雅鲁藏布江中上游地区表土碳同位素变化及其影响因素初探

土壤有机碳同位素组成（δ¹³C）记录的环境信息对研究气候与环境变化至关重要,然而高海拔地区土壤δ¹³C对气候变化的响应机制尚不明确。对青藏高原南部雅鲁藏布江中上游地区（海拔3 500~5 100 m）的36个表土样品进行了δ¹³C系统分析,并讨论了其对气候因素的响应。结果表明：表土δ¹³C值分布在-24.6‰~-15.2‰范围之间,平均值为-20.8‰,指示了地上植被为C₃/C₄混合植被类型。随着海拔的升高,C₄植物比例减少,C₃植物比例增加,这种比例变化主导了该区域表土δ¹³C的组成差异。海拔每升高100 m,δ¹³C值偏负0.5‰。进一步分析说明,生长季温度可能是影响该区域表土δ¹³C变化的主要气候因子,降水、大气压等对δ¹³C值的贡献较低。     

Stable carbon isotopic composition of soil organic matter in the karst areas of Southwest China

This study dealt with the distribution characteristics of soil organic carbon （SOC） and the variation of stable carbon isotopic composition （δ^13C values） with depth in six soil profiles, including two soil types and three vegetation forms in the karst areas of Southwest China. The δ^13C values of plant-dominant species, leaf litter and soils were measured using the sealed-tube high-temperature combustion method. Soil organic carbon contents of the limestone soil profiles are all above 11.4 g/kg, with the highest value of 71.1 g/kg in the surface soil. However, the contents vary between 2.9 g/kg and 46.0 g/kg in three yellow soil profiles. The difference between the maximum and minimum δ^13C values of soil organic matter （SOM） changes from 2.2‰ to 2.9‰ for the three yellow soil profiles. But it changes from 0.8‰ to 1.6‰ for the limestone soil profiles. The contrast research indicated that there existed significant difference in vertical pattems of organic carbon and δ^13C values of SOM between yellow soil and limestone soil. This difference may reflect site-specific factors, such as soil type, vegetation form, soil pH value, and clay content, etc., which control the contents of different organic components comprising SOM and soil carbon turnover rates in the profiles. The vertical variation patterns of stable carbon isotope in SOM have a distinct regional character in the karst areas.     

塔里木盆地荒漠植物与表土碳同位素组成研究

表土有机质碳同位素组成(δ¹³C_org)反映了来自于地表各种植物δ¹³C_org的一个混合信息.要从沉积物δ¹³C_org中提取可靠的植被信息,需要系统研究现代表土有机质δ¹³C_org与地表植被δ¹³C_org的差异.初步研究了塔里木盆地主要现代植被及土壤碳同位素组成,对比不同地区土壤和地表植被δ¹³C_org的差异.结果表明:塔里木盆地柽柳属种群中植物与表土碳同位素组成之间存在显著相关关系,说明在干旱地区土壤中微生物和水生生物等的干扰因素可以忽略,其现代土壤的同位素组成只与地表相应的主要植被类型有关.塔里木盆地柽柳属种群中表土有机质δ¹³C_org值比地表植被δ¹³C_org值平均偏正1.71‰左右,不同于其它地区表土和地表植被δ¹³C_org差异(2.2‰,1‰,0.5‰)的结果,反映不同地区表土和地表植被有机质δ¹³C_org值差异不同.在利用沉积物δ¹³C_org值提取古生态植被信息时,应考虑到不同地区土壤有机质与地表植被δ¹³C_org值的不同差异会影响植被中C₃、C₄植物组成情况.     

Spatial distribution characteristics of stable carbon isotope compositions in desert plant Reaumuria soongorica (Pall.) Maxim

