石生苔藓组织氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降与迁移的研究

利用苔藓组织氮含量和氮稳定同位素研究了贵阳市大气氮沉降的来源、沉降和迁移。结果表明,贵阳地区苔藓氮含量的变化特征很好地指示了区内大气氮沉降的空间变化。贵阳市区苔藓氮同位素与郊区或农村地区差异明显,区内城市与农村有不同的氮源。苔藓氮同位素从市区往外逐渐偏正(-8.87‰~-2.48‰),说明来自市区的铵在逐渐减少,而来自农村的铵的贡献逐渐增加。贵阳地区从市区往外苔藓氮含量随距离指数降低(y=1.5e-0.13x+1.26),而氮同位素随距离对数升高[y=2.54ln(x)-12.227],揭示了源自市区的大气铵(NHx)向周边的扩散迁移呈指数降低的变化规律。运用极限法求解苔藓氮含量和氮同位素组成随距离变化的函数,发现市区铵沉降的影响范围小于41 km,在17.2 km以外的地区,市区铵沉降低于背景农业铵沉降值。     

贵阳地区主要大气氮源的沉降机制与分布：基于石生苔藓氮含量和氮同位素的证据

对贵阳市区到农村地区4个方向的175个石生苔藓样品氮含量和氮同位素(δ15N)进行了分析.苔藓δ15N表明贵阳地区大气氮沉降以铵沉降为主,主要来源为城市废水氨释放以及农村地区的农业氨挥发.苔藓氮含量从市区往外随距离呈指数降低,而δ15N随距离对数升高,揭示了城市来源的铵沉降随距离指数降低,该变化模式与其他点源氨的沉降分布以及点源氨附近苔藓氮含量的变化规律相同.因此,贵阳市区可以看成整个研究区的一个点状氨源.不同方向苔藓氮含量和δ15N随距离的变化梯度存在差异,表明城市铵向周边不同方向的扩散迁移具有非均一性,其原因可能与地形条件、植被状况、风向、城市化程度等有关.苔藓δ15N平均值在15 km以外没有明显差异,反映了农业面源氨的影响.此外,运用极限法计算,苔藓氮含量随距离的变化关系(y=1.5e-o.13x 1.26)表明城市铵的影响范围总体小于41 km,而苔藓δ15N的变化(Y=2.54lnx-12.23)反映了在17.2 km以内的地区,大气氮沉降以城市铵为主,17.2 km以外的地区主要受农业铵沉降的控制.本研究为城市氮沉降的变化提供了新的证据,促进了苔藓氮含量和δ15N方法研究大气氮沉降从定性向定量的发展.     

植物叶片氮同位素(δ15N)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。     

中国煤炭和城市苔藓的氮同位素组成特征

中国城市大气污染主要是煤烟型污染,因此研究中国主要聚煤区煤炭的氮同位素组成对利用氮同位素技术示踪中国城市大气N污染的来源具有重要意义.苔藓的主要N源是大气沉降N,故苔藓的氮同位素组成能有效识别大气N源.     

喀斯特高原石灰土区退化植物群落常见灌木叶片的氮同位素组成研究

为探讨喀斯特高原石灰土区植物稳定氮同位素组成的变异特征及其影响因素,以贵州省清镇市王家寨小流域为例,选取流域内石灰土区退化植物群落3种植被类型中的4种灌木植物,分别对其叶片的氮同位素和C、N、P、K、Ca、Mg元素含量进行了测定。结果表明,研究区常见灌木叶片的δ~(15)N值为-5.86‰～-0.54‰,均值为-2.31‰;植物叶片的δ~(15)N值在不同群落间的差异显著(P0.05),但种间差异仅在灌丛群落中显著(P0.05);物种因素和群落类型的交互作用对研究区灌木叶片δ~(15)N值有显著影响(P=0.021,R~2=0.860);植物叶片δ~(15)N值与叶片K含量之间具有显著负相关(P0.05),而与叶片N含量之间并非正相关,这可能与喀斯特地区严酷的生境条件有关。     

