岩溶区砂糖桔短期种植对土壤氮转化过程的影响

利用15N同位素成对标记法并结合MCMC数值模型,研究岩溶区乔灌地开垦种植砂糖桔4年后土壤氮转化特征。结果显示:乔灌地开垦种植砂糖桔后,土壤有机氮矿化速率由2.93 mg N·kg^(−1)·d^(−1)显著下降至0.60 mg N·kg^(−1)·d^(−1),土壤无机氮的供应能力降低,土壤有机氮矿化速率与土壤有机碳、全氮和全钙含量呈显著正相关性,与铁、铝、钾和黏粒比例呈显著负相关性;土壤铵态氮微生物同化速率由1.76 mg N·kg^(−1)·d^(−1)显著降低为0.10 mg N·kg^(−1)·d^(−1),在砂糖桔地铵态氮微生物同化速率与有机氮矿化速率的比值仅为0.17。乔灌地土壤自养硝化速率高达11.06 mg N·kg^(−1)·d^(−1),而硝态氮微生物同化作用微弱,硝态氮异化还原速率仅为0.64 mg N·kg^(−1)·d^(−1),导致硝态氮净产生速率达到10.42 mg N·kg^(−1)·d^(−1)。由于土壤铵态氮浓度的降低和施肥导致土壤酸化不利于硝化细菌的活动,自养硝化速率显著降低至1.68 mg N·kg^(−1)·d^(−1)。岩溶区乔灌地开垦种植砂糖桔4年后土壤氮转化速率呈下降趋势。

GasbenchⅡ-IRMS稳定同位素质谱法高精度测定环境水体中δD、δ^(18)O和δ^(13)C_(DIC)同位素比值：实验室间对比研究

GasbenchⅡ-连续流稳定同位素质谱仪(IRMS)联用在线分析已成为水中δD、δ18 O和δ13 CDIC分析测试的常用方法。为了探讨GasbenchⅡ-IRMS检测方法对δD、δ18 O和δ13 CDIC分析准确度和精确度,通过国家海洋局第三海洋研究所、河海大学、南京地质矿产研究所、成都理工大学、中国地质科学院水文地质环境地质研究所、中国地质科学院矿产资源研究所、中国地质科学院岩溶地质研究所7家实验室的在线的连续流GasbenchⅡ-MAT253检测仪器,采用CO2-H2O平衡法、疏水铂催化H2-H2O平衡分析方法分析海水(YHS)、云南水(YYNS)和西藏水(YXZS)中δD、δ18 O,采用磷酸法分析工作标准HDIC、KSTD、饮用水(HBLS)、饮用水(HNF),海水(HHSY)中δ13 CDIC。测试数据表明连续流GasbenchⅡ-IRMS得到较好的准确度及较高的精密度。δD精密度好于1.05‰,δ18 O精密度好于0.15‰,δ13 CDIC精密度均好于0.12‰。本研究为水中δD、δ18 O和δ13 CDIC分析的测试技术选取提供了一定的参考,保证δD、δ18 O和δ13 CDIC结果的可靠性和准确性。

典型岩溶区土壤呼吸作用的昼夜变化特征及其影响因素

为揭示桂林毛村岩溶地区夏季表层土壤呼吸作用昼夜演变规律。本次研究选用静态暗箱/气相色谱法,监测了无降水影响下毛村岩溶区域的表层土壤呼吸通量的昼夜变化规律。同时野外监测表层土壤的温度、大气温度、大气压强等环境参数,以综合分析影响土壤呼吸作用昼夜变化的关键环境因子。结果表明:受到大气温度变化的影响,研究区域土壤表层温度呈现单峰型的昼夜变化规律,表层土壤呼吸作用也存在明显的昼夜变化特征。土壤呼吸最大值出现在12:40至14:40,最小值出现在4:40-6:40。土壤呼吸作用强度和变幅均是白天大于夜间。大气温度与土壤呼吸作用呈显著正相关关系(P<0.01),说明在土壤含水量未超过阀值时,大气温度是影响土壤呼吸作用昼夜变化的关键环境因子。本次研究明确了土壤呼吸作用在昼夜变化上的变异性,对精确估算整个生态系统的碳收支有重要意义。

