稳定碳同位素在滨海湿地碳生物地球化学循环中的应用
稳定同位素技术在生态科学研究中的应用
稳定同位素技术在生态科学研究中的应用稳定同位素技术是一种先进的分析技术，其应用范围非常广泛，包括医学、环境科学、生态学等。
其中，生态学是一个非常热门的研究领域，稳定同位素技术在其中的应用越来越受到重视。
本文将介绍稳定同位素技术在生态科学研究中的应用。
一、稳定同位素技术的基本原理稳定同位素技术的原理是利用同位素的物理性质进行对比分析。
同种元素的不同同位素具有不同的质量数，因此在化学反应中其代表的物理参数也会有所不同。
在这里，我们以碳同位素为例进行介绍。
碳元素的三种同位素分别是12C、13C、14C，其中12C和14C 为稳定同位素，而13C为非稳定同位素。
在自然界中，12C的比例最高，13C的比例稍低，而14C的比例非常低。
当有机物质参与化学反应时，不同碳同位素的比例也会随之变化。
利用稳定同位素技术，我们可以通过测量不同碳同位素的比例来推断有机物质的来源、代谢途径等信息。
二、 1. 食物链研究稳定同位素技术可以用来研究食物链的物质传递。
不同生物体之间的碳同位素比例存在差异，因此可以通过测量同一食物链中不同生物体中碳同位素比例的变化来揭示物质传递的规律。
例如，通过测量草地生态系统中不同植物、土壤、昆虫、鸟类等生物体的碳同位素比例，可以了解不同生物体的食物释放源、食物选择行为等信息。
2. 水循环研究稳定同位素技术可以用来研究水循环的过程。
水分子中的氢原子存在两种同位素，分别是普通氢（1H）和重氢（2H）。
稳定同位素技术可以通过测量水中两种氢同位素的比例来揭示水循环的过程。
例如，在气候变化研究中，可以通过测量降水中重氢的含量来了解水循环的速度、路径等信息。
3. 氮循环研究稳定同位素技术可以用来研究氮循环的过程。
氮分子中存在两种同位素，分别是14N和15N。
在自然界中，14N的比例远高于15N。
稳定同位素技术可以通过测量不同生物体或环境中14N和15N的比例来揭示氮循环的过程。
例如，在土壤氮循环研究中，可以通过测量不同生物体、土壤、水体中15N的比例来了解氮转化的速度、途径等信息。
同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析
同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析随着全球环境问题的日益突出，环境科学的发展成为当今最重要的研究领域之一。
其中，碳循环作为全球气候变化研究的核心，对了解地球系统的动态变化具有重要意义。
同位素示踪技术作为一种精确而灵敏的分析工具，日益被应用于环境科学中的碳循环解析，为我们深入了解碳循环机制和评估人类活动对环境影响提供了重要的手段。
首先，我们需要了解碳循环在环境科学中的重要性。
碳循环是指地球上碳元素在不同环境介质（如大气、水体、土壤等）之间的相互转化与平衡过程。
这种平衡是复杂而脆弱的，任何外界因素的干扰都会对地球系统产生重大影响。
例如，二氧化碳是温室气体的主要成分之一，其排放和吸收的不平衡将导致全球气候变化。
因此，准确地了解碳循环的机制和过程，对于评估和预测气候变化以及环境管理具有重要意义。
同位素示踪技术作为一种用来标记物质的方法，已经被广泛应用于环境科学领域。
其中，碳同位素示踪技术是研究碳循环的重要手段之一。
碳元素有两种主要的同位素：碳-12和碳-13。
这两种同位素在自然界中的丰度比例是稳定的，但由于环境变化和生物过程的影响，不同介质中同位素丰度的比例会发生变化。
通过测量碳同位素的丰度变化，我们可以推断出碳元素的来源和转化过程。
具体来说，同位素示踪技术将标记同位素（如放射性同位素碳-14）引入环境介质中，然后测量标记同位素与自然同位素的丰度比例变化。
通过对比不同介质中同位素丰度的差异，我们可以推断出碳的运动路径和转化过程。