基于苔藓氮含量和氮同位素的太白山大气氮沉降研究

利用石生苔藓氮含量和氮同位素研究太白山地区大气氮沉降量及来源。对太白山不同海拔高度上石生苔藓样品氮含量(ω(TN))和氮同位素值(δ15N)进行分析,并对南北坡数据进行比较。南坡苔藓ω(TN)与海拔高度(Laltitude)的关系为ω(TN)=5.23-3.00×10-4Laltitude(R2=0.05),北坡为ω(TN)=3.48-3.00×10-4Laltitude(R2=0.14);南北坡苔藓ω(TN)随海拔高度变化规律不明显;根据前人经验估算出南坡大气氮沉降量最大值和最小值分别为122.11、48.07kg/(hm2·a),平均值为70.57 kg/(hm2·a);北坡大气氮沉降量最大值和最小值分别为61.66、21.72 kg/(hm2·a),平均值为39.03 kg/(hm2·a);南坡苔藓δ15N主要集中在-6‰~-2‰,北坡苔藓δ15N主要集中在-5‰~-1‰,太白山地区主要氮源为农业或土壤氮的自然释放。     

海水硝酸盐氮、氧同位素组成研究进展

海洋中氮的生物地球化学循环影响着海洋生态系统的结构和功能,并和全球气候变化有着密切的联系,一直是海洋科学研究的重点和热点。海水硝酸盐的15N/14N和18O/16O比值可以反映海洋中氮循环的主要过程,因而成为研究海洋氮循环的一个重要手段。综述海水硝酸盐氮、氧同位素组成的测定方法,同化吸收作用、硝化作用、反硝化作用、生物固氮作用等氮循环过程所导致的氮、氧同位素分馏及其在海洋学研究中的应用。海洋生态系中硝酸盐氮、氧同位素的分布可以提供支持生物生产力的氮来源信息,以及氮在不同储库迁移转化的路径与机制。未来的研究需要发展适用于低含量硝酸盐的同位素测量方法,构筑海洋氮的收支平衡,掌握影响上层海洋硝酸盐氮、氧同位素变化的过程,获取全球海域有关硝酸盐氮、氧同位素组成的更多数据。     

西安浐河、灞河硝酸盐氮同位素特征及污染源示踪探讨

硝酸盐是河流主要污染物之一,近些年,对西安市各主要河流监测发现硝酸盐氮污染有加重的趋势,然而对这些河流硝酸盐氮污染源尚缺乏足够的认识.由于不同氮来源的硝酸盐氮同位素组成不同,氮同位素示踪技术被应用到河流硝酸盐污染源方面的研究.笔者通过对西安市东部补给水源(泸河、灞河)无机氮含量变化调查,并利用河水硝酸盐氮同位素组成和特征,初步讨论了这两条河流硝酸盐氮的可能污染源.结果显示,泸河、灞河在源头附近δ15N-NO3是由岩石和天然土壤中的有机氮起主导因素;中游δ15N值偏重是由于农业活动施加化肥引起;下游δ15N达到最高,说明工业废水、生活污水和粪肥的影响占主导.该结论为以后深入研究陕西地区河流水质提供基础.     

氮同位素技术的应用:土壤有机氮作为地下水硝酸盐污染源的条件分析

在土壤排水良好、氧化的地下水环境中,地下水的氮同位素组成反映了源的特征。当地下水硝酸盐的δ15N值在+4‰～+9‰范围内时,这个值域指示地下水硝酸盐污染源是土壤有机氮或化肥与粪便的混合。通过分析对比前人研究资料,地下水中硝酸盐是否来自土壤有机氮的转化,其前提条件是研究区土壤有机氮是否丰富,特别是包气带中是否积累了大量有机氮转化的NO3-,并以石家庄市地下水硝酸盐污染为例,说明了这种条件分析在氮同位素技术应用时的重要性。通过包气带岩性、有机质和NO3-含量分析、施肥区与未施肥区灌水试验对比,土壤有机氮不是石家庄市地下水NO3-的一个主要污染源。当地下水硝酸盐低浓度时(1991),85.7%的样品NO3-的δ15N值在+6.1‰～+8.4‰范围内,指示污染源主要为化肥与粪便的混合,而当现今的高浓度时,样品硝酸盐的δ15N均值(+9.9‰±4.4‰)大于+8‰和超过半数(65%)样品的δ15N值大于+8‰,指示污染源主要是粪便或含粪便的污水。     

