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。

墨西哥湾Alaminos Canyon、Bush Hill冷泉碳酸盐岩有机地球化学与沉积环境

本文通过对墨西哥湾Bush Hill 的5个冷泉碳酸盐岩样品和Alaminos Canyon 的1个冷泉碳酸盐岩样品的总有机质含量、可溶有机质含量、饱和烃、芳烃、脂肪酸、δ13C组成分布特征和部分地球化学参数的研究，探讨了冷泉碳酸盐岩中有机质来源、成熟度和沉积环境。 Bush Hill的冷泉碳酸盐岩样品的总有机碳为0.78-9.02%，可溶有机质含量5.77-65.06mg/g。总有机碳达9.02%的GC-B样品高碳数正构烷烃奇偶优势明显，存在荧蒽、芘和苝系列化合物，表明该样品有陆源物质的输入，并明显受深部渗漏原油的影响，其中烷烃的δ13C为-27.64～-32.36‰，正构脂肪酸δ13C为-26.52～-39.99‰，与现代菌藻类及下伏油气藏的δ13C值（-27～-31‰）相似，表明样品中的有机质主体可能来源于深部油气藏。其余4个Bush Hill冷泉碳酸盐岩样品和1个Alaminos Canyon冷泉碳酸盐岩样品正构烷烃的低碳优势明显，而奇偶优势不明显，低碳数分布的环己烷和长链烷基苯，以及三芳甾烷和甲基三芳甾烷的存在，推断这些样品的母质以菌藻类来源为主。 所有分析样品的甾烷成熟度参数C29ββ/(ββ+αα)为0.28-0.40，C2920S/(20S + 20R)为0.42-0.61、及C20-C21三芳孕甾烷TA(Ⅰ)/C26-C28三芳甾烷TA(Ⅱ)为0.49都说明样品的有机质成熟度较低,。 AC深水区AC-E样品UCM隆起不明显，Bush Hill浅水区样品（GC-B、GC-D、GC-F、GC-G，GC-H）UCM隆起均十分明显，这种隆起的形成是因为正烷烃、甚至五环三萜烷遭受生物降解。被微生物降解的正构烷烃与未被降解的环烷烃和支链烷烃等形成不能被溶解的复杂混合物（UCM）。因此，UCM隆起通常被认为是有机质遭受生物降解最直接的证据。深水区AC-E和Bush Hill浅水区GC-F样品中芴、氧芴和硫芴之间的丰度关系为硫芴﹥芴﹥氧芴，表明其为弱氧化-弱还原的沉积环境。具有较负碳同位素组成（-63.95‰ ~ -50.48‰）的异构/反异构脂肪酸是硫酸盐还原细菌的典型生物标志化合物，进一步证实冷泉碳酸盐岩的形成与甲烷缺氧氧化作用有关。 关键词：墨西哥湾 冷泉碳酸盐岩 有机质组成分布 单体烃碳同位素 沉积环境

植物碳、氮同位素对喀斯特石漠化过程的响应特征研究——以贵州清镇王家寨小流域为例

本研究选定喀斯特高原区贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为研究对象，以植物碳、氮稳定同位素为研究手段，探讨了喀斯特石漠化过程中植物对环境变异的生态响应特征。通过研究，得出了以下几点认识:（1）石漠化过程中，土壤结构呈现出紧密化、粘质化发展趋势；土壤OM、pH、CEC、C/N比值和易移动的元素随石漠化的加深而降低，难移动的元素随石漠化的加深而升高。（2）研究区植物具有高Ca、Fe和低P、K的显著特点，属于Ca > K > Mg型；植物各元素含量种间差异较显著，且除P、K、Fe、Zn外基本均随石漠化的加深而降低，随生长期延长而增加；P是研究区植物生长发育的主要限制因子。（3）研究区常见灌木植物叶片δ13C值主要分布在 -29.5‰ ～ -24.60‰ 之间，种间差异极显著，基本随石漠化的加深而趋正，随生长期的延长而趋负；植物叶片δ13C值对土壤环境的响应较对小气候的响应更敏感。（4）研究区常见灌木植物叶片δ15N值主要分布在 -6.08‰ ～ +1.30‰之间，种间差异同样极显著，随石漠化程度的加深而趋正；植物所吸收氮同位素的种类和数量除了受土壤和气候环境因子的影响外，还受到其自身生理遗传和生长发育的控制。（5）植物叶片δ13C值对小生境的响应不如δ15N值敏感。

