石笋有机质碳同位素组成研究的进展与挑战

洞穴石笋因其精准的定年和蕴含的多种代用指标,已成为古气候和古环境变化研究的重要载体之一。在石笋研究的多种代用指标中,碳酸盐碳同位素由于受到多重因素的影响,应用其重建过去环境变化历史一直局限在少数几个研究地点。洞穴上覆土壤有机质是洞穴石笋中有机质的重要来源,除此之外,洞穴原位产生的微生物及基岩中的有机质也有贡献。由于主要继承了地表植被和土壤有机质的同位素组成,石笋有机质碳同位素组成的时间序列能够很好地指示地表植被的演变及土壤过程的变化。本文对石笋有机质碳同位素组成的研究现状进行了综述,介绍了最新建立的石笋有机质碳同位素组成分析方法,并指出应用这一指标研究环境变化需要解决的关键问题和未来面临的挑战。     

岩溶槽谷区地下河硝酸盐来源及其环境效应:以重庆龙凤槽谷地下河系统为例

以重庆典型岩溶槽谷龙凤槽谷地下河系统为研究对象,于2017年5月~2018年4月收集大气干、湿沉降和两条地下河（凤凰河、龙车河）水样,利用水化学、δ¹⁵ N（NO₃^-）、δ¹⁸ O（NO₃^-）、δ¹⁸ O（H₂O）和δ¹³C（DIC）同位素等数据来探讨岩溶地下河水NO₃^-来源及其环境效应.结果表明：①两条地下河水化学类型均属于HCO₃-Ca型,NO₃^-浓度变化范围在17.58~32.58 mg·L^-1之间,平均值为24.02 mg·L^-1,雨季略高于旱季,存在明显污染迹象;②两条地下河水δ¹⁵ N（NO₃^-）、δ¹⁸ O（NO₃^-）值变化于-3.14‰~12.67‰和-0.77‰~12.05‰之间,均值分别为7.45‰和2.90‰,表现为旱季偏正、雨季偏负的特点,且两条地下河水NO₃^-来源无明显差异,动物排泄物和生活污水是全年稳定来源,降雨、化肥和土壤氮是雨季地下河水NO₃^-的主要来源,硝化过程是地下河系统氮的主要转化过程;③两条地下河水（Ca²⁺+Mg²⁺）/HCO₃^-的量比介于0.65~0.82之间,凤凰河均值为0.75,龙车河均值为0.70,δ¹³C（DIC）在-12.46‰~-9.20‰之间,凤凰河均值为-10.72‰,龙车河均值为-11.10‰,说明各个来源的HNO₃和NH₄⁺硝化形成的HNO₃参与了碳酸盐岩的风化过程;④地下河水中8%的DIC来源于HNO₃溶蚀碳酸盐岩,凤凰河、龙车河分别为9%和7%.     

基于δ15N和δ18O的农业区地下河硝酸盐污染来源

为研究岩溶区农业活动为主导的地下河流域硝酸盐污染来源,于2017年5~10月每24 d左右对重庆青木关流域6个采样点进行监测,利用~(15)N和~(18)O同位素技术对示踪硝酸盐来源进行解译,应用IsoSource模型计算出不同端元硝酸盐的贡献率.结果表明:(1)青木关农业区地下河系统存在较大的硝酸盐污染风险,大部分采样点出现不同程度NO_3~--N浓度超标现象.(2)空间上,青木关地下河中NO_3~--N浓度整体呈现由上游向下游升高的趋势.时间上,上游鱼塘和岩口落水洞以及下游姜家泉样点NO_3~--N浓度在5~6月因受农业施肥的影响,均呈上升趋势,6~9月受降水影响而出现不同程度升高或降低,9月之后随着农业活动减少而逐渐降低;中游土壤点NO_3~--N浓度保持较高值;中下游大鹿池NO_3~--N浓度较低且变幅不大.(3)通过硝酸盐~(15)N和~(18)O同位素分析,表明上游鱼塘和岩口落水洞的硝酸盐源于土壤有机氮、动物粪便及污废水混合;中游土壤点硝酸盐源于土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+;中下游大鹿池中硝酸盐来源于动物粪便及污废水、土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+的混合作用.地下河出口处姜家泉硝酸盐污染严重,其源于土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+、动物粪便及污废水、大气沉降的综合作用.(4)基于IsoSource模型对地下河出口处硝酸盐来源进行定量分析,发现动物粪便及污废水贡献率占46.4%,土壤有机氮占32.6%,降水与肥料中NH_4~+占18.6%,大气沉降仅占2.4%.     

红球菌BAP-1对荧蒽的跨膜运输过程

利用同位素示踪法对红球菌BAP-1跨膜运输¹⁴C-荧蒽的过程进行了研究.结果表明在有ATP抑制剂NaN₃的存在下,红球菌BAP-1细胞膜内所结合的¹⁴C-荧蒽含量几乎无变化.结合对微生物体内包涵体的观察,说明当有ATP抑制剂存在的情况下,荧蒽无法通过细胞膜进入到微生物的体内.这表明若是荧蒽无法通过跨膜运输进入到红球菌细胞内,就不能得到有效的生物降解.在不同的底物浓度条件下,微生物对¹⁴C-荧蒽的跨膜运输过程是主动运输过程;在一定底物浓度条件下,菌体膜结合污染物的量会在一定的条件下达到饱和.结合米氏方程分析了红球菌BAP-1对¹⁴C-荧蒽的跨膜运输动力学过程,结果表明底物¹⁴C-荧蒽与微生物之间一直保持较高的亲和力,较高的亲和体系有助于跨膜运输过程的顺利进行.     