大气环境氮同位素示踪及生物监测

大气中氮的转化、迁移和沉降等大气过程与地表氮的生物地球化学循环密切相关。氮同位素对大气氮源和氮的大气化学过程的定量研究已引起广泛关注。本文对大气不同氮源的同位素特征、氮在大气过程中的同位素分馏机制以及如何定量化大气氮过程的方法进行了简要阐述,并介绍了苔藓氮同位素作为一种新的研究手段在示踪大气氮源和大气氮过程等方面取得的新进展。对国内开展的有关大气氮同位素以及苔藓氮同位素方面的工作进行了重点介绍。     

Atmospheric Reactive Nitrogen Cycle and Stable Nitrogen Isotope Processes: Progresses and Perspectives

Oxidized reactive nitrogen in the atmosphere mainly consists of nitrogen oxides (NO _X =NO+NO₂, NO₃) and nitric acid. The atmospheric cycling of NO _X influences the formation of ozone and hydroxyl radicals that are important for atmospheric oxidation capacity. Nitric acid, the final product of NO _X oxidation, not only is an important component of particulate pollutants, but also has a direct impact on the ecosystem through dry and wet deposition. The stable nitrogen isotope (δ¹⁵N) shows the potential to study reactive nitrogen cycle, and to trace the emission, transport and deposition of reactive nitrogen from local to global scales. Here, we reviewed previous studies using δ¹⁵N to investigate NO _X emission and atmospheric reactive nitrogen cycle, and discuss the uncertainties of δ¹⁵N signatures of different NO _X sources from two aspects: NO _X generation mechanism and NO _X collection methods. We also discussed the nitrogen isotope fractionation and the consequences during the conversions of NO _y molecules. We ended up with discussions on the possibility of using δ¹⁵N to trace NO _X emissions. Although there are still large uncertainties in quantifying and tracing NO _X emissions using nitrogen stable isotopes, such isotope tool is efficient enough to trace reactive nitrogen cycles in the atmosphere. On the basis of this, we proposed that we can combine atmospheric chemistry transmission models with isotope tracers to improve our understanding of regional and global atmospheric reactive nitrogen cycle regarding the fluxes of different emission sources, their atmospheric transformation, etc.     

Tree-ring growth recovers,but δ13C and δ15N do not change,after the removal of point-source air pollution: a case study for poplar (Populus cathayana) in northwestern China

Pollution from urban centers and fossil fuel combustion can decrease forest growth and interfere with physiological processes. To evaluate whether tree growth and the carbon isotope ratio (δ¹³C) and nitrogen isotope ratio (δ¹⁵N) in tree rings can serve as proxies for air pollution, this study compared these indices for poplar (Populus cathayana) growing at urban and suburban locations in Lanzhou, in northwestern China. Basal area increment values were much lower at the urban site than in the suburbs from 1985 to 2009, were negatively correlated with NO₂ (r = ?0.56, p < 0.01) and SO₂ (r = ?0.52, p < 0.05) emissions from 1990 to 2009, and increased abruptly after the Lanzhou urban steel factory closed. Urban tree-ring δ¹³C values were not significantly correlated with NO₂ and SO₂ concentrations, and did not differ significantly between the two sites, indicating that other environmental effects (such as precipitation) masked the pollution effects. Tree-ring δ¹⁵N values in the urban samples were much higher than the suburban values. Such differences may be attributable to uptake of ¹⁵N-enriched compounds caused by a higher urban N deposition rate. Tree growth is a promising tool for detecting ecophysiological responses of trees to both diffuse and point-source air pollution, but δ¹³C and δ¹⁵N in poplar were not sensitive to point-source air pollution in a heavily polluted environment.     

