放牧对内蒙古典型草原生态系统植物及土壤δ^(15)N的影响

植物和土壤中的15N自然丰度值(δ15N)是评价生态系统N循环的一个重要指标,而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式,对草原生态系统的N循环过程的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古锡林河流域放牧和围封条件下草原群落主要优势植物和土壤的δ15N值,探讨放牧对草原N循环的影响。研究中所测定的8种植物叶片δ15N变化很大(-4.04‰-4.34‰),但与植物功能型有一定的相关性。放牧显著降低了大针茅(Stipa grandis)、杂类草和小半灌木木地肤(Kochia prostrata)的δ15N值。具有潜在共生固氮能力的豆科植物δ15N偏低负值(-4.04‰--1.90‰),但在放牧和围封条件下无显著差异;而被认为具有联合固氮能力的羊草(Leymus chinensis),放牧后δ15N显著增加,一定程度上表明了豆科植物和羊草生物固氮能力的存在。所有植物中,除无菌根侵染的木地肤外,其他有丛枝菌根真菌侵染记录的物种δ15N值较低,通常接近0或为负值,说明在N限制的内蒙古草原,菌根转运N可能也是一种重要的N源途径。放牧显著降低了0-20cm土壤δ15N值,这也与过去的研究结果不同。δ15N的测定为生态系统提供了一个整合时空N循环过程的综合指标,反映出放牧改变了草原生态系统的N循环。

植物叶片氮同位素(δ^(15)N)指示大气氮沉降的探讨

大气氮沉降的植物监测还未得到重视,尤其是氮同位素(δ15N)示踪技术的研究在国内基本还没有开展。大气中的氮能够被叶片吸收而成为植物生长的氮源使得叶片氮同位素可以用于指示大气氮沉降,但影响因素甚多其可靠性不确定。本文总结了大气氮沉降输入及其被叶片的吸收机制,进而探讨利用叶片氮同位素识别大气氮沉降存在的问题。此外,近年来的研究表明,苔藓氮同位素是指示和评价大气氮沉降的可靠工具,还探讨了苔藓氮同位素指示大气氮沉降的可行性和优势,目的在于促进从氮同位素的角度认识地表植物对大气氮的吸收,为深入开展植物氮同位素指示大气氮沉降的研究提供理论依据。

北京地区典型落叶阔叶乔木叶片含氮量和δ^(15)N值对大气氮沉降的响应

为探究植物对大气氮沉降的响应和对这部分氮素的来源指示作用,本研究通过对北京地区198个采样点,典型落叶阔叶乔木杨属(Populus)和柳属(Salix)植物叶片进行采样,测定其叶片样品含氮量和δ^(15)N值。结果表明:北京地区杨属植物叶片含氮量为16.5—38.6g/kg,平均(24.0±4.0)g/kg;柳属植物叶片含氮量为17.2—36.2g/kg,平均(25.9±4.1)g/kg。研究区域范围内杨属、柳属植物叶片的含氮量均呈现出西北低、东南高的对角线型分布,与该区域大气氮沉降的空间变异相吻合。由于研究区域范围内气候因子无明显的变异,植物叶片的含氮量变化反应了大气氮沉降对植物元素化学计量特征的影响和植物对大气氮沉降的响应。北京地区杨属植物叶片δ^(15)N值为-3.95‰—8.10‰,平均(1.15±2.48)‰;柳属植物叶片δ^(15)N值为-3.04‰—9.73‰,平均(2.31±2.60)‰。杨属和柳属植物叶片的δ^(15)N值均呈现出西北高、中部高、东南低的空间分布,与叶片含氮量空间分布趋势相反。中部城区较高的δ^(15)N值反应了交通污染对大气含氮化合物增加的影响;西北部较高的δ^(15)N值反应了该区域受人为活动排放源的影响较少,自然的氮循环是其较高δ^(15)N值的主要原因;东南部较低的δ^(15)N值则有可能是由农业活动和交通共同作用的结果。

