球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的氮氧稳定同位素分馏研究

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)赤潮是一种全球范围的生态灾害,而硝酸盐稳定同位素技术是研究海洋富营养化与赤潮暴发机制的前沿技术。为将该技术应用于球形棕囊藻赤潮暴发机制方面的研究,首先需了解其同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏特征。为此开展了球形棕囊藻室内培养实验,获取培养过程中氮、磷、硅等营养盐的浓度及硝酸盐氮、氧稳定同位素(δ^(15)N-NO_(3)^(-)、δ^(18)O-NO_(3)^(-))等参数的变化特征,计算球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏系数。结果显示,NO_(3)^(-)和PO4_(3)^(-)浓度随培养时间均呈现先明显下降后稳定的特征,同时伴随直径2~3 mm的囊体出现并生长至2~3 cm。NH4+浓度先后两次出现升高,推测可能是受到有机氮矿化过程的补充所致。随NO_(3)^(-)浓度降低,δ^(15)N和δ^(18)O的值分别在第13天和第7天达到相对峰值。经计算,球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程δ^(15)N和δ^(18)O分馏系数分别为3.32‰±0.38‰和3.12‰±0.59‰,而前者的分馏系数呈逐渐降低的特点,原因可能是随球形棕囊藻生长,发生酶还原的NO_(3)^(-)较参与跨膜运输的NO_(3)^(-)比例逐渐升高。研究首次给出了球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程的氮、氧稳定同位素分馏系数及其变化特征,补充了海洋微藻同位素分馏数据库,为稳定同位素技术研究球形棕囊藻赤潮暴发的营养机制提供了重要的基础数据。

大洋表层海水氧稳定同位素比率研究进展

大洋表层海水氧稳定同位素比率(δ^(18)O)能够准确指示多种海洋循环过程,也可以用来重建古气候变化。随着近几十年采样范围的扩大和分析技术的提高,大洋表层海水δ^(18)O研究取得了重要进展,其主要体现在δ^(18)O的时空分布特征及归因等研究方向。但是,受到海洋调查范围的限制,现在仍存在对δ^(18)O时空范围深入认知的不足。本文对大洋表层海水δ^(18)O的相关研究方法和研究进展进行了梳理和归纳,以期为未来的深入研究提供参考。

新、旧世界国家葡萄酒氧稳定同位素时空分布特征研究进展

氧稳定同位素是葡萄酒真实性检测的重要指标之一,其比值在自然因素(葡萄品种、地理环境、气候条件)和人为因素(栽培管理、酿酒工艺)影响下,在不同产地显示出不同时空分布特征。欧盟等旧世界国家已率先建立葡萄酒水中氧稳定同位素的测定方法及数据库,并将其应用于葡萄酒真实性检测中。然而,国内外在葡萄酒氧稳定同位素时空分布特征方面的研究较少,尚未形成统一数据平台,难以实现数据共享。本文总结了新世界(中国、美国、澳大利亚、智利等)和旧世界(西班牙、法国、意大利、奥地利等)国家葡萄酒中水的氧稳定同位素数据分布及鉴别应用,概述了影响该比值的因素,并阐述了目前存在问题和今后发展方向,目的在于明确氧稳定同位素比值在世界主要酿酒国家的分布特征,为我国建立葡萄酒氧同位素数据库及真伪鉴别提供数据支持。

川西亚高山暗针叶林降水分配过程中氧稳定同位素特征

该文应用氧稳定同位素对四川卧龙巴朗山不同降雨条件下亚高山暗针叶林中降水、林冠穿透水和壤中流的变化动态进行了示踪，结果表明：1）降水δ^18O与林冠穿透水占培0的差值（用△表示）随着日降雨量的增大呈现偏正态结构。降水量〈3．20mm时，△〈0；当降水量≥3．20mm时，△〉0；且当降水量=12．65mm时，△值最大。这是由当时冠层蒸散过程和降水过程相互作用决定的。2）低降水强度、日平均降水量小和降水连续性差时，壤中流弱且不连续，导致壤中流的氧同位素组成对降水响应速度慢；反之，壤中流强且连续，导致壤中流对降水响应速度加快。当降水量在〈10mm时，这种响应在降雨后4d发生；当降水量在10～20mm时，日平均降水量较大和连续降雨时，这种响应在降雨后2～3d发生；当降水量在20～30mm时，这种响应在降水1～2d发生。发育良好的原始亚高山暗针叶林森林植被对降水分配进行着有效的调控，使得暗针叶林植被储备着不同时期降水、穿透水、壤中流及地下水组成的混合体，使壤中流变化滞后，从而控制植被下游洪水发生。

