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.     

稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机质的迁移和赋存规律

为了探讨土壤有机质在降解过程中的迁移、赋存规律,利用C₃植物与C₄植物明显的δ¹³C值差异,选取贵州茂兰保护区内农林生态系统发生转换生长的地域,分析土壤的不同粒径组分和比重组分中土壤有机质的δ¹³C值.结果表明,粗砂中的土壤有机质年代最新,细粉中的土壤有机质年代最老,有机质在降解过程中,在土壤各粒径组分中的迁移次序是:粗砂＜细砂＜粗粉＜粘土＜细粉;土壤重组分中的有机质年代较老,以降解充分、稳定的有机无机复合体为主,相对     

碳同位素方法在水体溶解有机碳来源解析中的应用

水体碳库是全球碳库的重要组成部分,对区域乃至全球碳循环具有重要影响。溶解性有机碳（DOC）是水体主要的有机碳库,受自然和人类的双重影响,存在不同碳赋存方式之间的转化,代表了水体中的生物活动水平和受污染程度,并在水体碳循环乃至全球碳循环中发挥重要作用。碳来源是研究碳循环的基础,目前,碳同位素示踪方法是研究水体DOC来源最为有效的手段之一,并已进行了一系列颇有成果的研究,得出水体DOC大致有两种来源,即内源和外源,内源包括水生生物有机碳释放和颗粒有机碳（POC）降解等,外源包括陆源输入、大气降解、污水汇入等。本文验证了一种将δ¹³C与Δ¹⁴C值相结合示踪水体DOC来源的有效方法。碳来源示踪方法的不断改进和研究的不断深入,将有助于区分人为干扰对碳来源的影响,识别碳的储存与释放过程,从而进一步了解碳循环模式。     

外源新碳对红壤团聚体及有机碳分布和稳定性的影响

以中国科学院长期定位试验站的红壤为研究对象,通过室内模拟实验,利用δ~(13)C示踪方法,将稳定同位素碳(δ13C)标记的水稻秸秆添加入红壤,研究水稻秸秆添加对红壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响,探索水稻秸秆腐解过程中有机碳在不同粒级团聚体中的动态变化以及分布规律.研究结果表明:未添加水稻秸秆的红壤(对照组),微团聚体(250μm)占主体,2000μm粒级水稳性团聚体含量最少.与对照相比,添加水稻秸秆后(试验组)促进了2000μm粒级水稳性团聚体的团聚.不同培养时期,2000μm水稳性团聚体增加了108.3%~270.3%,促使大团聚体占主体,显著提高了红壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、R0.25值,降低了分形维数(D)值,土壤结构明显得到改善.各粒级团聚体有机碳含量也显著得到提高,2000μm团聚体有机碳含量比对照组增加了14.7%~41.5%.土壤有机碳在53μm粒级团聚体中分布随着粒级的增大而增大,即2000μm2000~250μm250~53μm.不同粒级团聚体δ13C值动态变化显著,有机碳的周转速率增大.外源新碳前期主要分配在2000μm、250~53μm粒级团聚体中,并促进了原有机碳的分解,后期主要分配在微团聚体中.红壤大团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈极显著的相关关系(p0.01).     

利用黑松树轮δ13C 重建山东塔山地区近七十年来冬春季节的平均气温

对采自山东塔山的黑松(Pinus thunbergii Parl) 树芯样本进行交叉定年后建立树轮稳定碳同位素序列（δ¹³C 序列）。将得到的树轮δ¹³C 序列进行校正以去除大气CO₂的影响,提取其高频部分分析与气候要素的响应关系,发现黑松树轮δ¹³C 的高频序列与对应年份平均气温的响应比对降水量的响应显著。气温和降水对树轮δ¹³C 的影响均有滞后效应,即塔山地区树轮δ¹³C 能记录冬季气候变化。在相关分析基础上用回归方程重建了山东塔山地区近七十年冬春季节（即上年12 月— 当年5 月）的平均气温,分析发现重建序列有明显的冷暖交替上升的变化趋势。     

