N2O产生机制的同位素方法研究进展

N₂O是一种重要的温室气体,是由多种微生物的硝化与反硝化作用产生,但是它产生的生物地球化学机制还不十分清楚。本文结合N₂O产生的微生物过程,阐述了国内外利用同位素标记法、N₂O的δ¹⁵N和δ¹⁸O双同位素法、N₂O的δ¹⁵N^α（¹⁴N¹⁵N¹⁶O）和δ¹⁵N^β（¹⁵N¹⁴N¹⁶O）、SP值同位素异构体法以及多种同位素法相结合研究N₂O的产生机制及微生物过程,比较了这些方法的优缺点,尤其重点阐述了近些年来兴起的N₂O同位素异构体计算各过程贡献比例及其判别源与汇的理论及其应用。¹⁵N同位素富集因子法和SP值法也分别应用于产生N₂O的微生物群落结构、数量和活性变化的研究,以从根本上达到控制N₂O排放量的目的。同时指出同位素方法研究N₂O产生机制的困难和不足。     

联合PMF模型与稳定同位素的地下水污染溯源

基于传统水质监测与污染排放的污染源识别方法,存在监测频率与识别结果模糊等限制,难以实现污染源及迁移转化的准确量化.联合多元统计分析与稳定同位素技术,以成都平原典型混合用地区地下水污染为研究对象,提出利用正定矩阵因子分析（PMF）模型识别污染主控因子,减小环境因素对污染源判别的干扰,并基于水化学分析与土地利用构建贝叶斯稳定同位素混合模型,进一步量化不同污染源对地下水典型污染物硝酸盐氮（NO₃^-）的贡献率.结果表明,研究区地下水NO₃^-、NO₂^-、NH₄⁺、Mn、Fe、SO₄^2-和Cl^-均存在不同程度超标,且具有空间异质性.地下水中"三氮"主要以NO₃^-为主,NO₃^-浓度在菜地的地下水中普遍偏高（平均值为9.29 mg·L^-1）,其次是在养殖场（平均值为7.66 mg·L^-1）和耕地（平均值为7.09 mg·L^-1）,在工业区最低（平均值为2.20 mg·L^-1）.研究区地下水水质受原生地质作用、农业活动、水文地球化学演化、生活污染和工业污染的复合影响,且农业活动是研究区地下水NO₃^-增长的主要原因.研究区内农业区地下水NO₃^-的主要来源贡献为化肥（32%）和土壤氮（25%）;工业区地下水NO₃^-的主要来源贡献为污水排放（28%）和大气降雨（27%）.通过多元统计与稳定同位素技术的有机结合,有效识别了地下水污染来源及其贡献率,可为地下水污染源头防控提供科学依据.     

北京市交通干道空气中CO2和δ13C变化及来源分析

采用离轴积分腔输出光谱技术分析了夏季和冬季北京市四环路空气中CO2浓度和δ13C值变化特征。结果表明,四环路上车流量大,夏季和冬季均超过15万辆/d,06:00-10:00和15:00-19:00车行缓慢,平均车速小于25 km/h,车道占有率超过60%。机动车排放出大量的CO2,导致四环路的空气中CO2浓度呈双峰曲线日变化和δ13C值呈双波谷曲线日变化。同位素定量区分结果显示,四环路空气中CO2主要来源于机动车尾气排放,夏季和冬季均在52%以上。逐步回归分析表明,平均车速和车道占有率是影响四环路上CO2浓度和δ13C值的主要因子。06:00-10:00和15:00-19:00来源于汽车尾气的CO2比例比整个白天来源于汽车尾气的CO2比例高出6个百分点以上,表明车行缓慢显著增加了CO2的排放。     

黔中岩溶地区草地土壤CO2的稳定碳同位素组成

黔中岩溶地区草地土壤 CO₂ 的δ¹³C值在地 -气界面层上随土层深度的增加而降低 ,在地 -气界面层以下 ,土壤 CO₂ 的δ¹³C值基本不变 .土壤 CO₂ 的 δ¹³C值存在季节变化与昼夜变化的特征 .夏季 CO₂ 的 δ¹³C值最高 (-15.5‰ ) ,冬季 CO₂ 的 δ¹³C值最低 (-18.9‰) ;从夏季到冬季 ,土壤 CO₂ 的 δ¹³C稳定值逐渐降低 ,降低幅度超过 3‰ .在一天中 ,中午土壤 CO₂ 的 δ¹³C值最高(-14.0‰ ) ,早晚土壤 CO₂ 的δ¹³C值较低 (-15.4‰ )     

