基于^(18)O法利用膜进样质谱仪测定海水初级生产力的方法优化及在长江口的应用

浮游植物的初级生产对海洋碳循环起着至关重要的作用,准确测定海洋初级生产力是评估海洋固碳能力的关键。^(18)O法可获得准确的总初级生产力,但其复杂的测定方法限制了现场应用,快速测定^(18)O标记的产物(^(34)O_(2))是实现^(18)O法广泛应用的关键。研究利用自组装膜进样质谱仪基于^(18)O标记技术测定水体初级生产力,对膜进样质谱仪分析^(34)O_(2)的测量条件以及^(18)O法培养过程进行了优化。结果表明,在进样流速为0.85~1.05 mL/min,进样时间为3~4 min,恒温槽温度为15~20℃的条件下,^(34)O_(2)/^(32)O_(2)的测试精密度为0.1%~0.2%,比较适合^(34)O_(2)的测定,在H_(2) ^(18)O与水样体积比为(2.1×10^(−3))~(3.4×10^(−3)),培养时间为6 h的培养条件下,可以获得比较满意的总初级生产力的测试结果。利用优化后的方法对春季长江口的初级生产力测试表明:总初级生产力和净群落生产力变化范围分别为0.11~1.20 mmol O2/(m^(3)∙h)、−1.60~0.75 mmol O_(2)/(m^(3)∙h),水柱总初级生产力为(671.5±117.1)~(2339.8±260.7)mg C/(m^(2)∙d),最大固碳能力为1056.9±662.4 mg C/(m^(2)∙d),与文献报道结果较为一致,高值区位于远离长江口的浅海水和外海水混合区。

拉萨河源廓琼岗日冰川流域降水δ^(18)O变化特征及影响因素

降水氢氧稳定同位素(δ^(18)O和δ^(2)H)作为水循环过程的有效示踪剂,可以揭示水汽来源和水汽传输路径。为了认识季风和西风水汽来源对拉萨河源廓琼岗日冰川流域降水δ^(18)O的影响,利用2020年7月—2023年7月期间在廓琼岗日3个采样点收集的347个事件降水样品,研究了该区降水δ^(18)O的变化特征、大气降水线及其与气象要素和对流活动的关系。结果发现,研究区内冰川末端(海拔5544.5 m)、流域源头(海拔5374.0 m)和流域出口(海拔4941.3 m)3个采样点2020年7月—2023年7月期间的温湿度、降水量差异较小;并且在2020年7—8月期间,3个采样点降水δ^(18)O和降水线均相近,反映了廓琼岗日冰川流域内部气候差异较小。分析流域出口处2020年7月—2023年7月期间降水δ^(18)O显示,日尺度降水δ^(18)O以6月中旬为界,前一阶段较高,后一阶段较低;月尺度降水δ^(18)O极高值在6月,极低值在9月。流域内季风期降水线的斜率和截距(8.12、11.78)明显小于非季风期(8.79、23.18),反映了季风期降水的水汽来源地具有较高的相对湿度;全年范围(8.27、15.10)和季风期降水线的斜率和截距更相近,可能与该流域内季风期降水占全年降水比例较大有关。廓琼岗日冰川流域季风期降水δ^(18)O在月尺度上呈显著的温度效应,全年范围降水δ^(18)O在日尺度上呈显著的降水量效应。降水事件前1~6天的对流活动对降水δ^(18)O具有贫化作用,并且其影响在季风期较明显。后向轨迹追踪表明,印度季风携带的水汽为该区域带来了几乎全年的降水,季风会使该区域降水δ^(18)O逐渐贫化。以上研究内容初步揭示了青藏高原南部高寒山区降水δ^(18)O的变化特征及其影响因素,可为高寒地区水循环研究提供基础资料。

