长江口海域富营养化的氮同位素特征研究

本论文以长江口海域2005年4个季度的现场调查为基础，测定了不同季节表层水体中悬浮颗粒有机物的δ15N值（δ15Np）及其它相关参数，讨论了不同季节长江口海域表层水体、长江河道及最大混浊带表层及底层水体、特征站位（上升流和非上升流区域）垂直水层水体中δ15Np分布及其与其他参数变化的相关性，综合分析了长江口富营养化水体陆源氮输入情况以及氮的生物地球化学变化，主要结果如下： 1.长江口海域表层水体中δ15Np值相对较低、分散程度相对较大，且不同季节δ15Np总体水平、离散程度不同。该海域农业化肥、大气沉降对该海域氮来源贡献可能相对较大，且可能具有较大程度的陆源氮输入变化、氮生物地球化学变化及氮分馏作用。 2.与枯水期相比，长江丰水期表层水体δ15Np较高，不同调查断面之间差别较小，悬浮颗粒有机氮（SPON）来源相对一致，且工业废水、生活污水的比重较大。枯水期、丰水期长江不同调查断面δ15Np和其他参数变化的相关性不明显，SPON生物地球化学作用导致的δ15Np分馏作用不明显；SPON来源及其δ15Np底值差异是长江水体δ15Np分布特征的主要影响因素。 3.总体上，和春、夏季相比，秋、冬季长江口海域表层水体中氮生物地球化学变化程度及其对氮分布、转化及悬浮颗粒有机氮分馏的影响较小；悬浮颗粒有机氮分解反应的影响范围在秋季最大，而同化作用比重在冬季最大。 4.长江口近岸海域悬浮颗粒有机氮分解作用对氮分布、转化及悬浮颗粒有机氮分馏的影响总体较大。该影响作用夏季最大，冬季最小，在最大混浊带海域较大而在河道水域较小。远岸海域同化作用及分解作用的影响程度接近。其中分解作用的影响在秋季最大，春、夏季次之，冬季最小；冬季同化作用的影响最大，秋季最小。远岸海域南部、北部水域同化作用程度及其影响均较大，中部海域及靠近陆地的东部海域分解作用程度及其影响较大。 5.长江河道及最大混浊带海域陆源氮输入来源、氮生物地球化学变化及其分馏作用在不同水层、不同站位之间的差别春季最大。和底层相比，长江河道表层水体陆源输入氮来源、氮生物地球化学变化及其分馏作用在不同季节、不同站位之间的差别较大，而最大混浊带表层水体中该差别较小。悬浮颗粒有机氮分解作用和同化作用对长江河道表层水体中氮分布、转化及悬浮颗粒有机氮分馏的影响接近，底层水体中分解作用影响较大。最大混浊带海域情况相对复杂。 6.与非上升流水域相比，上升流水域垂直水体中δ15Np分布季节差异大，台湾暖流对其影响较大，尤其是秋季，导致其垂直水体δ15Np较低。近岸的17、41号水域垂直水体中悬浮颗粒有机氮生物地球化学变化对其垂直水体中氮分布、转化及悬浮颗粒有机氮分馏作用的影响较明显。