喀斯特城市地下水C、N同位素地球化学——污染物迁移和转化研究

中国西南喀斯特地区有突出的地球化学敏感性和生态环境脆弱性等特征，其中水环境污染是喀斯特地区所面临的极其严重的生态与环境问题。水环境生源物质循环过程对于人类生存环境质量的保护和提高有着直接的联系，由于环境体系受多种控制因素影响，利用多同位素方法讨论单一环境体系中物质循环过程和生态环境效应已成为同位素地球化学发展的一个重要趋势。碳、氮同位素已被广泛用于探讨和解决当前的一些重大环境问题，如生源要素生物地球化学对人为污染物的响应、温室气体的来源、湖泊富营养化、地下水硝酸盐污染等。为此本论文利用稳定同位素技术（13C、I5N、18O），以喀斯特城市地下水为主要研究对象，对贵阳雨水中的C、N沉降过程、贵阳／遵义地下水C、N同位素地球化学进行了初步研究。通过以上研究，得到以下的主要认识。1．探讨了贵阳雨水中碳沉降的年变化特征，结果表明贵阳雨水DOC平均值为3.76mg／L，POc平均值为0.54mg/L，含量季节间变化不显著。雨水中DOc与PH呈负相关关系，表明有机碳中酸性成份对酸雨有一定贡献。δ13C-POC取值范围在（-27.0，-24.0‰）之间，季节间差异不大，结合已有研究结果表明雨水中颗粒有机碳主要来源于雨水所冲刷的本地大气颗粒物。2．探讨了贵阳雨水无机氮沉降的年变化特征，结果表明贵阳城区雨水中的NH4＋、NO3-、δ15N-NH4+，δ15N-NO3-，δ18O-NO3-，季节性差别都不大。NH4＋主要来源于土壤中NH3挥发以及大气颗粒物中按的洗脱，而硝酸盐可能主要来源于燃煤和机动车的排放等，同时气候是影响同位素组成差异性表现的一个重要影响因素。3．初步分析了贵阳与遵义地下水／地表水主要水化学成分，结果证实水体水化学组成主要受研究区水文地质背景控制，即阳离子主要以Ca2+，Mg2+为主，而阴离子以HCO3-，SO42-离子为主。但是有部分水样有较高的人为输入物质K+，Na+，Cl-和NO3-，表明人为活动在研究区内已对地表水／地下水产生一定影响。4．利用碳同位素较好地示踪了地下水溶解无机碳季节变化的主要规律，地下水夏季的DIC含量明显低于冬季DIC含量，这是由于大量降水的稀释作用引起的。地下水DIC夏季一般比冬季更富集12C，表明夏季地下水中生物成因无机碳贡献增加。经计算表明贵阳／遵义地下水来源于碳酸盐风化的无机碳比重大多数大于50％，表明硫酸可能参与风化过程。5．较为系统地探讨了地下水／地表水中有机碳的冬季／夏季演化规律以及受影响因素，地下水大多数样品DOC和POC含量不高，个别受污染样品明显具有较高有机碳含量。大部分夏季地下水δ13C-POC明显大于冬季，表明夏季地下水颗粒有机碳受外源（C4植物碎屑）输入影响。地表水TOC（DOC+POC）与人为输入离子［K+Na++Cl-］呈一定的正相关关系，表明有机碳主要受人为污染影响。6．以贵阳为例，根据δ13CDIC等势图、结合主要水化学特征在空间上的分布可知，贵阳市区中部，东北部及西郊农业区地下水受污染较为严重。表明一定条件下，碳同位素组成可以用来指示区域地下水受人为活动影响范围。7．通过对地下水三氮分析初步掌握了地下水氮污染的基本特征，地下水中NO3-是最主要的无机氮形态，NH4+和NO2-含量大多较低，地下水中具有高NO2-与NH4+的水样比较分散，表明点源污染是主要的。8．利用氮氧同位素示踪了贵阳地下水硝酸盐污染来源的季节变化，同时证实了部分地下水发生反硝化。冬季硝酸盐相对夏季含量较低，并且目SN与夕80的平均值都相对较高，表明夏季受外源氮污染明显，郊区地下水硝酸盐主要受硝态氮肥污染影响，城区地下水硝酸盐污染严重，城市生活排泄物是主要的氮污染源；硝酸盐氮氧同位素联同按氮同位素等可以得知部分地下水中存在明显的反硝化作用。9．利用氮同位素取值分布和季节间频度分布变化初步讨论了遵义地下水硝酸盐污染来源的季节变化。遵义含NO3-较高的地下水主要分布在市区、茅草铺（市东北郊）和新店子一忠庄一带（市东南郊）。夏季地下水硝酸盐δ15N的平均值明显低于冬季，一表明夏季地下水受农业化肥等低δ15N值氮污染源污染。10．两城区地下水受点源污染为主，在局部区域有向含水层面源污染转化的趋势。喀斯特城区地下水中C、N物质的循环对环境变化响应较快，同时受不同区域降雨过程和土壤营养物质过程影响而表现出一定的差异性。