采伐剩余物管理对杉木人工林土壤和叶片δ^(15)N的长期效应

利用福建省南平市峡阳国有林场杉木人工林5种采伐剩余物管理措施(炼山、收获采伐剩余物和地被层、全树收获、仅收获树干和树皮以及加倍采伐剩余物)下0~40 cm土层土壤δ15N 15年的监测数据和造林后第15年叶片δ15N、氮磷含量和氮磷比数据,探讨采伐剩余物管理措施对杉木人工林土壤氮循环的长期影响。结果表明:在所有取样年份(造林后第3,6,9,12和15年),采伐剩余物管理措施对土壤δ15N均无显著影响;0~10 cm土层土壤δ15N与凋落物量显著正相关,与0~10 cm土层土壤微生物生物量氮含量极显著负相关;造林后第15年,采伐剩余物管理措施对叶片δ15N、叶片δ15N富集指数(δ15Nfoliar-δ15Nsoil)、叶片氮磷含量和氮磷比均无显著影响;土壤和叶片δ15N与0~10 cm土层土壤全氮含量、热水浸提的有机氮含量均显著负相关;不同采伐剩余物管理措施下土壤全氮含量、热水浸提氮含量、微生物生物量氮含量以及所有取样年份的凋落物量均无显著差异。研究表明,采伐剩余物管理措施对亚热带杉木人工林土壤氮循环的长期影响不显著。

丛枝菌根真菌对羊草气体交换和δ^(13)C、δ^(15)N的组成影响

采用盆栽方法研究接种两种丛枝菌根真菌Glomus intraradices,Glomus claroidum对内蒙古典型草原优势种羊草(Leymus chinensis)的气体交换和稳定性同位素组成的影响,对羊草生长第45、60和75天的测定结果表明,丛枝菌根真菌能提高植株的含磷量、叶片的气孔导度和光合速率,降低植株δ15N值,但对羊草的内在水分利用效率和δ13C的组成未产生显著影响;植株生长的不同时期对其气体交换和稳定性同位素δ13C、δ15N均产生显著影响;时间和接种的相互作用显著影响植株的光合速率、δ13C和δ15N;羊草气孔导度和光合速率的提高归因于菌根真菌改善植株磷营养和增加根系碳分配所致;而植株内在水分利用效率和δ13C无显著性差异是因为气孔导度和光合速率总是发生同方向变化造成的;菌根植物具有较低δ15N是源于菌根真菌吸收N,并富集15N,转运给植株贫化的15N所致。试验结果为认识草原植物的碳水平衡和N循环提供了新的思路和借鉴。

基于δ^(15)N稳定同位素分析的人工防护林大型土壤动物营养级研究

稳定同位素δ15N是分析生态系统中的营养关系的重要方法。本研究采用该方法分析了人工防护林土壤动物的营养级及它们之间的营养关系。对3个地区人工杨树林12类大型土壤动物及其土壤、细根及植物枯落叶的稳定同位素δ15N分析结果显示,不同环境条件下土壤动物δ15N具有显著差异性(F=38.067,P<0.001),土壤动物δ15N值与土壤、植物细根及枯落叶δ15N值之间有明显的相关性,与全氮含量没有明显的相关性;根据不同土壤动物δ15N值的状况,12种土壤动物在土壤生态系统中大都处于第二至第四营养级,处于较低营养级位置的动物主要有大蚊幼虫(Tipulidae larvae)、蚯蚓(Lumbricidae)、金龟甲幼虫(Scarabaeidae larvae)等类群,较高营养级的为蜈蚣(Scolopendromorpha)、隐翅甲成虫(Staphylinidae adult)、叩甲成虫(Elateridae adult)、线蚓(Enchytraeidae)等动物,同类土壤动物在不同样地中营养级位置存在一定的差异。

δ^(15)N和δ^(18)O在太湖污染源解析中的应用

通过对太湖污染源的概化、比较,选择农业污水、工业污水、生活污水、雨水作为太湖水体污染源,测定污染源及16个水样δ^(15)N和δ^(18)O值,结合同位素质量守恒模型进行数值分析,确定各污染源来源比例。结果表明:太湖整体工农业污染占主要比重,生活污水和雨水来源比例均较低;其中,入湖支流水样工业污染来源比例平均高于农业污染来源,相对开阔湖区水样工业污染来源比例低于农业污染来源,而相对封闭湖区水样工业污染来源比例则高于农业污染来源。可见,在合理划分湖泊水体污染源组成的基础上,利用同位素与数值模型对污染源来源比例的量化研究可为湖泊污染源治理轻重缓急的选择提供参考依据,是揭示湖泊水体污染来源及其污染程度的重要手段。

