新疆奎屯地区高砷地下水稳定碳同位素特征及其指示意义

地下水稳定碳同位素可以指示微生物作用下有机质降解过程对砷富集的影响.新疆奎屯地区是中国西北干旱区典型原生高砷水分布区,本研究以地下水为研究对象,奎屯河地表水为对照,通过野外采样,并借助原子荧光、稳定同位素分析等技术手段,对地下水的水化学指标、溶解性无机碳(DIC)、溶解性有机碳(DOC)和碳稳定同位素进行测定与分析.结果表明,研究区73%的地下水为高砷水,平均值为60.60μg·L^(-1),呈还原-弱碱性环境,地表水均为低砷水,呈中性和氧化环境.地下水中优势阴阳离子分别为Cl^(-)和Ca^(2+).地下水DIC受多种来源的共同影响,地表水DIC主要来自碳酸盐岩风化作用的影响.地下水δ^(13)C_(DIC)值的范围为-9.13‰—0.58‰,δ^(13)CDOC值的范围在-21.62‰—-13.79‰之间.地下水中除了微生物作用下有机质降解和碳酸盐岩溶解的影响外,还可能存在产甲烷过程对δ^(13)C_(DIC)值的影响.地下水中δ^(13)C_(DIC)-δ^(13)CDOC差值与ρ(As)、ρ(Fe)均呈显著负相关关系,表明微生物参与了铁氧化物的还原性溶解并促进了As的富集.

河流溶解无机碳稳定碳同位素示踪技术及其在中国河流碳循环研究中的应用

河流溶解无机碳(DIC)是全球碳循环中的重要组成部分,稳定碳同位素(δ^(13)C_(DIC))已被广泛用于辨识流域内碳的来源和迁移转化过程。通过综合现有文献,系统梳理河流δ^(13)C_(DIC)的影响因素和变化机理,论证了该指标能够真实、敏感反映流域环境特征及各种地表过程,可用于重建流域碳循环体系中的生物地球化学过程。由于河流碳来源及迁移转化过程的复杂性,关于河流δ^(13)C_(DIC)的影响机理仍有较多细节尚未探明。通过收集和分析中国主要河流的δ^(13)C_(DIC)数据发现,在全国尺度上我国河流δ^(13)C_(DIC)呈现出“西高东低”的变化格局,基本反映了我国地质、气候及生态环境的空间分布特征。青藏高原地区河流δ^(13)C_(DIC)整体上比其他地区明显偏高,关于这一现象的形成机制还有待进一步研究。未来可将δ^(13)C与放射性碳同位素(Δ^(14)C)联用并加强水体DIC稳定碳同位素分馏方面的基础理论研究,以期进一步完善和提升河流DIC同位素示踪理论及其在揭示碳循环过程和机理方面的应用。

河流溶解无机碳浓度及其稳定碳同位素特征的研究进展

河流是天然无机碳循环的重要通道。溶解无机碳(DIC)约占据河流碳通量的50%,近几十年来,分析DIC浓度及其稳定碳同位素特征已成为示踪碳来源、追踪碳循环、指示碳动态变化的有效方法和重要技术指标。介绍了DIC稳定碳同位素的测定方法,比较了不同的前处理方法,提出了稳定碳同位素的分析方法,总结了河流DIC浓度及其稳定碳同位素的组成特征,分析了影响河流DIC浓度及δ^(13)C_(DIC)的重要因素,包括岩石风化作用、季节效应、土地利用类型、水生光合作用与脱气作用和人类活动。在此基础上,提出了稳定碳同位素技术的应用前景,对稳定碳同位素技术存在的问题进行了分析和展望,可为我国DIC的碳循环过程以及河水补给端元的确定提供理论依据。

广州市PM_(2.5)总碳稳定碳同位素特征及来源解析

含碳气溶胶对气候和环境具有重要影响,是大气PM_(2.5)中重要组成成分。本研究于2017—2018年秋季(9—10月)和冬季(12—1月)在广州市采集了123个PM_(2.5)样品,进行总碳浓度(TC)和稳定碳同位素(δ^(13)C)组成分析。结果表明,采样期间广州市秋、冬季TC浓度分别为2.2~14.9和2.4~23.4μg/m^(3),δ^(13)C分别为–27.68‰~–24.75‰和-26.96~-24.59‰,均呈现出秋低冬高的变化趋势。根据样品的δ^(13)C分析结果,结合贝叶斯模型以及后向轨迹聚类分析等方法对广州TC的源解析结果表明,采样期间广州市大气PM_(2.5)中TC秋、冬季主要来源为机动车尾气和生物质燃烧,其贡献秋季分别为52.40%和36.30%,冬季分别为62.30%和18.10%,秋季生物质燃烧贡献约是冬季2倍。