青藏高原中部水蒸发过程中的氧稳定同位素变化

作为青藏高原稳定同位素水文循环的一个重部分 ,1 998年夏首次在青藏高原中部的那曲和安多两地同时进行了水蒸发过程中氧稳定同位素变化观测研究 .模拟和实验结果都显示出了大气相对湿度对水蒸发过程中氧稳定同位素变化的显著影响 .模拟结果还显示剩余水中δ18O与剩余水比率呈指数关系 ,但实验分析结果表明 ,蒸发过程中剩余水中δ18O与剩余水比率更接近于线性关系 ,这种关系可以定量地表示出来 .从理论上与实验中都可以计算出不同相对湿度下蒸发分馏因子的大小 .并且实验结果与理论模拟结果较一致 .

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生碳酸盐岩碳、氧稳定同位素特征

为了探索水合物背景下沉积物中自生矿物响应,对采自综合大洋钻探计划(IODP)311航次沉积物中自生碳酸盐岩颗粒进行了矿物组成、形貌特征和碳、氧稳定同位素特征等研究。X光粉晶衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果显示碳酸盐岩颗粒的主要矿物成分是铁白云石和方解石,呈多孔状结核和不规则状集合体产出。碳酸盐岩颗粒的碳稳定同位素δ13CPDB低至-41.50‰,证实其碳源源自甲烷,其成因与甲烷厌氧氧化过程有关,印证了研究区存在海底甲烷渗漏现象,是甲烷水合物赋存区重要的识别标志之一。碳酸盐岩颗粒的氧稳定同位素δ18OPDB总体上随着沉积物深度增加而减小,可能指示沉积物的背景温度由下而上(从早到晚)逐渐降低。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中类似的甲烷事件记录具有重要的理论和实践指导意义。

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相碳、氧稳定同位素特征

根据岩石薄片及阴极发光图像，研究了鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相类型及岩相特征。据碳、氧稳定同位素（δ^13 C，δ^18 O）分析数据，研究了各类成岩相的地球化学特征。奥陶系海相碳酸盐岩台地在早古生代处于近地表成岩域，划分为正常海水、蒸发海水、早期大气淡水及热海水4类成岩环境及成岩相。正常海水、热海水及蒸发海水成岩相的δ^18 O和δ^13 C值普遍较高，随生物碎屑含量增加δ^18 O及δ^13 C值趋于减小；早期淡水成岩相的δ^18 O和δ^13 C值普遍较低。晚古生代，奥陶系顶部进入表生期成岩域，据目前残存地层的岩石类型，表生期成岩域可划分为峰峰组的灰岩风化成岩相和马家沟组的云岩风化成岩相，其δ18 O和δ13 C值明显低于早期淡水成岩相的值。晚古生代末期，奥陶系进入3000～4000 m的中-深埋藏成岩域，划分为封闭系统及开放系统成岩相。封闭系统成岩相的δ18 O和δ13 C值主要继承了其原岩的δ18 O和δ13 C值特征；而在开放系统中，由于同位素高温分馏作用，其成岩相的δ18 O和δ13 C值则大幅度降低。研究结果表明，碳酸盐岩岩相特征及碳、氧稳定同位素组成是追溯碳酸盐岩成岩环境及识别和划分成岩相的重要指标。

地下水溶解碳酸盐中碳氧稳定同位素组成特征与演化规律

利用任楼井田及所在的临涣矿区生产矿井常观孔、矿井出水点,从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样,测试溶解碳酸盐中δ13C与δ18O,分析13C与18O组成特征与演化规律.研究结果表明:任楼井田及所在的临涣矿区地下水溶解碳酸盐δ13C变化幅度大,碳循环复杂,土壤水补给机理、同位素交换反应机理和含水层围岩成分溶解机理明显;含水层碳酸盐岩含量决定溶解碳酸盐δ13C与δ18O的变化关系,碳酸盐岩含量越高,δ13C随δ18O变化斜率减小;四含水因埋藏较浅并受煤层开采影响,处于相对"开放"系统内进行地下水循环,煤系水循环系统相对比较封闭,岩溶含水层虽然埋藏深,水循环系统相比四含"封闭",但地下水径流速度快,补给源区水力梯度大,可能为山区补给.