同位素质谱仪测定小麦植株各器官δ^(15)N值的考察

建立了15N标记的小麦植株各器官中δ^(15)N值的元素分析仪-同位素比质谱仪联用技术(EA-IRMS)的测定方法.对仪器的稳定性和线性进行了条件优化,标准气N_2的同位素比值的标准偏差为0.03‰,在同位素信号值1e^(-9)~1e^(-8)A范围内,总体线性为0.009‰/n A.称取不同量的小麦粉标准物质(OAS/Isotope)测定δ^(15)N值,进样量为4 mg时标准偏差最小,为最佳称样量.对硫酸铵标准物质(IAEA-N2-6)、小麦粉标准物质和^(15)N标记小麦植株样品各器官进行测定,δ^(15)N值的标准偏差均小于5%,测定精度和准确度较好.方法为研究氮素在小麦体内运转及利用效率提供了有效的技术手段.

太湖3个典型水域红鳍原鲌(Cultrichthys erythropterus)δ^13C和δ^15N值的变化规律

运用稳定性同位素分析技术研究红鳍原鲌δ13C和δ15N值变化规律,进一步探讨贡湖湾、鲤山湾和东太湖3个典型水域的红鳍原鲌食性差异.结果显示,红鳍原鲌的δ13C值与体长、δ15N值与体长呈显著正相关关系,大个体的红鳍原鲌(体长>138 mm)δ13C值和营养级显著高于小个体红鳍原鲌(体长<138 mm),表明红鳍原鲌在生长过程中随着口裂的增大和捕食能力的加强发生了食性转变现象:食物来源由小型浮游动物向鱼类转变.红鳍原鲌的δ13C在3个水域中具有明显的空间异质性,东太湖(-25.17‰±2.56‰)作为养殖活动影响区均显著低于贡湖湾(-23.11‰±1.05‰)和鲤山湾(-22.73‰±1.31‰),而且个体普遍偏小,说明红鳍原鲌种群分布可能存在一定的区域性,会根据栖息环境选择食物来源.红鳍原鲌在高浓度蓝藻的环境下,偏向摄食较大个体的动物性饵料,减轻对浮游动物的摄食压力,间接控制水体富营养化的发展.另外,还讨论了红鳍原鲌对生态系统的影响,为其资源保护和合理配置利用提供理论依据.

洞庭湖鱼中脂肪酸的组织分布特征及其与δ15N值的相关性

为探究淡水鱼体内脂肪酸与营养级的相关性,采集了洞庭湖6种不同营养级的鱼,将其解剖为 肌肉、肝脏、肾脏、肠、鳃、眼、鳔、皮和脂肪等组织样品,采用稳定同位素和气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析 技术测定不同营养级鱼组织中氮同位素丰度比值(δ^15N值)和脂肪酸的含量.结果表明,不同鱼组织中,饱和 脂肪酸和单不饱和脂肪酸的分布较均匀,而多不饱和脂肪酸的分布却存在明显的差异.在洞庭湖鱼类的肌 肉、肝脏、鳃、皮和肠中二十二碳六烯酸与二十碳五烯酸的比值(DHA/EPA)随δ^15N值的增加而增加,表明 鱼组织中的DHA/EPA可以指示洞庭湖淡水鱼类营养级的高低.

