植物生长过程中碳同位素分馏对气候的响应

探讨C4植物的碳同位素组成对气候的响应是碳同位素示踪研究的重要任务。观察了典型的C4植物玉米生长过程的碳同位素效应，结果表明，玉米在其生长季节里碳同位素组成有明显的变化。不同部位的叶片碳同位素组成变化不一样，顶部叶片变化较大，下部叶片变化则相对较小。这种变化受温度、水分和光照强度等多种气候要素的影响。同一株玉米，其顶部的叶片δ^13C值比下部叶片要偏正，而且随着玉米的不断生长，这一现象更加明显，温度和光照强度则是引起这一现象的主要气候因子。     

62kaBP以来湖光岩玛珥湖沉积物有机碳同位素记录及古气候环境意义

湖光岩玛珥湖HUG-B孔岩心记录了62kaBP以来的古气候、古环境变化信息。全岩有机碳同位素组成(δ^13CTOC)分析表明，62kaBP以来δ^3CTOC值变化比较明显，其变化范围为-28．5‰～-15．5％0。结合孢粉和有机地球化学指标进行综合分析，湖光岩玛珥湖δ^13CTOC变化曲线可划分为6个演化阶段：62～58和48～40．5kaBP两个时段的δ^13CTOC值偏负，沉积物中有机质主要来源于热带-亚热带地区的陆生C13森林植被，反映了温暖潮湿的气候环境；58～48和40．5～17．2kaBP期间δ^13CTOC值明显偏正，沉积物中有机质主要源自C4草本植物，反映了湖光岩地区有效降水量减少、干旱程度增加导致湖光岩玛珥湖湖面下降，大量C4草本植物生长在暴露的湖滨岸；17．2～4kaBP时段内δ^13CTOC值尽管存在更加频繁的波动，但总体呈现逐渐偏负的趋势，反映了暖湿和冷干气候多次交替但总体上逐渐变暖、变湿的气候环境；4kaBP以来δ^13CTOC值存在逐渐偏正的趋势，虽然不排除人类活动的影响，但很可能反映了干旱程度的再次增加。综合分析表明，有效降水量(降水量-蒸发量)是控制湖光岩玛珥湖地区C3／C4植物相对生物量变化的主导因素。湖光岩玛珥湖有机碳同位素的研究结果支持区域气候环境而不是大气CO2浓度变化是末期冰期以来热带低纬度地区C3／C4植被相对生物量变化的主要原因。     

南沙渚碧礁生态系营养关系的稳定碳同位素研究

利用稳定碳同位素分析技术研究了南沙渚碧礁生态系食物网主要生物类群之间的营养关系。结果表明，生物的稳定碳同位素组成与其营养来源有密切关系。浮游植物的δ^13C为-18.3‰，与其所处海域的环境条件一致，浮游动物的δ^13C值变化较大，范围为-20.4‰～-10.9‰,表明可能存在浮游植物和碎屑两种营养来源。珊瑚和砗磲的碳同位素组成（-17‰～-15‰）与浮游动物相差较大，暗示共生虫黄藻可能在这些珊瑚的营养来源中起重要作用。底栖海参（-9.6‰)和蜘蛛螺（-12.5‰)的碳同位不比组成与它们沉积物食性的营养特征吻合。鱼类的δ^13C值变化范围较大（-17.7‰～-10.9‰），未表现出随营养级升高而增大的趋势，说明影响鱼类碳同位素组成的因素比较复杂。     

印度南部热带泥炭晚第四纪气候变化的δ^13C记录

利用稳定碳同位索比值作为古气候的指示剂．取决于C3和C4植物型对生态环境的不同要求，它们的^13C／^12C之比差异较大．C3和C4植物按照各自固碳的光合作用途径，二者分别具有-26‰--28‰和-11‰--13‰的δ^13C值．这也说明它们对生态环境的不同选择．     