长江口海域氮的同位素特征及其环境意义

本论文以稳定氮同位素（δ15N）技术为基础，对长江口海域氮的同位素特征及其环境意义进行了研究。确立了一套完整的水体中氮的稳定同位素分析预处理方法，并运用该方法对2006年长江干流以及长江口海域表层水体中的溶解态硝酸盐和悬浮颗粒物的δ15N特征进行分析，根据不同季节、不同区域内其δ15N值的变化研究水体中氮的迁移、转化等生物地球化学过程，揭示其环境行为，从而对该海域的氮循环机制进行探索。主要结果如下： 稳定氮同位素的分析准确与否，预处理过程是关键。不同形态、不同水体中氮的预处理方法不同。本文以传统的蒸馏法为基础，对适合海水中溶解态硝酸盐的氮同位素分析预处理方法进行研究并改进，并进行了不同实验条件的验证，效果较好。此外，对淡水体系中溶解态硝酸盐的氮同位素分析预处理方法以及悬浮颗粒物的氮同位素分析方法也进行了研究，确立了一套完整的水体中氮的稳定同位素分析方法，对δ15N技术在河口氮循环研究中的广泛应用提供了基础。 依据上述方法，对2006年2、5、8、11月份长江口海域表层水体中的溶解态硝酸盐δ15N值（δ15N-NO3-）进行分析。研究发现，δ15N-NO3-分布范围在0.4‰到6.5‰之间，平均为3.5‰，具有明显的时空分布特点，在不同季节不同区域内所受的物理、生物地球化学作用不同。口门内，δ15N-NO3-的季节变化主要受长江径流输入影响，来源单一。最大浑浊带，δ15N-NO3-的分布规律不明显，保守混合行为较差，说明该区域的影响作用复杂，不同季节水体中发生的生物地球化学作用存在差异。外海区，δ15N-NO3-的季节变化明显，春季>秋季>夏季>冬季，与生物对硝酸盐的吸收程度变化相一致，反映了生物作用在该区域的影响显著。 同样在2006年2、5、8、11月份本文对长江口海域表层水体中悬浮颗粒物的δ15N（δ15Np）组成进行了研究。δ15Np值分布在0.6-8.2‰之间，同样具有明显的时空分布特点，其变化趋势与陆源输入和水体中氮的生物地球化学过程有关。口门内，表层水体中δ15Np的变化主要受长江径流的陆源输入影响，生物地球化学作用影响较弱；最大浑浊带，水体中的悬浮颗粒有机氮受微生物的降解活动影响明显，各季节均存在不同程度的颗粒物分解作用；外海区，陆源输入减弱，悬浮颗粒物的δ15Np值主要受微藻的同化吸收作用以及一定程度的颗粒物分解作用影响。 长江口海域水体中溶解态硝酸盐和悬浮颗粒有机氮之间存在重要的相互转化作用，二者之间δ15N的变化及其相互关系反映了一定的生物地球化学变化和环境信息。总体而言，长江口海域表层水体中δ15N-NO3-的分布水平较δ15Np略低，二者之间的分馏ε总体偏正。其中，δ15N-NO3-与δ15Np的最低值均出现在2月份，说明该季节水体溶解态硝酸盐和悬浮颗粒物都可能受到一致的外源输入影响，其内部生物地球化学作用较弱。5月份和11月份水体中的δ15N-NO3-值和δ15Np值均各自水平相近，说明在这两个季节溶解态硝酸盐和悬浮颗粒物都可能受到程度相近的外源输入或生物吸收作用的影响，分馏ε偏负程度较大。8月份δ15N-NO3-值较低而δ15Np值较高，分馏ε在四个季节中最大，可能是该季节程度较大的颗粒物分解作用影响所致。 2006年长江干流表层水体中溶解态硝酸盐及悬浮颗粒物的δ15N组成也具有明显的时空分布特点，二者季节变化规律相近，丰水期（5、8月份）δ15N值较高，而枯水期（2、11月份）较低。δ15N-NO3-与δ15Np之间呈现明显的正向相关关系，其空间分布趋势相同，自长江上游至下游δ15N值逐渐升高，说明二者均受到相似的氮来源影响；长江上游氮的来源均以大气沉降和农业源（无机化肥和土壤有机氮）为主，而中、下游水体氮的来源则都偏重于工业及生活排污的贡献，随着人类活动程度以及工业化、城市化程度的升高，硝酸盐及悬浮颗粒有机氮的来源发生变化，其δ15N值相应增加。

东营凹陷幔源流体对原油生物标志化合物的影响研究

A large number of mantle-derived fluid activities occurred in the Dongying Sag. On the basis of the studies on the geochemical characteristics of these fluids in this sag, the spatial distribution of biomarkers in petroleum and their relationships with the parameters of mantle-derived fluids were studied, to reveal the influence of mantle-derived fluids on the biomarkers and to evaluate the reliability of these biomarkers when applied to oil-source correlation and maturity analysis. Most biomarkers used in oil correlation kept the characteristics of their sources during burial thermal evolution. Even some of them were not influenced by mantle derived fluids, such as the relative content of C27-C29 steroid（ααα20R）and C21/C23 tricyclic terpane. However, Pr/Ph and C35/C34 hopanes were sensitive to both heat energy and materiel input by the mantle-derived fluids. γ-waxnae/C30hopanes and C24 tetracyclic terpanes /C26 tricyclic terpanes responded only to thermal influence by mantle-derived fluids. They did not chemically reacted with the mantle-derived fluids. Fluorene series compounds reacted with hydrogen and / or carbon dioxide from the mantle. Mantle-derived fluids affected most maturity index. The huge thermal energy with mantle-devied fluids weakened the relationship between the maturity parameters and depth. Among them, pregnane/C27-29 steroid and Ts/(Ts+Tm) were more sensitive to the heat of the fluids. ααα20S/(20S+20R) took the second place. αββ/(ααα+αββ) and 22S/(22S+22R) were not thermally influenced by the mantle-derived fluid. Besides, the substance of mantle-derived fluids reacted with fragrants, hopanes or moretanoids and thus altered the values of MPI1, MPI2, MPR, C30 hopanes/(C30 hopanes + moretanoids) and alkyl-diben zothiophene/diben zothiophene. The thermal alernation of phenanthrene series and their spatial distribution show that the heat energy carried by mantle-derived fluids was not fierce but spread widely in Dongying Sag, which is favorable to hydrocarbon generation with little destroy. In sum, mantle-derived fluids affected biomarkers through thermal energy and chemical reactions and changed the values of oil-source correlation and maturity parameters in the deep-seated fault belts. Therefore, in the deep-seated fault belts, oil-source correlation should be restudied and the new parameters need to be explored.

