可可西里古湖泊沉积物有机碳δ^(13)C变化特征及其影响因素

文章选择青藏高原腹地可可西里边缘地区古湖泊为研究对象,通过对湖泊沉积物有机碳、氮和粒度等分析,对中更新世以来BDQ06孔湖泊沉积物有机碳同位素的波动特征及其影响因素进行了分析。结果表明:湖泊沉积物有机质以湖泊自生植物为主,有机碳同位素的大小主要指示挺水植物与沉水植物的比例,进而指示湖泊水体大小的变化。沉积物C/N值较低时;碳同位素偏重阶段,湖泊沉积物以沉水植物为主,植物主要利用水中溶解的CO2进行光合作用,因此有机碳同位素偏正,指示湖泊水体较大,环境条件较好;碳同位素偏负阶段,湖泊沉积物以挺水植物和浮游生物为主,植物主要利用大气中CO2作为碳源,类似于C3植物,碳同位素偏轻,指示湖泊水体较小,气候偏干。其中在岩芯的部分层位有机碳δ13C曲线出现几个明显偏低的位置,对应的C/N>10,说明此时段有大量陆源高等植物进入湖泊,并不是由挺水植物和浮游植物所造成的。

退化喀斯特森林植被自然恢复中土壤有机碳δ^(13)C值特征

采用空间代替时间与稳定性碳同位素技术相结合的方法,研究了茂兰喀斯特森林自然恢复中土壤有机碳(SOC)δ13C值特征。结果表明:整体上SOCδ13C值随恢复进展0~20 cm土层(-25.72‰^-19.91‰)趋正、>20 cm土层(-23.76‰^-18.13‰)先趋正后趋负。随土层加深除草灌、灌乔外其他阶段均趋正,草灌阶段上层土与乔木、顶极阶段底层土SOC为C4碳,SOCδ13C值变化受地带性和喀斯特环境的双重影响。群落优势种凋落叶δ13C值(-31.79‰^-16.76‰)随恢复进展趋负,说明生境日益改善,其与0~20cm土层SOCδ13C值呈极显著正相关(R2>0.96,p<0.01)、而与>20 cm土层极不相关,说明0~20 cm土层主要为新碳;SOC周转速率随恢复进展递增、随土层加深递减,土壤生化反应具较强表聚性;SOCδ13C值与土壤可矿化碳、易氧化碳含量呈显著的负相关关系(R2>-0.50,p<0.05),与微生物生物量碳具有一定的负相关关系(R2=-0.389),SOCδ13C值在一定程度上可以指示SOC的活性;喀斯特森林自然恢复是复杂多变、多途径的统一,其中C4植物在恢复中具有重要意义;碳同位素方法与"空间代替时间"方法相结合能较好地重现喀斯特植被更替的历史。

湖泊沉积物有机质δ^(13)C所揭示的环境气候信息

根据我国不同纬度和高海拔地区青藏高原东部地区湖泊沉积物有机质δ^(13)C组成特征的分析,就其揭示的环境气候意义作了探讨。研究表明,湖泊沉积物有机质δ^(13)C波动间接地反映气候冷暖的波动,但高原与平原地区湖泊沉积物有机质δ^(13)C值变化具有不同的环境气候意义。这与陆生植物C_3及C_4植物的分布密切相关,据此初步划分为三种有机质δ^(13)C古气候类型。

青藏高原20种灌木幼苗生物量分配、水分利用效率及叶片δ^(13)C比较

以青藏高原地区各地分布的柠条(Caragana korshinskii)等20种灌木树种为试验材料在苗圃培育,通过测定其生物量、根冠比、叶片瞬时净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率及碳同位素组成δ13C,对比灌木树种间生物量分配和水分利用效率的差异,并综合评价灌木树种抗旱性。结果表明,灌木树种间各指标均有显著性差异(p<0.05),取值范围分别为根冠比0.11~0.80、叶片蒸腾速率3.24~6.61 mmol·m-2·s-1、水分利用效率1.85~4.43μmol·mmol-1和δ13 C-26.09‰^-30.22‰。植物的抗旱适应机制主要包括叶片旱生形态型、节水型、高根冠比型和高水分利用效率型,不同属植物和同属不同种植物之间抗旱性均有明显差异,其中沙棘属植物总体抗旱性较差。此外,灌木抗旱性与原产地有一定的联系,其中青海地区灌木总体抗旱性优于西藏和甘肃地区。综合分析抗旱性生理指标发现,金露梅、蔷薇、尼泊尔锦鸡儿、三颗针和胡颓子抗旱性能较好,总体上属于低耗水、高生产效率、抗旱性强树种,在干旱地区造林时可以优先考虑。

