云南4个湖泊浮游生物碳、氮稳定同位素的季节变化及其影响因子

浮游生物是湖泊食物网的重要组成,其碳、氮稳定同位素能够反映元素地球化学循环和食物来源的波动,是了解水域生态系统结构变化的重要手段之一.本文选取云南4个不同类型湖泊,开展浮游生物碳、氮稳定同位素组成(δ¹³C、δ¹⁵N)的季节变化与湖泊对比研究.大型深水湖泊(抚仙湖和阳宗海)中,浮游植物δ¹³C值在夏、秋季(-20.34‰±1.98‰)显著高于冬、春季(-28.00‰±2.51‰),反映夏秋季藻类生长速率较高、HCO3-无机碳源利用增多等的影响.而小型浅水湖泊(长桥海和大屯海)中浮游植物δ¹³C值在夏季最高(-21.24‰±0.88‰),可能与雨季流域输入增强、陆源有机质占比增加有关.4个湖泊浮游生物δ¹⁵N值具有一致的变化特征,春季显著高于其他季节.分析表明,云南地区雨季以面源污染为主向旱季以点源污染为主的转变,导致氮素营养盐季节性来源差异,并通过生物吸收作用影响了浮游生物δ¹⁵N值的季节变化.在浮游动物与浮游植物的稳定同位素差值(即富集度)方面,营养水平高的小型浅水湖泊中δ¹³C富集度为1.61‰±0.90‰、δ¹⁵N富集度为2.71‰±1.22‰,显著小于营养水平低的大型深水湖泊(分别为2.60‰±0.98‰和4.19‰±1.25‰),表明随着湖泊营养水平的增加,浮游动物更多地以浮游植物为食,导致有机碳在不同营养级之间的传输过程中具有更强的耦合作用,且相邻营养级之间具有更低的δ¹⁵N富集度特征.     

梵净山九龙池沉积物氮同位素组成与全新世气候演变过程

湖泊沉积物氮同位素(δ¹⁵N)在古环境、古气候变化方面有着指示气候干湿变化的重要作用,但目前学界对于δ¹⁵N记录作为气候代用指标所指示的气候干湿变化特征仍缺乏深入探索。本文以贵州省梵净山九龙池湖泊沉积物为研究对象,分析并探讨δ¹⁵N所记录的梵净山地区气候干湿变化过程与特征,并结合总有机碳(TOC)、总氮(TN)和碳氮比值(C/N)数据进行对比研究,结果表明:(1)由于九龙池湖泊沉积物有机质受流域输入影响,气候湿润时,陆生植物增多,土壤湿度增大,外源输入对湖泊沉积物有机质影响增大,沉积物δ¹⁵N值偏负;气候干旱时,陆生植物减少,土壤湿度降低,外源输入对湖泊沉积物有机质影响减小,沉积物δ¹⁵N值偏正;(2)九龙池湖泊沉积物δ¹⁵N记录很好地揭示了梵净山地区全新世的气候干湿变化过程,即早期(11.5—9.2 ka B.P.)亚洲夏季风增强,气候从干旱期向湿润期转变,中期(9.2—3.0 ka B.P.)亚洲夏季风强盛,气候整体处于湿润期,晚期(3.0—2.2 k...     

鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源分析

通过对鱼苗时期鄱阳湖网箱养殖区沉积物、饵料及鱼粪等样品总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量、碳氮比(C/N)、δ^13 C及δ^15 N的测定,分析探讨了鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源,量化了网箱养殖废物对养殖区沉积物有机质的贡献.结果表明,网箱养殖区沉积物的δ^13 C和δ^15 N值分别为-27.67‰~-25.65‰和5.19‰~7.27‰,饵料的δ^13 C和δ^15 N值分别为-24.73‰和10.28‰,鱼粪的δ^13 C和δ^15 N值分别为-26.30‰和15.54‰.网箱养殖区沉积物有机质来源主要有残饵、浮游生物及其他来源,其贡献率分别为48.3%±11.4%、25.6%±11.3%及26.0%±5.8%,而鱼粪的贡献几乎可以忽略不计.在水动力平流引起的扩散及沉积物的再悬浮的影响下,网箱养殖源有机质的扩散距离达1500 m.在鱼苗时期,鱼类网箱养殖的残饵是鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质的主要来源.     