外源Ca^(2+)对南林895杨扦插苗生长及稳定同位素δ^(13)C,δ^(15)N动态分布的影响

利用形态检测与稳定同位素技术,分析不同质量浓度外源Ca2+(CaCl2)处理下,南林895杨扦插苗株高、地径、生物量的变化情况以及各营养器官δ13C,δ15N值的动态变化。结果表明:不同质量浓度的外源Ca2+均能不同程度地促进苗木的生长。外源喷施Ca2+后,扦插苗株高、地径、生物量均优于对照,其中以200mg·L-1质量浓度的Ca2+处理效果最好,其单株平均株高、地径、生物量分别比对照增加14.82%,18.01%,19.7%。随着Ca2+质量浓度(0,2,20,100,200,300mg·L-1)的升高,南林895苗木叶、茎、根中δ13C,δ15N值均呈现逐渐上升然后缓慢下降的趋势,且最大值出现在Ca2+质量浓度为200mg·L-1处。δ13C,δ15N值在植株中的分布遵从"库"器官大于"源"器官的规律。相关性分析表明:"源"器官δ13C,δ15N值与株高、地径呈显著性负相关,与生物量呈正相关;"库"器官δ13C,δ15N值与株高、地径、生物量均呈显著正相关。不同营养器官δ13C,δ15N值的动态变化在一定程度上可以反映南林895杨扦插苗"源""库"器官间光合同化物积累与再分配格局对外源Ca2+质量浓度的响应。

碳、氮同位素在牛肉产地溯源中的应用研究

【目的】探索稳定性同位素对中国牛肉产地溯源的可行性,了解牛不同组织中δ13C和δ15N指标在其中的作用。【方法】利用同位素比率质谱仪测定了来自吉林、贵州、宁夏、河北4个地域牛肉、牛尾毛、饲料中的δ13C和δ15N值,比较了不同地域牛组织中稳定性碳、氮同位素组成的差异,分析了各组织中同位素组成的相关关系,并结合牛的喂养方式,研究了δ13C和δ15N值的变化规律。【结果】不同地域牛组织中稳定性碳同位素组成有极显著差异,排序依次为吉林>贵州>宁夏>河北。吉林、宁夏两地样品与贵州、河北两地样品之间的δ15N值有极显著差异,且后者高于前者。不同地域喂养牛的主饲料成分有其明显的地域特征。脱脂牛肉粉、粗脂肪、牛尾毛中碳、氮同位素之间呈极显著相关性。【结论】牛组织中δ13C值可预测其膳食中C4植物所占的比例,δ15N值可区分牧区与农区喂养的牛;δ13C指标对牛肉产地来源的正确判别率高于δ15N指标,两项指标相互补充可显著提高产地来源的正确判别率;脱脂牛肉粉、粗脂肪、牛尾毛中δ13C、δ15N值均可作为牛肉产地溯源的指标,它们对牛肉产地来源的判别规律一致。

大亚湾海域典型有机氯农药生物累积特征及变化因素研究

于2003年采集大亚湾海域28个鱼类等生物样品和14个表层沉积物样品,分析其中滴滴涕(DDTs)、六六六(HCHs)和氯丹(CHLs)各组分的含量以及脂含量和δ15N,δ13C同位素值,重点研究了大亚湾沉积物和生物体中有机氯农药(OCPs)的污染现状及其生物积累规律.大亚湾海域鱼类DDTs,HCHs和CHLs平均含量分别为57.1±52.9,0.30±0.18和0.87±0.35 ng/g(湿重);与其他海区相比,该海域生物体中DDTs的含量相对较高,HCHs和CHLs较低;表层沉积物中高的p,p′-DDT含量及较低的(DDE+DDD)/DDT比值(平均为0.56,<1),均显示仍有新的DDTs源输入;OCPs在生物累积中表现出脂溶性的特征,生物体内脂含量越高,其OCPs含量也越高;δ15N,δ13C同位素的研究结果显示肉食性生物比植食性生物更易累积OCPs;大亚湾海域OCPs的生物-沉积物累积系数(BSAF)与有机物的亲脂性程度即辛醇-水比值(KOW)存在显著的正相关.