贡嘎山木本植物碳同位素沿海拔梯度的变化

对贡嘎山东坡不同海拔的主要木本植物稳定碳同位素的组成进行了测定。结果表明:22种木本植物叶片δ13C值变化范围为-3.236%^-2.521%,平均值(-2.957±0.163)%;不同海拔间植物叶片δ13C值差异显著,随海拔上升叶片δ13C值呈增加趋势;同种植物(大叶金顶杜鹃、峨眉冷杉、水青树、箭竹)的δ13C值随海拔的增加也呈相同的变化趋势。不同生活型植物叶片δ13C值之间差异显著,落叶树种显著高于常绿树种。叶片δ13C值与6—9月平均温度呈显著的负相关关系,与6—8月降水量呈显著的正相关关系,温度、降水是影响木本植物叶片δ13C值海拔差异的主要因子。

发酵乙醇中^(13)C/^(12)C分布的影响因素研究

乙醇的碳稳定同位素组成(13C/13C,δ13C)对饮料酒的真实性鉴别具有重要意义。实验研究发现,乙醇δ13C比发酵原料偏负,且偏负程度随δ13C的变小而增大,但二者呈现显著正相关(R2=0.997);正交试验结果显示,对于乙醇δ13C变化影响较大的发酵条件依次为发酵温度(20~30℃),糖浓度(60~200 g/L)和酵母种类,而初始p H值(4.0~5.0)的影响最小,但F检验表明,4种因素对乙醇δ13C的影响均不显著。本研究为今后应用δ13C识别乙醇的原料来源奠定了应用基础。

干旱胁迫下四倍体刺槐幼苗水分利用效率及稳定碳同位素组成的研究

在模拟自然干旱的条件下,测定2个四倍体刺槐品种(K2、K3)和普通二倍体刺槐(K1)一年生组培苗的长期和瞬时水分利用效率(WUE)及其稳定碳同位素组成(δ13C),以探讨四倍体刺槐的抗旱机理。结果表明,K2、K3的长期水分利用效率(WUEL)在不同水分胁迫条件下都显著高于K1,它们在同等供水条件下比K1具有更大的生物量产出;3个材料叶片的瞬时水分利用效率(WUEI)均随干旱胁迫的加剧表现先升后降的趋势,且胁迫处理均高于适宜水分处理。随水分胁迫的加剧,各品种刺槐苗木叶片的δ13C显著升高;K2、K3的δ13C在各水分条件下均高于K1;各材料叶片的δ13C与其WUEL有良好的正相关性,可以作为筛选高WUE刺槐品种的指标。

人工饲料对刺参幼参生长贡献的碳稳定同位素法分析

为了解不同养殖密度下刺参对人工饲料的吸收利用情况,实验采用碳稳定同位素法研究人工饲料对刺参幼参生长的食物贡献率。实验采用室内水族箱与刺参养殖池塘内围隔相结合的方法,刺参幼参的初始体质量为(4.78±0.58)g,水族箱(100 cm×60 cm×60 cm)内10头幼参用人工饲料按5%刺参初始体质量(湿重)连续喂养60 d;参池围隔(长8.0 m×宽8.0 m×高1.9 m)内,投喂的实验组幼参在5、10、15、25和35 ind/m2的养殖密度下经人工饲料驯化后按5%刺参初始体质量(湿重)连续喂养6 d,同时设不投饲的对照组,各4个重复。结果显示,水族箱内的刺参幼参的体质量经人工饲料饲喂60 d后均显著增加,其特定生长率(SGR)为(2.73±0.57)%/d,其稳定碳同位素比值(δ13C值)由初始时的-18.633‰±0.552‰显著变化为-19.466‰±0.316‰(P=0.032)。围隔实验中,实验组和对照组刺参的最终体质量都呈现不断减小的趋势,但同一密度的实验组刺参最终体质量均高于对照组;实验组刺参幼参的δ13C值随着养殖密度的增大由-13.262‰±0.183‰减小为-15.102‰±0.189‰,人工饲料对幼参的食物贡献在最低密度5 ind/m2下为最小值3.78%±2.98%,在最高密度35 ind/m2下达到最大值为29.48%±3.31%。研究表明,利用碳稳定同位素法可有效分析刺参幼参的生长与摄食,人工饲料对刺参生长的贡献率随着养殖密度的增大显著增大(P<0.01),但比常见鱼虾等水产养殖品种要低得多,这与刺参自身摄食生理学特点、饲料质量、养殖模式及环境等多种因素相关。