Cascadia边缘与天然气水合物共生沉积物中有机质碳、氮同位素组成及意义

Hydrate Ridge南高点ODP204航次5个站位54个沉积物样品中有机碳C, N同位素组成及C/N比值表明沉积物中的有机质主要来自海洋. 对1245B孔的系统分析表明天然气水合物的发育改变了沉积物中有机碳和氮同位素的成岩演化轨迹, 水合物发育处δ¹⁵N值和C/N比值同时变低, 且δ¹³C值相对较重; 在水合物稳定带内δ¹⁵N值的亏损将近2‰. 水合物发育处沉积物中氮含量的增加和δ¹⁵N值的亏损, 推断可能与天然气水合物发育处沉积物中细菌(包括古细菌)的固氮作用有关. 沉积物中有机质中碳、氮同位素的分布与沉积环境的变化同步响应, 同时亦反映流体活动的变化.     

δ13C和δ15N指示不同生态类型湖泊无机氮及有机质来源

为了探讨不同生态类型湖泊(天然湖泊、城市湖泊)中无机氮和有机质来源,分别采集湖泊中水体、表层沉积物、水生植物、底栖动物进行碳、氮同位素特征分析.结果表明:蚌湖水体δ15N-NH4均值为-1.8‰±1.0‰,δ15N-NO3-均值为-0.5‰±1.7‰,说明蚌湖水体氮表现为雨水和农业肥料氮污染;象湖δ15 N-NH4+均值为6.8‰±8.6‰,其中养殖废水和管道排污口δ15N-NH4+值分别为13.5‰和25.4‰,表现出污水氮同位素特征,象湖δ15 N-NO3-均值为-2.9‰±4.2‰,是氨的硝化作用引起的氮同位素分馏所致.蚌湖表层沉积物、水生植物δ15N差别不大,分别为6.6‰±0.3‰、7.1‰±0.7‰,水生植物δ13C均值为-27.5‰±0.3‰,比沉积物δ13C偏负3‰.有机C/N为9.4±0.5,比沉积物C/N明显偏高6,反映水生植物是蚌湖有机质的主要来源.象湖表层沉积物δ15N、δ13C及有机C/N分布范围大,δ15N在3.6‰～8.3‰之间,均值为5.9‰±1.6‰,δ13C在-27.1‰～-24.7‰之间,均值为-26.0‰±1.0‰,有机C/N在2.6 ～10.8之间,均值为6.2±2.7,表明城市湖泊沉积有机质来源复杂.2个湖泊蚌类δ15N组成与各自湖泊表层沉积物δ15N组成相对应.     

中国火山温泉气体地球化学特征及其在火山监测中的应用

中国火山温泉主要分布在吉林长白山、云南腾冲和黑龙江五大连池等火山区。这些火山虽然处于休眠状态,但大面积的温泉分布指示着岩浆房存在的可能性。本文总结了前人研究成果,分析了中国主要火山区温泉气体地球化学特征,并探讨了温泉气体在火山监测中的应用。长白山、腾冲和五大连池火山区温泉气体地球化学性质类似,都以CO₂为主要气体,含量在80%以上,最高可达99%以上,其它气体组分包括CH₄、N₂、O₂、SO₂、H₂S、He和H₂等。长白山火山温泉气体中氦同位素比值（3He/4He）最高,约为4—6R_A,CO₂中碳同位素比值（δ13C）为-7.9‰—-1.3‰,CH₄中碳同位素为-48.0‰—-28.7‰;腾冲火山温泉气体氦同位素比值为3—5.5R_A,CO₂中的碳同位素为-6.49‰—-2.07‰,CH₄中碳同位素为-23.5‰—-9.3‰;五大连池火山温泉气体氦同位素比值约为3R_A,CO₂中的碳同位素比值为-9.6‰—-3.1‰,CH₄中碳同位素为-47.2‰—-44.4‰。3个火山区的温泉气体均显示地幔来源的岩浆气体特征,并在上升运移过程中受地壳或古俯冲物质的影响。     