贵阳雨水无机氮沉降的氮、氧同位素特征

雨水中氮沉降主要以铵盐(NH+4)和硝酸盐(NO-3)形式存在,这与地表生态氮循环和酸雨等环境问题直接相连.我们测定了贵阳地区雨水中的NH+4和NO-3的氮氧同位素值,讨论了氮素形态分布及其同位素组成特征,探讨了雨水中溶解无机氮的成因.雨水中的NH+4和NO-3平均值分别为0.81和o.51mg N/L;铵盐的δ15N平均值为-4.7‰,较硝酸盐的δ15N平均值负,雨水中硝酸盐δ18O值为25.2‰～40.1‰,平均值为34.2±4.3‰,季节性差别不显著.

碳氮稳定同位素指示苔藓生境特征以及树冠对大气氮沉降的吸收

对贵阳地区一生境内不同生长条件（石生苔藓、无树冠、不同树冠类型以及同种树冠不同树冠厚度）下的细叶小羽藓（Haplocladium microphyllum（Hedw．）Broth）碳氮同位素进行了研究。不同生境的苔藓铲δ^13C和δ^15N值具有相似的变化趋势和明显的相关关系。石生苔藓δ^13C和δ^15N值比土生苔藓偏高指示了其相对干燥和受到干沉降控制的生境；树冠下方光照条件差、湿度高、缺少干沉降氮的输入是苔藓δ^13C和δ^15N值偏低的主要原因；而树冠类型、叶片形态、叶面性质造成树冠对大气沉降氮吸收能力的不同是三种树冠下方苔藓氮同位素组成差异的潜在因素。此外，同一树冠（桂花树Osmanthus fiagrans Lour．）下方苔藓的氮含量和碳氮同位素平均组成与树冠厚度呈线性关系。尤其是δ^15N的响应很好地反映了吸收过程中树冠厚度对大气沉降氮源同位素组成的控制作用。结果表明。苔藓δ^13C值能很好地指示苔藓的生境差异和生理响应（如光合作用能力和氮需求等）；而δ^15N值在示踪氮源和反映不同树冠吸收过程的同位素分馏效应方面更具有优势，二者的相关关系是环境因素相互作用的重要线索。此外，细叶小羽藓Haplocladium microphyllum（Hedw．）Broth具有高效利用大气沉降氮和分布广泛等特点，可进一步应用于该地区大气氮沉降的指示或监测研究.

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（δ^15N）进行了分析。苔藓δ^15N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δ^15N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δ^15N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δ^15N平均值在15km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^-0.13x＋1．26）表明城市铵的影响范围总体小于41km，而苔藓δ^15N的变化（y=2．541nz-12．23）反映了在17．2km以内的地区，大气氮沉降以城市铵为主，17．2km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δ^15N方法研究大气氮沉降从定性向定量的发展。

现代湖泊沉积有机氮同位素与废水氮输入演化

有机氮含量和C:N比的变化可能是有机质降解和富营养化水体升高的共同结果。红枫湖接受较多的工业和农业废水，其NO3-的δ15N平均值分别为+15.68‰和+8.11‰。废水氮的输入改变了湖泊DIN的氮同位素组成。由于水生生物在同化吸收水体DIN的时候倾向于优先吸收14N，因此产生的生物体δ15N值低于湖水DIN的δ15N值，但这种变化较工业废水输入引起的δ15N值升高意义可能较小。故该湖泊现代沉积有机物δ15N值的变化可以认为主要是工业和农业废水排放量变化的结果。从上述沉积有机物δ15N值的变化可知，红枫湖

水样硝酸盐氮同位素分析预处理方法探讨

本文采用离子交换色层法和扩散法进行水样硝酸盐δ15N分析预处理。采用的Dowex® 1-X8树脂对50mL浓度为500、1000、2000mg/L的硝酸盐溶液的吸附率均>99.9%，30mL 2mol/L KCl溶液对树脂柱长5cm的色层柱洗脱率>95%。该方法适用于在野外及时对样品进行初步处理，并可保存较长的时间而不影响分析结果。50℃对硝酸盐扩散10d，回收率>95%，且不会引起氮同位素分馏。

