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。

淡水水体中氮污染源的识别--利用硝酸根中氮和氧同位素组成

氮营养盐污染在全球很多区域都是一个备受关注的环境问题,尤其是以农业为主的区域和人口密集的区域,因此,关于水体中氮污染源识别技术尤为重要.硝酸根离子中的氮、氧同位素组成在过去的十几年中频繁地应用于识别淡水水体中氮污染源的研究中.本文总结了已知氮污染源中氮、氧同位素组成的特征变化区间,阐述了影响氮、氧同位素组成的主要因素,描述了3种氮、氧同位素组成主流的测试方法,展望了未来定量测算各种氮污染源贡献比例的前景.在实际研究中,还将氮、氧同位素组成和水体化学特征结合,则可以有效地识别淡水水体的氮污染源.随着检测精度的不断提高,各种代表性端元污染物同位素值经验区间也变得更加准确.

我国部分地区降水中氧同位素成分与温度和降水量之间的关系

根据对ＩＡＥＡ（１９９０）资料的分析，香港、广州、昆明、石家在以及西安降水中的δ￣（１８）Ｏ存在明显的季节变化。位于低纬度的前３个站的δ￣（１８）Ｏ与降水量存在一定程度的反相关关系，即存在数量效应；位于中纬度大陆的后两个站的δ￣（１８）Ｏ与地面气温存在明显的正相关关系，即存在温度效应。简单瑞刮模型对于解释年平均δ￣（１８）Ｏ和相应温度的统计关系是有用的。若假设大气水汽为涡旋输送时，δ￣（１８）Ｏ－Ｔ梯度观测值与理论值有较好的一致性。

同位素溯源解析地下水库对地下水氮分布影响

以山东省王河地下水库为研究对象,利用氮氧双同位素分析地下水库的氮分布特征、来源以及转化过程,并利用IsoSource软件计算了不同污染源对地下水的贡献比例,进而分析地下水库对地下水中氮分布的影响。结果表明:库区内地下水中NO_3^-和TN浓度高于库外地下水,并且空间差异性小,地下水氮来源以化肥为主;库区内地下水中存在着反硝化过程,库区外地下水氮来源以海水养殖和化肥为主;地下水库阻隔了氮的水平流动,造成库区内地下水中氮的累积,进而增强了氮的反硝化作用。

N和O双同位素技术解析厌氧氨氧化分馏效应的研究进展

新型主流厌氧氨氧化脱氮工艺已成功应用于实际废水处理,由于其独特的脱氮性能逐渐代替传统的脱氮工艺。组合工艺运行主要以厌氧氨氧化反应维持长期稳定为关键,分析氮素迁移转化特性对于诠释反应机理提供可靠依据。总结现有的溶解氮转化方法,对比了解使用范围,化学法成为诠释氮素转化过程最可靠方式,结合动力学模型诠释反应过程中氮和氧的迁移转化过程,分析反应过程中同位素特性的转化,充分了解厌氧氨氧化反应氮和氧分馏效应的特性,对于指导工艺运行起到至关重要的作用。

典型草地土壤反硝化过程同位素分馏效应

反硝化过程是生态系统气态氮损失的主要途径,然而其速率一直难以量化。^(15)N同位素自然丰度法是量化陆地生态系统尺度反硝化速率的有效方法,但是该方法需要考虑反硝化过程中的氮氧同位素分馏效应。目前关于陆地土壤反硝化作用分馏系数的研究主要集中在森林和农田,对于草地土壤的研究十分有限。基于此,本研究以我国不同地区的4种典型草地土壤(大兴安岭、多伦、额尔古纳和刚察)为对象,通过室内厌氧培养实验测定土壤微生物群落反硝化作用的硝酸盐消耗速率,并借助瑞利分馏模型拟合出N和O同位素分馏效应(ε)及其比值(Δδ^(18)O∶Δδ^(15)N)。结果显示,草地土壤15ε为21.6‰~32.0‰(27.1‰±2.1‰),^(18)ε为10.4‰~15.7‰(12.9‰±1.1‰)。研究发现,不同环境之间15ε存在一定差异,可能归因于不同类型土壤理化性质和反硝化微生物群落组成的差异。此外,不同研究所用计算方法的差异、底物硝酸盐浓度、硝酸盐异化还原反应以及开放环境中可能发生的硝化作用等都会在不同程度上影响15ε的计算。对于^(18)ε来说,年均温和年均降水是影响^(18)ε的重要因素。草地土壤Δδ^(18)O∶Δδ^(15)N比值为0.38~0.49(0.46±0.03),低于以往陆地和水体生态系统以及微生物纯培养的研究。亚硝酸盐的再氧化和与水之间的氧同位素交换可能是造成Δδ^(18)O∶Δδ^(15)N差异的重要原因。综上所述,不同草地生态系统土壤反硝化分馏效应存在一定差异,在定量评估陆地生态系统反硝化作用速率时需综合考虑气候类型和生态系统等变量。

硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程记录的海洋氮循环研究进展

海洋生态系统中的氮素生物地球化学循环主要是由微生物的代谢过程来驱动的,包括氮固定、氮同化、硝化以及反硝化和厌氧氨氧化过程,这些过程都伴随着不同程度的氮氧同位素的分馏,直接影响着海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素组成。因此,通过检测海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素信号,就可以捕捉到海洋中发生的具体氮素循环过程。细菌反硝化法是这一研究最有力的手段,通过细菌的作用把硝酸盐中记录的氮氧稳定同位素信号转化到N2O中,再通过痕量N2O的同位素质谱测定和分析,准确地反映海洋中发生的氮素转化过程。硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程为深入理解海洋氮循环提供了一个重要的工具,有力推动了海洋氮素生物地球化学的研究,在近10年来取得了重要进展。