~(13)C/~(12)C比值在海洋生态系统营养关系研究中的应用──海洋植物的同位素组成及其影响因素的初步探讨

于1993年2月-1995年5月,采用生物显微镜鉴定并计数和高温氧化的方法,对崂山湾海洋植物的种类组成及其有机碳同位素组成的季节性变化作了5个季度月的研究。结果表明,该区同采浮游植物全年以硅藻为主,甲藻在夏季也可成为优势种之一。浮游植物的碳同位素组成在夏季较重,冬季和春季较轻,并与海水温度有弱的正相关性。浮游植物δ13C值的变化范围为-259ｘ10-3—-19.2ｘ10-3,全年平均值为（-23.2±2.4）ｘ10-3。该生态系统的另一碳源为底栖藻类,其δ13C平均值为（-18.5±2.4）ｘ10-3,明显区别于浮游植物。对除温度以外的其它影响海洋植物同位素组成的因素,诸如植物种类组成、海水中溶解无机碳δ13C值、CO2供应速率以及CO2固定过程中不同验化酶的同位素分馏作用等也作了初步探讨。     

北京地区近70年来白皮松树轮纤维素的碳稳定同位素与气候变化

对采自北京大学校园内的白皮松（Pinus bungeana)树轮α-纤维素的δ^13C进行了分析，结合北京气象台的气象记录，建立树轮δ^13C与气候各要素的回归方程，重建值与观测值吻合较好，表明北京地区树轮α-纤维素的碳稳定同位素与1928-1999年3-9月的平均气温及6-9月的平均降雨量显著相关，重δ^13C对应于3-9月的低温和6-9月的少雨，轻δ^13C对应于3-9月的高温和6-9月的多雨。而3-9月的温度正好是适宜树木生长的光合作用所需要的最佳温度，6-9月正好是一年中降雨最充沛的时期，由此认为；树轮δ^13C值与生长季节的降水和气温密切相关，可以考虑作为季风盛行地区的气候替代性指标。在一定程度上反映了季风盛行区白皮松树轮纤维素碳稳定同位素与气候因子的关系。     

2.5Ma以来黄土稳定同位素记录的植被及夏季风变化

洛川剖面2.5Ma以来有机碳同位素组成显示δ13 C值的变化范围为-18.7%～-23.5‰;剖面有机碳同位素变化可分为3个阶段,均与磁化率曲线对应且呈现一致的冰期-间冰期波动。表明研究区第四纪以来主要为C3植物为主的C3、C4混合草原植被类型;黄土序列有机碳同位素δ13 C值对应磁化率曲线在冰期—间冰期尺度上较好地记录了夏季风强度变化;与段家坡和渭南剖面有机碳结果对比显示,2.5Ma以来3个剖面在构造尺度上均出现了两次明显的转变。     

南沙珊湖礁生态系生物体中δ13C的分布

1999年4月对南沙群岛海珊瑚礁生态进行调查，采集了永署礁和渚碧礁生态系统中不同营养极的生物样品，测定了它们的稳定同位素^13C的丰度δ13C,结果表明，永署礁中的δ13C沿着的链有明显的增加趋势，渚碧礁则不明显，渚碧礁生态系中δ13C的平均值为－17．7‰），这主要与生物种群的差异，纬度变化及环境因子有关。底枉性鱼类比游游性鱼类的δ13C相对高，对于肉食的珊瑚礁鱼类来说，不型鱼类肌肉中的丰度要高于中型和大型鱼类，这可能是由于代谢反应差异引起的，作为代谢的主要器官肝腑的^13C有更高的富集度，温度，生物合成以及初级消费者的食物是以C3还是C4植物为主对生物体内的δ13C起决定作用。     