应用碳、氮稳定同位素研究鄱阳湖枯水末期水生食物网结构

稳定碳、氮同位素比值分析技术是研究生态系统中物质循环与能量流动的有效技术。δ13C值常用来分析消费者食物来源,δ15N值常用来确定生物在食物网中的营养位置。应用稳定同位素技术分析了鄱阳湖北部湖口县、都昌县、星子县、吴城镇4个采样点95条鱼和其他食物网成分样品的碳、氮稳定同位素比值,构建了鄱阳湖枯水期末期水生食物网。结果表明,不同水域颗粒有机物(POM)的δ13C值不同,范围为-27.5‰～-24.6‰可以区分赣江、修水、鄱阳湖、长江和鄱阳湖湖交汇处水体的颗粒有机物特征。江西鄱阳湖国家级自然保护区受人类活动干扰少,核心区生物δ15N相对较低,而周边人类活动频繁的星子、都昌两县附近水域生物体内的δ15N偏高,反映了人类活动引起的营养输入对系统的影响。在湖区不同位置捕获的相同品种水生生物δ13C值不同,反映了其不同的食物来源,用δ15N值计算发现其所占据的相对营养位置较为一致。

羊组织中碳、氮同位素组成及地域来源分析

【目的】探讨羊组织中C、N同位素组成特征及其在地域间的变化规律,为利用稳定性同位素技术进行羊肉产地溯源提供科学依据。【方法】利用稳定性同位素比率质谱仪(IRMS)测定来自内蒙古自治区锡林郭勒盟、阿拉善盟和呼伦贝尔市3个牧区,重庆市和山东省菏泽市2个农区羊肉、羊颈毛及饲料样品中的δ13C和δ15N值,比较不同地域羊组织中稳定性碳、氮同位素组成的差异,分析羊组织同位素组成的相关关系,结合羊的饲喂方式和地域环境,探讨C、N同位素组成的变化规律。【结果】不同地域羊组织的δ13C、δ15N值有显著性差异,其δ13C值与牧草δ13C值高度相关,主要受牧草种类的影响;δ15N值与饲料和地域环境有关。脱脂羊肉、粗脂肪及羊颈毛的δ13C、δ15N值均呈极显著性相关。【结论】稳定性C、N同位素可以作为追溯羊肉产地及其饲喂体系的参考指标。脱脂羊肉、羊颈毛、粗脂肪均可用于羊肉产地溯源研究。

大亚湾海域多溴联苯醚的生物累积特征

于2003年9月在大亚湾海域采集生物(鱼、虾、蟹和乌贼)样品,分析其多溴联苯醚(PBDEs)的浓度和脂含量,以及同位素δ15N与δ13C的值.结果表明,鱼、虾、蟹和乌贼的PBDEs总平均含量分别为5.43±3.97,1.18±0.67,3.37±2.33,5.66ng/g脂重.肉食性的鱼类PBDEs的生物累积比植食性的鱼类相对较高.BDE47为最优势组分,占总PBDEs的30%,且在所有样品中均被检出.生物体中PBDEs的含量与脂含量和δ15N值均呈正相关,脂含量对生物体富集PBDEs的影响远比生物所处的营养级的影响大.

深圳湾海域多溴联苯醚(PBDEs)生物累积及其高分辨沉积记录

深圳湾,毗邻香港,是深圳经济特区的重要经济发展和生态调节区域。为了更好地了解该湾多溴联苯醚(PBDEs)的生物累积规律及其污染历史,作者采集该海域19个鱼、2个虾、2个蟹和柱状沉积物样品,分析其中PBDE的组分与含量,以及生物体的δ15N同位素、总脂含量和柱状沉积物的沉积年龄(210Pb)、总有机碳(TOC)。结果表明,深圳湾海域鱼类Σ15PBDEs组分的残余量为21—167ng/glw(或0.17—4.16ng/gfw),平均为(67±42)ng/glw或(2.00±1.14)ng/gfw,其含量与生物体的δ15N同位素和脂含量正相关,BDE-47、BDE-100为生物体中PBDE最优势组分且在所有生物样品中均检出,分别占46.5%、13.5%,肉食性的鱼类较植食性的鱼类PBDEs的生物累积总体上较高。柱状沉积物中Σ22PBDEs含量(0.07—4.85ng/gdw)近二十几年来有明显的上升趋势,平均沉积通量为0.25ng/(cm2·a),丰度最高的PBDE组分为BDE-47、BDE-49、BDE-99、BDE-183(不包括BDE-209);PBDEs在生物体和柱状沉积物中的含量位于全球PBDEs含量的中低端范围;鱼类等生物体中PBDE的生物-沉积物累积比值(BSAF)比值(<0.8)较小,与相应的PBDE的log KOW(辛醇/水分配比)存在一定的正相关性。