In order to investigate the distribution characteristics of stable carbon isotope ratios (δ ¹³C) in the desert plant Reaumuria soongorica, the δ ¹³C values of leaves were measured in 407 individuals of 21 populations. Soil physicochemical properties including soil water content, soil total dissolved solids, soil total nitrogen, soil total phosphorus and soil organic content were also analyzed in order to survey the major factors influencing δ ¹³C values on spatial variation. Leaves and soil samples were simultaneously collected from the ten major distribution areas in Northwest China at altitudes from 394 m to 1 987 m above sea level, at latitudes from 36°10′N to 44°33′N, and at longitudes from 81°43′E to 106°37′E. These ten areas include Shihezi, Baicheng, Yiwu areas in Xinjiang Uygur Autonomous Region; Anxi, Zhangye, Baiyin, Lanzhou areas in Gansu Province; Shapotou, Yinchuan areas in Ningxia Hui Autonomous Region; and Alashan County in Inner Mongolia Autonomous Region. The results show that the δ ¹³C value of R. soongorica ranges from −22.77‰ to −29.85‰ with an average of −26.52‰. Foliar d13C values in R. soongorica are not significantly correlated with altitude, latitude or longitude, and a spatial distribution trend of d13C values of R. soongorica is not obvious on a large scale. However, when d13C values of two R. soongorica populations under the same climate conditions are compared, δ ¹³C values increase obviously from east to west and from north to south. As none of the soil total dissolved solids, soil total nitrogen, soil total phosphorus, and soil organic content shows a uniform trend from east to west and from north to south, we suppose that the small-scaled spatial distribution pattern of δ ¹³C values of R. soongorica is mainly controlled by the soil water content. Translated from Quaternary Sciences, 2006, 26(6): 947–954 [译自: 第四纪研究]     

Stable isotope geochemical characteristics of dissolved inorganic carbon in the Jiulong River Estuary,Fujian Province,China

The isotopic composition of dissolved inorganic carbon （DIC） in estuarine environments has been studied for its significant role in determining the isotopic composition of inorganic/organic matter and its applications to the study of various natural processes. In this paper, based on the stable isotope geochemical characteristics of dis- solved inorganic carbon in the Jiulong River Estuary, the following conclusions are drawn： （1） δ13CDIC values are mainly controlled by the mixing ratio of fresh water and sea water; （2）δ13Cphytoplankton values are linearly related to the δ13CDIC values; （3） δ13CpoM values for the Jiulong River Estuary are affected by anthropogenic pollution signifi- cantly; and （4） the comprehensive analysis of δ13Cphytoplankton, δ13CpoM and δ13CDIc shows that along with increasing salinity, the proportion of POM derived from the degradation of phytoplanktons gradually increases.     

南昌市PM2.5中稳定碳同位素组成特征

近几年,PM2.5浓度上升导致灰霾事件频繁发生,已经引起了广泛的关注。碳组分是PM2.5中的重要组分,被认为是灰霾形成和转化的重要因素,因此,研究PM2.5中含碳组分的来源及其化学过程具有重要的意义。本研究于2016年12月至2017年8月期间在南昌地区共采集105个PM2.5样品,分析了PM2.5样品中总碳(TC)浓度及其碳同位素(δ^13C)。结果表明,采样期间TC的年平均浓度为(12.1±2.1)μg/m^3,总体上呈现冬季高、夏季低的变化趋势,可能是受不同季节气象因素和来源变化的影响。δ^13C的年平均值为(?26.1±0.2)‰,总体上呈现冬季高、春季低的变化趋势,可能是受不同来源的影响。利用贝叶斯模型计算南昌地区PM2.5中TC主要来源于C3植物燃烧和机动车尾气,年源贡献分别为49.3%和28.7%;其次是煤燃烧和C4植物燃烧,年源贡献分别为17.7%和4.2%。春季δ^13C值偏低是由于C3植物燃烧贡献相对较高,而冬季δ^13C值偏高则是煤燃烧贡献增加。     

森林土壤微生物与植物碳源的磷脂脂肪酸及其单体同位素研究

森林生态系统的土壤微生物群落组成和活性,是影响生物地球化学循环、有机质代谢和土壤质量的关键因素.磷脂脂肪酸(PLFA)是一类可有效表征活体微生物群落结构的生物标志物,而其单体稳定碳同位素(δ13C)水平对土壤微生物植物碳代谢具有独特的指示作用.本次研究以土壤PLFA为对象,分析了我国位处纬度梯度带上(24°N～47°N...     

重庆地区岩溶地下河水溶解无机碳及其稳定同位素特征

稳定碳同位素是指示岩溶动力系统碳来源及转化的重要指标。为揭示重庆地区岩溶地下水中溶解无机碳基本特征和碳来源,本文对该地区63条岩溶地下河水样进行了水化学和碳同位素分析。研究结果表明,重庆地区地下河水溶解无机碳主要表现形式为HCO3-,雨季由于稀释作用其浓度低于旱季。重庆岩溶地下河水δ13C-DIC（V-PDB）旱季变化范围为-15.34 ‰～-5.89 ‰,雨季变化范围为-17.40 ‰～-4.23 ‰。根据δ13C同位素质量平衡方法,计算得到重庆地下河旱季碳酸盐岩溶蚀对DIC贡献为45.1 % ～79.7 %,雨季平均为34.6 %～82.1 % 。计算结果表明,在人类活动不断增强的情况下,岩溶水体DIC通量中碳酸盐岩溶解来源的DIC和其参与岩溶地下水δ13C值的形成并不一定是岩溶作用理论方程中所计算的50 %,而是有一定的变化范围。因此在计算岩溶作用碳汇时,建议通过δ13C值扣除碳酸盐岩溶蚀形成DIC的通量后再来推算岩溶作用形成的碳汇量。     

