Using biochemical and isotopic tracers to characterise organic matter sources and their incorporation into estuarine food webs (Rufiji delta,Tanzania)

Fatty acid biomarkers and stable isotope signatures were used to identify the sources of particulate and sedimentary organic matter and its input into the food web through the dominant consumer within the mangrove-dominated Rufiji estuary, Tanzania. Specific fatty acids were used to identify the preferred basal sources of dominant fauna (i.e. filter feeder bivalves, snails, crabs, shrimps, and three fish species), and their presence in the water and sediment samples in the estuary. Both fatty acid and stable isotope results revealed that food web in the Rufiji estuary depended on a variety of carbon sources (mangroves, allochthonous terrestrial inputs, macroalgae, and phytoplankton), contributing to a different degree into the diets of primary consumers and members of near-shore fish, but none of them were obligatory for the survival of these species. The δ¹⁵N values of major primary producers and consumers/predators revealed a trend for δ¹⁵N enrichment with increasing trophic level. The ratio of docosahexaenoic acid to eicosapentaenoic acid (DHA:EPA) decreased from pelagic to benthic feeding fish. This indicated that fish with different feeding modes derived their fatty acids from different primary sources of nutrition, and suggested that the DHA:EPA ratio may be a useful indicator of feeding mode.     

威廉腔环蚓（Metaphire guillelmi）对~（14）C-土壤有机质转化的研究

土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,而大型土壤动物对土壤碳库的稳定性起着重要的决定作用。利用14C示踪技术,以14C-葡萄糖制备微生物源的土壤有机质（Soil organic matter,SOM）,以蚯蚓威廉腔环蚓（Metaphire guillelmi）为代表,研究了14C-SOM在含有蚯蚓的两种土壤、不含蚯蚓的对照土壤和不含蚯蚓的蚓粪中的矿化、残留物在土壤和蚓粪中分布以及蚯蚓对14C-SOM的吸收。结果显示,15 d的培育期内蚯蚓显著加快了14C-SOM的矿化,在土壤中的矿化量是不含蚯蚓的对照土壤中矿化量的1.5～1.7倍,然而当移出蚯蚓后,残留14C-SOM在两种土壤中40 d内的矿化都比对照土壤中低。大约有4.2%～4.8%的14C-SOM被蚯蚓吸收利用。在有蚯蚓存在的土壤中,14C-SOM残留物在胡敏素中的含量有所增高,而在溶解有机物（DOM）中的含量显著降低。14C-SOM在不含蚯蚓的蚓粪中55 d内的矿化量和矿化动力学以及残留分布与在对照土壤中均没有显著区别。这些结果表明,蚯蚓对微生物源14C-SOM转化的影响主要是蚯蚓的肠道作用,这种作用可表现在两个方面,即初期对14C-SOM矿化的促进作用以及后期对14C-SOM残留物的稳定化作用。后续工作中应进一步研究蚯蚓对其它来源SOM降解和转化的作用,阐明蚯蚓对SOM稳定性的控制机理,对揭示全球碳循环规律具有重要的意义。     

利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展

氮污染特别是地下水硝酸盐污染已成为一个相当普遍而重要的环境问题。地下水硝酸盐污染与人类健康和环境安全密切相关。为控制地下水硝酸盐污染,最根本的解决办法就是找到硝酸盐的来源,减少硝态氮向地下水的输送。由于不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素组成,人们利用NO3-中δ15N和δ18O开展了硝酸盐污染源识别研究。本文综述了利用氮、氧同位素识别地下水硝酸盐污染源及定量硝酸盐污染源输入的研究进展及目前存在的问题,并提出几个值得重视的研究方向。     

Nitric oxide removal by wastewater bacteria in a biotrickling filter

Nitric oxide(NO) is one of the most important air pollutants in atmosphere mainly emitted from combustion source. A biotrickling filter was designed and operated to remove NO from an air stream using bacteria extracted from the sewage sludge of a municipal sewage treatment plant. To obtain the best operation conditions for the biotrickling filter, orthogonal experiments(L9(34)) were designed. Inlet oxygen concentration was found to be the most significant factor of the biotrickling filter and has a significant negative effect on the system. The optimal conditions of the biotrickling filter occurred at a temperature of 40℃, a pH of 8.0 and a chemical oxygen demand of 165 mg/L in the recycled water with no oxygen in the system. The bacteria sample was detected by DNA sequencing technology and showed 93%–98% similarity to Pseudomonas mendocina. Moreover, a full gene sequencing results indicated the bacterium was a brand new strain and named as P. mendocina DLHK. This strain can transfer nitrate to organic nitrogen. The result suggested the assimilation nitrogen process in this system. Through the isotope experimental analysis, two intermediate products(15NO and 15N2O) were found. The results indicated the denitrification function and capability of the biotrickling filter in removing NO.     