南极普里兹湾海域夏季表层水体颗粒有机碳及其同位素分布特征

基于中国第29次南极科学考察在普里兹湾海域采集的61个站位的表层悬浮体样品的颗粒有机碳(POC)及其稳定同位素(δ13CPOC)测试结果,结合卫星遥感解译的研究区海水表面温度(SST)、叶绿素a(Chl a)浓度和海冰覆盖率数据,研究了普里兹湾海域表层水体悬浮POC的分布特征,探讨了悬浮体中POC的来源及其形成过程。结果表明,2013年夏季普里兹湾表层悬浮POC浓度为0.28—0.84 mg·L-1,平均浓度为0.48 mg·L-1;δ13CPOC值的变化范围为-29.68‰—-26.30‰,平均值为-28.01‰。表层水体悬浮POC分布呈现近岸高于远岸,西部高于东部的特征。POC的高值区主要分布在冰架附近,与表层水体Chl a浓度和海冰覆盖率分布趋势基本一致,表明夏季普里兹湾表层水体悬浮POC主要由浮游植物现场生产,而浮游植物的生长受到了海冰的显著影响。在普里兹湾外部海域表层水体悬浮颗粒物δ13CPOC值从东向西逐渐偏负,而调查区东部从近岸向远海逐渐偏负,反映该海域δ13CPOC分布特征主要受到浮游植物吸收与固定CO2速率的影响。中山站附近海域δ13CPOC值显著偏负,可能是受到近岸海域陆源有机质输入和浮游生物种属改变的影响。

抽穗后干旱复水对双季杂交晚稻产量形成和叶片δ13^C及内源激素水平的影响

为探明生育后期干旱复水对双季杂交晚稻不同产量潜力品种产量的影响及其形成的生理机制,选择超级稻品种五丰优T025和对照品种金优207,于抽穗后进行干旱8d复水处理,分析了2个品种结实和产量、干旱前后倒二叶稳定碳同位素组成(δ13C)及内源激素含量的差异性。结果表明,干旱复水处理下2个品种水稻的结实率、千粒重及单株产量较对照(保持水层)表现出不同程度下降。其中,结实率五丰优T025和金优207分别下降12.07%和7.67%,千粒重下降5.23%和9.09%,单株产量下降13.54%和27.14%,差异均达显著或极显著水平,未发现产量补偿效应。抽穗后干旱处理下倒二叶δ13C值,五丰优T025大幅上升,复水后呈现出先下降,至第6天又开始上升的特点,金优207则大幅下降,复水后呈现先上升后下降再上升的特点,五丰优T025较金优207干旱复水处理与对照之间的差距更大。总体上,对照条件下,抽穗至其后20d,随生育推进,2个品种倒二叶内源ABA和GA3含量呈上升而IAA含量则下降趋势,ZR表现出先上升再下降特点。干旱处理下2个品种表现为ABA含量上升,复水后呈先下降后上升特点,五丰优T025较金优207处理与对照之间差距更大;干旱复水处理条件下:2个品种IAA含量均下降,五丰优T025处理与对照间的差距明显小于金优207;五丰优T025 GA3含量表现出先上升后下降再上升,金优207表现出干旱处理结束日急剧下降至最低点,复水后缓慢上升特点;2个品种ZR含量呈现出先上升至最高值再下降特点,五丰优T025较金优207处理与对照之间差距更小。抽穗后干旱处理将启动稻株体内抗衰老机制,复水后将在一定程度一定时间内激活稻株体内生长促进因子并抑制生长抑制因子,但其效果十分有限。