利用黄土中的碳同位素半定量地重建古温度

在相对稳定的气候阶段,土壤中的CO2与其中的碳酸盐之间处于同位素平衡状态,这意味着二者的碳同位素分馏值可作为地质温度计估算古温度。对中国洛川黄土剖面的10组黄土-古土壤序列L1-1-S8同时做了碳酸盐和有机质的碳同位素分析。由于这些地层单元可以与深海氧同位素记录的2-21阶段对比,其中L1-1-L2可与南极Vostok冰心的大气CO2浓度记录对比,由此通过相关分析确定了各地层形成时的平均大气CO2浓度及其δ^183C值,再根据Cerling模型,用有机质δ^13C值代替土壤呼吸CO2的δ^13C,算出土壤CO2的δ^13值。将该值与次生碳酸盐的δ^13C值代入Deines分馏方程可算出各地层单元的古温度。该温度代表了平均深度约30cm处的土壤温度,相当于当时的夏季大气温度。所有数据与黄土-古土壤地层学记录的气候变化吻合,定量地反映了近800ka来黄土高原古气候的变化。     

从树轮δ13C序列中提取大气δ13C信息的可行性研究

工业革命以来化石燃料的大量使用和森林的过度砍伐，引起大气CO2浓度大幅度增加，但同时由于“Suess”效应，大气δ^13C值却在不断下降，研究大气δ^13C值的变化历史，不仅有助于预测其今后的趋向，而且可以用来了解碳循环的自然变率和校正全球碳预算模型。由于直接的仪器测量从1978年才开始，因此便产生了各种各样的替代方法。利用树轮δ^13C值重建古大气δ^13C值的变化就是其中的一种，但树轮δ^13C值容易受到外界环境因子的影响，从树轮δ^13C值中得到的大气δ^13C值存在很大的差异。本文分析了树木生长季（5-9月）温度和降水对树轮δ^13C值序列变化趋势的影响，结果表明，温度和降水对树轮δ^13C序列的趋势变化没有明显的影响。树轮δ^13C值近几十年来下降的趋势主要反映的是大气CO2浓度的增加引起的“Suess”效应。但自然灾害的发生和树轮δ^13C值的边材效应可以改变这种结果。如新疆昭苏树轮δ^13C值和年轮宽度分别在1969年和1967年突然升高以及青海祁连树轮δ^13C值在1990年后上升。     

中国粉尘源区表土碳酸盐含量与碳氧同位素组成

在中国的主要沙漠和戈壁等粉尘源区采集了地表沙或土壤(统称为表土)样品,分析了样品的碳酸盐含量和碳酸盐的碳氧同位素组成。结果表明,中国粉尘源区表土碳酸盐含量在空间上随着年降水量的增加而逐渐减少,大致呈现自西向东逐渐降低的趋势;碳酸盐δ^13C值在空间上随着年降水量的增加而逐渐偏负．δ^18O值缺乏规律性;塔克拉玛干沙漠细颗粒物质中碳酸盐含量相对偏高,但不同粒级颗粒中碳酸盐的δ^13C值基本一致,表明风蚀时粒度的分选并不影响源区的同位素组成特征;由于粉尘源区表土碳酸盐含量和δ^13C值均具有区域特征,因此利用大气粉尘的碳酸盐含量和δ^13C值示踪不同的源区是可能的。     

桂林洞穴滴水对应CaCO3沉积物的稳定同位素特征与环境意义

桂林地区降水及茅茅头大岩滴水滴速和现代碳酸盐的碳氧同位素研究表明:(1)滴水沉积的δ18O达到了同位素沉积平衡,洞穴滴水的δ18O与同期降雨的δ18O值呈正相关关系;(2)在旱季和湿季交替时,滴水δ18O值滞后于降雨δ18O,受活塞效应的影响;(3)δ13C难以达到同位素沉积平衡,主要受滴水动力学影响;(4)同一洞穴不同滴水对环境的响应不同,如果洞穴顶板覆盖较厚,水分在土壤和岩层中滞留时间较长,滴水则反映受到平滑作用的降雨,反之则波动较大.     