水样氮同位素分析预处理方法的研究现状与进展

介绍了现今使用的几种水样^15N分析预处理方法的研究现状及各自的优缺点，提出了目前水样^15N分析预处理中亟等解决的问题。

龙感湖沉积物碳、氮同位素记录的环境演化

通过对龙感湖沉积物样品中δ13 Corg、δ15N、有机碳与总氮比值(C /N) 、总有机碳(TOC)和总氮( TN)含量的测定,分析了自1948年以来龙感湖沉积物有机质的来源,探讨了湖泊生产力变化以及随后的沉积演化过程。结果表明:在这个沉积历史阶段中,湖泊沉积物有机质以自生有机物源为主,大型水草发育,伴有低等藻类参与,湖泊沉积物受陆源输入影响较小,基本不受城市污染物的输入影响,但受流域农业化肥大量使用的影响较大;随着营养物质的输入,湖泊的初级生产力逐渐增大,藻类开始发育;在沉积历史上L2 点附近低等藻类相对发育早,但L1 点沉积物相对能够固定更多的营养盐。

贵阳地区夏季雨水硫和氮同位素地球化学特征

对贵阳地区小雨和暴雨硫和氮同位素组成特征进行了研究。小雨中硫酸盐δ^34S值和硝酸盐δ^15N值分别为—7．96‰—+0．73‰(平均—4．90‰)和—3．77‰—+8．49‰(平均+2．00‰)，暴雨中则分别为—2．07‰—+18．32‰(平均+4．59‰)和—2．91‰—+10．10‰(平均+4．10‰)，表明两种类型雨水中硫酸盐和硝酸盐来源不同。小雨硫酸盐的δ^34S值与当地硫来源(煤炭燃烧和生物成因硫)有关，而暴雨硫酸盐的正δ^34S值则为海源(太平洋)结果。小雨硝酸盐的δ^15N值范围较宽(—3．77‰—+8．49‰)，其来源不清，但该范围内较高δ^15N值的样品(>+6．0‰)可能与干沉降和火力发电厂废气有关。暴雨硝酸盐的δ^15N值仍然反映海源(太平洋)。小雨铵盐的δ^15N值与铵盐含量有较好的相关关系(R^2＝0．92)。小雨铵盐中低δ^15N值的样品(—1．73‰——22．01‰)与云水(—28．6‰)对δ^15N较少的吸收有关。贵阳地区较高的铵盐含量(平均1．25mg/L)和较低的δ^15N值(平均—12．18‰±l6．68‰)表明，铵盐来源于农业肥料的大范围施用和土壤NH3的挥发。

长江中下游湖泊的环境演化：沉积物的碳、氮同位素记录研究

本项研究以长江中下游地区的浅水湖泊（太湖、巢湖、龙感湖）为研究对象，碳、氮同位素为研究手段，结合210Pb和14C年代学，以及沉积物中TOC、TN、C/N比值、TP等多种地球化学参数，对近代沉积环境演化过程，沉积物有机质来源以及西太湖形成演化的古环境进行分析研究。通过研究，得到以下主要认识： 1. 太湖沉积物剖面上δ13Corg和C/N比值分布范围指示太湖沉积物的有机物质来源主要是水生藻类。竺山湾T3点基本没有陆源物质输入；梅梁湾T2点有部分陆源物质输入；湖心T4点沉积物有机质来源还可能是不同于梅梁湾和竺山湾的水生植物。沉积物的地球化学参数剖面指示太湖从1920s始，沉积环境受人为因素的影响而逐渐营养化。 2. 巢湖沉积物δ13Corg和δ15N的研究结果，不仅指示沉积物有机质来源主要是水生藻类，受城市污染和农业面源污染输入的一定影响，而且指示了在沉积历史上因为巢湖闸的建成，湖泊生产力和浮游植物物种也发生了改变，湖泊富营养化。 3. 龙感湖沉积物δ13Corg和δ15N的研究分析，表明湖泊有机沉积以自身有机物源为主，受陆源输入影响小。1960s围垦造成营养盐输入量的增加，因为草型湖泊这一特征有利于营养盐的积累，缓解水体的富营养化程度，龙感湖始终处于中营养程度。 4. 太湖、巢湖和龙感湖表层沉积物孔隙水中NO3－和SO42-含量的差异，主要受水域污染状况、底泥有机质的丰富情况、环境水动力条件的变化、泥沙沉积和再悬浮过程引起的元素累积和释放影响，也是藻型湖泊与草型湖泊生产力大小、有机质沉积通量以及微生物丰度和活性等差异的表征。 5. 沉积物表层吸附态NH4+-N含量，体现了水域环境受污染的严重程度是：龙感湖<巢湖<太湖梅梁湾。三个湖泊中底泥有机质丰度差异和生物参与的氨化作用差别都非常显著。三个湖泊的沉积物表层铵态氮的含量，均表明了沉积物表层向上覆水体可能具有潜在的铵态氮迁移趋势。 6. 太湖古环境分析研究中，竺山湾和梅梁湾沉积物剖面的粒度分析、δ13Corg、δ15N、TOC、TN、C/N比值和TP都随沉积深度，对应14C定年结果，指示了西太湖沉积演化历程的三个阶段及其有机质来源。6870~6670 a B.P.，研究区被咸水覆盖，有机质来源是典型的水体自生来源，在竺山湾有逐渐增加的C4植物的输入。6670~5140 a B.P.，可能形成瀉湖并出现沉积间断。5140 a B.P.至今，形成淡水湖泊，沉积有机质主要来自湖泊自生物源，存在沉积间断。 7. 长江中下游的浅水湖泊沉积物中的有机质来源主要以湖泊自生来源为主，因为水体初级生产力的升高受陆源物质输入增加的影响，流域内人类活动引起的陆源物质输入不容忽视。长江中下游湖泊的近代沉积环境演化过程因为近岸距离、水动力强度和发育不同的水生植物等因素存在区域性差异，导致湖泊富营养化的最大根源是人为因素的影响发生的环境演变。