黄土风化过程的硼同位素地球化学研究

采用低硼高杂质离子样品硼同位素分析方法测定了黄土、古土壤样品中酸溶相硼含量及硼同位素组成. 洛川黄土S₀~S₂剖面酸溶相硼含量变化范围为(0.8 ~ 2.7)×10^-6, 其δ¹¹B值在-1.8 ~ +18.6‰之间变化, 多集中在0 ~ +10‰之间. 古土壤层的硼含量及δ¹¹B高于黄土层, 尤以S₁表现最显著. 引起剖面上酸溶相硼含量及δ¹¹B值变化的主要原因是化学风化作用和粘土吸附作用强度的变化. 气候条件变化所引起的风化作用强度的变化可能是酸溶相硼含量及δ¹¹B值发生变化的原因.     

花岗岩化学风化过程中的Sr同位素演化——矿物相对风化速率的影响

对江西南部黑云母花岗岩和花岗斑岩风化剖面中Sr同位素体系的研究结果显示,花岗岩化学风化过程中,Rb,Sr之间发生明显分异,风化早期释放出的Sr/Si,Sr/Ca比值大于母岩值,Sr的淋失速率大于Si,Ca,K,Rb等营养离子.主要含Sr(和Rb)矿物相对风化速率的动态变化,导致花岗岩风化壳及其释放出Sr的87Sr/86Sr比值随时间波动变化黑云母、斜长石和钾长石的先后风化,导致风化残余物的87Sr/86Sr比值历经下降-升高-下降的波动变化,最终趋于稳定.这进一步说明,当用锶同位素示踪流域和全球范围的生物地球化学过程时,必须慎重考虑Sr从溶解固相中的优先释放以及含Sr矿物相对风化速率的变化导致的87Sr/86Sr比值的波动.     

碳氮稳定同位素示踪鄱阳湖流域蚌湖丰水期的氮污染

鄱阳湖边缘深水区是鄱阳湖水位上涨时扩散而成的低洼湖区,通过对其一典型边缘湖泊——蚌湖丰水期的氮浓度和同位素特征值的检测,分析这类洪泛湖泊在水位最高时期水体颗粒有机质及无机氮的氮同位素变化特征,并识别氮污染来源及转化途径.结果表明:6月悬浮颗粒有机质碳氮同位素值(δ~(13)C:-26.7‰~-23.7‰,δ~(15)N:2.6‰~6.2‰)介于土壤有机质(δ~(13)C:-25.21‰±0.52‰,δ~(15)N:3.79‰±0.37‰)和水生植物的碳氮同位素值(δ~(13)C:-28.8‰~-24.9‰,δ~(15)N:5.3‰~8.2‰)之间.7月相比于6月,降低的δ~(13)C(-27.6‰~-23.2‰)和升高的δ~(15)N(4.3‰~7.7‰)表明暴雨冲刷带来更多的周边陆地碎屑输入.无机氮在6月以铵态氮(NH_4~+-N)为主要形态,7月以硝态氮(NO_3~--N)为主要形态.6月δ~(15)NH_4~+较负的特征值(-18.6‰±5.2‰)表明铵态氮主要来源于雨水,硝态氮(δ~(15)NO_3~-:1.4‰±3.0‰)主要来源于农业化肥和雨水.7月相比于6月,铵态氮和硝态氮的浓度和同位素值都大幅升高(分别升高了0.3和2倍,6‰和3‰),是暴雨冲刷陆地使农业化肥、城镇生活废水和畜禽养殖废水输入的结果.水生植物的δ~(15)N在7月(8.8‰±1.1‰)相比于6月(6.6‰±1.1‰)也升高了较多,是由于水生植物吸收了更高δ~(15)N废水无机氮的结果.通过颗粒有机质和无机氮的δ~(15)N分析可知,湖区水体氮的矿化作用和硝化作用较强,藻类对湖泊的内源氮贡献较弱,沿河湖的畜禽养殖在暴雨时对水域污染的威胁较大.本研究提供了洪泛湖泊氮污染治理的科学依据.     