西北地区大气降水δ^18O的特征及水汽来源

根据2005年各月在中国大气降水同位素观测网(CHNIP)位于西北地区的阜康、策勒、临泽、海北、沙坡头、长武和安塞观测站点收集的降水样品,对其中的同位素的组分进行测定,分析了西北地区大气降水中!18O的时空分布特征。所建立的局地大气降水线方程"D=7.05#18O-2.17,反应了西北地区独特的局地气候特点。降水$18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏季(6-8月)间存在。%18O的空间分布特征可以很好地反映西北地区的大气环流背景。应用瑞利分馏模型及动力分馏模型对阜康-安塞沿线降水&18O的定量模拟结果,揭示了西北地区降水水汽的分馏主要以动力分馏为主,雨滴在降落过程中历经了一定的二次蒸发过程,其降水水汽中也混入一定量的由局地再蒸发的水汽。此外,利用西北地区在全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中的乌鲁木齐、和田、张掖、兰州、银川和西安6个站点的长时间序列的’18O与降水量、温度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水(18O进行定量估算;基于乌鲁木齐站点12年的)18O资料对该地区的温度拟合,为历史气候的定量恢复提供了依据。

内陆河流域系统降水中的稳定同位素──乌鲁木齐河流域降水中δ^(18)O与温度关系研究

研究了乌鲁木齐河流域从下游乌鲁木齐站、中游跃进桥站和源头大西沟站降水中稳定同位素与温度的关系，揭示了内陆河流域系统降水中稳定同位素的变化规律，在乌鲁木齐河流域，降水中的δ(１８)Ｏ随海拔增高而减小， δ(１８)Ｏ与温度有密切的正相关关系，说明δ(１８)Ｏ是温度的可靠指标．在乌鲁木齐河流域，局地性降水的增加影响单个降水事件中δ(１８)Ｏ与温度的关系．在跃进桥站和大西沟站，因局地性降水增加，所以单个降水事件中δ(１８)Ｏ与温度的关系较乌鲁木齐站差．但在月平均以上时间尺度上，跃进桥站和大西沟站δ(１８)Ｏ与温度的关系反比乌鲁木齐站好，说明越往冰川区，δ(１８)

应用~2H、^(18)O同位素示踪华北平原石家庄包气带土壤水入渗补给及年补给量确定

采集2个不同深度包气带土壤水2 H、18 O同位素剖面ZK1,ZK2,应用天然稳定同位素2 H、18 O示踪的方法,研究了华北山前冲积平原石家庄地区包气带土壤水入渗补给的历史演化特征。结果显示,研究区内,以0.05m为取样间隔,δ2 H、δ18 O值可以明显指示出大气降水及灌溉水入渗补给时间—剖面深度位置的年际对应关系。ZK2的δ2 H、δ18 O值随着埋深的增大出现周期性的波动,具有分层现象的岩性差异并不明显,说明ZK2剖面以活塞流的入渗方式补给地下水。在0~3.90m深度,δ2 H、δ18 O值显示降水和灌溉水的入渗补给时间为2011年10月至2001年11月。18 O峰值位移法计算补给量的结果显示,降水、灌溉水通过包气带补给地下水的垂向运移速度为38.5~65.0cm/a,年均入渗补给量为131.3~185.3mm。同时,对比2003年及2005-2007年降水量数据,说明少雨年份农业灌溉用水量的大小对当地地下水的入渗补给量起着关键性作用。

青藏高原纳木错流域夏、秋季大气降水中δ^(18)O与水汽来源及温度的关系

根据2005年8~10月在纳木错收集的降水样和相关气象观测,分析该地区降水中δ18O变化特征及其与水汽来源关系,揭示不同水汽来源降水中δ18O与温度之间关系。观测期间水汽来源以西南季风和青藏高原本地气团输送为主。结果表明,纳木错流域夏、秋季节历次降水中δ18O变化主导因素是水汽来源不同。远距离输送夏季风海洋性气团形成的降水1δ8O值较低,而局地大陆性气团降水δ18O较高。对同源的降水事件,气温和δ18O值有一定正相关性,因而可能是次一级的响因素。

雷州半岛造礁珊瑚Porites lutea月分辨率的δ^(18)O温度计研究

对雷州半岛西南部珊瑚岸礁区1995～1997年生长的造礁珊瑚Poriteslutea的骨骼密度、生长速度和δ18O分析表明：1）造礁珊瑚骨骼的密度、生长速度和δ18O与其生存环境的表层海水温度之间存在很好的相关性，高密度、低生长速率和高δ18O值对应于冬季；2）δ18O具有明显的年际和季节性变化。根据δ18O估计的表层海水温度变化范围与实测基本一致，进一步揭示了珊瑚骨骼δ18O可作为定量研究高分辨率表层海水温度变化的温度计。