兰州市大气中SO_2对植物碳同位素组成的影响

大气中SO2通过降低植物叶片的气孔导度和光合速率影响叶片碳同位素组成(δ13C),因此可以运用碳同位素技术反映大气SO2的污染情况,为控制城市大气SO2的污染提供理论依据。通过研究兰州市槐树叶片的碳同位素组成(δ13C)来揭示大气中SO2对叶片碳同位素组成的影响。研究结果表明,叶片δ13C值与大气SO2浓度具有显著相关性。

太原市工、商业区PM_(10)中PAHs碳同位素组成及来源

利用中流量大气综合采样仪采集太原市工业区和商业区PM10样品,使用GCIRMS技术分析了PAHs的δ13C值(碳同位素组成),并根据碳同位素质量平衡计算了煤烟尘和机动车尾气对2类功能区的贡献率.结果表明:工业区PM10中PAHs的δ13C值在-26.0‰～-24.5‰之间,随环数增加呈贫13C趋势,与煤烟尘δ13C值的变化趋势一致,表明煤烟尘是工业区的一个主要污染源;商业区PAHs的δ13C值在-26.6‰～-26.2‰之间,较工业区显著贫13C,商业区与工业区的污染源有明显差异;除机动车尾气和煤烟尘外,工业区和商业区还有其他污染源输入,其中工业区有生物质燃烧排放输入,商业区有机动车曲轴箱润滑油残渣输入;煤烟尘和生物质燃烧对工业区的贡献率分别为59.3%～70.8%和29.2%～40.7%,表明工业区煤烟污染严重;机动车对商业区PAHs的贡献率在86.1%～95.8%之间,是商业区PM10中PAHs的主要排放源,其中润滑油残渣的贡献率(在40.9%～85.3%之间)最大,机动车尾气的贡献率在8.3%～54.9%范围内,而煤烟尘的贡献率(在4.2%～13.9%之间)最小.

黄河悬浮颗粒物中类脂生物标志物的组成和稳定碳同位素分布特征及来源研究

类脂生物标志物是古环境、古气候研究中一类常用的生物标志物,其稳定碳同位素性质能反映母源先质的来源以及温度、湿度等信息。在中国,类脂生物标志物分子稳定碳同位素对母源体的指示意义的研究大多局限于现代表层土壤中且存在区域限制性,河流中的研究工作较少。本研究以黄河为例,自2011年6月~2013年7月期间采集了黄河下游东营站12个表层悬浮颗粒物样品,利用13 C同位素确证了不同类脂生物标志物来源的指示意义。其中长链正构烷烃的δ13 C值在两年调查研究中均呈现冬、春季相对偏正,夏、秋季偏负的季节性变化趋势,且与长链正构烷烃CPI25~33值呈显著的线性负相关,显示了正构烷烃受到偏正的烃源沉积岩贡献。长链脂肪酸(n-C28、n-C30)的δ13 C值无明显的季节性变化,且CPIΣ24~32较低,范围分别为-31.4‰^-32.1‰和-31.1‰^-32.2‰,表明黄河悬浮颗粒物中脂肪酸主要来源于中国北部以C3植被覆盖为主的黄土土壤有机质的贡献,受季节更替新鲜植被源贡献较少。短链n-C17烷烃的δ13 C值季节变化明显,在夏、秋季显示出了明显的偏负的水生藻类源信号,而短链n-C16、n-C18脂肪酸在很大程度上受到δ13 C偏正的水体异养微生物的贡献。

液相色谱-同位素比值质谱测定白酒中乙醇的碳同位素比值

特定化合物稳定同位素分析是近年来研究的重点，基于液相色谱-同位素比值质谱（LC-IRMS）技术建立了白酒中乙醇δ13C值的测定方法。分析了白酒挥发性组分对乙醇δ13C值测定的干扰，研究了流动相流速和色谱柱温度对白酒中乙醇分离及对δ13C值测定的影响，优化后的色谱条件为流速0.35 mL/min，柱温30℃，样品中乙醇浓度范围为0.14～1.08 g/L。方法的重复性和再现性标准偏差均优于0.09‰（n=10）。用该法和气相色谱-燃烧-稳定同位素比值质谱技术同时测定10个白酒样品，两种方法的测定结果具有显著相关性关系（R2=0.999）。该法操作简单，检测限可低至0.14 g/L，且结果更稳定、准确。