乌鲁木齐河流域西山地区地下水化学特征

乌鲁木齐河西山地区位于流域中游上段山间盆地的西部,具有独特的水文地质条件,作为乌鲁木齐市的备用水源地,其地下水环境和补给排泄条件的研究非常重要。通过地表水和地下水的化学成分演化研究,结合氢氧稳定同位素分析,将地下水的补给分为两期,即全新世补给和晚更新世补给,并以此得出乌鲁木齐河在晚更新世发育于研究区现在河道的西侧,自末次冰期后由西向东摆动的结论。另外西山地区农场的灌溉活动,促进了河水的蒸发以及后续的溶解交替发生,方解石和石膏矿物不断从河水中溶解,芒硝的相对浓度不断在地下水中累积。当原河水蒸发成固相蒸发盐,然后溶解在新补给的水体中时,原河水的氢氧同位素值不再被保留下来。     

南太行山山前平原地下水和地表水氢氧同位素组成及环境意义

借助氢氧同位素和水化学方法对南太行山山前平原地下水补给运移规律进行研究,阐明人类活动对地下水的影响过程。研究结果表明:(1)区内不同水体δD、δ~(18)O、氘盈余值(d-excess)和氚同位素(T)值差异明显,深层地下水均值分别为-74.0‰、-9.4‰、1.5‰和8.73TU,浅层地下水均值分别为-72.1‰、-8.8‰、-1.9‰和17.46TU,河水均值分别为-71.3‰、-8.9‰、-0.4‰和18.60TU,工业废水均值分别为-68.3‰、-7.2‰、-10.7‰和21.11TU;(2)补给区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-68.08‰、-9.24‰和5.84‰,径流区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-62.30‰、-8.50‰和5.66‰,排泄区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-75.14‰、-10.26‰和6.94‰;(3)深层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过断层导水裂隙带补给深层地下水。浅层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过河流侧渗方式补给浅层地下水;(4)受河水影响的深层地下水氘盈余值变低,T含量升高,因此结合氘盈余值与T含量可以很好地识别区内深层地下水污染过程。     

韧性剪切带中的Rb-Sr和Sm-Nd同位素体系

变形作用可以引起Rb－Sr同位素较大的活动性,但是Sm－Nd同位素相对保持稳定。流体在剪切带活动期间以渗透方式沿着糜棱叶理面运移为主,在活动期结束后则以孔隙流体方式保留在岩石中。Rb、Sr同位素可以在垂立于糜棱叶理方向上十分短的距离内（厘米尺度）达到再平衡。因此,通过选择适当的样品和采用“薄板”技术,Rb－Sr全岩等时线方法可以测定剪切带发生糜棱岩化作用的时间。在低级对中级变形变质作用环境下,流体／岩石反应对Sin、Nd同位素体系的干扰作用较小,但是,在高级变形变质条件下,一些REE未发生分馏的岩石中,Sin、Nd同位素可以测定岩石的成岩年龄．然而．在另外一些REE元素发生分馏的岩石中,Sm、Nd同位素发生了一定程度的重调。     

长沙近地面水汽中稳定同位素的监测与分析

根据长沙地区于2014年11月12日~2015年4月13日监测的大气水汽中δ18O和δ2H及观测的气象要素,分析了长沙近地面水汽中δ18O和δ2H变化特征以及与温度、绝对湿度、降水量的关系.结果表明:1长沙大气水汽中δ18O和δ2H季节变化显著,在冬季表现为高值.冬季大气水汽中δ18O和δ2H与绝对湿度存在正相关关系.δ18O和δ2H在监测期间存在较大波动,尤其是有降水事件发生时.降水事件对长沙大气水汽中δ18O和δ2H的变化影响显著,水汽稳定同位素的低值与降水事件有关.2不同天气条件下长沙大气水汽中δ18O和δ2H的日变化实质上与绝对湿度有关,而绝对湿度的大小又主要受控于局地的蒸散发和大气湍流的强度.单次降水过程中大气水汽δ18O和δ2H存在显著的类似于降水中稳定同位素的"降雨量效应".3长沙大气水汽中δ18O和δ2H总是低于降水中δ18O和δ2H,逐日变化基本一致,它们之间的平均差值分别为8.6‰和66.82‰.4长沙冬半年大气水汽线方程为δ2H=7.18δ18O+10.58,水汽线的斜率和截距总是小于同时段大气水线的斜率和截距,春季水汽线的斜率和截距明显高于冬季水汽线的斜率和截距.     

基于稳定碳同位素的济南市二元羧酸类SOA的污染特征与形成机制

为研究济南市冬季PM2.5中二元羧酸类二次有机气溶胶(SOA)的来源、液相形成机制及影响因素,于2016年1-2月昼夜共采集46个PM2.5样品,并对二元羧酸类SOA(包括二元羧酸、酮羧酸与α-二羰基化合物)与左旋葡聚糖的昼夜变化特征进行分析.研究结果表明,二元羧酸、α-二羰基化合物与左旋葡聚糖均呈昼低夜高的变化特征,...     

基于多同位素的不同土地利用区域水体硝酸盐源解析

不同的土地利用类型对所在流域内的水质产生不同的影响.本研究选取典型城市河流(京杭运河杭州段)和典型山林农业区河流(余英溪)为研究对象,利用多同位素技术(δD-H2O,δ18O-H2O,δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)结合稳定同位素(stable isotope analysis in R,SIAR)模型,对运河...