岩溶地下河补给的地表溪流溶解无机碳及其稳定同位素组成的时空变化

岩溶水体中溶解无机碳(DIC)主要以HCO_3~-形式存在,其同位素(δ~(13)CDIC)被广泛用于示踪DIC的不同来源及其影响因素.为了解亚热带典型岩溶溪流溶解无机碳及其稳定同位素的分布规律,本文以广西柳州官村地下河补给的地表溪流为研究对象,对其水化学特征和δ~(13)CDIC进行分析.结果表明,溪流上游和下游的DIC与δ~(13)CDIC都表现出明显的时空变化特征,地下河出口(G1点)HCO_3~-旱季浓度变化范围为(4.73±0.14)mmol·L~(-1),而雨季为(4.23±0.68)mmol·L~(-1).溪流下游(G2点)HCO_3~-旱季浓度变化范围为(4.56±0.23)mmol·L~(-1),而雨季为(4.20±0.59)mmol·L~(-1).溪流上游的旱季δ~(13)CDIC变化范围为-12.22‰±0.49‰,雨季的变化范围为-12.28‰±0.82‰;溪流下游的旱季变化范围为-10.73±0.71‰,雨季的变化范围为-11.10‰±0.90‰.两个点水体DIC含量旱季均高于雨季,且G1点要高于下游G2点.两个点水体δ~(13)CDIC值旱季较雨季偏重,且G2点水体δ~(13)CDIC值显著高于G1点δ~(13)CDIC值.地下河水和溪流DIC主要来源于土壤CO2和碳酸盐岩溶蚀,但是溪流上游与下游DIC和δ~(13)CDIC值差异表明水体的CO2脱气作用,水生植物的光合作用显著影响了水体DIC和δ~(13)CDIC值.     

托来河流域不同海拔降水稳定同位素的环境意义

为了探讨祁连山中段托来河流域不同海拔降水稳定同位素的环境意义,依据该流域托勒站(3 367 m)和嘉峪关站(1 658 m)的降水样品和气象数据,分析了降水稳定同位素的时间变化、局地大气水线、海拔变化,讨论了降水稳定同位素与温度、降水量、平均水汽压和相对湿度的关系.结果表明,研究时段内托勒站和嘉峪关站降水稳定同位素具有一定的季节变化特征,托勒站表现为夏秋较高值,冬春季为较低值,与托勒不同的是,嘉峪关站春季较高,其他季节较低.嘉峪关站降水δ~(18)O和d-excess值展现出显著的反向变化趋势,托勒站则不显著,随海拔升高对应的相关系数呈下降趋势,反映了内陆河流域低海拔地区存在较强的云下蒸发,同时高海拔地区受局地水汽再循环的强烈影响;从嘉峪关到托勒站大气降水线的斜率和截距都明显升高,表现出从低海拔到高海拔的增加趋势;处于高海拔地区托勒站的温度效应比低海拔地区的嘉峪关站更显著,对于气温在10℃以上的降水事件而言,托勒站δ~(18)O与气温呈显著正相关,嘉峪关站则表现出相反的变化趋势,可能是嘉峪关站云下蒸发对高降水量事件稳定同位素的富集作用减弱,使得呈现降水量效应;从托勒站到嘉峪关站,δ~(18)O和dexcess与平均水汽压的正相关关系减弱,变化幅度也明显减小,原因可能是从高海拔到低海拔地区,水汽压升高,饱和水汽压升高,降水难以形成,降水量较小,降水稳定同位素受云下蒸发影响作用明显,δ~(18)O和δD偏正,高海拔地区受局地水汽再循环的作用明显,δ~(18)O和δD偏负;嘉峪关站降水δ~(18)O与平均相对湿度呈不显著正相关,托勒站则相反.研究结果为托来河流域同位素水文过程研究提供了理论依据.     