贵黄公路沿线重金属分布特征、来源解析及风险评价

本研究以贵州省的贵黄公路作为研究对象,分析道路两侧灰尘、土壤和植物样品中的重金属Cr、Cd、Cu、Zn和Pb的分布特征,判定其可能源,并且通过锌同位素进行初步验证.结果 表明,在道路两侧的灰尘和土壤中富集大量重金属,其中重金属锌富集能力最强,重金属元素绝大部份来自汽车的部件如轮胎、刹车片的磨损.使用地积累指数法和潜在生...     

不同电导率盐碱土壤固碳潜力

采集内蒙古河套灌区盐碱土壤(电导率EC为0.27mS/cm),利用NaCl调节土壤电导率为(0,10,20,40,80mS/cm),基于稳定碳同位素分析不同电导率土壤添加定量δ¹³C-CO₂后,土壤CO₂吸收量以及土壤难溶性无机碳含量(SIC)-δ¹³C值.结果表明,盐碱土壤能够吸收CO₂,随土壤电导率(EC)升高,土壤CO₂累积吸收量增加, S5(EC=80mS/cm) CO₂累积吸收量比S1(0.27mS/cm)高1.6640mg.土壤SIC含量(R²=0.7080,P<0.05)和土壤可溶性无机碳含量(DIC)(R²=0.6096,P<0.05)与土壤EC显著负相关关系.盐碱土壤吸收CO₂部分固存于土壤无机碳中,外源添加δ¹³C-CO₂,盐碱土壤SIC-δ¹³C值(-5.299‰ ~ -0.8341‰)显著增加.EC为20mS/cm土壤固相保存δ¹³C-CO₂总量最高1.276mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例30.28%最高;EC为80mS/cm固碳量最低为0.2749mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例5.579%.     

兰州市两场典型降水事件稳定同位素特征及其水汽来源

为了加深对短时间尺度下降水同位素变化规律的认识,利用兰州市2019年夏季典型的长历时弱降水(6月26～27日)和短时强降水(7月28日)事件短时间尺度(10 min和30 min)的连续样品,结合HYSPLIT模型对降水氢氧稳定同位素的变化特征及其机制进行分析.结果表明,降水初始阶段,二次蒸发效应使事件内连续降水的大气水线(SMWL)斜率偏小.连续样点大都分布在GMWL和LMWL上方,且SMWL的截距都大于局地年平均过量氘(8.13),说明降水一定程度上经历了水汽再循环. 6月26～27日连续2 d的降水事件,第1 d的δ¹⁸O呈"L"型变化,第2 d呈波动变化,δ¹⁸O不遵循降雨量效应. 7月28日,δ¹⁸O呈平稳下降趋势,变化范围超过9‰. 6月26日, 500 m高度层水汽输送路径整体较短, 27日以局地水汽蒸发为主. 7月28日降水的水汽来源变化不明显,气团较单一,同位素值无明显波动.因此,对于短时间尺度下的单次降水事件,水汽来源的异同也是降水期间同位素变化的原因之一.     

