这些初步结果对沙尘暴测定及其强度评估等方面研究有一定的借鉴作用.     

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。