例如，通过测量大气中二氧化碳中碳-14的丰度，可以估算出大气中二氧化碳的存活时间和源头，从而了解大气中二氧化碳的增长机制。
类似地，同位素示踪技术还可以揭示碳元素在土壤中的储存和释放过程，以及海洋中的碳沉积和迁移等。
同位素示踪技术在环境科学中的应用具有广泛的研究领域。
首先，它可以帮助我们了解全球碳循环过程。
通过对不同环境介质中同位素丰度的测量，可以追踪碳元素在大气、水体和陆地之间的相互转化和平衡过程。
滨海不同生境湿地土壤有机碳官能团特征与其影响因子
《应用与环境生物学报》Chin J Appl Environ Biol Doi: 10.19675/ki.1006-687x.2020.11047滨海不同生境湿地土壤有机碳官能团特征及其影响因子李召阳刘晟刘嘉元李德生刘福德**天津理工大学环境科学与安全工程学院天津300384摘要近年来，围填海等滨海湿地的开发和利用活动较为频繁，造成滨海湿地土壤有机碳储量和分布格局不断发生变化，这对正确评估滨海湿地应对人为干扰的能力及制定合理的可持续发展对策是一种挑战。
以天津、东营和昌邑滨海地区的潮上带和潮间带湿地为研究对象，采用傅里叶红外光谱法研究不同生境滨海湿地土壤有机碳官能团的组成与数量特征，并结合理化性质的变化揭示土壤有机碳官能团的影响因子。
结果显示，东营、天津和昌邑湿地土壤有机碳官能团类型大致相同，其中糖类、脂肪类、氨基酸和酚类占比较大，芳香烃、苯类和酮类占比较小。
虽然不同地点滨海湿地的土壤有机碳官能团结构大致相同，但东营与天津湿地土壤各吸收峰强度显著大于昌邑湿地（P < 0.05）。
主成分分析结果表明前2轴累计解释了79.6%的土壤有机碳官能团的变化，表明上述官能团能够反映滨海湿地土壤有机碳的分布特征。
研究同时发现东营和昌邑滨海潮间带与潮上带湿地的土壤样品区分度较高，潮上带湿地土壤中属于疏水基团的烯烃类、酮类、苯系物和芳香化合物的吸收峰强度与相对峰面积显著大于潮间带，但天津采样点距离河口较近，淡咸水的交替作用使潮间带与潮上带区分并不明显。
蒙特卡洛检验结果表明土壤总磷（P = 0.002）、有机碳（P = 0.002）、总碳（P = 0.002）、总氮（P = 0.004）、pH（P = 0.006）和盐度（P= 0.03）对土壤有机碳官能团的数量分布均有显著影响，但土壤总磷含量的解释量最高，达到了39.7%。
综上，滨海湿地土壤有机碳官能团结构不随地点和生境发生变化，但其数量特征受植被生长和土壤理化性质影响显著，各理化性质中土壤总磷含量是影响滨海湿地土壤有机碳官能团数量分布最大的驱动因子，该发现对于氮磷输入比例日益增加的河口海岸湿地及近海水域富营养化的修复与治理尤为重要。
黄河三角洲滩涂—湿地—旱地土壤团聚体有机质组分变化规律
黄河三角洲滩涂—湿地—旱地土壤团聚体有机质组分变化规律刘兴华;章海波;李远;代振飞;付传城;骆永明【摘要】土壤团聚体有机质是具有生物、化学活性的土壤有机质组分,在土壤碳库周转过程中起重要作用.以黄河三角洲滨海土壤为研究对象,分析土壤团聚体有机质组分含量及稳定性碳同位素,探讨研究区由潮滩到内陆依次分布的无植被荒地、盐生植被湿地和旱地土壤团聚体有机质分配特征、碳库稳定性及来源.结果表明:在无植被荒地—湿地—旱地过渡区,土壤有机质含量呈先增加后降低的趋势,且与大团聚体含量呈显著正相关关系.土壤团聚体有机质可以分为大(微)团聚体表面游离颗粒态有机质(fPOM)、大(微)团聚体内部结合的颗粒态有机质(iPOM)和矿物结合态有机质(mSOM).无植被荒地fPOM、iPOM(250～2000μm)和mSOM的有机碳含量较低;随着盐生植被的生长,湿地土壤中此3种颗粒态有机质的有机碳含量明显增加,最高分别达到410.0 g·kg-1、98.8 g·kg-1和18.8 g·kg-1;湿地过渡为旱地后,3种颗粒态有机质的含量逐渐趋于稳定.无植被荒地土壤颗粒态有机质(包含fPOM和iPOM)中有机碳的分配比均低于20％,盐生植被湿地中该组分分配比在41.8％～75.2％,而农业开垦后相同组分分配比均低于54％.