贵州喀斯特山区植物营养元素和碳、氮、硫同位素组成研究--以贵阳花溪杨中流域为例

喀斯特的面积分布很广，占全球总面积的10%。我国喀斯特面积占国土面积的13%，主要集中在我国的南方。而贵州喀斯特山区位于西南喀斯特地貌最集中成片分布的中心区，是我国乃至世界热带、亚热带喀斯特地貌连续分布面积最大、发育最强烈的高原山区。和非喀斯特地区相比，贵州喀斯特山区由于碳酸盐岩的特殊理化特性，造成土层浅薄、土被不连续、岩石裸露率高、持水量低，适生树种少、群落结构单一、植被生长极其缓慢，生态环境十分的脆弱。加之人类不合理的活动，使得喀斯特山区植被退化非常严重。因此，开展贵州喀斯特山区植物的营养元素和碳、氮、硫同位素的研究是为了更好的了解该区植被的营养元素状况、生理生态特性以及营养元素的生物地球化学循环，更好地为该区森林、植被的治理、恢复以及生态系统的保护等提供决策依据。本研究选择典型喀斯特山区作为研究点，并以非喀斯特山区为对照。研究喀斯特山区植物的营养元素含量水平、分布状态、变异特征以及营养元素之间的相互关系和碳、氮、硫的同位素组成的种间差异、生境差异特征以及时空变化特征进行了研究。主要得到以下几点认识： 1、植物的N、P、K、Ca、Mg、S的平均含量大于1000 μg∙g-1； Fe、Mn、Al的平均含量在100 μg∙g¬-1～1000 μg∙g¬-1之间；Zn、Sr的平均含量为10 μg∙g¬-1～100 μg∙g¬-1之间；Cu和Mo的含量小于10 μg∙g¬-1，Mo最低(仅为0.17 μg∙g¬-1)。Ca、P、K、 Fe、Mn、S、Sr高于所报道的陆生植物元素的含量；Mg低于陆生植物的元素含量；其它元素在元素含量范围内。植物营养元素的特点为Ca>K>Mg型，和我国其它地区相比，喀斯特山区植被具有高钙的特征。 2、N、P、K、Mg为正态分布；Ca、Al、Fe、Mn、Cu、Zn、Sr、Mo、S为对数正态分布。Al、Fe、Mn、Sr的变异系数大于100%；N、P、K、Ca、Mg、S、Cu的变异系数小于60%。其中，Ca的变异系数最小(为11.8%)。P和K、P和Cu、Al和Fe、Al和Zn、Fe和Zn之间具有极显著的相关关系；N和P、P和Mg、K和Al、K和Cu、Ca和Sr、S和Mo之间具有显著的相关关系。 3、不同的生境下植物营养元素存在差异，差异在2倍范围内。其中，Mn、Al、Sr元素差异较大，分别达到2.1、1.5、1.4倍。 4、植物δ13C、δ15N、δ34S值的分布范围分别为-26.98‰～-29.15‰、-4.08‰～-0.79‰、-8.69‰～-6.04‰；平均值分别为-28.14‰、-2.41‰、-7.53‰。δ13C除了高于我国热带雨林区植物外，均低于其它地区，且变化范围较窄；不同地区之间植物的δ15N、δ34S值存在较大差异。 5、不同植物种之间的δ13C、δ15N、δ34S值存在较大的差异，不同生境条件下植物的δ13C、δ15N、δ34S值也存在差异。植物的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势；δ15N、δ34S则无一定的变化规律，不同的植物种的季节变化不同。植物的δ13C、δ34S随海拔的升高而增大，但δ15N随海拔的升高而降低。