新疆阿尔泰铁木尔特铅锌矿床稳定同位素组成特征

新疆阿尔泰山南缘克兰盆地中的铁木尔特中型铅锌矿床赋存于上志留统—下泥盆统康布铁堡组上亚组第二岩性段,容矿岩石为大理岩、绿泥石英片岩、变钙质粉砂岩、矽卡岩。矿床经历了喷流沉积期、叠加改造期和表生期。喷流沉积期硫化物δ34S值集中于-27.8‰～-16.0‰,峰值为-26.0‰,少量1.7‰～3.4‰,表明硫主要来自细菌还原海水硫酸盐及岩浆活动。氢、氧同位素组成表明,叠加改造期石英和方解石的δD变化于-122‰～-61‰,δ18O变化于9.5‰～10.9‰,δ18O水为-5.8‰～4.8‰,表明叠加改造期成矿流体具有多来源特征,是岩浆水、大气降水和变质水的混合产物。铁木尔特铅锌矿床在成因类型上为VMS型,矿床形成后又经历了叠加改造。     

赣南盘古山钨矿床稳定同位素地球化学特征

盘古山钨矿床是南岭地区著名的大型钨矿床。通过氢、氧、硫和硅同位素地球化学特征的研究,对盘古山钨矿床的成矿流体和成矿物质来源进行了探讨。研究结果显示:成矿流体δD值介于-121.7‰~-80.6‰,δ18O值为2.97‰~6.47‰,硫化物δ34S值集中分布于-2.3‰~1.3‰,石英脉的石英δ30Si平均值为-0.44‰;花岗岩的石英δ30Si平均值为-0.53‰;砂岩的石英δ30Si平均值为0.2‰。研究结果表明:盘古山钨矿床的成矿流体、成矿物质以及硅质均主要来源于花岗岩浆,少部分成矿流体来自大气降水,少部分硅质来自砂岩地层。     

岩溶水库热结构变化对水体溶解无机碳及其同位素的影响过程

以中国南方亚热带地区典型的地下水补给型水库——大龙洞水库为对象,于2018年1月、4月、7月、10月、12月分别在上、中、下游三个监测点进行采样,探究水库热结构变化对于水体无机碳及其同位素的影响过程及机理。结果表明：（1）大龙洞水库水体在一个水文年中呈现周期性的混合期—分层期—混合期的热结构变化,4月热分层开始显现,7月逐渐显著呈现完整的热分层,10月以后热分层逐渐消失,水体逐渐实现混合;（2）水体热分层是溶解无机碳（DIC）浓度与碳稳定同位素（δ¹³C_DIC）值变化的主要驱动力。表水层中DIC主要受水—气界面二氧化碳脱气、水生生物光合作用控制,其DIC浓度与δ¹³C_DIC值分别为3.22 mmol·L⁻¹和−9.15‰;温跃层中DIC主要受有机质降解过程影响,其DIC浓度与δ¹³C_DIC值分别为3.43 mmol·L⁻¹和−9.70‰;底水层中DIC主要受碳酸盐沉淀过程影响,其DIC浓度与δ¹³C_DIC值分别为4.32 mmol·L⁻¹和−11.89‰;（3）三种过程伴随水库热结构的变化而变化,驱动DIC浓度及其同位素的变化梯度 G (DIC)与 G (δ¹³C_DIC)的变化,表现为底水层＜表水层＜温跃层。热分层结束进入混合期后,DIC浓度与δ¹³C_DIC值的时空差异均逐渐消失,最终表现出DIC浓度与δ¹³C_DIC值的均一化。     