Gas Bench Ⅱ-IRMS磷酸法在线测定水中溶解无机碳碳同位素分析条件及影响因素

采用Gas Bench Ⅱ-IRMS对水中溶解无机碳碳同位素在线测定影响因素进行研究,确立了分析方法。通过对影响因素的研究确定了水中溶解无机碳碳同位素测试的最佳平衡时间;样品水中溶解无机碳浓度与样品测试的信号强度呈明显正相关;测试过程中色谱柱温度的高低不仅会影响样品峰的出峰时间,还会影响样品峰宽、峰高及峰积分面积等,影响最终测试结果。为了确保水中溶解无机碳碳同位素测试方法的准确性与可行性,进行了方法试验验证,水中溶解无机碳碳同位素比值(δ^(13)C)的测定值与验证单位给出的δ^(13)C测定值相一致,此测试方法具有可行性。在线测试的高效率和小样量与传统方法比较有显著优势,这为拓展同位素分析技术的应用领域提供了一种快速、高效的手段。本测试分析方法适用于地下水、地表水、大气降水的溶解无机碳碳同位素组成的在线测定。

开放洞穴环境变化特征及其影响因素——以桂林凉风洞为例

通过对桂林凉风洞洞穴内、外温湿度、 p CO 2进行连续高频监测,发现洞穴温度受大气度温影响呈现出季节性变化规律。由于受到洞穴结构的阻隔作用影响,洞穴由外向里的温度变化幅度逐渐变小,并且响应的时间存在季节性差异。监测数据表明:洞穴内部温度的季节性变化幅度明显低于洞外气温变化幅度。比较洞内、外温度的时间序列发现,在季节尺度上洞穴温度升温阶段滞后时间长(与外部通风的气温流动交换慢),降温阶段滞后时间短(与外部通风的气温流动交换快,呈现突变特征),这可能与不同季节洞穴内部结构的“缓冲作用”的强弱变化有关。该洞穴空气中 p CO 2存在明显的夏季高、冬季低的季节性变化特征。并且外界大气环境季节性变化和洞穴上覆动植物的季节性活动,使得洞穴 p CO 2主控因素也存在季节性差异。

激光同位素光谱法测量水中氢氧同位素组成的实验室间比对研究

激光同位素光谱分析方法是近些年使用较广泛的一种便捷、快速的测试稳定同位素组成的技术,能同时分析出水中δD、δ^(18)O同位素组成,因其操作简单,检测效率高,体积小,野外现场测试携带方便,迅速在环境、地质、生态和能源等领域得到广泛应用,但是该测试分析方法尚没有相应的国家标准,测试结果得不到有效的溯源,在使用过程中缺乏规范和统一。为此,本文通过在全国范围内12家实验室选取8个比对水样(δD值在-189.1‰^-0.4‰内,δ^(18)O值在-24.52‰~0.32‰内),利用激光同位素光谱法测试比对D/H和18O/16O值,探讨激光同位素光谱仪分析水中δD、δ^(18)O值的准确度和精密度。测试结果表明:各个协作实验室数据准确、稳定,方法的重复性和再现性良好;激光光谱法测定的δD精密度为0.4‰(1σ),δ^(18)O精密度为0.05‰(1σ),与传统稳定同位素质谱的精度几乎一致,因此适用于常规水样中δD、δ^(18)O测定,可以开展野外在线实时检测水中氢氧同位素组成。本研究为开展制定激光同位素光谱法测定环境液态水中δD、δ^(18)O同位素组成标准方法的工作推广和应用提供了参考。

14C的前世今生

^C-14是碳同位素家族的特殊成员,不仅具有放射性,而且半衰期长,经过漫长的研究和理论技术积累,其碳定年法技术为考古、第四纪地质、近代海洋等领域研究提供年龄信息。它在自然界中的“特异性”和“普遍性”又使得它具备示踪技术,在宏观大气,海洋及生态领域示踪物料来源,同时在微观的生命科学领域也可揭示生化过程的反应机理,是人类探索自然的好帮手。