不同土壤有机质组分的δ13C值呈fPOM<iPOM<mSOM,且具有盐生植被湿地<旱地<无植被荒地的趋势.综上,黄河三角洲无植被荒地土壤有机质总量较低,主要是以矿物结合态有机质为主的稳定碳库,且受海源有机碳影响较大;湿地植被的生长增加了有机质总量,但同时增加了活性碳库的相对比例,对环境条件的改变更为敏感;玉米和小麦耕作降低活性碳库的相对比例,增加了土壤库的稳定性.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2019(056)002【总页数】12页(P374-385)【关键词】黄河三角洲;滨海土壤;土壤团聚体;颗粒态有机质;碳稳定性;碳源【作者】刘兴华;章海波;李远;代振飞;付传城;骆永明【作者单位】中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室(烟台海岸带研究所),山东烟台 264003;中国科学院大学,北京 100049;浙江农林大学环境与资源学院,土壤污染与生物修复重点实验室,浙江临安 311300;中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室(烟台海岸带研究所),山东烟台 264003;中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室(烟台海岸带研究所),山东烟台 264003;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室(烟台海岸带研究所),山东烟台 264003;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室(烟台海岸带研究所),山东烟台 264003;中国科学院大学,北京100049;中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室(南京土壤研究所),南京210008【正文语种】中文【中图分类】S153全球土壤碳库储量约为2 500 Pg，是大气碳库的3倍，同时也是陆地生态系统最大且周转最慢的碳库［1］。
人工湿地的碳氮磷循环过程及其环境效应
人工湿地的碳氮磷循环过程及其环境效应人工湿地的碳氮磷循环过程及其环境效应引言近年来，人工湿地作为一种重要的生态工程技术，被广泛应用于水污染治理中。
人工湿地通过模拟天然湿地的生态功能，可有效去除水中的有机物质和营养盐，具有净化水体、恢复生态系统功能的重要作用。
对于人工湿地而言，碳、氮和磷元素是其中最重要的循环物质。
本文将详细介绍人工湿地的碳、氮和磷元素的循环过程和环境效应。
一、碳元素的循环过程及环境效应人工湿地中的碳元素主要来自水体中的有机物质、湿地植物的生物质和沉积物。
碳元素在湿地中会经历多环境过程，包括植物吸收、微生物分解和有机物质沉积。
首先，湿地植物通过光合作用吸收二氧化碳，并将其转化为氧气和有机物质。
这些有机物质可以被湿地植物部分利用，同时也有一部分被分泌到根际区域。
其中一部分被微生物分解为二氧化碳释放到大气中，完成碳元素的释放循环。
其次，湿地植物生物质中的有机碳会在植物死亡后沉积到沉积物中，进而形成湿地的土壤有机质。
土壤中的有机质可以通过微生物分解释放为二氧化碳，也可以沉积到更深层次的土壤中形成长期储存的碳库。
这部分碳元素的储存和释放过程会影响湿地的碳平衡和碳循环速率。
另外，湿地植物的根系和根系泌物也能促进土壤中的碳储存，从而提高湿地的碳汇能力。
对于环境效应而言，人工湿地在碳循环过程中具有显著的碳吸收和固定能力，有助于减缓全球气候变化。
此外，湿地植物的根系和沉积物中的有机质能够有效地渗透和吸附水中的有机物质和重金属，从而减少水体中碳污染物的浓度，改善水质环境。