苔藓碳氮稳定同位素对环境条件和大气氮沉降的指示研究

苔藓植物由于具有特殊的形态结构和生物学性质而被广泛应用于环境变化和大气沉降的指示和监测，而稳定同位素（如13C、15N、34S）是辨识环境体系中物源走向以及研究植物和环境关系的可靠技术。本论文正是结合苔藓生物指示方法和稳定同位素示踪技术，开展了苔藓碳氮同位素指示环境条件和大气氮沉降的初步研究。通过不同环境条件下苔藓同位素的对比研究，揭示了苔藓碳氮同位素对环境因子和氮沉降变化的响应机制。进而应用石生苔藓碳氮元素含量和同位素，并结合光合色素含量等参数，对贵阳地区的大气氮沉降进行了详细研究，深化了苔藓同位素方法在环境监测和大气氮沉降研究中的应用，并为城市氮污染的防治提供了地球化学依据。获取了一些有意义的发现和创新点。 1. 不同生长条件下苔藓元素含量和同位素的变化及其意义 即使在同一地点，苔藓13C会由于水分条件和光照条件的差异而发生明显变化，而树冠对大气沉降物质的长期截留吸收会使下方苔藓氮硫含量偏低以及同位素偏负，其同位素效应还与树冠类型和树冠厚度有关。因此，应用苔藓元素含量和同位素指示区域环境和大气沉降时应尽量消除生境差异的影响，受生长条件影响或歪曲了的苔藓指示信息可能导致在解释环境变化和大气沉降时得出错误的结论，相对而言，开阔地的石生苔藓是较可靠的指示工具。利用同位素方法探讨苔藓记录信息的差异是本研究的创新点之一，目前国内外尚无相关的报道，这深化了苔藓碳氮同位素对环境条件和大气输入响应机制的认识，同时还为苔藓同位素研究大气沉降提供了采样指导。 2. 不同地区苔藓新老组织碳氮含量和同位素组成特征 贵阳市区苔藓碳含量高于贡嘎山地区，而13C明显偏负，表明城市苔藓受人为CO2排放的影响，而非污染区苔藓13C能够响应海拔和年均温度的差异。贵阳市区苔藓氮含量较高反映其氮沉降高于贡嘎山地区，明显偏负的15N值主要指示了城市废水氨释放的影响。不同地区苔藓新生组织的碳氮含量总体高于衰老组织，但同位素没有明显变化，反映了生理功能的衰退和部分元素向新生组织迁移会导致老组织碳氮含量降低，但不会明显改变其碳氮同位素记录，新组织氮含量较可靠地反映了氮沉降的水平（贵阳市约为30.18 kg/ha/yr，贡嘎山地区约为8.46 kg/ha/yr）。本研究扩展了苔藓同位素对不同地区环境因子和氮沉降差异的响应状况，并首次探讨了苔藓衰老对其碳氮含量和同位素记录的影响，为深入理解非维管植物衰老过程的碳氮同位素分馏奠定基础。 3. 贵阳地区大气氮沉降的空间分布 根据大气氮沉降和苔藓氮含量之间的定量关系（y=0.052x+0.7325），可以利用石生苔藓氮含量（0.85% ~ 2.97%）计算贵阳地区的大气氮沉降。贵阳地区的氮沉降（0.91 kg/ha/yr ~ 44.69 kg/ha/yr）总体已经超过最易受影响的陆地生态系统的氮沉降负荷值（5 kg/ha/yr ~ 10 kg/ha/yr），市区氮沉降平均值（29.21±6.17 kg/ha/yr）与前期监测值（30.18kg/ha/yr）基本一致，高于酸性针叶林和落叶林的氮沉降负荷值（15 kg/ha/yr ~ 20 kg/ha/yr）。而农村地区氮沉降平均值（14.31±5.11 kg/ha/yr）与贵州农村地区铵沉降的平均值（14.3 kg/ha/yr）吻合。本研究首次根据石生苔藓氮含量量化了氮沉降的水平和空间分布，对大气氮沉降生态环境影响的评价以及喀斯特地区脆弱生态系统的保护具有重要意义。 4. 