三种方法测试岩溶水样氢氧同位素的对比研究

通过高温热转换元素-同位素比值质谱法(TC/EA-IRMS)、多用途气体制备仪-同位素比值质谱法(GasbenchⅡ-IRMS)以及激光光谱法对岩溶水样进行对比检测,其结果显示:对于氢同位素,TC/EAIRMS的精密度达到0.3‰,激光光谱法的精密度达到0.1‰,均优于GasbenchⅡ-IRMS的精密度1.4‰;对于氧同位素,GasbenchⅡ-IRMS的精密度达到0.02‰,激光光谱法的精密度达到0.04‰,优于TC/EA-IRMS的精密度0.16‰。使用激光光谱法测定岩溶水样的氢氧同位素,所需要的样品量少,精密度高,能够满足岩溶区样品的高精度测试要求。

岩溶泉补给地表溪流二氧化碳脱气作用研究

碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_(2)),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_(2)脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ^(13) C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_(2)脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1~C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ^(13) C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_(2)分压、电导率、Ca^(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_(2)脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18~C26段,长约2.1km,坡度<1°),溪水各水化学指标和δ^(13) C_(DIC)变化较小,指示CO_(2)脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_(2)脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_(2)脱气。溪流CO_(2)脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_(2)量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_(2)脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。

固体聚合膜电解浓集法测量天然水中低含量氚的化学淬灭效应研究

固体聚合膜电解浓集法是浓缩氚含量较低(<1 Bq/m^3)的天然水样的常用方法,但因水样自身含有杂质离子或电解装置聚合膜带入杂质进入浓集液,使浓集液偏酸性,在测量过程中易产生化学淬灭效应,导致氚的测量值偏低。本文研究了水样自身存在的杂质离子和聚合膜上残留的杂质离子、样品溶液的pH值及其电导率所产生的化学淬灭效应的影响,实验表明,为减少化学淬灭效应,提高测量低含量氚的准确性,需保证水样溶液呈中性,电导率≤1μS/cm,同时避免杂质沉积在聚合膜上。如果水样溶液的pH值偏酸性、电导率大于1μS/cm,可采用酸碱混合型离子交换树脂去除水样中自身的杂质;对于聚合膜引入的杂质,可在电解后的水样中加入微量氨水将其pH值调节至中性。

桂林西北郊光明山峰丛坡地土壤^(210)Pb与^(226)Ra分布与迁移规律研究

利用单一^(210)Pb技术来估算岩溶区土壤侵蚀、水土流失和泥沙来源等还存在一定问题。岩溶区土层厚度不一,难以准确地确定支持性^(210)Pb放射比活度是制约该方法应用的一大关键问题。文章选取桂林西北郊光明山岩溶峰丛坡地的4个土壤剖面,测试了土壤剖面^(210)Pb与^(226)Ra放射性比活度,探讨其分布规律及影响因素,初步确定土壤中支持性^(210)Pb放射性比活度。测试结果表明4个土壤剖面中^(210)Pb垂向分布服从指数衰变规律,^(226)Ra放射性比活度随土壤深度增加基本不变。光明山峰丛山坡土壤中约95%的^(210)Pbex主要聚集在0~10 cm深度处,地表20~30 cm以下基本为支持性^(210)Pb。土壤中支持性^(210)Pb放射性比活度约为56.60±11.97 Bq·kg^(-1),与^(226)Ra放射性比活度值64.93±8.83 Bq·kg^(-1)在误差范围内一致。进一步研究发现,土壤剖面中^(210)Pb受研究区大气干湿沉降、植被覆盖类型、地形条件、土壤特性(特别是有机质)的影响。此外,研究区土壤剖面^(226)Ra的差异主要与土壤特性和植被类型有关。