泌阳盆地中生物标志物的分布和石油初次运移的地球化学研究

泌阳盆地是一个第三系的断陷含油气盆地。论文对该盆地进行了生物标志化合物分布的研究，并利用生物标志物进行了沉积环境、石油对比、生物降解和石油初次运移等过程的研究。石油初次运移是一个重要的地质地球化学过程。利用生物标志物的分布来研究石油初次运移是一个重要的研究手段。同时又可以研究石油初次运移对有机地化指标的影响。首先研究了有机质在一块具溶蚀洞和裂隙的泥质白云岩心样中不同部位分布：L-溶洞中可溶有机质；S-样品碎至1cm~3并抽提到的大孔隙及裂隙中的可溶有机质；M-将抽提后的12cm~3样品碎至80-100目后再抽提得到地可溶有机质，是小孔隙中的有机质。结果发现，在很短距离（< 10cm）的初次运移过程中，同样存在着较强的色谱分异作用。受到较明显影响的地化指标包括烃组成（%），正烷烃轻重比，姥/植比，nC_(17)/Pr（或nC_(13)/Ph）以及甾、藿烷含量等。对两套钻井岩心剖面的研究结果表明，石油烃的初次运移中的色层分异作用控制。生油岩的有机质/矿物基本质比值越大，色层效影就越小；受色层效应影响的指标可分为两大类，例如：立体化学指标如ααα-20S/20Rey ββ/αα受到的色层影响小于C_(21)/C_(29)甾烷、C_(21)/C_(30)萜烷等分子结构差异大的有机指标。

Fixação de nitrogênio pela soja em sistemas de cultivo contínuo e rotacionado com pecuária nos Cerrados.

Quantificou-se a contribuição da fixação biológica de N2 (FBN) na cultura da soja em um Latossolo Vermelho-Escuro, utilizando-se a técnica da abundância natural do isótopo 15N. Foram estudados cinco tratamentos: 1) soja de primeiro ano em solo cultivado por quatro anos com Brachiaria decumbens, sob pastejo, e preparado mecanicamente (arado, grade pesada e niveladora); 2) mesmas condições anteriores, mas com plantio direto da soja; 3) soja em cultivo contínuo por cinco anos, como cultura de verão, sem plantio de milheto no outono/ inverno, e solo preparado de forma convencional (arado, grade pesada e niveladora); 4) soja com cultivo contínuo por cinco anos, com cultivo de outono/inverno de milheto (Pennisetum atropurpureum) e preparo de solo conservacionista (arado de disco, aiveca e subsolador); 5) mesmas condições anteriores, mas com plantio direto. Amostras de plantas foram coletadas no estádio vegetativo, enchimento de grãos, na maturação, e na colheita final de grãos. Em cada coleta analisaram-se as produções de matéria seca (MS) e teores de N e 15N. As produções de MS e N total acumulado foram semelhantes no estádio vegetativo, mas as plantas no plantio direto mostraram taxas de FBN acima de 50%, enquanto que as de plantio convencional estavam abaixo de 40%. No enchimento de grãos, as produções de MS, N total e as taxas de FBN(entre 60% e 68%) foram semelhantes em todos os sistemas de preparo do solo. Na maturação dos grãos, o preparo de solo convencional resultou numa maior produção de MS do que no plantio direto. Os grãos apresentaram a maior parte do N fixado (66% a 82%), ficando entre 51% e 68% para a parte aérea e entre 15% e 32% para as raízes. No balanço do N total obtido por FBN e o que foi alocado aos grãos, obtiveram-se valores indicativos de que a maior parte do N fixado seria retirada do sistema na colheita de grãos, o que foi confirmado na colheita final. A soja de plantio direto mostrou um balanço ligeiramente mais positivo do que a soja de plantio convencional. Como a soja é pouco dependente do N do solo, usando eficientemente o N de fixação, este seria poupado como resíduo para uso de culturas subseqüentes, o que explicaria o efeito benéfico imediato observado na prática em sistemas produtivos de rotação de cultura entre soja e cereais ou pastagem. No entanto, os resultados obtidos indicam que a soja, que tem um índice de colheita alto (proporção do N total nos grãos em relação ao N total da planta), não contribui significativamente para aumento dos teores de N total do solo capazes de beneficiar por longo tempo as culturas em sucessão.