二、氮元素的循环过程及环境效应氮元素在人工湿地中的循环过程主要包括氮固定、生物转化和氮淋洗等环境过程。
湿地植物的根系和根系附近的微生物是主要的氮转化参与者。
首先，湿地植物中的根结瘤菌能够与植物共生，通过固定大气中的氮气，将其转化为植物可吸收的氨氮。
这部分固定氮能够提供给湿地植物的生长和发育，同时也能够降低湿地中氮的浓度，减少氮的排放，达到保护水质的目的。
_15_N示踪技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展
收稿日期:2004-08-10;修订日期:2004-12-15基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX3-S W -332)、国家自然科学基金项目(90211003)资助。
作者简介:孙志高(1979-),男,山东烟台人,博士研究生,主要从事环境生态与生物地球化学研究。
E -mail:zhigaosun@yahoo .com.cn15N 示踪技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展孙志高1,2,刘景双1,于君宝1,王金达1(1.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春13001;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:稳定性同位素技术是现代生态学研究中的一门应用技术,它几乎在生态学研究的各个领域都有着广泛的应用。
其中15N 技术由于具有示踪和区分氮素物质的源与去向等优越性而在生态系统氮循环研究中发挥了极为重要的作用。
文章主要从湿地氮素的输入过程、转化过程以及归趋过程三方面综述了该技术在当前国内外湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展,特别指出当前基于该技术的湿地氮素生物地球化学过程研究尚缺乏一定的系统性、深入性和广泛性。
最后,文章就该技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用前景进行了展望研究。
关 键 词:生物地球化学过程;同位素分馏;15N 示踪技术;湿地中图分类号:X142 文献标识码:A 文章编号:1000-0690(2005)06-0762-07 湿地氮素生物地球化学过程是指氮素在湿地环境中进行的各种迁移转化和能量交换过程。
它以生物过程、化学过程和物理过程为主线,主要研究湿地系统内(湿地中各种沉积物以及湿地内生物新陈代谢所进行的氮素物质交换和转化过程)和系统外(湿地与毗邻生态系统之间进行的氮素物质交换过程)两种过程[1]。
U rey 关于同位素物质热力学性质的深入研究和N ier 研制的比值质谱计为稳定同位素地球化学奠定了基础[2]。
McKin 2ney [3]等对N ier 型质谱计的改进最终使稳定性同位素成为一种行之有效的分析方法。
稳定同位素在地球科学研究中的应用
稳定同位素在地球科学研究中的应用稳定同位素是指具有相同原子序数但不同中子数的同位素，其核外电子结构和化学性质相同，但物理和化学性质不同。
稳定同位素的应用已经广泛用于地球科学研究。
下面本文将介绍稳定同位素在地球科学研究中的应用以及其作用。
1. 碳同位素的地球科学应用稳定碳同位素研究可以帮助我们了解全球碳循环和碳贮存情况。
通过研究碳在不同业界中的分布和分异，科学家可以了解到生物碳和非生物碳的来源及其分布。
这样在研究地球的气候变化、环境污染及全球碳排放等方面就有巨大的作用。
例如，元素碳存在的三种形态是有机碳、无机碳和二氧化碳。
而地球上的有机和无机碳同位素的含量差异，可以通过稳定碳同位素比对，对碳循环过程的了解卓有成效。
同时，稳定碳同位素还可以被用来区分不同种类的碳质输出物，例如煤、石油和生物质等。