钙同位素在森林生态系统中的研究进展

钙作为植物必需的营养元素之一,对维持森林生态系统稳定有重要作用。本文综述了钙同位素的分析方法和分馏机理,并指出钙同位素分馏可以用来示踪森林系统中钙的来源及途径。在森林生态系统的研究中,土壤与植物之间的钙同位素分馏可以用于区域物质循环的估算。同时对利用钙同位素在森林生态系统对环境响应及生态系统演化应用进行了总结,并基于当前研究对未来采用钙同位素在生物地球化学循环的研究方向进行了展望。     

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。     

降水稳定同位素的iAWBM模拟及其与GNIP实测值的比较

利用iAWBM的模拟数据,分析了全球降水中平均δ~(18)O、δ~(18)O季节差、降水量效应和温度效应的空间分布以及全球大气水线(MWL),模拟结果与GNIP监测数据进行了比较.结果表明,iAWBM的模拟很好地再现了全球降水中稳定同位素的纬度效应、大陆效应和高度效应;模拟的δ~(18)O季节差的空间分布与实际分布基本对应,在北半球低纬度地区,δ~(18)O的季节差主要表现为负值,而在高纬度大陆地区主要表现为正值;模拟的δ~(18)O的降水量效应主要出现在中低纬度的海洋和季风区,温度效应主要出现在中高纬度的内陆地区,这与实测结果吻合;模拟的全球MWL为δ~2H=7.93δ~(18)O+10.19,该方程的斜率和截距均与实测结果相近.     

多种方法识别青岛大沽河平原区地下水硝酸盐污染来源

硝酸盐是地下水中最常见的一种污染物,其来源的确定对于硝酸盐污染的治理非常重要.大沽河是山东半岛主要河流之一,其地下水含水层是重要的饮用水来源,但近年硝酸盐含量普遍很高,除了少数位置外,都超过了中华人民共和国国家标准,有必要对其污染来源进行研究.采用N同位素、N-O同位素和卤化物比率3种方法综合确定了硝酸盐污染来源.研究发现:该区地下水的N同位素比率值表明76%的取样点的硝酸盐来源与粪肥、污水、大气沉降、化肥和土壤N有关;氮氧同位素的结果显示80%的硝酸盐污染源为粪便或污水;卤化物比率也证明了这一来源.这和该区蔬菜生产大量施用粪肥和化肥进行农业种植是一致的,两者的混合施用使同位素比率和卤化物比率偏高,硝酸盐的主要污染来源是化肥和粪肥.多种方法相结合能够更准确地确定地下水硝酸盐的污染来源.     

人工湿地的氮稳定同位素特征及污染源解析

对2016年4,6,和8月合肥市塘西河人工湿地水体中的溶解态硝酸盐进行稳定氮同位素分析。通过不同的季节人工湿地内硝酸盐的稳定氮同位素值(δ~(15)N-NO_3~-)的变化情况来研究水体中氮的迁移、转变等生物地球化学过程,从而揭示其环境行为,同时对该人工湿地氮的循环机制进行探究。研究发现:该人工湿地的δ~(15)N-NO_3~-值分布在13.9‰~22.7‰,表明其硝酸盐氮的主要来源是人畜排泄物或城市生活污水。4,6,8月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值都受硝化、矿化、植物同化作用的影响;6月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值还受藻类同化吸收作用的影响;8月水体中的δ~(15)N-NO_3~-值还受雨水混合、藻类同化吸收与反硝化作用的影响。     

碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵的影响研究

通过构建模拟实验,利用~(15)N同位素示踪技术研究在生物滞留系统中碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵(DNRA)的影响。结果表明:5个处理组(葡萄糖50,100,150,200,250 mg/L)中NO_3~-发生转化的量分别为41.1%、47.9%、50.7%、56.2%和57.6%。以葡萄糖为碳源,初始浓度为100 mg/L时,DNRA作用效果最显著,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的24.7%;初始浓度为250 mg/L时,DNRA作用最弱,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的13.7%。反硝化和DNRA作用同时进行,系统中~(15)N-NO_3~-含量的减少均伴随着DNRA过程中间产物~(15)N-NO_2~-含量的积累和最终产物~(15)N-NH+4含量的增加。