末次冰期东亚季风气候的变迁:贵州都匀七星洞石笋的δ^(18)O记录

通过对贵州都匀七星洞4根石笋系统的31件TIMSU系及543件稳定同位素分析,揭示出其气候变化记录时限范围为1.1～8.5万a,相当于海洋同位素阶段的MIS2,MIS3,MIS4及MIS5a。根据δ18O的变化可以准确确定它们之间的界线,其年龄值为:MIS1/MIS211.3kaB.P.,MIS2/MIS328.7kaB.P.,MIS3/MIS459.6kaB.P.,MIS4/MIS5a78.5kaB.P.。研究表明,末次冰期相当于格陵兰冰芯记录、北大西洋沉积记录的YD、Heinrich事件等的气候跃变事件,几根石笋取得了非常一致的准确定位及定年。其中YD事件发生于12.76～11.52kaB.P.,Heinrich事件的H1～H6分别为15～17kaB.P.,24.6kaB.P.,30.5kaB.P.,39.3kaB.P.,46.8～47.8kaB.P.以及60.4kaB.P.。在MIS4阶段,石笋记录于66.4kaB.P.及73.8kaB.P.揭示了两次冷事件,也可于格陵兰冰芯记录中找到相对应的冷谷。通过与GISP2的对比研究,表明东亚季风气候的百年至千年尺度的气候演变,与北大西洋及格陵兰高纬度地区的气候变化具有非常协调的对应关系。它对研究季风气候的动力机制及其与全球变化的响应关系具有特别重要的意义。

基于δD和δ^(18)O及水化学的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂,揭示了永定河流域中下游地下水循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样,进行室内水化学和氢氧同位素组成测定,分析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势,揭示了流域地下水循环特征。结果表明,降水是山前地下水的主要补给源,地下水在接受降水的补给后经过了不同程度的蒸发作用,山区受蒸发影响较小,平原区较大,尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈的蒸发浓缩作用;水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原,自浅层到深层,地下水的矿化度逐渐升高;平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象;沿海地区未发现海水入侵现象。

地下水中NO_3^-的^(15)N和^(18)O同位素测试新技术——密封石英管燃烧法

近40年来,硝酸盐(NO-3)已成为最普遍的地下水污染源之一。在本文中,介绍了在野外用阴离子交换树脂收集地下水中的NO-3的新技术;用AgNO3和氧化铜丝及铜颗粒燃烧反应测定氮同位素比值;用AgNO3+C(石墨)测定NO-3中氧同位素比值的密封石英管燃烧法,它们是1995年以后发展起来的最新测试技术。

青藏高原西部降水中δ^(18)O变化特征

根据青藏高原西部阿里地区狮泉河气象站和改则气象站取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中δ18O的变化特征.结果表明:在长时间尺度上,狮泉河和改则两站点历次降水中δ18O和气温之间都有较好的正相关,尤其是降水中月平均δ18O与月平均降水温度之间相关性更加显著,降水中δ18O主要受"温度效应"的影响.而在其中的某一年,这种相关性不是很明显,而且在降水中δ18O和降水时温度之间的相关性很好的年份,在7月底或8月份初短期内降水中δ18O几乎都有一个突然降低的事件,这可能与印度季风水汽输送有关.与狮泉河站相比,在改则降水中δ18O和气温二者之间这种相关性相对较弱,这与改则当地内陆水循环特别是强烈蒸发引起的降水有关.