应用碳、氮稳定同位素研究稻田多个物种共存的食物网结构和营养级关系

稳定碳、氮同位素比值分析技术是研究生态系统中物质循环与能量流动的有效技术。δ13C值常用来分析消费者食物来源,δ15N值常用来确定生物在食物网中的营养位置。应用稳定同位素技术分析了稻-鱼(R-F)和稻-鱼-鸭(R-F-D)两种稻作方式下,稻田多个物种共存的食物网结构和营养级关系。结果表明,R-F中SOM的δ13C值为(-27.7±0.3)‰,与R-F-D(-27.4±0.4)‰,相差不大;R-F中POM的1δ3C值为(-27.4±0.8)‰,低于稻鱼鸭共生田(-26.7±0.5)‰;δ15N值计算发现R-F内浮游动物的营养级位置在2.24±0.16,鱼的营养级位置在3.07±0.26,均高于其在R-F-D内的营养级。在R-F-D内,由于鸭的引入,和R-F相比,鱼的营养级降低为2.63±0.13。

牛组织中稳定性同位素碳、氮随饲料变化的研究

研究了饲料组成不同时,牛不同组织中δ13C和δ15N值的变化规律。将9头12～14月龄的青年牛随机分为3组,分别饲喂C4植物含量为100%、50%、0%的饲料,132d后屠宰。利用同位素比率质谱仪测定了牛尾毛、脱脂牛肉、粗脂肪、各种饲料的δ13C和δ15N值。结果表明,饲喂同种饲料的牛个体间碳、氮同位素组成随着时间的延长差异减小;牛尾毛、脱脂肌肉、粗脂肪中的δ13C值呈极显著相关性(P<0.01),并均与C4植物含量呈极显著的相关性(P<0.01);牛组织中的δ15N值并未随饲料呈现规律性变化。用牛组织中的δ13C值可以预测饲料中C4植物所占的比例,牛尾毛、脱脂肌肉、粗脂肪均可作为牛肉溯源的材料。

不同地域牛尾毛中稳定同位素指纹差异分析

利用同位素比率质谱仪测定来自黑龙江省安达市青肯泡乡和火石山乡、内蒙古太仆寺旗、河北省张家口市和三河市、山东省德州市和聊城市7个地域牛尾毛中的δ13C、δ15N和δ2H值,比较分析了不同地域来源牛尾毛中稳定同位素指纹特征差异,探讨不同地域来源牛尾毛中稳定同位素组成差异、影响因素及地域差异的范围,为牛肉及其产品同位素指纹溯源技术在实际中的应用提供指导。各区域牛尾毛中δ13C值表现为:黑龙江省安达市青肯泡乡(-14.83‰±2.12)、河北省三河市(-14.20‰±1.19)、山东省德州市(-14.16‰±2.51)和山东省聊城市(-15.78‰±1.08)>黑龙江省安达市火石山乡(-18.87‰±1.69)、内蒙古太仆寺旗(-19.29‰±2.43)和河北省张家口市(-19.83‰±1.92);δ15 N值为:黑龙江省安达市火石山乡(8.07‰±0.95)>内蒙古太仆寺旗(5.73‰±0.85)、河北省张家口市(6.65‰±1.45)>黑龙江省安达市青肯泡乡(4.60‰±0.41)、河北省三河市(4.24‰±0.75)、山东省德州市(4.18‰±0.96)和山东省聊城市(4.90‰±0.46);δ2H值为:河北省三河市(-87.78‰±1.99)、山东省德州市(-87.91‰±3.19)和山东省聊城市(-89.24‰±2.90)>河北省张家口市(-94.07‰±3.38)>黑龙江省安达市火石山乡(-97.05‰±3.41)、内蒙古太仆寺旗(-97.55‰±2.79)>黑龙江省安达市青肯泡乡(-102.25‰±2.99)。不同地域来源牛尾毛中稳定碳、氮、氢同位素指纹差异及地域差异范围取决于不同地域喂养牛的饲料组成、地域海拔和纬度的差异程度。