喀斯特漏斗坡地土壤有机碳特征、风化侵蚀及稀土元素分析

以西南喀斯特地区喀斯特漏斗坡地2个土壤剖面为研究对象,通过测定土壤部分物理化学属性、土壤有机碳含量分布特征、δ^13C值、几种土壤化学风化指标及稀土元素参数特征,探讨土壤侵蚀和沉积过程中土壤有机碳及其稳定碳同位素的动态变化及分布特征,同时利用土壤δ^13C值反演了C3/C4植被的变化历史。结果显示,山腰和山脚2个土壤剖面样品的土壤有机碳含量范围分别为4.17%~8.91%和2.37%~6.33%,山腰含量较高;δ^13C值变化范围分别为.18.9‰^-15.6‰和.22.1‰^-17.0‰,均随土壤深度的增加先增大后减小;利用土壤δ^13C值反演C3/C4植被的变化历史,2个剖面表现出相似的变化趋势;Na/K比值与ICIA的变化特征呈显著的负相关关系,R^2分别为0.67和0.98,表明该类红土中Na/K比值不仅能代表风化强度,且可能与侵蚀大小有关;常用的土壤风化发育指标表现为很好的协同作用,显示剖面土壤的形成是由基岩化学风化而成;稀土元素球粒陨石标准化之后显示Ce异常,Eu负异常,2个剖面δCe变化趋势基本一致,表明2个剖面经历了相似的风化迁移过程。     

重庆西部表层土壤有机碳储量与密度分布

利用多目标区域地球化学调查数据,估算了重庆西部地区表层土壤有机碳密度和储量。结果表明,重庆西部地区表层(0~20 cm)土壤有机碳储量为41 038 589 t,平均密度为2 929 t·km-2。从地貌类型看,低山(2 984 t·km-2)和中山(2 986 t·km-2)区土壤有机碳密度较高,丘陵区(2 628 t·km-2)最低,山地土壤有机碳储量最丰富。不同类型土壤中,石灰土有机碳平均密度最高(5 043 t·km-2),其次为黄壤(3 756 t·km-2),紫色土最低(2 329 t·km-2),紫色土有机碳储量最大。就土地利用方式而言,林地土壤有机碳平均密度最高(4 071 t·km-2),耕地土壤处于中等水平(2 752 t·km-2),居民及建筑用地有机碳密度最低(2 416 t·km-2),耕地土壤有机碳储量最大。与第二次土壤普查数据对比发现,该区土壤有机碳储量和密度呈降低趋势,表层土壤作为碳源向大气释放碳,尤其是江津、潼南地区土壤有机碳密度分别降低了56.7%、45.1%。     

西南背景区冬、夏季黑碳稳定碳同位素组成及来源

为确定中国西南背景区不同季节细颗粒物中黑碳的浓度水平和来源特征,分别于2018年冬季(1月)和夏季(7月)在贵州普定喀斯特生态系统观测研究站采集细颗粒物样品,测定其水溶性离子成分、黑碳浓度及稳定碳同位素组成(δ¹³C_BC),结合贝叶斯模型探讨黑碳来源贡献。结果表明,采样期间黑碳冬季平均浓度为(1.2±0.6)μg/m³,夏季为(1.9±0.6)μg/m³,接近于其他区域背景点浓度水平。δ¹³C_BC平均值冬季为(-23.4±0.9)‰,夏季为(-24.3±0.8)‰,处于煤燃烧及机动车排放来源的δ¹³C值范围。贝叶斯模型结果表明,机动车尾气在冬、夏季节对黑碳贡献较高,分别为(45.1±14.2)%和(69.5±8.6)%,煤燃烧贡献分别为(41.7±9.8)%和(24.1±7.2)%。结合后向轨迹分析结果可知,西南背景区冬季黑碳来源受燃煤、机动车尾气排放及生物质燃烧共同影响;夏季黑碳污染源主要为机动车尾气和煤燃烧,生物质燃烧较少。     

吉林西部盐碱化土壤碳酸盐的碳稳定同位素特征

对吉林西部盐碱化土壤的物理性状进行了实地调查,并对不同土地利用类型的土壤碳酸盐碳稳定同位素作了系统的测定。结果表明,研究区内盐碱地土壤碳酸盐的δ¹³C值的变化趋势可以反映本区土壤盐碱化的进程。盐碱化土地在0～50 cm的深度范围内,土壤碳酸盐的δ¹³C值变化规律为：0～30 cm深度内,土壤碳酸盐的δ¹³C值随深度的增加而逐渐减小;在30～50 cm范围内,如果有盐积层或碱积层的存在,则土壤碳酸盐的δ¹³C值迅速增加。     