贵阳地区大气氮沉降的主要来源和主要形态 贵阳地区石生苔藓15N值（-12.50‰ ~ -1.39‰）呈明显的双峰分布模式（-12‰ ~ -6‰和-5‰ ~ -2‰），表明该地区的氮沉降存在两个主要来源。市区明显偏负的苔藓15N值（平均-8.87±1.65‰，<5km; -8.59±2.28‰，5 km ~ 10km）主要反映城市废水和人畜排泄物NH3的影响，而往外到农村较高的苔藓15N值（平均-3.83±0.82‰ ~ -2.48±0.95‰，>15km）主要指示了农业NH3的贡献。根据市区苔藓和雨水15N值计算，市区氮沉降中铵态氮的贡献约占76%，硝态氮约为23%，贵阳地区的氮沉降以铵沉降为主。本研究首次发现了以铵沉降为主的城市地区苔藓15N值市区偏负、农村偏正的变化规律，这与氮沉降以硝态氮为主的城市苔藓15N变化（市区偏正、农村偏负）相反。此外，根据苔藓15N随大气沉降中铵态氮和硝态氮比值的变化规律，贵阳地区苔藓氮含量和15N的变化主要由两种不同铵源（城市铵和农业铵）的变化所控制，贵阳苔藓氮含量和15N的空间变化可以进一步作为铵沉降变化的证据。 5. 贵阳地区主要大气氮源（铵）的沉降机制与模式 贵阳市区往外石生苔藓氮含量随离市中心的距离呈指数降低（y=1.5e-0.13x+1.26），而15N值随距离对数升高（y=2.54Ln(x)-12.23），揭示了城市来源的铵沉降从市区往外随距离指数降低，其分布模式为点源模式，贵阳市区可被视为贵阳地区的一个点状氨源。而农村地区苔藓氮含量不随距离而变化、15N值不存在明显差异，反映了农业氨的面源分布模式。通过极限法计算苔藓氮含量和15N随距离变化的函数，氮沉降在离市中心17.2km以内以城市铵为主，以外以农业铵为主，城市铵的影响范围总体小于41km，城市铵随离市中心距离的变化关系为y=56.272e-0.116x-0.481。此外，贵阳市区往外不同方向的苔藓氮含量和15N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传输具有非均一性，这主要与不同方向的地形条件、地表植被状况、风向、城市化程度等差异有关。本研究首次通过苔藓监测证实以铵沉降为主的城市，城市铵沉降的分布呈点源模式，并通过苔藓氮含量和15N的变化得出了城市铵的定量分布、沉降机制和影响因素。 6. 贵阳地区石生苔藓碳含量和13C值的变化及其意义 贵阳地区石生苔藓碳含量（34.47% ~ 52.76%）从市区到农村随距离指数降低（y=9.206e-0.042x+38.024），并与氮含量存在正相关关系，表明大气氮输入具有增加苔藓碳含量的作用。苔藓13C值（-30.69‰ ~ -26.96‰）从市区到农村随距离逐渐升高（y=0.674Ln(x)-30.03），反映了城市人为CO2的影响逐渐减小。此外，苔藓13C随碳氮含量增加而降低，碳氮同位素存在正相关关系，反映了石生苔藓光合作用与氮素吸收相互制约，市区较高的氮沉降或铵沉降增强了苔藓光合作用和碳代谢，使苔藓在固碳过程中发生更大的13C分馏。本研究首次发现了城市地区较高的氮沉降能够促进石生苔藓光合固碳能力，苔藓13C值能够指示城市人为CO2的影响以及氮沉降的生物效应。 7．其它创新之处 为深入认识城市地区氮沉降的变化及其生物响应，本研究还对石生苔藓光合色素含量进行了分析，首次探讨了石生苔藓光合生理参数和碳氮含量、碳氮同位素之间的关系。市区苔藓光合色素含量高于农村地区，叶绿素含量与碳氮含量存在正相关关系，表明光合色素分析可以反映环境胁迫状况、苔藓固碳能力和氮素营养状况。叶绿素含量与13C值呈负相关关系指示了氮沉降增强石生苔藓光合作用的机制。