孢粉稳定碳同位素研究进展

由于植物的光合作用途径不同,C3和C4植物的δ13C值有明显不同的分布范围,这可以用来研究环境的变化。花粉的碳同位素分析结果显示其δ13C值与植物的δ13C值变化规律一致,也能很好地反映植物的光合作用途径,进而间接反映其所处的气候环境条件。相比于植物体,化石花粉颗粒组成成分较单一,而其生成时间短,因而其碳同位素或许能较好地反映植物开花期时的环境条件,如雨水、大气CO2等的性质,为更精确的环境重建提供可能。初步的研究结果也显示花粉的δ13C值与开花期的温度存在线性关系。高精度结果的取得依赖于实验技术和仪器设备的改进,研究表明传统孢粉的醋酸酐处理过程中存在碳同位素污染,采用浓H2SO4浸泡可达到相同的去除纤维素的目的而避免污染。另外,通过对质谱仪的改进——装配旋转镍丝等进样系统(SWiM-IRMS),使实验所需的测试量大大减少,对单粒花粉进行测定也已经成为可能,但实验的精度还待进一步提高。     

不同蛋白源对军曹鱼幼鱼碳、氮稳定同位素分馏的影响

为研究饲料中不同蛋白源对军曹鱼幼鱼碳、氮稳定同位素分馏的影响,配制3种等氮等能饲料。D1以鱼粉为蛋白源,D2和D3饲料中分别以啤酒酵母和玉米蛋白替代10%的鱼粉蛋白,投喂幼鱼24d。结果表明,啤酒酵母和玉米蛋白替代10%的鱼粉蛋白后,幼鱼的体质量增加率显著下降。随养殖时间的延长,所有处理组幼鱼的碳稳定同位素比率δ13C逐渐上升而氮稳定同位素比率δ15N逐渐下降;虽然全鱼和肌肉δ15N的变化速度存在差异,但各饲料组全鱼和肌肉的δ13C和δ15N都在24d后与饲料达到平衡。当饲料中10%的鱼粉蛋白被啤酒酵母和玉米蛋白替代之后,幼鱼肌肉和全鱼样品与饲料相比的碳同位素富集Δ13C值下降,而氮同位素富集Δ15N值则上升。其中全鱼Δ13C从4.19‰分别下降到3.94‰和3.63‰,肌肉Δ13C从4.46‰分别下降到3.98‰和3.67‰;全鱼Δ15N从0.18‰分别增加到0.88‰和0.94‰,肌肉Δ15N从0.18‰分别增加到0.74‰和0.87‰。军曹鱼在摄食3种不同蛋白源饲料时,其全鱼和肌肉的Δ13C和Δ15N的变化趋势相似,但全鱼δ15N的变化速度慢于肌肉。据此可推断,肌肉可在生态学营养级研究(长时间尺度)中代表军曹鱼的碳、氮同位素特征;但在代谢生理学研究中(短时间尺度),肌肉就无法准确反映军曹鱼全鱼的δ15N变化过程。     

南海中部沉积物捕集器中浮游有孔虫的稳定同位素分析

通过对南海中部沉积物捕集器中浮游有孔虫的氧，碳稳定同位素分析，探讨了它们与海洋学参数之间的关系。分析结果显示，G.ruber的δ^18O值和δ^13C值都比G.sacculifer的轻；两者的δ^18O差值（△δ^18O)平均为0.520‰，δ^13C差值（△δ^13C)平均为0.544‰，证明G.ruber的生活水深（约30m)比G.sacculifer的（约50m)浅。G.ruber与G.sacculifer之间的△δ^18O呈现夏季大，冬季小的特点，可能与海水的垂向温度梯度在夏季较大有关，G.ruber幼体的δ^13C比成年个体的轻，幼体的δ^18O比成年个体的重，揭示了该种在繁殖期前，随着个体发育，生活的水层深度逐渐变浅。     

太湖沉积物碳氮同位素组成特征与环境意义

对太湖不同湖区沉积物有机质δ^13C、δ^15N分析表明，草型湖区沉积物有机质δ^13C、δ^15N总体比藻型湖区高。湖泊从贫-中营养水体向中-富营养演化过程中，沉积物有机质δ^13C、δ^15N表现为逐渐上升的趋势，沉积物TP、TN则因受多种因素影响在各湖区表现出差异。湖泊演化到富营养阶段，沉积物有机质δ^13C、δ^15N表现为明显的偏负。近50年来不同湖区沉积物有机质δ^13C、δ^15N反映的湖泊环境演化过程与实际环境检测结果有较好的一致性，20世纪太湖水环境存在50年代及90年代两次较明显转化过程。     