乙烷稳定碳同位素动力学模拟及地质应用

详细介绍了限定体系下乙烷稳定碳同位素动力学模拟过程及煤成乙烷的同位素演化规律。地质模拟结果展示,煤成天然气乙烷演化规律与甲烷类似,低熟阶段存在一个下降的趋势,其最轻同位素值为-27.8‰,与我国常用的煤成气判别标准基本一致,对应有机质成熟度(Easy%Ro)为1.0。随后,乙烷稳定碳同位素逐渐变重,与Ro之间呈良好的线性关系。     

黔桂地区早泥盆世晚期碳稳定同位素变化及其对海平面变化的响应

对黔桂地区早泥盆世晚期不同相区典型剖面的沉积序列特征的分析显示,这一时期发生了两次明显的海平面升降变化过程,其沉积序列可识别出2个三级层序(SQ1、SQ2)并可进行区域对比;而广西象州下泥盆统大乐组碳稳定同位素的变化曲线与区域海平面变化曲线一致。表明海平面的变化不但控制了这一时期本区域的沉积序列,也深刻影响着这一时期的海水地球化学性质。     

民用蜂窝煤燃烧排放颗粒物的化学组成和稳定碳同位素特征

本文选用了镜质组反射率在0.77%-1.88%之间5 种不同成熟度的煤, 将其制成民用蜂窝煤球, 研究民用蜂窝煤燃烧排放颗粒物（PM）的化学组成, 包括元素（C、N、O、S）、有机碳（OC）、元素碳（EC）和水溶性无机离子（WSII）, 稳定碳同位素组成特征和质量吸收效率值（MAE）, 并讨论了它们与煤成熟度之间的关系.结果表明, 5 种原煤C、N、O、S 元素组成差别不大, 但是燃烧后排放的PM 化学组成差别比较大.无烟煤燃烧排放的PM 粒径分布呈双峰结构, 峰值分别在0.09 μm 和0.25 μm; 而烟煤PM 的峰值为0.58 μm.无烟煤排放PM 的颗粒数远小于烟煤.PM、OC 和EC 的排放受煤成熟度的影响非常大, 无烟煤排放的量最小, 分别为2.21 g/kg、0.22 g/kg 和0.004 g/kg; 成熟度最低的烟煤排放量最大, 分别为70.3 g/kg 、46.1 g/kg 和2.42 g/kg.PM、OC 和EC 的排放因子与煤的成熟度成幂指数关系.EC 的MAE 在0.17-21.9 m^2/g 之间, 与煤成熟度呈指数相关关系.燃煤WSII 的平均排放因子为801 mg/kg, WSII 当中含量最高的是NH4^＋ 和24SO4^2- , 平均分别占WSII总量的23.5%和44.4%.燃煤排放PM 的δ^13C 变化范围为–24.5‰-–22.8‰, 平均值为–23.6‰.以上研究有助于人们从原煤性质的角度去考察民用燃煤对人类健康和气候变化的影响, 并为大气污染源解析提供一些科学依据.     

稳定碳同位素在湘中千佛洞上覆土壤-滴水-现代沉积物的迁移特征研究

通过对2021年1月~2022年10月期间,湘中千佛洞洞外大气-上覆土壤气-洞穴空气二氧化碳含量（pCO₂）及其碳同位素（δ¹³C_CO2）、8个洞穴水体（4个滴水、3个地下河水、1个池水）溶解无机碳同位素（δ¹³C_DIC）以及洞穴现代沉积物碳同位素（δ¹³C）的连续监测,初步获得了监测时段内千佛洞岩溶系统中δ¹³C在垂直方向上运移的变化特征,并得到以下3点主要认识：1）千佛洞上覆土壤气、洞穴空气pCO₂及δ¹³C_CO2表现出相似的季节变化特征,夏季pCO₂偏高,δ¹³C_CO2偏轻,冬季则相反。降水量和温度是土壤pCO₂及δ¹³C_CO2变化的主要影响因素;2）千佛洞洞穴水体δ¹³C_DIC值呈现显著的季节变化规律,夏季偏轻,冬季偏重,表明土壤pCO₂及δ¹³C_CO2对其影响较大,说明该洞洞穴水体δ¹³C_DIC可以较好地响应外界环境变化。此外,4个滴水点δ¹³C_DIC值在变幅和绝对值之间存在一定差异,这可能是受到不同滴水点的运移路径和滴水速率等因素的影响;3）千佛洞现代沉积物δ¹³C也表现出明显的季节变化特征,说明该洞现代沉积物δ¹³C可以较好地继承滴水中的δ¹³C_DIC信号。千佛洞的初步观测结果为利用该洞穴或者临近区域洞穴沉积物开展古气候重建提供了借鉴和参照。