锂同位素定量提取河流碎屑沉积物中大陆风化信号

化学风化调控全球表生物质循环及气候长期演化,但受沉积物粒径和再旋回等因素干扰,基于沉积物全岩地球化学组成的风化指标存在多解性,影响化学风化信号提取以及对风化过程和机制的深入理解.本研究分析长江入海悬浮物和表层沉积物的元素及锂同位素(δ7Li)组成,应用质量平衡模型定量提取当前大陆风化信号.研究揭示,长江口沉积物主要来自于流域基岩的侵蚀(比例60%),当前风化产物不超过40%;粗粒表层沉积物中未风化火成岩碎屑含量占63～84%,当前风化产物仅占4～18%;而细粒悬浮物主要源自流域剥蚀的页岩(占52～66%),当前风化产物约占21～40%.对比沉积物不同组分比例与化学蚀变指数(CIA)和δ7Li值发现,大河流域的表生风化信号传递过程复杂,未风化火成岩岩屑含量越高,沉积物风化程度越低;受继承性风化产物(如页岩)的影响, CIA值越高或δ7Li值越低并不代表沉积物中当前风化产物越多,但细粒沉积物更适合用来示踪流域风化过程.本研究深化了对沉积物化学风化指标包括Li同位素组成的解读,对大河流域的风化过程和物质循环研究有借鉴意义.     

六盘山地区泉水地球化学特征

根据六盘山地区泉水的化学组成和氢、 氧同位素数据, 讨论了该区地下水的化学类型、 成因及其动态变化特征。 2012年11月和2014年7月在六盘山地区采集10处泉水样品, 氢氧同位素由液态水同位素分析仪测定, 离子组分浓度由离子色谱和化学滴定法测定。 水样的TDS范围为218~27508 mg/L, δ¹⁸O和δD值分别为-12.0‰~ -8.5‰, -88.5‰ ~-61.3‰。 δ¹⁸O和δD指示该区泉水来源于大气降水, 并受水循环条件及水岩反应程度的影响。 根据舒卡列夫分类法, 所采水样可划分为10种水化学类型, 受含水层岩性控制, 宁南地区的水化类型主要为SO₄-Na型, 渭北西部地区的水化类型主要为HCO₃-Ca·Mg型。 两次所采水样的离子浓度显示多数水样点的HCO^-₃具有夏高冬低的季节性变化特征, 千川村(QC)、 双井村(SJ)等因含水层赋存环境较封闭, 受降水干扰小; 硝口村(XKH)泉水的离子毫克当量比值变幅最大, 说明该泉点水岩反应程度变化较大, 易受断层带活动的影响。 研究结果确定了六盘山地区水文地球化学背景和水的来源, 为该区流体地球化学地震监测、 预测提供了背景资料。     

贵州草海沉积物碳酸盐碳同位素异常正值的发现及其环境指示意义

对贵州草海沉积物柱芯碳酸盐碳同位素组成测定的结果显示,其δ13C值的变化范围为- 14.25‰至23.10‰,变化幅度为37.35％,这是迄今所发现的湖泊沉积物碳酸盐中最大的碳同位素变化幅度,其中的部分同位素值也是迄今发现的最大碳同位素值.综合碳酸盐氧同位素、碳酸盐含量和有机质含量指标,认为草海沉积物碳酸盐碳同位素组成...     

