水样中溶解性无机碳同位素测试前处理方法对比研究

水中溶解性无机碳(DIC)的碳同位素前处理方法由传统的BaCl2沉淀法,逐步发展到野外采样后直接通过连续流系统(GasBench-IRMS)测试.当前对于BaCl2沉淀法和连续流测试结果的差异,以及最佳DIC的前处理方法均需要开展深入研究.本文应用BaCl2沉淀法、医用无菌高密度聚乙烯瓶装样、GasBenchⅡ顶空样品瓶野外直接生成CO2气体三种前处理方法,对比研究前处理方法对采自桂林盘龙洞洞穴滴水和地下河水样中DIC碳同位素测试的影响.结果表明,由于BaCl2沉淀法使水样中游离CO2逸出,导致测定的DIC碳同位素值相对于另两种方法均偏正:地下河水样的碳同位素值最大偏正0.26‰;洞穴滴水的碳同位素值最大偏正0.33‰.因为野外水样采集环境的温度、大气压强与实验室内部环境变化较小,没有引起CO2、HCO3的溶解度改变,用医用无菌高密度聚乙烯瓶和GasBenchⅡ顶空样品瓶采集水样的碳同位素测试结果相同;相对而言,利用GasBenchⅡ顶空样品瓶直接产生CO2气体,能够避免外界环境条件变化导致CO2、HCO3-的溶解度发生变化引起碳同位素分馏,是精确测定水中DIC碳同位素最佳的前处理方法.     

微藻CO2同化过程的稳定碳同位素分馏值

研究微藻CO2同化过程中的碳同位素分馏值,对研究微藻在碳效应过程中的作用具有重要意义。目前还没有获取微藻CO2同化过程的稳定碳同位素分馏值的在体实验方法。文章以莱茵衣藻、蛋白核小球藻、及野外红枫湖混合藻三种岩溶湖泊微藻为例,利用双向标记建立了能在体获得此分馏值的方法,并通过此分馏值定量了微藻的各种无机碳利用途径份额。获得各自CO2同化过程中的碳同位素分馏值分别为15.3‰、14.8‰、21.7‰。三种藻分馏值差异主要与藻的种类及其细胞体积大小有关。利用此分馏值计算出衣藻、小球藻、混合藻自然培养下的碳酸氢根离子途径利用份额分别为100%、81.1%、97.8%,表明了生长在岩溶湖泊的微藻利用无机碳的途径主要为碳酸氢根离子。      

碳酸酐酶对碳酸盐岩溶解的催化作用及其在大气CO2沉降中的意义

CO2向H^ 和HCO3^－的转换是一相对慢速过程。因此，其动力学可能决定碳酸盐岩的溶解速率。在灰岩和白云岩的溶解实验中，使用了自然界普遍存在的碳酸酐酶（CA）来催化这一CO2转换反应，结果发现，对灰岩而言，加入CA后，其溶解速率在高CO2分层时可增加10倍，而对白云岩，其溶解速率增加主要在低CO2分压时，可达3倍左右。这一发现表明，化学风化（包括碳酸盐岩溶解和硅酸盐风化）作用在大气CO2沉降和全球碳循环里的所谓丢失的汇中的重要性需要重新评价。毫无疑问，已往的研究由于未认识到CA在风化中的催化作用，因此低估了风化作用的速率，同时也低估了风化作用对大气CO2沉降的贡献。另一方面，也表明了研究自然界不同水体中CA分布及其活度和CA在自然界风化作用中的作用的必要性。     

生物气CO_2还原途径中碳同位素分馏作用研究及应用

地质历史中,CO2/H2还原产甲烷作用对生物气的形成具有十分重要的意义。中国柴达木盆地第四系生物气主要为CO2/H2还原型生物气。笔者以CO2/H2还原生气理论为指导,进行不同初始碳同位素值和不同赋存状态碳源的生物模拟实验,研究CO2/H2还原产气过程中发生的碳同位素分馏作用。实验结果表明,产物中δ13CH4值与底物的δ13C值呈很好的正相关关系;在反应母质过量的情况下,碳源的赋存状态可以影响产物甲烷的碳同位素组成。以游离形式CO2还原产生的甲烷δ13C值,相对于以HCO3-、CO23-离子形式产生的甲烷δ13C值轻。通过柴达木盆地东部第四系生物气田实例分析,探讨了该区生物气的主要底物CO2的来源及赋存状态,对评价盆地生物气资源和有利勘探区预测有重要的参考价值。     