自治区上合项目“中-吉-哈天山树轮稳定碳同位素对气候变化的响应研究”顺利通过验收

近日,中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所张瑞波研究员主持的新疆维吾尔自治区区域协同创新专项(上海合作组织科技伙伴计划及国际科技合作计划)“中-吉-哈天山树轮稳定碳同位素对气候变化的响应研究”项目通过验收。该项目基于前期研究基础,在天山山区新采集了15个样点的雪岭云杉或西伯利亚落叶松树轮样本,建立了10条树轮宽度序列和6条1850年以来的雪岭云杉树轮稳定碳同位素变化序列。明确了1850年以来哈萨克斯坦东南部、吉尔吉斯斯坦伊塞克湖、新疆伊犁、赛里木湖、阿克苏河以及东天山等流域树轮稳定碳同位素变化趋势,揭示了不同流域树轮稳定碳同位素对气候变化的响应规律。依托本项目发表研究论文4篇,SCI收录3篇,出版专著1部,培养研究生1名。研究团队有关中亚树轮气候研究的成果荣获中国气象局“十三五”以来优秀气象科技成果,项目负责人有关哈萨克斯坦的研究成果获第十六届自治区自然科学优秀论文二等奖;有关中哈合作研究的成果被人民日报报道。

西藏林芝冷杉树轮稳定碳同位素对气候的响应

对采自西藏林芝的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后 ,建立树轮δ13 C序列 .将δ13 C序列去除生长趋势和大气CO2 浓度升高导致大气δ13 C下降影响得到Δ13 C ,利用附近气象资料 ,分析了Δ13 C对气候要素的响应 .结果表明 :冷杉Δ13 C的高频振荡与季节的气温、降水、空气相对湿度显著相关 ,并存在强的滞后效应 .冷杉Δ13 C序列与降水和空气相对湿度关系密切 ,在树木生长初期 4月和 9～ 11月 ,降水和空气湿度对年轮生长影响较大 ;除 3月年平均最低温度和年平均温度的 11、12月对年轮Δ13 C有一定影响外 ,温度对年轮生长影响小于降水和相对湿度的影响 .

马先蒿属(Pedicularis L.)植物稳定碳同位素组成与环境因子之间的关系

分析了马先蒿属 (PedicularisL .)植物叶片稳定碳同位素组成 (δ13C值 )特征以及δ13C值与环境因子之间的关系 .结果表明 ,所有样品的δ13C值属于C3植物的范围 ,最大值是碎米蕨叶马先蒿 (Pedic ularischeilanthifoilia) ,- 2 2 .4‰ ,最小值属于黄花鸭首马先蒿 (Pedicularisanasvar .xanthantha) ,- 31.5‰ ,平均值为 - 2 7.1‰ .相关分析表明 ,马先蒿植物叶片的δ13C值与年降水量和湿润度的相关性没有达到显著水平 (P >0 0 5 ) ,与年平均温度和≥ 10℃的总积温呈显著负相关 (P <0 0 5 ) .随着海拔的升高 ,δ13C值增大 (P <0 0 5 ) ,与经度的变化呈负相关 (P <0 0 5 ) ,而与纬度呈现弱的正相关 (P <0 0 5 )关系 .

采用稳定碳同位素法分析白羊草在不同干旱胁迫下的水分利用效率

本研究以黄土高原乡土草种白羊草(Bothriochloa ischaemum(L.)Keng.)为研究对象,采用盆栽控制实验,比较白羊草在3个水分处理(CK80%FC、MS60%FC和SS 40%FC)下的生物量积累和分配模式、瞬时水分利用效率(WUE)、不同部位(新叶、老叶、茎、细根、粗根)的稳定碳同位素组成(δ^(13)C)和碳同位素分辨率(Δ^(13)C)及其相互关系,以及干旱胁迫下影响水分利用效率的主导环境因子。结果表明:1)重度干旱胁迫显著降低植物整体生物量,显著增加根冠比和细根生物量比例;2)随着干旱胁迫加剧,白羊草各器官的δ^(13)C均呈上升趋势,Δ^(13)C呈减小趋势,SS处理不同器官δ^(13)C和Δ^(13)C没有显著差异,CK和MS处理的各器官δ^(13)C均值表现分别为细根>粗根>老叶>新叶>茎、细根>新叶>老叶>粗根>茎,CK和MS处理Δ^(13)C的值总体呈根<叶<茎。3)新叶的δ^(13)CNL和Δ^(13)CNL与WUE的相关系数均最大,说明利用稳定碳同位素方法测定白羊草水分利用效率具有可行性。4)不同水分处理的WUE的主导影响因子不同,CK、MS、SS水分处理WUE分别受到叶面温度、大气水汽压亏缺和空气温度的影响最大。为采用稳定碳同位素方法指示白羊草水分利用效率可行性及阐明植物的胁迫响应机制提供理论依据。