甘肃东南地区温泉流体地球化学特征

根据氢、 氧、 氦同位素与水化学组分资料, 讨论了甘肃东南地区温泉水的来源、 地球化学变化及其与2008年汶川M_S8.0地震的关系。 测定结果表明: 样品的溶解性固体总量(TDS)范围为241.7~2 372.1 mg/L。 采集的7处温泉(通渭汤池河温泉、 清水地震台、 天水地震台、 武山地震台、 武山22号井、 成县地震台、 武都地震台)水样可归为四种化学类型: Na·Ca-SO₄、 Ca·Mg-SO₄、 Na-HCO₃·SO₄、 Ca·Mg-SO₄·HCO₃。 地下热水的化学类型与裂隙深度和围岩的岩性有关, 离子浓度和断裂深度基本成正相关。 通渭汤池河温泉和武都地震台的δ18O和δD值分别在-11.4‰ ~ -7.6‰和-85.7‰ ~ -57.1‰的范围内, 通渭汤池河温泉和武都地震台中³He/⁴He的值分别为0.4×10^-7和12.7×10^-7。 氢、 氧、 氦同位素组成特征表明温泉水源于大气降水, 在循环过程中经历了水岩反应, 且可能有地表水的混入。 2008年汶川M_S8.0地震发生后, 研究区域内温泉水中K⁺、 Ca²⁺含量总体上升, SO^2-₄、 Cl^-含量总体下降, Na⁺含量变化不明显; 热水循环深度受地震影响发生变化。 本文确定了甘肃东南地区温泉来源、 水化学类型成因及其与汶川M_S8.0地震的关系。     

依兰—伊通断裂北段地下水化学特征

在位于依兰—伊通断裂北段的4个地震流体观测站及其附近地区采集了19个水样,对水样的水化学组分及氢氧同位素组成进行分析,对该地区地下水类型及成因等地球化学特征进行了研究。结果表明：（1）取样点水温变化为8.5℃～23.4℃,水样的矿化度为32～568 mg/L,全部为低矿化度水;（2）水样分为10种化学类型,水-岩反应均未达到完全平衡;通河台井水属于部分平衡水,具有深部来源特征;（3）δD和δ¹⁸O值的分别为-100.24‰～-65.46‰和-13.47‰～-8.53‰,表明所测水样的补给源主要为大气降水。     

洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳氮同位素来源特征及水质指示意义

为探究湖泊水体悬浮颗粒物和沉积物有机碳、氮来源及水质指示意义,分析了2013-2014年洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和C/N比值时空变化特征及与水质的关系.结果 表明:①洱海悬浮颗粒物δ13C、C/N、δ15N在旱、雨季差异显著(P＜0.05),旱季变化范围分别为-31.75...     

库车坳陷天然气地球化学以及成因类型剖析

通过对库车坳陷114个天然气样品统计与分析,该坳陷天然气主要以烷烃气为主,干燥系数表现为中间高两端低和北部高南部低;烷烃气碳同位素组成整体偏重,烷烃气δ13C1,δ13C2和δ13C3主频率分别为-32‰～-36‰,-22‰～-24‰和-20‰～-22‰,烷烃气碳同位素随着碳数增大呈逐渐变重趋势;δ13CCO2值普遍轻于-10‰;3He/4He比值为n×10-8,由北向南呈升高趋势.根据以上天然气地球化学指标综合判识,可以确定库车坳陷天然气为典型煤成气.烷烃气碳同位素组成的局部倒转与同型不同源不同期气混合、高温高压条件下烃类气体多期成藏或供给与扩散等因素有关.     

青海湖沉积碳酸盐矿物之间氧同位素分馏的评估及其环境意义

青海湖沉积岩芯的矿物学和稳定同位素研究结果显示自生碳酸盐矿物以单种或多种矿物形式保存在沉积物中;不同碳酸盐样品的δ18O值的变化范围为5.47‰至-1.04‰,差值最高达6.5‰;δ18O值与总碳酸盐含量呈正相关关系,与碳酸盐矿物种类的改变则无明显关联.结果表明,造成δ18O显著变化的主导因素是湖水氧同位素组成,自然条件下生成的不同碳酸盐之间的氧同位素分馏不明显.说明δ18O是指示闭流湖泊降水蒸发水量平衡变化的敏感指标之一.     

