青奥会期间基于δ13C观测的大气CO2来源解析

开展城市冠层大气CO_2及其δ~(13)C的观测有助于解析自然源与人为源在区域碳循环中的作用.本研究于南京青奥会期间开展了大气CO_2及其δ~(13)C高频原位观测,在小时尺度至日尺度上对比了有无临时排放管制期间大气CO_2及其δ~(13)C的差异.研究发现,短期减排对降低区域尺度大气CO_2浓度有明显的短期效应(21×10-6),在整个青奥会临时管控期间长三角地区实际削减燃煤排放5%.本研究进一步采用Miller-Tans方法确定了长三角地区的CO_2排放源同位素组分;基于文献调查,提供了长三角地区主要人为源和自然源的δ~(13)C信息;量化了长三角夏季CO_2地表净通量、植被通量及人为排放通量.结果表明,水泥工业过程排放是长三角地区夏季大气δ~(13)C富集的主要人为原因(2.36‰).夏季长三角地区植被作用可以抵消23%~39%的人为CO_2排放.本文旨在通过采用自上而下的观测数据与传统IPCC的排放源清单相结合的方案,为城市区域碳源解析提供新的拆分方案.     

北京上甸子站大气CO2及δ13C(CO2)本底变化

基于北京上甸子站(SDZ)2007~2013年大气CO_2及2009~2013年大气δ13C(CO_2)瓶采样观测资料,筛分获得混合均匀且未受局地污染影响、具代表性的大气CO_2及δ13C(CO_2)本底数据.2007~2013年SDZ站大气CO_2年均本底浓度变化范围为385.6×10-6~398.1×10-6,年均增长率为2.0×10-6a-1;2009~2013年其大气δ13C(CO_2)年均本底值变化范围为-8.38‰~-8.52‰,年均增长率为-0.03‰·a-1.SDZ站2007~2013年的7~9月月均浓度最低水平均出现在2008年,且2007~2008年增长率仅为0.3×10-6a-1,推测主要源于2008年奥运期间北京及其周边省市节能减排措施实施导致碳排放量减少.SDZ站大气CO_2本底浓度季节变化最低值出现在8月,最高值出现在3月,季节振幅达到23.9×10-6;大气δ13C(CO_2)与CO_2季节变化特征大致呈镜像关系,其季节振幅为1.03‰.对SDZ站CO_2源汇的碳同位素"signature"(δs)研究表明,供暖季Ⅰ(01-01~03-14)和Ⅱ(11-15~12-31)的δs分别为-21.30‰和-25.39‰,推测主要源自化石燃料与生物质燃烧的影响;其植物生长季的δbio值为-21.28‰,推测主要来自植被活动的贡献.     

铅稳定同位素在示踪环境污染中的应用

根据Pb同位素的地球化学特点,分析了Pb同位素在示踪环境污染中的理论基础.从国内外大量研究实例出发,总结了近年来Pb同位素在示踪工业Pb污染的应用现状,肯定了Pb同位素在示踪Pb工业污染中的地位和作用.结合我国首次北极考察海洋大气气溶胶铅稳定同位素的初步研究,笔者认为研究环境系统有关对象(如大气、海水、冰雪和沉积物等)的Pb同位素组成,通过其Pb同位素混合模型计算和源区参数计算,可有效示踪Pb工业污染的来源、分布和远距离传输规律.      

中国大气降水δ~(18)O区域特征及其对古气候研究的意义

系统地收集和分析IAEA/WMO数据库GNIP/ISOHIS与文献报道的中国及周边大气降水和石笋的δ18O等数据,发现大气降水δ18O值和降水量效应在大尺度上均与前人研究结果相似,但在小尺度上具有显著的区域性特征:以塔里木盆地、鄂尔多斯盆地和潢川-合肥盆地等为中心的区域大气降水δ18O值明显高于其它地区,而以拉萨和川-滇-黔为中心的区域明显低于其它地区;在川-滇-黔三省交界地区和湖南中东部分别出现了强和弱降水量效应。大气降水出现δ18O较高值或降低值的主要原因可能与当地蒸发和季风等因子控制的水汽来源特征有关;而降水量效应的区域性特征可能与水汽来源结构变化密切相关。对区域上的大气降水和石笋δ18O进行比较分析表明,以单一水汽来源为主的地区,石笋δ18O值能较好地反映太阳辐射强度或季风强度;两种水汽来源强度相当的地区,石笋δ18O值反映的是两种水汽来源的综合信息;在太阳辐射强度变化对不同水汽影响差异性明确之前很难直接解析为太阳辐射或季风强度信息。     

崇明岛湿地沉积物中六六六的长期变化趋势

采用同位素稀释质谱法,利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱法(HRGC-HRMS)分析测定了崇明岛东滩柱状沉积物样品的30个层段中HCHs的含量,对其垂直分布特征进行了初步探讨。沉积物中HCHs均被检出。东滩湿地沉积物中总∑HCHs含量范围为0.35~0.98ng·g-1dw,平均值为0.64ng·g-1dw,属于轻度污染。HCHs呈现明显的周期性变化。采用时间序列分析方法,统计分析了近60年来东滩湿地沉积物中HCHs变化的总体趋势与主要振荡周期。长期变化趋势表明东滩沉积物中HCHs在上世纪50年代初开始增长,高峰期出现在上世纪60至70年代。一些异构体在我国停止生产HCHs后,没有明显的下降趋势。频谱分析结果表明HCHs的分布表现出具有周期为大约8年的振荡特征,可能与气候变化周期相关。     