贵州威宁草海湿地水体中有机碳时空分布特征及来源辨析

有机碳是陆地水生生态系统碳循环重要组成部分,湿地在维持岩溶碳汇稳定性方面具有十分重要的作用,揭示岩溶湿地水体中的有机碳时空分布特征及来源有助于明晰岩溶流域碳循环过程。本文以贵州威宁草海岩溶湿地为研究对象,对其丰、枯水期湿地水中溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)含量以及颗粒有机质(POM)碳、氮同位素等指标的测定,分析草海湿地水中POC、DOC浓度时空分布特征,探讨了水体中有机碳的来源。结果表明:草海湿地水体有机碳总体上以DOC为主,丰水期DOC变化范围为4.25～12.58 mg/L,平均值为8.19±1.49 mg/L,枯水期变化范围为4.79～15.93 mg/L,平均值为8.78±3.01 mg/L,丰水期略低于枯水期,DOC来源较为复杂,不同水文期受到外源和内源不同程度的影响;DOC在空间上丰水期呈现西部偏低,东及东南部偏高的分布特征,枯水期呈现南及西南部偏低,北及东北部偏高的分布特征。草海湿地水体丰水期POC变化范围为0.35～3.39 mg/L,平均值为1.13±0.78 mg/L,枯水期变化范围为0.32～1.84 mg/L,平均值为0.79±0.35 mg/L,丰水期高于枯水期;POC在空间上两期都呈现出中西低、中东高的分布特征。丰水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-30.13‰～-14.80‰和-9.69‰～4.72‰,平均值分别为(-22.54±2.78)‰和(-2.88±2.89)‰,该时期POC以陆源有机质贡献为主;枯水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-29.13‰～-21.91‰和-0.14‰～9.15‰,平均值分别为(-25.12±2.04)‰和(3.23±1.78)‰,该时期POC主要来源于沉积物。     

Seasonal differences in sources and formation processes of PM2.5 nitrate in an urban environment of North China

Nitrate (NO₃⁻) has been the dominant ion of secondary inorganic aerosols (SIAs) in PM_2.5 in North China. Tracking the formation mechanisms and sources of particulate nitrate are vital to mitigate air pollution. In this study, PM_2.5 samples in winter (January 2020) and in summer (June 2020) were collected in Jiaozuo, China, and water-soluble ions and (δ¹⁵N, δ¹⁸O)-NO₃⁻ were analyzed. The results showed that the increase of NO₃⁻ concentrations was the most remarkable with increasing PM_2.5 pollution level. δ¹⁸O-NO₃⁻ values for winter samples (82.7‰ to 103.9‰) were close to calculated δ¹⁸O-HNO₃ (103‰ ± 0.8‰) values by N₂O₅ pathway, while δ¹⁸O-NO₃⁻ values (67.8‰ to 85.7‰) for summer samples were close to calculated δ¹⁸O-HNO₃ values (61‰ ± 0.8‰) by OH oxidation pathway, suggesting that PM_2.5 nitrate is largely from N₂O₅ pathway in winter, while is largely from OH pathway in summer. Averaged fractional contributions of P_N2O5+H2O were 70% and 39% in winter and summer sampling periods, respectively, those of P_OH were 30% and 61%, respectively. Higher δ¹⁵N-NO₃⁻ values for winter samples (3.0‰ to 14.4‰) than those for summer samples (-3.7‰ to 8.6‰) might be due to more contributions from coal combustion in winter. Coal combustion (31% ± 9%, 25% ± 9% in winter and summer, respectively) and biomass burning (30% ± 12%, 36% ± 12% in winter and summer, respectively) were the main sources using Bayesian mixing model. These results provided clear evidence of particulate nitrate formation and sources under different PM_2.5 levels, and aided in reducing atmospheric nitrate in urban environments.     

Stable C and N isotope analysis elucidated the importance of zooplankton in a tropical seagrass bed of Santiago Island,Northwestern Philippines

The role of zooplankton in a tropical seagrass ecosystem was investigated in milkfish farms pollution-impacted and -unimpacted seagrass beds in Santiago Island coral reefs, Northwestern Philippines. The aim was to compare between the two sites: (1) abiotic factors and zooplankton community parameters, and (2) the trophic structure using C and N stable isotopes. Low water (98–119?mV) and sediment (–121 to ?138?mV) Oxidation Reduction Potential values indicated a reducing environment in the impacted site. Zooplankton in the impacted site showed the typical community response to eutrophication (low diversity, but high total abundance due to the dominance of the cyclopoid copepod Oithona oculata), generally few elevated δ¹⁵N values, but a significant shift towards depleted ¹³C due to the organic enrichment of fish-farm feeds. Apart from suggesting a highly complex food web with POM and zooplankton as main food sources in the unimpacted site, the Bayesian mixing model simulation generated reduced complexity in feeding interactions between basal sources, zooplankton, and fish including adults of a key fish species, Siganus fuscescens, in the impacted sites. In this study, C and N stable isotope analysis has clarified the importance of zooplankton as fish prey in a seagrass bed food web.