古骨可溶性胶原蛋白的提取及其重建古食谱的可行性分析

当前在古食谱研究中,胶原蛋白(不可溶性)的提取,主要采用明胶化法.然而,胶原蛋白的直接降解产物——可溶性胶原蛋白,常常予以忽视并摒弃.本文通过凝胶层析,分管提取了古骨的酸提取液,从中分辨出三个峰,对各峰提取物的C和N含量,C/N摩尔比值及稳定同位素比值进行分析,并与对应的不可溶胶原蛋白(ISC)进行了比较,以探讨可溶性胶原蛋白(SC)在古食谱研究中的可行性.三个峰中,第二峰(保留时间在17.5~27.5 min)峰形最为平缓,表明其所含蛋白质的分子量不一致;其各管提取物,在C和N含量,C/N摩尔比值上与ISC最为接近.基于以上发现,可以看出,第二峰提取物即为SC.更为重要的是,两种蛋白的δ13C值和δ15N值均相近.具体而言,C/N摩尔比值落于正常范围的SC,与对应的ISC相比,δ13C差异的平均值仅为(0.3±0.2)‰(N=2),δ15N值大约相差(0.6±0.1)‰(N=2);而C/N摩尔比值稍高于正常范围的SC,与对应的ISC相比,δ13C差的平均值也仅为(0.4±0.1)‰(N=2),δ15N值也约相差(0.3±0)‰(N=2).这些差异,远低于δ13C和δ15N值在食物链营养级之间的差异(δ13C约为1‰~1.5‰,δ15N值约为3‰~5‰),表明SC与ISC具有相似的性质,其C和N稳定同位素分析,在古食谱研究中极具应用价值.     

过去5000 a以来抚仙湖沉积物有机质碳同位素的古环境指示意义

通过测定抚仙湖沉积物全有机样品的稳定碳同位素组成(δ~(13)C_(org))、总氮、总有机碳含量指标并计算碳氮比值,对过去5000 a以来抚仙湖沉积物有机质来源、δ~(13)C_(org)的影响因素及其所指示的古环境意义进行分析.结果表明:在过去的5000 cal a BP里,抚仙湖沉积物有机质主要来源发生明显变化,沉积物有机质输入由内源水生生物和陆生C_3植物共同输入(5000-2300 cal a BP阶段)转变为以内源沉水植物、浮游植物和藻类等输入为主(2000 cal a BP至今阶段);有机质来源发生变化是造成抚仙湖沉积物δ~(13)C_(org)值变化的主要原因;2000 cal a BP以来,陆源有机质输入的锐减与人类活动的影响密切相关;在2300-2000 cal a BP阶段,抚仙湖沉积物δ~(13)C_(org)值的快速变化可能指示了抚仙湖流域的古环境在这一时期经历了快速变化的气候事件.     

水位波动下的呼伦湖上覆水体与沉积物间隙水之间溶质的运移特征

为了探求内蒙古呼伦湖上覆水体和沉积物间隙水之间溶质运移机制,对呼伦湖的1个沉积物柱芯的间隙水、3个湖泊水体以及湖周边7个地下水体中的氯离子(Cl~-),氢、氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)分别进行分析测试,并利用其示踪性对沉积物中溶质运移特征进行研究.结果显示,δD、δ~(18)O和Cl~-浓度在不同水体中的分布具有相似的分布规律,整体上从底部沉积物到上部湖水浓度分布呈现逐渐递减的抛物线趋势,在间隙水中最大值位于所取沉积物柱芯的最深处,Cl~-浓度为306 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-58‰和-5.9‰;最小值位于沉积物柱芯上层,并与上覆水体中的值相似,Cl~-浓度为159 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-66‰和-7.3‰.为了明确沉积物柱芯中间隙水的高浓度Cl~-和偏正δD、δ~(18)O的来源,比较不同水体的δ~(18)O-δD关系点分布,表明含有偏正值的δD、δ~(18)O和高浓度Cl~-的间隙水与上覆湖水关系密切,可能是由于低水位时期湖水与间隙水相互发生扩散作用而产生的结果.一维对流扩散迁移模型证实扩散作用是控制着沉积物间隙水中溶质浓度在垂向上分布的主要机制,同时湖水水位的变化会影响沉积物间隙水与上覆水体的扩散过程,特别是在水位上升期,富集在沉积物中的溶质可能成为湖水的重要物质来源,影响上覆水体的水质.因此,对于封闭湖泊水位的控制和管理不仅在维持湖泊水量方面有着直接的作用,同时在稳定湖泊水质条件上也有着重要的意义.