南海表层沉积钙质超微化石氧碳同位素研究

对南海34个站位表层沉积中的钙质超微化石进行了氧碳稳定同位素分析.结果表明,钙质超微化石δ^18O化范围为-2.656‰～0.006‰,平均为-1.517‰;δ13C值变化范围为-1.510‰～0.778‰,平均为0.140‰.通过与有孔虫同位素分析结果相比较,发现钙质超微化石δ^18O高于浮游有孔虫而低于底栖有孔虫,δ13C值低于浮游有孔虫而高于底栖有孔虫.从平面分布来看,南海表层沉积钙质超微化石氧同位素在东北和西南各存在一个小于-1.5‰的低值区,碳同位素在东北存在一个小于0的低值区.钙质超微化石与有孔虫同位素值的差异性可能与其生命效应及生活环境有关.而钙质超微化石与有孔虫同位素平面分布规律上的不同也揭示了海水温度、盐度、营养水平等海洋参数可能对超微化石和有孔虫同位素的分馏起不同控制作用.     

青海湖沉积物有机碳含量与同位素和粒度特征及其古气候意义

对青海湖沉积物中粒度参数、总有机碳（TOC）含量及其δ^13C值的形成条件与环境气候的关系进行了研究。结果表明：在暖湿时期，沉积物中有机碳含量（TOC）较高，有机质的δ^13C值较高，沉积物的平均粒径较细；反之，在冷干时期，沉积物中有机碳含量（TOC）较低，有机质的δ^13C值较低，沉积物的平均粒径较粗。反映出沉积物中TOC含量、有机质δ^13C值及粒度特征与气温具有良好的相关性。结合^14C测年，分析了湖区古气候演化序列，表明自8500aBP以来湖区气候经历了4个演化阶段：即暖湿－凉干－温湿－冷干的变化过程。     

渤海及北黄海河流悬浮颗粒碳氮同位素时空分布及源解析

选择流入渤海和北黄海的36条主要河流为研究对象,对比了平水期、丰水期和枯水期水体中悬浮颗粒物和河流表层沉积物的碳和氮稳定同位素的地球化学特征,并对颗粒物有机质碳和氮来源进行分析。结果表明,水体悬浮有机质碳同位素总体上表现为δ13C平水期δ13C丰水期δ13C枯水期的特点,δ15N值呈δ15N丰水期δ15N平水期δ15N枯水期的特点。渤海和北黄海的主要入海河流悬浮颗粒物有机质的来源具有明显的季节性差异,悬浮颗粒有机质碳平水期(春秋季)来源以C3植物、土壤有机质和水生藻类为主,丰水期(夏季)碳的各来源中浮游植物的贡献率明显增大,枯水期(冬季)则表现为陆源C3植物分解和水源性有机质的混合来源;悬浮颗粒态氮的来源与季节性降水量、生活污水、合成化肥及河流内源性水生植物密切相关。     

长江口刀鲚幼鱼耳石碳、氧同位素特征初报

为了解长江口刀鲚(Coilia nasus)耳石中碳、氧稳定同位素的特征及其可能反映出的生态学意义,作者利用稳定同位素质谱分析技术,首次对长江口刀鲚幼鱼的耳石进行碳、氧稳定同位素的初步研究。结果显示,δ13C和δ18O分别为–12.1±1.8(‰VPDB)和–7.9±1.2(‰VPDB),总体上δ13C波动较大,而δ18O波动较小。基于个体的δ13C和δ18O散点分布可将本研究中的刀鲚归为两个组,可能起源于长江中两个不同孵化场水域的群体,其中δ18O显示出两组刀鲚所经历环境积温上的差异,反映出两者起源水域温度环境的不同;而δ13C的差异说明两组刀鲚在饵料组成上的有所差异。