利用δ^18O和δ^34S示踪重庆都市圈地下热水循环过程

重庆市地下热水储存量大约有1亿m3,其中75%分布在都市圈内。通过对重庆市都市圈13个温泉群,20个泉点的温泉水的δD、δ18 O和δ34S调查,结合水化学指标进行分析表明:重庆市都市圈温泉水类型为SO42-Ca或者SO24-Ca Mg型,水的来源为大气降水。δ18 O值为-7.41‰～-9.48‰,研究认为地下热水的补给来源于海拔672～1 503m研究区域背斜核部岩溶出露区和背斜北端的岩溶出露区。热水中主要离子SO24-和Ca2+、Mg2+均存在很好的正相关性,且δ34S值为31.46‰～34.32‰,正好处于下三叠统嘉陵江组二段硬石膏δ34S值异常段,由此表明雨水和地表径流沿岩溶裂隙等进入深部的含有硬石膏的嘉陵江组,由此认为重庆都市圈温泉水储水层可能为下三叠统嘉陵江组二段。

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯δ^(18)O记录的现代环境过程分析

据乌鲁木齐河源地区一个完整年周期的大气降水样品、1号冰川连续雪坑样品及浅冰芯样品的实测δ18O资料，初步探讨冰芯δ18O记录的形成过程和影响因素，以及δ18O与气温之间的关系转变。结果表明本区大气降水中的δ18O与气温之间存在显著的正相关关系，但由于冬季雪层内水汽运移作用和风力导致积雪的重新分布作用，以及夏季雪层中融水渗浸作用等积雪沉积后的影响，1号冰川冰芯的δ18O记录与实测气温记录之间存在明显的差异，即研究区域的冰芯δ18O记录不再具有明显的温度指标意义。

东海泥质沉积区8千年来的有孔虫Mg/Ca和δ^(18)O记录及其古环境意义

对东海陆架泥质沉积区MD06-3040柱状样有孔虫进行了地球化学分析,获得了底栖有孔虫(Rotalinoides gaimardii)Mg/Ca和δ18O及浮游有孔虫(Globigerina bulloides)δ18O等的高分辨率记录。通过与微体化石群、沉积物粒度等古环境替代性指标对比分析,认为研究区有孔虫Mg/Ca和δ18O的变化主要受浙闽沿岸流和台湾暖流及其相关的东亚季风所控制,并推测了研究区近8千年来的古环境演变过程:8.0~4.1 cal.kaBP时期,夏季风盛行,台湾暖流和黑潮发育强盛,底层和表层海水都具有较高的温度、盐度和δ18O值,其中底层海水温度在5.7~5.2和4.6~4.1 cal.kaBP两个时期最高;4.1~0.4 cal.kaBP时期,冬季风盛行,台湾暖流和黑潮影响减弱,浙闽沿岸流发育增强,使海水温度和盐度及δ18O显著下降;0.4 cal.kaBP以来夏季风再次变强,台湾暖流和黑潮的影响随之增强,海水温度又明显上升。

我国降水中δ^(18)O的分布特点

根据实测资料计算，我国东南部地区以及西北地区的大气降水中δ１８Ｏ较高，东北和青藏高原南部的δ１８Ｏ则较低。在我国，温度效应主要出现在中高纬度大陆内部，降水量效应则主要分布在东南沿海、云贵高原和青藏高原。这些地区明显受季风气候的影响。不同地区的大气水线存在一定的差异，它们与水汽在源地的蒸发以及水汽凝结致雨两个过程的稳定同位素分馏密切相关。

河北平原地下水硫酸盐^(34)S和^(18)O同位素演化特征

地下水中硫酸盐的34S和18O在探寻地下水的水质演化规律、赋存环境特征方面具有重要的研究意义,笔者选取保定—河间—沧州—黄骅剖面采集深层地下水水样,分析测试了其主要阴阳离子含量、δ18O、δD、14C及δ34SSO42-和δ18OSO42-各项指标,在此基础上首次探讨了河北平原地下水中硫酸盐的硫、氧同位素分布特征与演化机理。研究发现研究区地下水硫酸盐的δ34SSO42-值沿地下水流向增大,δ18OSO42-值则在一个较小的范围内波动,最终接近一个常数值,二者间呈现较好的负相关关系;δ34SSO42-值随地下水14C年龄的增加而增加,δ18OSO42-则随地下水14C年龄的增加而趋于稳定;34SSO42-值与r(SO42-)/r(Cl-)的值呈负相关关系,δ18OSO42-值与r(SO42-)/r(Cl-)的值则呈正相关关系。在研究区地下水中硫酸盐的34S和18O同位素的分布演变特征主要由SO42-和水之间的同位素交换反应、微生物硫酸盐的还原作用、硫化氢的再氧化作用所影响,其中微生物硫酸盐的还原作用的结果使地下水中的硫酸盐富集34S,SO42-和水之间的同位素交换反应是影响地下水的δ18OSO42-值的主导因素,使地下水的δ18OSO42-取决于地下水的氧同位素组成。