塔里木河流域东部降水稳定同位素特征与水汽来源

大气降水中氢氧稳定同位素比率(δ18O和δ2H)的定位监测有助于理解水体相变、混合和输送的过程,南疆塔里木河流域东部气候干旱,水资源是影响可持续发展的关键资源,然而目前对其大气降水中氢氧稳定同位素的认识仍十分有限.基于塔里木河流域东部4个采样点2019年6月～2020年9月采集的103个降水样品,分析了大气降水中氢氧稳...     

Gas stable isotopic ratio mass spectrometry for measuring δ^13C and δ^18O in background atmospheric CO2

将商用MAT253稳定同位素比质谱仪、Airtrap高效预浓缩气体捕集阱与自加工16口自动进样器集成,建立了高精度气体稳定同位素比质谱分析系统,用于程序化自动分析本底大气CO2的δ^13C和δ^18O．气样分析时用工作标气定量并穿插目标气测定,还定期用实验室上一级标气对工作标气和参比气进行标校,以保证分析结果的可靠和可比．结果表明,利用不同稳定同位素比范围的标气重复进样测试,发现该系统对δ^13C和δ^18O的分析精度分别优于0．03‰和0．06‰,能基本满足本底大气CO2的碳氧稳定同位素比分析需求和WMO／GAW质量目标．     

伊乐藻和氮循环菌技术对太湖氮素吸收和反硝化的影响

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加固定化氮循环细菌、水生植物伊乐藻建立室内微宇宙,模拟生态修复,探讨不同修复处理下,硝氮的去除机制.采用15N标记结合同位素配对技术测定了各生态模拟柱中的反硝化速率和植物吸收速率.结果表明,不同处理的实验柱反硝化速率差异明显,同时添加了水生植物和固定化氮循环细菌的实验柱反硝化速率最高,为99.35μmol·(m2·h)-1,植物氮吸收速率为36.55μg·(m2·h)-1.沉水植物伊乐藻在自身吸收氮素的同时也提高了耦合硝化反硝化的作用.与植物吸收相比,反硝化过程是主要的氮去除途径.沉水植物与固定化氮循环菌组合生态修复技术促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.     

基于同位素示踪和分子生物学技术对潮白河沉积物中氮还原功能特征的研究

沉积物氮还原功能对于调控和管理河流氮负荷具有重要作用.本研究选取潮白河不同区域河段表层沉积物作为研究对象,采用¹⁵N同位素示踪技术、16S rRNA扩增子测序和实时荧光定量PCR（qPCR）技术,研究了潮白河沉积物中氮还原过程（反硝化、厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,anammox）和DNRA过程（dissimilatory nitrate reduction to ammonium,异化硝酸盐还原为铵））速率特征、相关功能基因丰度和微生物群落结构特征.结果表明：潮白河沉积物潜在反硝化、anammox、DNRA和N₂O释放速率分别为（25.82±0.98）~（142.32±17.06）、（0.58±0.10）~（4.51±0.78）、（2.91±0.46）~（19.59±4.15）和（-1.09±0.17）~（3.30±0.57）nmol·g^-1·h^-1（以N计,下同）.沉积物氮还原以反硝化过程为主（贡献率71.86%~91.65%）,DNRA也有较高的贡献率（7.03%~25.32%）,anammox过程贡献较小.相关分析表明,氮还原相关功能基因丰度与潮白河沉积物氮还原过程速率存在显著正相关关系,微生物群落中α-变形菌纲、硝基螺旋菌纲、疣微菌纲、脱硫杆菌门、硬壁菌门丰度与沉积物氮还原过程速率存在显著的相关关系.     

石林地区典型土壤剖面有机碳、氮含量分布特征研究

本文对石林地区草地（SL1）、园地（SL2）、林地（DP）、荒地（XNC）和居民地（QST）土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）含量以及有机质稳定碳、氮同位素（δ¹³C、δ¹⁵N）进行了剖面研究。结果显示：（1）在0~10 cm土层,SOC含量呈QST（29.25 g/kg） > SL1（21.53 g/kg） > SL2（21.18 g/kg） > XNC（9.42 g/kg） > DP（9.19 g/kg）;随着剖面深度增加,SOC含量在SL2、DP、XNC和QST均呈现逐渐减小后趋于稳定的变化,在SL1呈锯齿形下降趋势。所有土壤剖面C/N值均随土壤深度增加而减少。（2）有机质δ¹³C随剖面深度的增加,在SL1、SL2和XNC均呈先增加后减小最后趋于稳定的变化,在DP呈先减小后增加,并到一定深度后呈"S"形波动,而在QST表现出增加趋势。（3）所有剖面土壤δ¹⁵N呈不规则波动变化。综上所述,在石林地区不同土地利用类型下土壤pH、植被类型和人为扰动引起的有机质来源与分解状况的差异,是影响SOC、TN含量和δ¹³C、δ¹⁵N变化的重要因素。