胶东金矿集区硫和碳的循环与控矿作用

胶东金矿集区矿石中普遍含金属硫化物和碳酸盐矿物,某些矿床中还见有富含炭质的断裂破碎带.成矿溶液中含有大量的SO4^2-、HCO3^-、CO2和有机质等的含硫和含碳组分.矿石硫同位素组成明显富集重硫,结合胶东金矿主要成矿时期（早白垩世）特殊的地质背景、同期海水硫酸盐δ^34S平均值（约＋16‰）及现代海水沿NE-NNE向断裂倒灌情况,笔者认为,硫的主要来源与海水硫的大量补给有关.而根据碳、氧同位素组成特征分析,形成金矿床中方解石的物源有很大一部分来自前寒武系碳酸盐岩.浅表环境下成矿金属元素及硫、碳等物质在热液对流系统中的大规模循环是成矿的关键,SO4^2-与S2^-之间的临界转化是制约成矿金属元素活化-迁移-聚集的重要因素,而含碳组分（CO3^2-、HCO3^-、CO2和有机质）则有利于Au、Cu、Pb、Zn等元素的活化和迁移,含硫和含碳组分的循环及有关的物理化学反应之间有明显的关联性.     

土地利用变化对岩溶地下水溶解无机碳及其稳定同位素组成的影响

土地利用变化对岩溶地下水溶解无机碳（DIC）的影响关系到岩溶作用强弱及其相关的全球碳循环的正确评价。对贵州茂兰原始森林内的板寨岩溶地下河流域和普定岩溶石漠化强烈的陈旗、灯盏河泉域三种不同的土地利用下的地下水的DIC及其稳定同位素进行了分析,结果表明,地下水的DIC表现形式主要为HCO3^-。对于缺少土壤覆盖的板寨和灯盏河岩溶地区,雨季主要因为稀释作用,HCO3^-含量出现年内最低值;而对于较多土壤覆盖的陈旗岩溶地区,雨季主要受土壤CO2效应控制。HCO3^-含量出现年内最高值,反映了土壤在岩溶作用及其碳循环中的特殊重要性。此外,夏季由于生物量的增加,δ^13DIC值较冬季偏轻1‰～2‰。而对于不同土地利用而言,石漠化影响下的地下水δ^13DIC较原始森林下的地下水偏重2．5‰-3．0‰,且随着石漠化的发展,土壤的进一步流失,地下水δ^13DIC进一步偏重,反映了石漠化后生物量比例减少和大气成因CO2比例增加对地下水δ^13DIC升高的影响。     

硅藻碳酸酐酶对石灰岩岩溶的作用及其生态意义

碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)是一种广泛存在的金属酶,催化CO2的水合反应。硅藻分泌的碳酸酐酶能促进石灰岩的溶蚀。对硅藻碳酸酐酶在石灰岩岩溶中的作用进行了探讨。结果表明,硅藻碳酸酐酶在生物岩溶中具有重要的作用和地位,同时为深入研究生物对石灰岩的溶蚀作用提供了一定的科学依据。     

重大地质转折期的碳、硫循环与环境演变

碳、硫在表层储库和地质储库以不同的形式相互转换,在这个过程中都伴随着一定的同位素分馏。碳同位素的分馏主要受到光合作用以及海水溶解无机碳与大气CO2交换的控制,而硫同位素的分馏则主要受控于硫酸盐细菌还原作用。表层储库碳、硫同位素的组成通过地质作用被很好地保存在地质储库中,因此通过对地质储库中碳、硫同位素的分析和研究,可以很好地了解地球各圈层相互作用的规律,重塑地质历史特别是重大关键转折时期的演化过程。同时文中借助一些碳、硫同位素应用实例,进一步加深理解影响碳、硫同位素组成和变化的原因,以提高对不同时期全球环境变化的认知程度。     

碳氧同位素水文地球化学方法在找钾中的应用

在系统测定和分析了云南兰坪-思茅盆地调查区盐系地层，钾矿层中碳酸盐以及盐系HCO3^-的碳（^13C)，氧（^18O)同位素组成的基础上，发现了含钾盐泉的同位素组成特征和影响盐泉HCO3^-同位素组成的一些因素，结果确定了对找钾有利的盐泉，经与其他找钾方法确定含钾异常有较好的吻合性，表明用碳酸盐同位素方法找钾有良好的前景。     

锦屏山地下水碳酸碳氧同位素组成

HCO－ 3是地下水中主要化学成份之一，主要来自CO 2气体的加入及地层中碳酸盐岩的溶解，HCO－3中的碳氧稳定同位素（ 13 C、 18 O）与地层中碳酸盐岩存在相关关系。在系统采集和测定了锦屏山碳酸盐岩地层、钙华及地表 水、地下水中HCO－ 3的 13 C、 18 O组成的基础上，发现地下水因起源、补给和径流循环条件不同，其碳氧稳定同位素组成也各不相同，据此为查明锦屏山地下水系的发育特征提供了重要依据。     