基于氮氧稳定同位素识别水体氮源的研究进展

氮源污染在全球范围内的地下水、河流、海洋等水体中都是一个备受关注的环境问题,尤其是受人类活动影响较大的区域,其污染来源多样,因此,关于水体中氮污染来源识别是水体氮污染防治的有效手段。近几十年来,利用硝态氮中的氮、氧在不同来源同位素值的不同,作为识别水体中氮污染源的有效手段。通过总结利用硝酸盐氮氧双同位素识别氮源的基本原理和不同氮污染源中氮、氧同位素组成的特征变化区间,结合水体其他水质指标来定性判断水体中氮的来源,描述硝酸盐同位素测试预处理的4种方法。结合其他数学模型,定量识别水体中氮源的贡献比例,并对利用同位素技术研究氮源污染情况进行总结与展望。

水化学和钙华碳氧稳定同位素在古环境重建中的应用——以贵州荔波小七孔景区响水河为例

文章报道了响水河河水的现场监测结果 ,得到响水河河水的Ca2 + 和HCO-3非常低 ,这明显与河床中大规模钙华的存在和景区内发育的茂密植被不匹配 ;并仔细观察发现 ,钙华表面有被侵蚀的痕迹 ,如溶蚀槽和溶蚀坑等 ,这说明目前所见钙华可能是过去环境条件下的产物。根据钙华碳氧稳定同位素组成特征的分析得出 :近 4 0 0 0年来 ,该地区总的气候环境变化趋势是 4 0 0 0～ 340 0aB .P .为相对温暖湿润期 ,植被生长好 ,为良性生态期 ;340 0～2 0 0 0aB .P .前期仍比较温暖但干燥 ,后期到 2 0 0 0aB .P .左右变得比较凉爽 ,从这一冷期到大致 90 0aB .P .前后 ,气候有些波动 ,但幅度较小 ,夹有冷暖干湿的交替 ;而 90 0aB .P .至今 ,钙华碳氧稳定同位素值的急剧增加 ,反映出气候的冷干和源区人类活动加剧造成的水土流失增加 ,岩溶石漠化加重 。

土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素古环境意义及应用

土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素特征是反映古气候与古环境的重要代用指标,其碳氧稳定同位素组成分别受土壤CO2中C同位素组成和大气水的O同位素控制。在一定深度的土壤中,土壤次生碳酸盐δ13C就主要受当地植物类型(C3植物和C4植物等)控制。土壤次生碳酸盐样预处理中剔除土壤中原生碳酸盐以及有机物污染尤为重要。土壤中次生碳酸盐C、O稳定同位素地球化学在土壤发生学、古气候恢复、古生态重建以及全球变化研究中应用日益广泛,但解译时可能受应用年代范围、成岩作用、原生和次生碳酸盐混杂、土壤碳酸盐多元发生等因素影响,其应用机理和范围还需进一步探讨。

鄂尔多斯盆地下古生界石灰岩岩相及碳、氧稳定同位素特征

鄂尔多斯盆地下古生界石灰岩的岩相及碳、氧稳定同位素组成变化大,具有多种成因类型。通过薄片鉴定、岩石及矿物微区碳、氧稳定同位素测试以及包裹体测温资料研究,发现正常海水成因的泥晶灰岩及颗粒灰岩具有较高的δ18O、δ13C;受淡水淋滤、溶蚀的颗粒灰岩、角砾泥晶灰岩、豹斑含云灰岩或灰云岩的δ13C随淡水淋滤及溶蚀程度升高而明显降低,但其δ18O变化较小;去膏化成因的巨晶次生灰岩在阴极发光下具环带结构,并具有较低的δ18O、δ13C,去云化成因的中—细晶次生灰岩多呈麦粒或蚕蛹结构,其δ18O、δ13C相对较高;早期及表生淡水方解石胶结物的δ18O、δ13C均为低值,Mn离子含量低,阴极发光暗淡;晚期热液方解石胶结物具异常低的δ18O、δ13C,包裹体均一温度介于100～150℃,富含Mn离子,阴极发光明亮。研究结果表明,岩相特征、碳、氧稳定同位素组成以及包裹体测温数据是确定石灰岩沉积、成岩环境以及成因类型的重要指标。

厦门沿岸地区大气降水中氢、氧稳定同位素组成及其影响因素

利用2004年4月至2006年4月采集于厦门沿岸地区的44个雨水样品,对降水中的氢、氧同位素组成及其影响因素进行了分析和研究,结果表明:(1)厦门沿岸地区大气降水中δ18O值为-10.30‰～-0.13‰,平均值为-3.67‰;δD值为-74.7‰～7.3‰,平均值为-20.5‰,均处于全球及国内降水中δ18O和δD值的变化范围内。(2)厦门沿岸地区大气降水中的δ18O和δD值受纬度效应影响。(3)厦门沿岸地区大气降水中δ18O和δD值的季节差异较大,季风气候及其导致的降雨量效应是影响该地区δ降水值季节变化的主要因素。(4)降水中的氘过剩值(d值)为1.21‰～17.10‰,平均值为8.87‰,小于世界大部分区域雨水中的d值,说明厦门沿岸地区的降水源区蒸发速率比较缓慢,降水云团主要来自海洋汽团。(5)厦门沿岸地区大气降水线为:δD=7.67δ18O+7.68(p<0.0001,R2=0.9876),与全球及国内的降水线接近,说明雨滴在降落过程中存在一定的再蒸发过程,该特征在夏季较显著。