阜康典型荒漠C_3植物稳定碳同位素值的环境分析

通过对阜康典型荒漠C3 植物稳定碳同位素值的分析。叶片碳同位素值在 - 2 3‰和 - 2 9‰之间变化 ,其中主要在 - 2 7‰附近波动。这与前人报道的世界上其他地区荒漠植物碳同位素值的变化非常一致。降水可以改变叶片碳同位素值的大小 ,降水越多 ,叶片碳同位素值越负 ,它们的变化幅度有物种的依赖性。叶片碳同位素值也受植物生长形式或期望寿命的影响 ,木本植物或寿命长的植物叶片碳同位素值要高。分析表明 ,利用该区土壤或陆相沉积中有机质碳同位素值可以判断气候的干湿变化 :土壤或陆相沉积中有机质碳同位素值越高 。

稳定碳同位素在油气地球化学中的应用及存在的问题

随着现代分析测试技术的提高,碳同位素在油气地球化学中的应用也越来越广泛。总结了碳同位素在油气地球化学中的应用,这些应用包括:用碳同位素研究来鉴别原油的生成环境和母质类型,对天然气进行成因分类和鉴别,判断天然气的成熟度,进行油气源对比,讨论油气的次生变化,研究油气运移,研究天然气的混合情况和油藏地球化学。

稳定碳同位素技术在土壤-植物系统碳循环中的应用

碳作为重要的生命元素,在土壤-植物系统物质循环中发挥重要作用.作为一种天然的示踪物,稳定碳同位素(13C)较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点,在土壤-植物生态系统碳循环研究中得到广泛应用.通过检测土壤-植物体系中稳定碳同位素的自然丰度或采用稳定碳同位素标记有机材料,能够较真实地了解植物的光合特性、光合产物在土壤-植物体系中的运转及其在土壤中的分解、转化等过程.本文概述了稳定碳同位素技术在植物光合作用及光合产物运转、古气候重建、土壤有机质周转以及植物-根际微生物相互作用等方面的研究进展,并针对当前研究中存在的问题提出了今后的研究展望.

祁连圆柏中稳定碳同位素分布特征

树皮、树叶和木质间的δ13 C有明显的差异 ,树皮最低 ,木质最高 .树木不同方位的δ13 C也有明显的不同 .但木质δ13 C随高度而没有不同 ,说明叶片通过光合作用合成的有机质在沿树干向下运输时不存在同位素的分馏效应 .近 6 0a来木质δ13 C有明显的降低趋势 ,而与树高和方位没有差异 .

应用稳定碳同位素组成特征研究环境空气颗粒物中多环芳烃的来源

采集了乌鲁木齐市与郑州市非采暖季的环境空气颗粒物 ,用二氯甲烷做溶剂提取、硅胶柱层分离出多环芳烃样品 .用气相色谱 /燃烧系统 /同位素质谱测定了多环芳烃单化合物的稳定碳同位素组成 .结果表明 :这 2个城市的TSP与PM10 中多环芳烃单化合物稳定碳同位素组成相比较没有明显的区别 ;两城市的颗粒物样品中 ,分子量较小菲、蒽、荧蒽、芘和苯并 (e)芘的稳定碳同位素组成没有明显的区别 ,平均值范围为 - 2 3 4‰～ - 2 4 8‰ ,分子量较大的多环芳烃的δ13 C出现了明显差异 ,乌鲁木齐市环境空气颗粒物中多环芳烃单化合物的δ13 C随着其分子量的增大比郑州市更贫13 C ,乌鲁木齐市的环境空气颗粒物中的苯并 (a)芘、茚并 (1,2 ,3 cd)芘、苯并 (ghi)的δ13 C值分别为 - 2 8 3‰、- 31 8‰和 - 30 2‰ ,郑州市为 - 2 4 4‰、- 2 9 4‰和 - 2 6 3‰ .结合对两城市燃煤量和机动车拥有量的对比分析 ,本研究认为 :在非采暖季 ,这两个城市环境空气颗粒物中多环芳烃的污染主要是以煤的炭化、气化、燃烧以及机动车尾气为主的复合型污染 ,而机动车尾气对郑州市环境空气颗粒物中分子量较高的多环芳烃的贡献高于乌鲁木齐市 。