热液体系氩同位素示踪研究

采用分阶段加热爆裂法测定了不同成因热液矿床脉石英流体包裹体的氩同位素,计算出各温度段内大气氩的相对含量,从而,总结出大气降水热液矿床、再平衡岩浆水热液矿床等成矿流体的氩同位素组成特征及其演化规律。典型的大气降水热液矿床,其成矿流体以具有高大气Ar组分(约95%-100%)为特征;再平衡岩浆水热液矿床成矿流体的Ar同位素组成特征取决于与其有成因关系的初始岩浆水的Ar同位素组成及矿源层和围岩的性质,产于古老变质岩中的,一般以具有低大气Ar组分(约6%-20%)为特征,其它的再平衡岩浆水热液矿床在主成矿温度范围内一般为50%-60%左右。     

氮氧同位素在河流硝酸盐研究中的应用

多年来，世界各地河流普遍存在硝酸盐污染问题。为控制河流的硝酸盐污染，确定河水中硝酸盐的来源以及研究氮的循环过程就显得尤为重要。由于在不同成因下，硝酸盐的δ¹⁵N和δ¹⁸O存在着较大差异，因此利用氮、氧同位素方法研究河流硝酸盐问题正日益受到国内外研究人员的重视。综述了用硝酸盐中氮、氧同位素来研究河流硝酸盐的不同来源(大气沉降、化肥、牲畜粪、土壤硝酸盐等)和示踪其地球化学循环过程，特别是反硝化过程，这两方面的研究进展，并对我国河流硝酸盐研究现状进行了讨论及提出今后的研究方向。      

长江干流丰水期河水硫酸盐同位素组成特征及其来源解析

碳酸盐岩的硫酸风化机制及其与碳循环的关系是全球碳循环研究中最为关注的科学问题之一, 其关键问题是识别硫酸盐来源.通过分析长江干流丰水期SO₄2-浓度及其硫、氧同位素组成特征, 探讨长江硫酸盐的来源及其主要控制因素.长江河水SO₄2-含量呈现逐年增加的趋势, 并且年增幅度逐渐加大.δ34S_SO4和δ18O_SO4变化范围为-3.5‰~5.6‰和3.7‰~9.2‰, 二者呈现显著的线性负相关关系.δ18O_SO4值从上游到下游的增加趋势受长江水δ18O_H2O值的空间组成特征的影响.研究表明, 大气降水(酸雨)和硫化物氧化是控制长江干流丰水期河水硫、氧同位素组成及其来源的主要机制, 为研究长江流域化学风化侵蚀作用和碳循环过程提供重要的理论依据.      

The oxygen isotope composition of nitrate generated by nitrification in acid forest floors

The oxygen isotope composition of nitrate is used increasingly for identifying the origin of nitrate in terrestrial and aquatic ecosystems. This novel isotope tracer technique is based on the fact that nitrate in atmospheric deposition, in fertilizers, and nitrate generated by nitrification in soils appear to have distinct oxygen isotope ratios. While the typical ranges of δ¹⁸O values of nitrate in atmospheric deposition and fertilizers are comparatively well known, few experimental data exist for the oxygen isotope composition of nitrate generated by nitrification in soils. The objective of this study was to determine δ¹⁸O values of nitrate formed by microbial nitrification in acid forest floors.Evidence from laboratory incubation experiments and field studies suggests that during microbial nitrification in acid forest floor horizons, up to two of the three oxygen atoms in newly formed nitrate are derived from water, particularly if ammonium is abundant and nitrification rates are high. It was, however, also observed that in ammonium-limited systems with low nitrification rates, significantly less than two thirds of the oxygen in newly formed nitrate can be derived from water oxygen, presumably as a result of heterotrophic nitrification. It can be concluded from the presented data that the δ¹⁸O values of nitrate formed by microbial nitrification in acid forest floors typically range between +2 and +14‰, assuming that soil water δ¹⁸O values vary between −15 and −5‰. Hence, oxygen isotope ratios of nitrate formed by nitrification in forest floors are usually distinct from those of other nitrate sources such as atmospheric deposition and synthetic fertilizers and, therefore, constitute a valuable qualitative tracer for distinguishing among these sources of nitrate. A quantitative source apportionment appears, however, difficult because of the wide range of δ¹⁸O values, particularly for atmospheric nitrate deposition and for nitrate from microbial nitrification.     