碳酸酐酶胞外酶影响下的岩溶湖泊微藻碳汇研究

以岩溶湖泊——红枫湖的微藻为研究对象,通过添加两种标记稳定碳同位素组成的无机碳进行室内模拟岩溶环境条件;并通过添加不同浓度的乙酰唑胺（AZ）,来模拟岩溶湖泊中碳酸酐酶胞外酶活性差异的各类微藻。重点监测微藻蛋白质含量及其稳定碳同位素组成变化等指标,计算其对不同来源无机碳的吸收利用份额,并结合微藻的生物量生长指标,最终计算出碳酸酐酶胞外酶活性差异的各种微藻的碳汇能力。结果显示:在岩溶湖泊的自然水体中,碳酸酐酶胞外酶活性强的微藻碳汇能力是缺乏碳酸酐酶胞外酶的微藻碳汇能力的5倍。碳酸酐酶胞外酶对微藻光合碳汇能力的影响显著。      

Effects of carbon anhydrase on utilization of bicarbonate in microalgae: a case study in Lake Hongfeng

A bidirectional labeling method was established to distinguish the proportions of HCO₃^? and CO₂ utilization pathways of microalgae in Lake Hongfeng. The method was based on microalgae cultured in a medium by adding equal concentrations of NaH¹³CO₃ with different δ¹³C values simultaneously. The inorganic carbon sources were quantified according to the stable carbon isotope composition in the treated microalgae. The effects of extracellular carbonic anhydrase (CAex) on the HCO₃^? and CO₂ utilization pathways were distinguished using acetazolamide, a potent membrane-impermeable carbonic anhydrase inhibitor. The results show utilization of the added HCO₃^? was only 8% of the total carbon sources in karst lake. The proportion of the HCO₃^? utilization pathway was 52% of total inorganic carbon assimilation. Therefore, in the natural water of the karst area, the microalgae used less bicarbonate that preexisted in the aqueous medium than CO₂ derived from the atmosphere. CAex increased the utilization of inorganic carbon from the atmosphere. The microalgae with CAex had greater carbon sequestration capacity in this karst area.     

稳定碳同位素在第四纪古环境研究中的应用

文章对陆相沉积物、湖沼相沉积物以及脊椎动物牙齿中的δ¹³C研究作了系统的综述,特别对存在的问题提出了一些看法,认为黄土-古土壤序列中有机质δ¹³C与碳酸盐δ¹³C变化趋势相反的原因是CO₂与碳酸盐交换平衡时的分馏系数在古土壤堆积时和黄土发育时不一致造成的;陆相沉积物的有机质δ¹³C较碳酸盐δ¹³C能更加直接地反映沉积时地表植被状况,陆相沉积物的碳酸盐δ¹³C在古生态中的应用还有待于对它的形成机制和形成过程进行进一步的研究;我国黄土高原末次冰期的气候不利于C4的生长.文章强调古环境、古生态研究应该从现代过程入手,了解现代植物δ13C与气候参数的关系以及现代C4植物的分布规律.同时还认为分子化石的稳定同位素研究这一新研究手段将会给第四纪研究带来更新的活力.     

Does bicarbonate affect the nitrate utilization and photosynthesis of <Emphasis Type="Italic">Orychophragmus violaceus</Emphasis>?

The effect of bicarbonate (HCO₃^?) on the growth and development of plants varies by species. To better understand inorganic carbon and nitrogen assimilation changes of karst-adaptable plants under different HCO₃^? treatments, we conducted experiments on seedlings and in vitro plantlets of Orychophragmus violaceus (Ov). We found that the vital photosynthesis potential (as measured by net photosynthetic rate, actual photochemical efficiency of photosystem-II, photochemical quenching coefficient, and the instantaneous carbon isotope ratio of 3-phosphoglycerate) was consistent under different HCO₃^? treatments of Ov. Bicarbonate’s lack of effect on carbon assimilation of Ov may be related to carbonic anhydrase in Ov converting HCO₃^? to H₂O and CO₂. In this way, Ov could prevent HCO₃^? ion toxicity and high pH from harming its growth and development under HCO₃^? stress. This study also found that high HCO₃^? concentrations could promote nitrogen assimilation and utilization of Ov through changes in related indexes (foliar nitrogen isotope fractionation ratio, stable nitrogen isotope assimilation ratio, foliar stable nitrogen isotope fractionation, nitrate nitrogen utilization efficiency, and nitrate utilization share) under different HCO₃^? treatments. Bicarbonate has different effects on photosynthesis and on inorganic nitrogen assimilation of Ov, which may be connected to photosynthesis providing electrons for nitrate/nitrite reduction through the photosynthetic chain.     