关于对流层大气N_2O氮、氧稳定同位素负荷平衡的初步探讨

对流层大气Ｎ２Ｏ的氮、氧稳定同位素负荷由地表和海洋释放的富轻同位素的Ｎ２Ｏ与平流层回流的富重同位素的Ｎ２Ｏ来平衡，但Ｋｉｍ和Ｃｒａｉｇ的计算方案无法使之平衡［１］．笔者根据全球Ｎ２Ｏ释放源最近的年释放量估算值，对Ｋｉｍ和Ｃｒａｉｇ［１］的计算方案进行了初步改进，在考虑土壤Ｎ２Ｏ生成过程中氮、氧稳定同位素的分馏效应和氧同位素的纬度变化效应后，推论出全球Ｎ２Ｏ释放源最近的年释放量估算值能使对流层大气Ｎ２Ｏ氮、氧稳定同位素负荷分别接近于平衡．

阿克苏、连云港和淮安城市居民头发中氢、氧稳定同位素比值差异研究

人类头发中氢、氧稳定同位素比值(δ^2H、δ^18O)与其生活的地理位置具有相关性。为考察不同城市常住居民头发中δ^2H、δ^18O的差异性,本研究选择了西部的阿克苏和东部沿海的连云港、淮安3个城市常住居民的头发样本为研究对象,利用元素分析仪-稳定同位素比质谱仪(EA-IRMS)进行氢、氧稳定同位素比值检验,采用Bayes算法对检验结果进行判别分析。同时,采用波长扫描光腔衰荡光谱仪对3个城市的居民饮用水进行氢、氧稳定同位素比值检验,分析居民头发与其饮用水中氢、氧稳定同位素比值的相关性。结果表明:阿克苏与连云港、淮安的常住居民头发中氢、氧稳定同位素比值差异显著(P<0.05);连云港与淮安的差异不显著(P>0.05)。Bayes判别分析结果表明:阿克苏与连云港、淮安的检测结果能够实现较好的区分,而连云港与淮安的区分效果较差;利用δ^2H和δ^18O共同作为判别因子的判别准确率高于单独使用δ^18O或δ^2H。3个城市常住居民头发与其饮用水中氢、氧稳定同位素比值具有相关性(δ^2H:r=0.933;δ^18O:r=0.998)。

人指甲中氢、氧稳定同位素在法医学领域的应用

氢、氧稳定同位素作为一类化学示踪物质,在地理科学、环境生态和法庭科学等领域均有应用。在法庭科学研究领域,指甲作为一种记录人在不同时段内摄入氢、氧稳定同位素情况的载体,在推断人的生活地域变化轨迹方面具有很大的潜力,具有广阔的应用前景。本文从氢、氧稳定同位素溯源的基本原理,人指甲中氢、氧稳定同位素前处理方法和检验方法,人指甲氢、氧稳定同位素溯源技术的法医学应用等方面展开综述,并对稳定同位素溯源技术的发展等方面做了简要展望。

新疆和田、哈密和阿勒泰市居民指甲中氢、氧稳定同位素的比较

在法庭科学研究领域,指甲作为一种新型生物信息载体,在物证信息挖掘方面具有重要的价值。人生命活动中摄入的氢、氧主要来源于饮用水、摄入的食物和空气等,其中的氢、氧稳定同位素比值信息会被指甲角蛋白记录并保存下来,这些信息可以用于推断人的生活地域变化情况,在个体身份的排查工作中具有重要的作用。本文借助元素分析-稳定同位素比质谱技术(EA-IRMS)对新疆和田、哈密和阿勒泰3个城市常住居民指甲中氢、氧稳定同位素比值进行了分析,并借助判别分析模型对指甲样本的氢、氧稳定同位素比值进行了模式识别。结果表明,3个不同城市常住居民指甲氢、氧稳定同位素比值存在一定的差异;和田指甲样本δ^(2)H值与哈密、阿勒泰有明显差异;哈密指甲样本δ^(2)H值与阿勒泰重叠范围宽,差异较小;3个城市δ^(18)O值分布均有重叠,无明显的差异。在判别模型中,通过判别函数f(x,y)=0.992x+0.046y和判别函数f(x,y)=-0.198x+1.009y对3个市共计85份样本进行判别分析,总体分类准确率为95.29 %,9个验证样本均实现了准确的归类和判定。本文研究表明,不同城市居民指甲中的氢、氧稳定同位素比值是存在一定差异的,采用EA-IRMS结合判别分析能初步实现不同城市居民的区分。