西山区块煤储层含气性及甲烷碳同位素分布特征

煤层含气性是决定煤层气勘探开发的重要参数,煤层气甲烷碳同位素能有效反映煤层气的赋存条件。根据煤层气井实测含气量数据,剖析了山西沁水盆地煤层含气量分布特征,建立了煤层含气量与煤层埋深、地质构造之间的相关关系和模型,探讨了煤层甲烷碳同位素分布特征及其对含气性分布的指示作用。研究表明:西山区块2号煤层平均含气量6.87 m^3/t,8号煤层平均含气量8.4 m^3/t,9号煤层平均含气量7.6 m3/t,煤层含气量主要受煤层埋深和构造形态的影响。研究区8号煤层甲烷碳同位素为–65.33‰~–40.94‰,平均–45.88‰,煤层含气量与甲烷碳同位素之间成正相关关系,随着含气量的增加,甲烷碳同位素也逐渐变重。煤层甲烷碳同位素主要受控于煤层气解吸–扩散–运移效应和地下水动力作用等。

光照水库溶解无机碳变化及其来源解析

河流拦截筑坝形成蓄水河流,逐渐向“湖泊型”生态系统演化,加强了生物地球化学循环并进一步影响水体碳循环.为了更准确地进行全球碳循环的预算并预测碳循环变化,必须确定对河流系统产生影响的碳来源.因此,通过测定库区水体c(DIC)(DIC为溶解性无机碳)及其δ13 C(稳定碳同位素),分析了DIC的主要来源及其影响因素.结果表明:①水体c(DIC)为1.80~5.02 mmol/L,而δ13 C DIC(溶解性无机碳的稳定碳同位素)为-7.45‰^-1.26‰.c(DIC)与EC(电导率)、TA(总碱度)均呈正相关,与水温呈负相关.表水层δ13 C DIC与c(DIC)、TA均呈正相关,与EC在入库河流处呈负相关;而滞水层δ13 C DIC与EC、p CO 2(二氧化碳分压)、TA、c(DIC)均呈正相关.②水平方向上,表水层各指标变化明显,TA、EC、SIc(方解石饱和指数)和c(DIC)整体上呈降低趋势,δ13 C DIC从上游至下游逐渐偏正,受碳酸盐矿物溶解影响显著;垂直方向上,热分层和化学分层现象对水的碳循环产生了显著影响.有机质分解在深水层释放大量CO 2致使c(DIC)、p CO 2逐渐升高及δ13 C DIC逐渐降低,c(DIC)及其δ13 C在整个水柱上存在显著的空间异质性.研究显示,光照水库DIC的来源主要有两种,即生物源的土壤CO 2和有机物呼吸产生的溶解CO 2形式的DIC源、碳酸盐矿物风化所产生的碳酸氢盐形式的DIC源.

秦岭南坡油松树轮碳稳定同位素对气候因子的响应

根据树木年轮气候学原理,运用相关分析和多元回归分析方法,研究陕西秦岭南坡油松(Pinus tabuli formis)树轮碳稳定同位素(δ^13C)对气候变化的响应。结果表明,树轮δ^13C含有丰富的气候信息,低海拔(1250m)的油松δ^13C与前一年的4月温度显著正相关(P<0.05),与当年10月降水显著正相关(P<0.05);中海拔(1450m)的油松δ^13C与当年2月温度显著正相关(P<0.05),同时也与5月的极端高温显著正相关(P<0.05);高海拔(1650m)的油松δ^13C与当年10月温度显著负相关(P<0.05),与1月相关湿度显著正相关(P<0.05)。1978、1990年夏、冬季气温的偏低和秋季气温偏高,7月温度低于8月,4-9月降水波动太大,这些反常的气候变化扰乱了油松正常的生理活动,破坏了油松的光合作用过程,造成δ^13C值的异常降低。