上海降水中氢氧同位素特征及与ENSO的关系

基于收集2014年8月至2015年8月上海70个降水样品,分析上海降水同位素特征与温度、降水量的相关关系,分析不同时间尺度下降水中δ~(18)O、氘盈余与ENSO事件的联系.结果表明上海地区大气降水中δD与δ~(18)O冬春较高,夏秋较低.上海大气降水线方程截距和斜率比全球降水线方程偏小,可能是因为降水过程中受到不平衡的二次蒸发.在不同的时间尺度下,上海地区降水中δ~(18)O与气温和降水量具有不同的相关关系,冬季存在着较弱的温度效应,而全年呈现出较显著的降水量效应,受大气环流过程影响明显.取样期间,降水中δ~(18)O与d值(过量氘)清晰记录了La Ni1a向El Ni1o之间的过渡,拉尼娜期间,降水中δ~(18)O与d值偏负;El Ni1o期间,δ~(18)O与d值偏正.     

基于碳氮稳定同位素组成分析的孔石莼对氨氮的吸收

氨氮(NH4-N)是水体中能被藻类直接吸收利用的无机氮。利用稳定同位素技术研究了不同浓度下孔石莼(Ulvapertusa)对NH4-N的吸收,藻类体内δ15N、δ13C的变化。结果显示:试验初始阶段,孔石莼大量吸收水体中的14NH4-N、12CO2用于自身组织的合成,导致水体中氨氮浓度、δ15N和δ13C急剧下降,约在5～25 h,这一阶段水体中氨氮浓度变化很小,藻体15N缓慢降低,达到平缓期;约在25 h后,氨氮浓度缓慢下降,海水中的底物浓度很低,水体中14NH4-N几乎被吸收殆尽,孔石莼开始大幅吸收15NH4-N,δ15N上升。δ13C在4 h后呈现无规律波动。     

重庆地区大气场降水中氢氧同位素变化特征及与大气环流的关系

根据2015年4~10月重庆地区61场降水稳定同位素资料与相关气象资料,分析了不同时间尺度下重庆大气降水中氢氧同位素(δD、δ~(18)O)、过量氘(d)的变化特征以及它们与降水量、温度及厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动(ENSO)的关系.结果表明:1研究区大气降水线方程为:δD=8.28δ~(18)O+12.34(r=0.99,n=61),其斜率和截距与中国东部季风区的多处南方地区大气降水线方程的斜率和截距相似.2研究区大气降水中氢氧同位素和d均出现夏半年低、冬半年高的季节变化,影响重庆降水中氢氧同位素变化的主要原因为不同季节降水的水汽来源及气团性质的差异.3监测时段内研究区大气降水中δ~(18)O与温度、降水量相关性不显著(r=0.03;r=0.12),但却敏感响应了大气环流过程,表现出与ENSO正相关.大气降水中δ~(18)O和过量氘(d)清晰记录了2014~2015年LaNia和ElNio的转换过程.ElNio期间研究区域大气降水中δ~(18)O和d明显偏重;而在LaNia期间,δ~(18)O和d偏轻.     

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.     

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.     