湖泊有机质的来源与生物地球化学循环：稳定氮同位素示踪技术

氮循环是水生生态系统中重要的营养循环，对它的研究能够为水环境评价以及解决日益严重的湖泊富营养化问题中的氮治理提供理论依据。水体中的有机质分为颗粒态有机质(POM)和溶解态有机质(DOM)两部分，它们在水体中与无机氮相互转化、相互作用，共同控制着整个水生生态系统内部的氮循环过程。稳定氮同位素技术作为有效的地球化学工具能够被用于追溯水生生态系统中的物质来源以及指示相关的生物地球化学循环作用。因此对有机质稳定氮同位素比值的测定有利用帮助我们了解它在水生生态系统中所扮演的角色，尤其是得到有机质参与的地球化学循环作用的直接证据，从而进一步完善对水生生态系统内部整个氮循环过程的研究。 本研究首先从根本上解决了限制溶解有机氮(dissolved organic nitrogen，DON)稳定氮同位素比值应用的测定技术上的难题。然后选择贵州高原湖泊―红枫湖和百花湖作为研究对象，测定了2003~2004年两湖水体中颗粒态有机氮同位素比值(δ15NPON)的季节及剖面变化，探讨了两湖季节性变化存在差异的原因以及红枫湖纵向水体剖面上δ15NPON的变化规律及影响因素。最后，在前人对红枫湖研究的基础上重点选择了2006~2007年间湖泊热分层不同时期具有代表性的几个月份进行了剖面采样。测定了不同月份纵向水体剖面上的DON、PON与NO3-三种氮形态的含量、δ15N值以及其它水化学参数，揭示了水体内部氮循环过程中的相关生物地球化学作用。同时，结合冬季湖泊枯水期外源输入河流以及湖泊水体横向剖面上的DON、PON与NO3-三种氮形态的含量及其δ15N值的变化，追溯了湖泊水体中各种氮形态的来源以及外源输入河流对湖泊水体的贡献。本研究得到以下几点结论： 1. δ15NPON值的季节性变化可以用于评价水生生态系统的营养状况，指示外源人为活动产生的工业废水和生活污水的影响。对2003~2004年间红枫湖和百花湖两湖表层湖泊水体中PON的δ15N季节性变化研究表明，红枫湖表层颗粒态有机质δ15NPON的变化范围为+3.7～+14.9‰；百花湖颗粒态有机质δ15NPON的变化范围为+1.3～+8.7‰。其季节性变化趋势不同。红枫湖表现为冬季(2月)和夏末秋初(9月)出现高值；冬季高值的出现主要受外源输入的工业废水中富含15N的无机氮源和有机颗粒的影响。百花湖在冬季(2月)出现最低值，夏末秋初(9月)出现高值；冬季最低值的出现则可能归功于生活污水中富含14N的有机颗粒的贡献。 2. 首次从整体角度得到了δ15NDON值变化区间的信息。红枫湖2006~2007年不同采样月份水体内部的δ15NDON测定结果显示，δ15NDON的变化范围为+1.0~+12.3‰，它与δ15NNO3-的变化范围：5.9~+22‰和δ15NPON变化范围：+2.8~+16.8‰接近。同时，研究还发现在浮游植物生长季节，表层水体不同形态氮的同位素比值普遍存在下述规律：δ15NNO3->δ15NPON>δ15NDON。原因是此时浮游植物是PON的主要组成部分，且吸收利用NO3-的过程是δ15NPON变化的主要控制因素，浮游植物通过分泌细胞外液等方式分解产生了的富含14N的DON，从而使得三种形态的氮同位素具有一定的继承关系。 3. 三种氮形态δ15N值的季节性变化趋势能够反映其来源的差异。纵向剖面水体中，2007年1月的δ15NNO3-最大，湖泊受外源河流携带的高δ15N及高含量NO3-的影响。2006年4月和2007年3月的δ15NNO3-较小，水体内部发生的强烈的硝化作用产生了大量富含14N的NO3-，是湖泊水体NO3-的重要内源。δ15NDON值表现为：除2007年3月表现异常外(出现异常高值)，浮游植物生长季节(2006年4月和2006年7月)的 δ15NDON普遍小于其余月份，且纵向水体剖面上变化幅度均不太大，这与浮游植物生长季节DON主要来源于浮游植物分泌等作用产生的富含14N的组分有关。δ15NPON值表现为冬季(2007年1月)具有最高值，受外源输入河流中富含15N的有机颗粒的影响。 4. PON降解方式的不同可能引起生成的δ15NDON存在差异。PON在有氧条件下发生硝化降解时，由于富含14N的组分优先被释放，因此生成的DON组分的δ15N值较小，如2006年4月10m以上水体和2006年7月10m以上水体；而当PON在厌氧条件下发生反硝化降解时，富含15N的组分则优先被释放，从而使得生成的DON其δ15N较大，如2006年4月18m以下水体和2006年7月10m以下水体。 5. 纵向水体剖面上δ15NPON的显著变化来源于其组成的变化，并且不论是硝化细菌还是反硝化细菌，当它们作为PON的主要组分时均会造成δ15NPON的减小，如2006年7月和2007年3月中下部水体。 6. 三种氮形态同位素比值的结合能够更加有效地示踪有机质来源的变化。如2007年1月纵向水体剖面，整个水体剖面氮含量无明显变化，而氮同位素比值则有显著变化。20m处δ15NPON、δ15NNO3-和δ15NDON均在此发生转折，显示20m可能是外源输入与内部水体的分界层。此时，横向水体剖面上，采样点4处NO3-显著增加，而δ15NNO3-保持不变；δ15NDON显著减小。说明采样点4处可能有新的氮源出现。初步估计是由于先前网箱养鱼的积累影响还有高含量的NO3-，低δ15N值的DON输出。 以上的研究结果充分证实了有机质的稳定氮同位素比值的变化能够更加直接地用于追溯有机质的来源以及追踪有机质在湖泊水体中参与的生物地球化学循环作用。