西藏急尖长苞冷杉与川滇高山栎叶片δ13C沿海拔梯度的变化

以青藏高原东南部亚高山暗针叶林的主要组成树种急尖长苞冷杉(Abies georgei var.smithii)和川滇高山栎(Quercus aquifolioides)为研究对象,分别在其自然分布海拔范围内采集叶片样品,测定其δ13C与单位面积的叶片重量(LMA),研究了急尖长苞冷杉和川滇高山栎叶片δ13C与单位面积的叶片重量(LMA)沿海拔梯度的变化趋势以及二者之间的差异.结果表明:急尖长苞冷杉叶片δ13C值的变化范围在-28.88‰^-27.06‰之间,平均值是-28.11‰;而川滇高山栎叶片δ13C值的变化范围在-29.11‰^-25.57‰之间,平均值是-27.63‰;与全球高海拔和青藏高原植物叶片的δ13C值相比,前者变化范围小且偏低,而后者变化范围及平均值相对比较接近.随着海拔的升高,急尖长苞冷杉叶片δ13C和LMA并不是线性增加,而是呈不规则的变化,而川滇高山栎叶片δ13C和LMA则显著线性增加,且δ13C和LMA之间呈显著线性正相关.这说明,在青藏高原东南部随着海拔梯度的变化,虽然常绿针叶林和落叶阔叶林叶片δ13C和LMA响应趋势不同,但是δ13C和LMA之间的正相关关系却不受树种种类影响而具有普遍性;这种差异可能是由群落内物种种内和种间竞争能力大小的差异,以及非生物环境因子如温度、降水等共同作用而造成的结果.

基于稳定碳同位素分析宁夏典型林分土壤有机碳分布格局及影响因素

选择宁夏自北向南方向的贺兰山、罗山和六盘山(3座山的降水量呈现逐渐增加的趋势)共有的青海云杉林和油松林土壤作为研究对象,分析两种针叶林土壤有机碳特征[土壤有机碳(SOC)含量、稳定碳同位素组成(δ13 C)和有机碳分解速率(β值)]的变化情况,并采用冗余分析法分析土壤化学指标对土壤有机碳特征的影响作用,探究干旱半干旱区土壤稳定碳同位素特征,为揭示干旱区山地森林土壤碳动态变化规律提供依据。结果表明:(1)随样地降水量的增加,青海云杉和油松林地土壤SOC含量均逐渐增加,而土壤δ13 C和β值均逐渐减少,且在同等降水量条件下,青海云杉比油松更有利于土壤有机碳的累积。(2)青海云杉和油松林地土壤SOC含量均随土层深度的增加而下降,而其有机碳δ13 C均随土层深度的增加而增加。(3)宁夏贺兰山、罗山和六盘山青海云杉、油松森林土壤有机碳特征与其土壤化学指标间的冗余分析发现,碱解氮是影响土壤有机碳分布特征的主导因子。

新疆5个枣品种叶片碳同位素组成、瞬时水分利用效率的季节变化及与气象因子的关系

利用稳定碳同位素技术,对新疆环塔里木盆地主栽的5个枣品种叶片δ13C值进行了比较测定,同时测定各品种的瞬时光合速率、蒸腾速率、光合有效辐射及空气温湿度等因子。结果表明,(1)新疆栽培枣品种叶片δ13C值分布在-25.559‰～-27.861‰,平均值为-26.463‰;(2)5个枣品种叶片δ13C值季节变化差异显著(P<0.05),表现为春季(-26.088‰)>夏季(-26.395‰)>秋季(-26.904‰),且品种间差异极显著,最大的为-25.559‰(骏枣春季),最小的为-27.861‰(冬枣秋季),变幅2.302‰;(3)空气相对湿度是引起δ13C值季节变化的主要因素;(4)5个枣品种长期水分利用效率(WUEsl)大小顺序为:冬枣<梨枣<灰枣<赞皇大枣<骏枣,顺时水分利用效率(WUEi)大小顺序为:冬枣<骏枣<赞皇大枣<梨枣<灰枣,2种方法测定的结果均反映出鲜食品种中冬枣对当地干旱的适应能力最弱。