Synteza i struktura nowych aminowych analogów ansamycynowego antybiotyku rifampicyny

Wydział Chemii: Zakład Biochemii

The life history and ecology of black scabbardfish (Aphanopus carbo Lowe 1839) in the north-east Atlantic

The black scabbardfish is a deep water species that supports commercial fisheries across a large area of the NE Atlantic shelf. The life history of black scabbardfish is poorly understood and a major unresolved issue is population structure. In this study it was used a combination of methodologies to get further knowledge in the life history and population structure of A. carbo over its wide distribution range in the Northeast Atlantic. The new knowledge acquired during this study, will increase our ability to better manage this species in the NE Atlantic. It has been postulated that fish caught to the west of the British Isles are pre-adults that migrate further south (to Madeira) for spawning, implying a single panmictic population. In this study, specimens of Aphanopus carbo were sampled between September 2008 and May 2010 from two different areas: NW Scotland (French trawlers and deep water surveys) and Madeira Islands (longliners commercial landings). Geographical differences in reproductive state of scabbardfish were evident, supportive of a north-south migration theory. In the northern area, all specimens found were immature, while in Madeira all maturity stages were observed. In Madeira, spawning occurred during the fourth quarter, with peak maturity in October (males) and in November (females). The age of this species has proven difficult and has led to different and contradictory age and growth estimates. For this study, we used two reading interpretations to determine age and estimate the growth parameters. To the west of the British Isles, specimens reached a lower maximum age and had a higher growth rate than those caught off Madeira. These differences are consistent with the theory of a single population of black scabbardfish in the NE Atlantic, highly segregate, with smaller, immature and younger fish caught to the west of the British Isles and bigger and mature caught in Madeira Islands. The feeding ecology showed strong evidence that the diet of black scabbardfish is associated with the spawning migration of blue whiting, which may support a northerly feeding migration theory for black scabbardfish. The stable isotope analyses in the muscle of black scabbardfish identified that black scabbardfish feeds on species with epipelagic and benthopelagic affinities. Comparison with stable isotope analysis in Madeira samples indicated that black scabbardfish feed at a similar trophic level and has the same trophic niche width in both areas, assuming similar baseline isotope compositions. Otolith stable isotopes (oxygen - δ18O and nitrogen - δ15N) analyses were used as a tool to clarify migratory behaviour. Otolith isotope ratios can provide insight into whether adults caught around Madeira fed in an isotopically depleted northerly ecosystem (NW Scotland) during their pre-adult period and then migrate towards south to spawn. Overall, the results support a south-north migration of pre adult fish from spawning areas around Madeira and a north-south migration from the west of Scotland to the spawning areas. Given its life cycle there is an urgent need that the management process recognizes the existence of a continuous widely distributed stock of black scabbardfish between the west of the British Isles and Madeira. The results highlight large scale dispersal in this species which needs to be treated as a highly migratory species and be managed as a single population.

Stable isotope ratios indicate diet and habitat use in New World monkeys.

This paper demonstrates the use of stable isotope ratios of carbon and nitrogen in animal tissue for indicating aspects of species behavioral strategy. We analyzed hair from individuals representing four species of New World monkeys (Alouatta palliata, the mantled howler; Ateles geoffroyi, the spider monkey; Cebus capucinus, the capuchin; and Brachyteles arachnoides, the woolly-spider monkey or muriqui) for delta 13C and delta 15N using previously developed methods. There are no significant differences in either carbon or nitrogen ratios between sexes, sampling year, or year of analysis. Seasonal differences in delta 13C reached a low level of significance but do not affect general patterns. Variation within species was similar to that recorded previously within single individuals. The omega 13C data show a bimodal distribution with significant difference between the means. The two monkey populations living in an evergreen forest were similar to each other and different from the other two monkey populations that inhabited dry, deciduous forests. This bimodal distribution is independent of any particular species' diet and reflects the level of leaf cover in the two types of forest. The delta 15N data display three significantly different modes. The omnivorous capuchins were most positive reflecting a trophic level offset. The spider monkeys and the muriquis were similar to one another and significantly more positive than the howlers. This distribution among totally herbivorous species correlates with the ingestion of legumes by the howler monkey population. In combination, these data indicate that museum-curated primate material can be analyzed to yield information on forest cover and diet in populations and species lacking behavioral data.