植物及土壤碳同位素组成对环境变化响应研究进展

植物和土壤的δ13C（碳同位素组成）能可靠记录环境信息,综合反映植物的生理生态特征以及碳循环过程中的生物化学过程,为人们理解生态系统碳循环提供有用信息.因此,研究植物和土壤的δ13C与环境因子的关系可以揭示生态系统碳循环的格局及其控制因子,进而有效预测全球变化及其对生态系统的影响.对植物和土壤的δ13C以及二者的差值（Δδ13C）与气候因子（如温度、降水量、大气压强等）、土壤因子（如C/N、土壤质地、土壤pH等）的关系进行了综述.现有研究表明:C₃植物的δ13C与降水量、大气压强均呈负相关,与温度的关系非常复杂,而针对C₄植物和在群落水平上开展的研究还较少;土壤δ13C与降水量、土壤C/N、土壤w（粉粒）及w（黏粒）均呈负相关,与温度、土壤pH、土壤w（砂粒）均呈正相关,然而环境因素间的耦合作用使得情况复杂化,多种环境因素的匹配关系究竟如何影响土壤δ13C的机制问题仍有待深入研究;Δδ13C能够更加全面准确地反映土壤碳循环信息,但对其与环境因子关系的研究较少,并且影响Δδ13C的驱动因子及机制也不明确.因此,在土壤-植物体系内,同时在物种和群落水平上,进行植物和土壤δ13C特别是Δδ13C与环境因子关系的研究,能够更加准确地预测和揭示环境变化对生态系统碳循环的影响,这也将是今后该领域的研究重点.      

黄棕壤铁铝氧化物与土壤稳定性有机碳和氮的关系

用6%NaOCl氧化不同粒级的黄棕壤,得到稳定性有机碳和氮的样品.用选择性溶提技术提取铁铝氧化物的含量,与稳定性有机碳和氮的关系表明:在2～250μm粒级上,游离铁、无定形铁和络合态铁含量的变化范围分别为6～60.8g/kg、0.13～4.8g·kg-1和0.03～0.47g·kg-1,在2μm粒级上分别为43.1～170g·kg-1、5.9～14.0g·kg-1和0.28～0.78g·kg-1.在2μm粒级上,无定形铝和络合态铝含量变化范围分别为0.08～1.34g/kg和0.11～0.47g/kg,在2μm粒级上分别为2.96～6.20g·kg-1和0.38～0.78g·kg-1.水稻土黄棕壤的选择性溶提铁的含量一般高于旱地黄棕壤,而选择性溶提铝的含量低于旱地黄棕壤.在2～250μm粒级上,土壤稳定性有机碳和有机氮含量变幅分别为0.93～6.0g·kg-1和0.05～0.36g·kg-1,在2μm粒级上分别为6.05～19.3g·kg-1和0.61～2.1g·kg-1,水稻土的稳定性有机碳和氮的含量高于旱地黄棕壤.在2～250μm粒级上,稳定性有机碳与有机氮比值(C稳/N稳)的变幅为9.50～22.0,在2μm粒级上分别为7.43～11.54.在2～250μm粒级上,土壤有机碳(氮)的稳定性指数SIC和SIN的变化分别为14.3～50.0和11.9～55.6,在2μm粒级上分别为53.72～88.80和40.64～70.0;旱地黄棕壤的SIC和SIN一般低于水稻土的,水稻土黄棕壤有利于有机碳和氮的保存.各种形态的铁铝氧化物含量与稳定性有机碳(氮)含量呈极显著正相关,且氧化物铁铝含量和稳定性有机碳(氮)含量在黏粒部分最高,即细粒级能保护土壤有机碳(氮).     

利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献

应用碳氮稳定同位素方法研究了太湖不同营养状态湖区内外源物质对微生物食物链主要成分的贡献.结果表明,在有大量外来物质输入的河口区,细菌、浮游枝角类、溶解性有机物(DOM)和颗粒性有机物 (POM)的δ¹³Ｃ 和δ¹⁵Ｎ同位素值,溶解性无机碳(DIC)的δ¹³Ｃ同位素值明显低于其它采样点,这表明河口区受陆源营养物质的影响强烈.其中,DOM的δ¹³Ｃ平均值和陆源C₃植物的δ¹³Ｃ值-26‰相近,表现出流域外源的排入对湖泊碳库的影响.与从DIC到浮游藻类的分馏值22‰计算得到的浮游藻类δ¹³Ｃ值相比,POM主要为内源藻类贡献.浮游枝角类的δ¹³Ｃ的平均值低于POM (0.2‰)和细菌 (2.5‰),这可能是由于枝角类脂类的积聚或选择性的摄食δ¹³Ｃ较为贫化的微型藻类(<50 μm)造成的.根据双组分混合模型(two-member mixing model),在河口区陆源C对细菌生物量的贡献占到61.2%,随着向湖心的推进,内源藻类的贡献逐渐增加(58.5%～92.9%).     