常规放射性(14)C测年金属系统装置研发和优化

放射性同位素^(14) C测年技术广泛应用于第四纪地质学、考古学、海洋学和古气候等学科。常规^(14) C测年,是采用β衰变低本底液体闪烁计数仪记录一定时间间隔内一定量样品中^(14) C原子衰变数目的方法,由于仪器操作简单、方便,在不受样品量限制的情况下,测试的精度能够满足测年的要求。^(14) C测年液闪法样品制样前处理系统主要在真空玻璃系统中完成,但真空玻璃系统容易出现破碎、断裂,每个实验室需要配备专门的玻璃焊接师傅维护和维修真空玻璃系统,制约着^(14) C测年技术的发展。文章探讨了常规^(14) C制样系统的升级改造,建立了一套金属系统、不用玻璃焊接,无油污染、安装方便、拆卸灵活的常规^(14) C测年样品制备系统,该套系统解决了常规^(14) C发展中遇到的难点问题,使得常规^(14) C测年技术得到更好的推广和应用。

漓江流域末次冰期以来气候环境变化研究进展

为更好地认识漓江流域过去气候环境变化,更好服务于漓江流域未来气候环境预测、生态环境建设及资源环境可持续发展,本文对漓江流域末次冰期以来的气候环境研究现状进行了总结和综述。总结了年代学、现代过程研究、古气候环境重建和古人类演化方面的进展及存在的问题,并对下一步的研究方向进行了分析和探讨。希望能促进华南地区过去气候环境变化研究,并对经济社会可持续发展提供借鉴和参考,助力桂林可持续发展创新示范区建设。

α铀系测年试样化学前处理方法适用性评价

针对不同铀含量、不同样品纯度的样品,综合离子交换树脂柱铀钍分离-电沉积法和萃取色谱树脂柱铀钍分离-微沉积膜法,建立了α铀系测年离子交换树脂柱铀钍分离-微沉积膜法化学前处理方法。实验结果表明:离子交换树脂柱铀钍分离-微沉积膜法既适用于铀含量较高、样品较纯、用量较少的样品,也适用于杂质较多、铀含量较低、用量多的不纯碳酸盐样品,在样品化学前处理过程中具有更好的适用性。

基于微岩相分析的藻类在钙华沉积中的作用研究——以四川黄龙为例

在地表环境下,钙华沉积常常是物理化学和生物沉积过程共同作用的结果。藻类因其在钙华沉积环境中具有较大的生物量及其自身拥有多样的代谢方式,对钙华沉积过程和形态具有重要影响。本研究以四川黄龙钙华为例,通过对典型沉积点的水化学、藻类群落组成和现代钙华微岩相结构进行综合分析,来揭示藻类在钙华沉积中的作用。研究发现,黄龙钙华沉积环境中分布的藻类主要包括蓝藻、绿藻和硅藻等。这些藻类代谢活动会在一定程度上改变沉积水体水化学环境,但在快速流动的水体中,其影响有限。不同藻类群落常常形成几百微米至1~2 mm厚的微生物席或生物膜层,作为碳酸钙沉积发生的重要场所,即钙华沉积活动层。在该活动层内,藻体及其分泌的胞外聚合物(EPS)能够为碳酸钙晶体生长提供大量成核位点和生长模板,从而极大地促进钙华沉积。同时,EPS可以控制或影响碳酸钙结晶形态及钙华微岩相结构。准确认识和量化藻类在钙华沉积中的作用还需要继续开展更多微观尺度方面的研究,以便更好地理解钙华沉积机制,并为准确解译古老钙华岩相结构和地球化学特征奠定基础,同时为预测钙华景观演化和保育提供更多科学依据。

电感耦合等离子体质谱法同时测定地表水中的溴和碘

目的建立电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定地表水中溴和碘的方法。方法在1%NH3·H2O介质中,使用内标和碰撞反应池技术(KED模式)消除基体干扰和质谱干扰,采用ICP-MS直接测定地表水中的溴和碘。结果溴和碘的线性范围均为0 ng/ml^100 ng/ml,相关系数分别为0.999 4和0.999 7,检出限分别为0.05μg/L和0.32μg/L,加标回收率分别为94.4%~112.0%和92.0%~106.0%,相对标准差(RSD)在2.9%~6.4%。对所采集的30个样品的溴、碘含量测试结果表明,广西钦江、南流江和明江流域的地表水中溴和碘的含量并不高。结论本方法快速灵敏准确,适用于大批量水中溴和碘同时测定。