桂林毛村不同植被类型土壤微生物数量与碳酸酐酶活性比较

以非岩溶区林地为对比,分析了桂林毛村岩溶区4种不同植被类型土壤微生物数量及碳酸酐酶(CA)活性的季度动态变化规律,发现以下主要结果:1随着植被的正向演替,岩溶区弃耕地、草地、灌丛及林地微生物数量及CA活性逐渐升高,微生物总数从64.07×10~4cfu/g上升到178.23×10~4cfu/g,CA活性从0.77 U/g上升到1.82 U/g,岩溶区林地大于非岩溶区林地。2在岩溶区不同植被类型,微生物组成均表现为细菌最多(平均值95.14%),放线菌次之(平均值2.79%),真菌数量最少(平均值1.75%)。而在非岩溶区表现为细菌最多(平均值90.95%),真菌次之(平均值5.32%),放线菌最少(平均值3.73%)。3微生物数量季节动态整体表现为春季至夏季逐渐上升,至秋季达到最高,冬季下降,微生物总数的增长依赖于细菌的倍数增长,真菌和放线菌影响较小。CA活性整体表现为夏季和冬季低于春季和秋季,秋季达到最大值。4 CA活性与细菌及微生物总数呈极显著的正相关,表明土壤CA主要来源于细菌的分泌。     

不同光照条件下石灰岩表面蓝藻生物岩溶侵蚀能力与生理活性研究

野外和室内监测试验结果初步表明,不同光照环境下石生蓝藻的生理学特性有明显差异。阴生生境下生长的石生蓝藻,其生理活性,包括光合放氧速率,叶绿体光化学活性,尤其是影响生物岩溶过程的关键酶--碳酸酐酶(CA)的活性明显高于阳生环境下生长的同类,最终导致阴生生境下生长的蓝藻对石灰岩溶蚀的速率也明显快于阳生生境下的蓝藻。     

Is bicarbonate directly used as substrate to participate in photosynthetic oxygen evolution

If the photosynthetic organisms assimilated only CO₂ in the Archean atmosphere, hydroxide ion in the Archean seawater would not increase. If plants would not consume bicarbonate as a direct substrate during photosynthesis, it is difficult to explain the evolution of Earth's environment. To date, it is generally accepted that photosynthetic O₂ evolution of plants come from water photolysis. However, it should be debated by evaluating the effect of bicarbonate in photosynthetic O₂ evolution, analyzing the role of carbonic anhydrase (CA) in photosynthetic O₂ evolution, and the relationship between thylakoid CA and photosynthetic O₂ evolution. In the paper, I propose that bicarbonate is directly used as substrate to participate in photosynthetic O₂ evolution. The rationality of bicarbonate photolysis of plants is discussed from the thermodynamics and evolution of Earth's environment. The isotopic evidence that bicarbonate is not the direct substrate of photosynthetic O₂ release is reexamined, and the new explanation of bicarbonate photolysis in photosynthetic O₂ evolution is proposed.

     

利用多年冻土区湖相沉积物中埋藏植物稳定碳同位素组成重建大气CO2浓度

沉水植物碳同位素分馏同水中溶解无机碳浓度有一定的关系，因而可以通过青藏高原多年冻土区的湖相沉积物中埋藏沉水植物－－龙须眼子菜（Potamogeton pectinatus)植物屑的碳同位素组成重建该地大气CO2浓度的变化情形，研究结果表明，该地在9．17－6．77ka BP间，大气CO2浓度是整个研究时间段中最低的，其后在6．77－4．56ka BP时期大气CO2浓度增加，在4．56－2．17ka BP之间，大气CO2浓度是整个研究时间内CO2浓度最高的阶段，植物屑的碳同位素组成反映了溶解无机碳浓度的变化，从而可用以重建大气CO2浓度的变化情况。     

CO2浓度梯度对两种岩溶微藻碳酸酐酶活性的影响

以经岩溶水驯化的小球藻（Chlorella vulgaris）和喜钙念珠藻(Nostoc calcicola Breb.)为实验对象,在封闭体系中用Willbur和 Anderson 方法比较研究两种不同微藻在不同CO2浓度下碳酸酐酶活性变化情况。结果表明:在低于3%CO2浓度的环境中岩溶微藻可通过快速调节自身碳酸酐酶活性来应对CO2升高带来的生境影响,在影响最大的2.5%的环境下小球藻与喜钙念珠藻碳酸酐酶活性分别提高了1.46倍和2.12倍;岩溶微藻应对CO2浓度增大带来的pH下降有着重要的恢复作用,随培养时间增长培养环境中的pH得到恢复;随着CO2浓度的增大,岩溶因子对碳酸酐酶有着重要的影响;培养48 h时Ca2+与喜钙念珠藻碳酸酐酶的相关性最高,而电导率（EC）与小球藻碳酸酐酶相关程度最高。