干旱内陆河流域降水稳定同位素的时空特征及环境意义

依据石羊河流域武威站(海拔1 531 m)、民勤站(海拔1 389 m)和西大河(海拔2 897 m)于2013年7月至2014年7月一个完整水文年的降水样品和气象数据,分析该流域降水稳定同位素的时空变化和局地大气降水线,讨论降水过程中温度、湿度、降水量、平均水汽压以及相对湿度等环境因素对降水稳定同位素演化的影响.结果表明:①研究时段内降水稳定同位素呈现出显著的季节性变化,冬季和春季较低,夏季和秋季较高;②武威站D-excess月均值低于西大河,除可能具有不同的水汽来源外,也反映了高海拔山地地区更多的受到局地再循环水汽的影响,低海拔平原地区云下二次蒸发更强烈;③流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,在天气尺度上体现出降水量效应,可能是受到淋洗作用或季风环流的影响;④δ18O值与平均相对湿度呈负相关关系,可能是随着降水量与湿度的增加使云下二次蒸发作用减弱.     

稳定性同位素示踪技术在环境领域的应用初探

通过系统分析国内、外近年来关于稳定性同位素示踪技术在各环境介质中污染物的迁移、转化及判源分析等方面的相关文献,得出该领域的研究现状:稳定性同位素技术用于环境领域研究特别是水环境中不同物态的有机物来源、运移、转化研究较为成熟;我国稳定性同位素用于环境领域特别对污染物判源及不同环境介质中迁移、转化与降解的稳定性同位素研究尚属起步阶段,但前景广阔。     

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。     

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。     

基于稳定碳同位素技术的干旱区绿洲土壤有机碳向无机碳的转移

应用稳定碳同位素技术测定土壤无机碳稳定碳同位素组成(soil inorganic carbonδ13C,SICδ13C),并对干旱区绿洲土壤无机碳进行区分,结合土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)与SIC含量关系进一步探讨SOC向SIC转移的碳量.结果表明,4种类型土壤SICδ13C值差异性极显著(P0.01),风沙土SICδ13C值最高且为正,均值为(0.32±0.04)‰,随土层深度增加而增加,说明风沙土原生性碳酸盐占绝对优势;灌漠土、棕漠土和盐碱土SIC的δ13C均值分别(-0.30±0.24)‰、(-1.96±0.66)‰和(-1.24±0.49)‰,随土层变化均呈先降低后逐渐增大的趋势,说明灌漠土原生性碳酸盐占优势,棕漠土和盐碱土发生性碳酸盐相对前者占优势.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土的发生性碳酸盐占SIC比例均值分别为1.33%、4.72%、15.01%、35.71%,均小于50%,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐比例总体水平较低.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土在土壤发生性碳酸盐形成或重结晶过程中固定土壤CO2的量分别为0.30、2.44、4.96、12.40 g·kg~(-1),其中固定来自大气CO2量平均为0.18、0.79、1.45、8.67 g·kg~(-1),来自SOC氧化分解转化为CO2的量分别为0.06、0.83、1.62、1.86g·kg~(-1),说明盐碱土、棕漠土SOC的贡献相对较高,灌漠土、风沙土较低;对土壤固定CO2量的来源比较发现,风沙土、盐碱土固定土壤CO2的量来自大气CO2量较高,SOC的贡献较低,而灌漠土、棕漠土固定来自SOC氧化分解CO2的量较高,大气贡献较低.研究区整体SOC向SIC的碳转移量介于0.03~2.38 g·kg~(-1)之间,平均每千克土壤固定1.09 g的CO2,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐所占比例较低,SOC的贡献较少.