准噶尔盆地降水、土壤水和地下水中δ^18O和δD变化特征--以中国生态系统研究网络阜康站为例

本实验的研究材料(融雪水、雨水、土壤水、地下水)采集于2006年3-6月,取自位于古尔班通古特沙漠南缘中国科学院阜康荒漠生态系统研究站及北沙窝实验点,对其氢氧稳定性同位素比率δ18O和δD的测定结果进行了分析,研究了降水、土壤水稳定同位素变化特征,揭示干旱荒漠区降水和土壤水的关系。研究结果表明,表层10cm土壤水受降水的直接影响,其δ18O具有与降水相同变化的趋势;地表浅层土壤水的稳定性同位素比率介于雪水和雨水之间;不同时间剖面土壤水的δ18O和重量含水量均为表层10 cm变化最大,具有向下变幅逐渐减少的趋势。地下水中δ18O在不同季节变化差异不大,地下水有一致、稳定的水源供应。本研究为稳定同位素技术在水循环研究中的应用提供了实例,也为古尔班通古特沙漠生态系统维持与恢复提供科学依据。

ENSO事件对青藏高原古里雅冰芯中现代δ^(18)O的影响

对 １９５１～１９９２年青藏高原古里雅冰芯中δ (１８)Ｏ与Ｉ（南方涛动指数），δ(1８)Ｏ与赤道东太平洋ＳＳＴ（海表面温度）的关系进行了分析．在 Ｅ１ Ｎｉｎｏ年，无论是隆冬还是盛夏，古里雅冰芯中δ(１８)Ｏ均减小．表现为明显的降温，平均降温幅度分别为１２℃和 ０．４５℃．在特强 Ｅ１ Ｎｉｎｏ年，平均降温幅度分别为 ２．０３℃和１．４６℃在 Ｌａ Ｎｉｎａ年，盛夏古里雅冰芯中δ(１８)Ｏ增大，表现为明显的增温，平均升温幅度为１．０２℃．在特强Ｌａ Ｎｉｎａ年，平均升温幅度为１．６℃，但隆冬古里雅冰芯中δ(１８)Ｏ变化不明显在非Ｌａ Ｎｉｎａ年，隆冬古里雅冰芯中δ(１８)

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯δ^(18)O记录气候意义的再探讨

根据乌鲁木齐河源１ 号冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录与大西沟气象站实测的气温资料， 进一步系统地探讨了所研究区域冰芯δ１８ Ｏ 记录的气候意义。结果表明，冰芯δ１８ Ｏ 记录与夏半年（５月～１０ 月）平均气温之间存在一定程度的正相关关系，而与冬半年（１１ 月～次年４ 月） 平均气温不存在稳定的相关性。该结果拓展了中、低纬主地区山地冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录作为温度指标的适用性。

修正BW方法在中国大气降水δ^(18)O空间分布研究中的应用

为研究中国大气降水δ18O的空间分布,利用81个大气降水和冰芯站点δ18O资料和BW回归模型,拟合出大气降水δ18O与纬度和海拔的定量关系:δ18O=-0.024LAT2+1.541LAT-0.002 ALT-29.678.同时,为了优化BW回归模型的拟合结果,对BW回归模型的残差做了内插并比较了不同插值方法的精度.结果表明:以降水量为辅助变量的协同克里格法对残差的预测效果最好,与广泛采用的反距离加权法相比,该方法预测的BW残差与实际残差间的RMSE减小了0.14‰,ME也更接近于0.最后,利用最优的插值方法生成了BW回归模型的残差分布图,并将其与BW的模拟结果叠加得到了中国降水δ18O的空间分布图.其结果总体上反映了中国大气降水中δ18O的分布状况,为降水δ18O的现代过程研究以及古气候和古水文的研究提供了资料参考.