陆生植物氮同位素组成与气候环境变化研究进展

近年来,由于植物氮同位素组成(δ15N)记载了气候环境变化的信息,因而被广泛应用于全球变化研究中,成为古气候环境再造和了解现代气候环境变化信息的有力工具。然而,人们对气候环境引起的δ15N变化及其指示的气候环境意义并不完全清楚,这就有可能限制植物δ15N在古气候环境变化等领域研究中的应用。在概述植物氮同位素分馏和植物不同氮源的氮同位素分布的基础上,分析了温度、降水、大气CO2浓度和海拔高度等气候环境因子对陆生植物δ15N的影响以及它们的关系。指出了目前研究中存在的问题及其研究前景,认为在全球变化研究中利用植物氮同位素技术不仅可以重建古气候环境(如重建大气CO2浓度变化),揭示历史时期温度、降水的变化,而且还可以在一定的时间和空间上综合反映生态系统氮循环的特征。     

青藏高原北部植物叶片碳同位素组成的空间特征

测定了青藏高原北部13个地点101份草本植物叶片碳同位素组成(δ¹³C值), 结果发现, 植物叶片δ¹³C值的分布范围在-29.2‰～-23.8‰之间, 平均值约为-26.89‰, 明显低于全球高海拔植物叶片δ¹³C值(-2.6‰) ; 而植物叶片δ¹³C值随海拔和经、纬度的变化趋势与其它同类报道相似:随着海拔的升高和经、纬度的降低, 植物叶片δ¹³C值呈现升高趋势. 叶片δ¹³C值也随土壤含水量和土壤温度的变化而变化:土壤含水量越高, 土壤温度越低, 植物叶片δ¹³C值越小, 但它们之间的相关关系不具统计学意义. 初步分析表明, 大气压力 (CO₂分压)和温度的协同变化导致了叶片δ¹³C值随着海拔变化的分布格局, 而温度和相对湿度的变化是引起叶片δ¹³C值的经、纬度效应的主要因子.     

Chemical Composition of Urban Street Sediments and Its Sources

INTRODUCTIONBeijingfacesseveredustpollutionduetosuchsourcesasdustimportedfromwesterndeserts,industryandpowerplants,domesticcombustionprocessesandtraffic .Inthelastdecades ,theurbanpopulationhasgrowntomorethan10million .TheeconomicgrowthofChinahasalsoleftitsfootprintsinBeijing .Newindustrialzonesanddomesticar easweredeveloped ,inducinganincreasingtrafficcirculation(Shi,2 0 0 1) .Thedroughtclimateinalmostthewholeyear ,thestrongmonsoonsinwinterbringingdustsfromtheGobidesert,theheavytraffic…     

大气有机氮沉降及其对海洋生态系统的影响

有机氮是大气中含氮物质的重要组成部分。大气中有机氮化合物的种类繁多,按其存在的形态可分为：氧化型、还原型以及生物/颗粒型有机氮,这些有机氮可来自自然源和人为源的直接释放,也可来自于无机氮与碳氢化合物间的大气化学反应。大气有机氮对海洋的输入不仅可以促进海洋初级生产力的增长、进而增加二氧化碳的吸收速率,还可能影响海洋生态系统的结构和功能。分析了海洋大气有机氮沉降的最新研究进展,结果表明：气溶胶中的有机氮在总氮中所占的比例为39.6%±14.7%;陆地雨水中以有机形式存在的溶解氮为30.2%±15.0%,而海洋上,溶解有机氮可达到雨水中总氮的62.8%±3.3%。可见,目前仅包括无机氮沉降的入海通量可能低估了1/3。因此,开展大气有机氮沉降的研究,有助于评价有机氮在全球氮循环中的作用,以及对海洋生态系统的短期和长期的影响。