氮氧稳定同位素技术用于水体中硝酸盐污染来源解析方面的研究进展

在总结不同硝酸盐潜在污染源的氮氧同位素特征值基础上,对可能使溯源结果产生影响的同化作用、反硝化作用以及硝化作用的判别方法进行了介绍.通过对文献中氮(δ(^(15)N))氧(δ(^(18)O))同位素特征值进行整理,发现随着时间以及地域的跨度增加,δ(^(15)N)和δ(^(18)O)的特征值范围也不断增加,这导致特征值区间彼此重叠,从而并不利于溯源的进行.此外,通过δ(^(18)O)与δ(^(15)N)值可直观反映相关反应的发生,但是在某些情况下,同化作用与反硝化作用可能无法区分,而硝化作用产生的δ(^(18)O)值也并非唯一.在总结氮氧稳定同位素技术解析硝酸盐污染来源的基础上,尝试对未来的发展方向提出建议.

鄂尔多斯奥陶系白云岩岩相学及其碳、氧稳定同位素特征

应用岩石薄片鉴定、阴极发光及电子探针技术,研究白云岩岩相特征,应用全岩及矿物微区碳、氧稳定同位素测试及X衍射分析方法,研究白云岩地球化学及成岩环境特征。研究后可知,奥陶系白云岩主要有6类:1形成于准同生白云化作用的块状泥晶云岩,以高白云石含量、泥晶结构、低有序度和较高的δ^(18)O,δ^(13)C为特征;2形成于准同生及微生物白云化作用的生屑云岩和藻云岩,以高白云石含量、生物骨架结构、低有序度、较高δ^(18)O和较低δ^(13)C为特征;3形成于准同生白云化及淡水淋滤与溶蚀作用的角砾白云岩,以含灰质及溶孔、角砾结构、低有序度、较低δ^(13)C为特征;4形成于卤水回流渗透白云化作用的细—粉晶白云岩,以含残余灰质、细粉晶结构、高有序度、较高δ^(18)O和δ^(13)C为特征,经淡水淋滤之后发育晶间孔,同时δ^(13)C明显下降;5形成于海水交代白云化作用的残余结构中—细晶白云岩,以含灰质组分及晶间孔、残余颗粒结构、高有序度、高δ^(18)O和δ^(13)C为特征;6形成于埋藏封闭环境重结晶作用的镶嵌结构中—粗晶白云岩,以高白云石含量、镶嵌结构和似斑状构造、异形白云石及高有序度、保持原岩δ^(18)O和δ^(13)C为特征。孔、缝中的热液或淡水白云石均以高有序度、极低的δ^(13)C为特征,淡水白云石较热液白云石,具有较高的δ^(18)O,Fe2+及较低的Mn2+。研究结果表明,白云岩的δ^(18)O,δ^(13)C以及白云石有序度等地球化学参数是识别白云岩岩相、成岩条件和成岩环境的重要指标。

唐古拉冰芯包裹气体氧稳定同位素气候环境指示意义

本研究对钻取自青藏高原中部唐古拉冰川190m冰芯上部的99.5m序列进行了多参数指标的分析测试.以常规阴、阳离子的季节性变化、结合冰芯记录的1963年β活化度峰值和中低纬度山地冰川深部冰体定年模型,建立了99.5m冰芯的年代学序列.结合冰芯钻取点的成冰作用过程分析,明确了冰芯包裹气体与同层位冰体间不存在年龄差异,冰体年龄即为冰芯包裹气体年龄.基于此年代学结论和冰芯年代学结果,将冰芯包裹气体氧稳定同位素值(δ^(18 )O_(atm))与大气中δ^(18 )O_(atm)本底值、冰体气泡含量、冰芯氧同位素和全球太阳辐射量进行对比分析,分析揭示了唐古拉冰芯包裹气体δ^(18 )O_(atm)值变化对区域气候环境影响下冰川表面融化强度变化的指示意义,冰川表面融化强度越强,冰芯包裹气体δ^(18 )O_(atm)值越低.