不同立地条件下胡杨叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化

研究了黑河流域下游额济纳荒漠河岸不同立地条件下胡杨(Populus euphratica Olivier)叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化特征.结果表明:5个典型样地中,胡杨叶片δ13 C值在(-25.80±0.05)‰～(-29.19±0.05)‰间变化,均值为(-27.70±0.13)‰;就生长季胡杨叶片δ13 C均值而言,沙丘样地具有最高的δ13 C值,其次为戈壁样地,最低值出现在河岸低地.样地间δ13 C值的差异主要是由样地间土壤含水量和地下水埋深的不同导致的;整个生长季胡杨叶片δ13 C值在样地间表现为2种变化趋势.5个典型样地生长季胡杨水分利用效率在(60.41±0.47)～(95.46±0.47)μmolCO2.(mmolH2O)-1间波动变化,其平均值为(75.69±1.37)μmolCO2.(mmol H2O)-1,从水分利用效率波动范围和平均值可以看出,胡杨是个具有高水分利用效率的物种.从河岸低地到河岸沙堆再到戈壁、沙丘,随着土壤含水量逐渐下降,地下水埋深逐渐加深,胡杨逐渐提高了其水分利用效率.

塔河油田原油稳定碳同位素特征及其成藏意义

塔河油田田油族组分中烷烃δ13C值为-33.3‰--31.5‰,差异不明显,但全油、芳烃、非烃、沥青质δ13C值的差别却逐渐增大,特别是4、6、7区部分奥陶系原油出现沥青质δ13C值低于非烃、芳烃组分,甚至低于全油的"倒转"现象,详细的地球化学分析表明,这种同位素"倒转"现象主要是由于生物降解造成的;塔河油田存在两期原油充注的成藏历史,早期成藏原油成熟度较低,具有相对较低的碳同位素值,在经历了生物降解后残留以非烃,特别是沥青质为主的族组分,与后期充注来的原油相混合,呈现复杂的稳定碳同位素值分布特征。

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。

华北上古生界煤层甲烷稳定碳同位素组成与煤层气解吸-扩散效应

华北上古生界浅层煤层甲烷稳定碳同位素具有分布范围广、组成偏轻的总体分布特点，在进入高煤级煤阶段之后开始接近或落入腐殖型常规天然气甲烷稳定同位素分布范畴。该区浅层煤层甲烷稳定碳同位素偏轻的现象主要起源于热力学分馏背景之上叠加的解吸—扩散效应，由此导致了煤层气原生带→过渡带→解吸带的垂向分带特征。

燃煤烟尘和机动车尾气中PAHs分子化合物的稳定碳同位素研究

研究了燃煤烟尘中和机动车尾气中9种多环芳烃分子化合物的稳定碳同位素组成.气相色谱/燃烧系统/同位素质谱(GC/C/IRMS)分析表明,汽油车和柴油车尾气中多环芳烃的稳定碳同位素组成相差不大,分别为-22.1‰～-23.7‰和-20.5‰～-24.4‰,并随着分子量的增大而增加.电厂燃煤和高效民用锅炉燃煤产生的多环芳烃分子化合物的稳定碳同位素组的范围为-22.0‰～-31.2‰,随着分子量的增大PAHs分子化合物中13 C含量降低.机动车尾气和燃煤产生的三环和四环多环芳烃的稳定碳同位素组成差别不大,而五环和六环化合物的稳定碳同位素组成差别比较明显。因此,利用多环芳烃分子化合物的碳同位素组成能够较好的区分燃煤产生的烟尘中和机动车尾气中苯并(a)芘,茚并(1,2,3-cd)芘,苯并(ghi)的来源.

不同生境下祁连圆柏叶片色素和稳定碳同位素组成的变化

测定了祁连山大火烧(相对干旱环境)和吐鲁沟(相对湿润环境)中祁连圆柏(Sabina przewal-skii)幼树和老树叶片5种色素含量以及稳定碳同位素组成和脯氨酸含量等指标.结果显示:在相对干旱的环境下,幼树和老树的叶黄素循环转换率(Z+A)/(V+A+Z)、类胡萝卜素含量、脯氨酸含量及稳定碳同位素值都较高,而PsⅡ光化学效率(Fv/Fm)及叶绿素含量都较低,且花青素和紫松果黄素含量也较低;在两种不同生境下,除Fv/Fm及叶绿素外,老树的其它指标都显著高于幼树.结果说明色素在干旱胁迫下起重要的光保护作用,其变化是祁连圆柏在长期与环境交互作用过程中形成的一种适应策略.