Denitrification and inference of nitrogen sources in the karstic Floridan Aquifer

Aquifer denitrification is among the most poorly constrained fluxes in global and regional nitrogen budgets. The few direct measurements of denitrification in groundwaters provide limited information about its spatial and temporal variability, particularly at the scale of whole aquifers. Uncertainty in estimates of denitrification may also lead to underestimates of its effect on isotopic signatures of inorganic N, and thereby confound the inference of N source from these data. In this study, our objectives are to quantify the magnitude and variability of denitrification in the Upper Floridan Aquifer (UFA) and evaluate its effect on N isotopic signatures at the regional scale. Using dual noble gas tracers (Ne, Ar) to generate physical predictions of N2 gas concentrations for 112 observations from 61 UFA springs, we show that excess (i.e. denitrification-derived) N2 is highly variable in space and inversely correlated with dissolved oxygen (O2). Negative relationships between O2 and δ15N NO3 across a larger dataset of 113 springs, well-constrained isotopic fractionation coefficients, and strong 15N:18O covariation further support inferences of denitrification in this uniquely organic-matter-poor system. Despite relatively low average rates, denitrification accounted for 32 % of estimated aquifer N inputs across all sampled UFA springs. Back-calculations of source δ15N NO3 based on denitrification progression suggest that isotopically-enriched nitrate (NO3-) in many springs of the UFA reflects groundwater denitrification rather than urban- or animal-derived inputs. © Author(s) 2012.

Dinámica y distribución de macro nutrientes en Nothofagus antarctica creciendo en distintas condiciones en Patagonia Sur

Nothofagus antarctica (ñire) es una de las especies forestales más importantes en abundancia en Patagonia Sur, siendo utilizado principalmente bajo sistemas silvopastoriles. En esta tesis se estudió la acumulación de biomasa y nutrientes (N, P, K, Ca, S y Mg) en componentes aéreos y subterráneos de ñire de distintas edades (5-20, 21-110 y 120-220 años), clases de copa (dominantes, codominantes, intermedios, suprimidos) y creciendo en tres calidades de sitio diferentes (alta, mediana y baja). Se encontró que la cantidad de biomasa y nutrientes varió significativamente según la edad, clase de copa y calidad de sitio, detectándose interacciones entre estos factores. Basado en un enfoque alométrico se determinó que la partición de biomasa varió según el sitio aunque no con la clase de copa, mientras que la partición de nutrientes varió significativamente con ambas. Los árboles creciendo en los mejores sitios destinaron mayor cantidad de todos los recursos hacia el componente aéreo mientras que los sitios de baja calidad incrementaron el destino hacia raíces. Los árboles dominantes destinaron mayor proporción de nutrientes hacia el componente aéreo con excepción del N, el cual fue derivado en mayor proporción hacia la parte aérea por los suprimidos. Por otra parte, se evaluó la dinámica del N en un sistema silvopastoril de ñire (1600 árboles ha-1). Se utilizó fertilizante enriquecido con 15N y se estudió su dinámica en un sistema silvopastoril (estrato herbáceo + árboles + suelo) en comparación con un pastizal abierto adyacente. El sistema silvopastoril absorbió casi tres veces más 15N que el pastizal abierto, y el estrato herbáceo absorbió casi un 70 por ciento más del fertilizante que el componente arbóreo. En conclusión, este estudio brinda información relevante y original en cuanto a dinámica y partición de recursos (biomasa y nutrientes) en ñire, y se presentan reglas alométricas como herramienta para estimaciones a futuro en diversos estudios ecológicos de ciclo de nutrientes y fertilidad mineral. Por otra parte, los resultados obtenidos indican que en sistemas silvopastoriles de ñire existiría un efecto de facilitación de N por parte del componente arbóreo hacia el estrato herbáceo, siendo estos sistemas más eficientes en la absorción y retención de N en comparación a un pastizal abierto.