2. 氢同位素的研究稳定氢同位素被应用到气液固各领域的研究中。
例如，在全球水循环中，氢同位素可以追踪、区分和分析如同位素分布与水分布之类的关系，帮助地质学家研究出水文地质学和水文地球化学领域的一些重要问题。
其次，氢同位素也可以在农业和环境科学领域中应用。
例如，氢同位素可以追踪植物生长季节中的降水量。
还可以用于跟踪农药和肥料等土地污染物质的迁移。
3. 氮同位素的应用稳定氮同位素也是地球科学研究中经常使用的技术之一。
稳定氮同位素的分布常常会影响到自然界的物种结构，如合成有机物质的生物作用、水的化学性质等。
具体来说，稳定氮同位素是用于了解地球氮循环的东西。
通过比较样本中的氮同位素，科学家可以了解氮的化学和生物过程。
氮的自然变异通常与生物和自然过程相关。
最后，通过对稳定同位素研究的整理和分析，我们可以了解到，这是与地球科学研究密切相关的研究领域。
只有充分利用稳定同位素技术，我们才有可能更好地研究地球的环境问题、了解地球上生命的演变过程，以及科学预测自然灾害等，才能够更好更全面地了解地球生存的方式和方法。
同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析
同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析概述碳循环是指在地球上，碳元素在不同的生物圈、大气圈、水圈和地球圈之间的交换过程。
了解碳循环对于全球气候变化和环境健康至关重要。
同位素示踪技术是一种广泛应用于环境科学领域的方法，通过分析特定同位素在不同环境中的含量与分布，揭示了碳循环的运动和转化机制。
本文将以同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析为话题，探讨其原理、应用和未来发展方向。
原理同位素是指具有相同质子数但中子数不同的元素，根据同位素在自然界中存在的丰度差异，可以利用同位素比值变化揭示碳循环过程中的运动和转化。
其中，碳同位素主要分为^12C和^13C两种，其丰度差异可通过质谱仪进行精确测定。
同时，同位素示踪技术还可以利用放射性同位素如^14C，在环境中追踪碳元素的动态变化。
应用1. 碳源解析：通过分析环境中不同来源的碳同位素比值，可以确定不同碳源在碳循环中的相对贡献，进而了解碳的来源与汇的关系。
例如，利用同位素示踪技术，研究人类活动对大气中CO2浓度的影响，识别化石燃料燃烧和生态系统呼吸等自然过程的贡献，可以提供准确的碳排放评估。
2. 消失过程解析：利用同位素示踪技术可以示踪有机碳的生物降解和无机碳的催化转化等过程。
例如，通过分析^13C同位素在土壤中的分布，研究土壤有机质的分解速率和机制，可以深入了解土壤呼吸作用对全球碳循环的影响。
3. 季节性变化研究：同位素示踪技术可以帮助科学家揭示季节性碳循环的特征和机制。
通过对季节性的植物生长和呼吸过程进行同位素分析，可以确定不同季节中植物对大气中CO2的吸收和释放情况，为气候模型提供可靠的参数。
未来发展同位素示踪技术在环境科学中的应用已取得了令人瞩目的成果，但仍有一些挑战和未解之谜需要进一步研究和探索。
以下是一些可能的未来发展方向：1. 多同位素组合：同时使用多种碳同位素进行示踪分析，可以提供更全面的碳循环信息。
比如，将^13C同位素与氧同位素（^18O和^16O）组合应用于水体中的碳循环研究，可以揭示陆地-海洋碳交换的机制。
海洋浮游生物的稳定碳同位素分析
海洋浮游生物的稳定碳同位素分析海洋浮游生物是海洋生态系统中至关重要的一环，它们不仅是海洋食物链的基础，还在全球碳循环中扮演着重要的角色。
稳定碳同位素分析是研究海洋浮游生物生态学和碳循环的重要手段之一。
本文将介绍海洋浮游生物的稳定碳同位素分析方法及其在科研领域中的应用。
一、稳定碳同位素的基本概念稳定碳同位素是指碳元素的同位素中，相对原子质量约为12的^12C和相对原子质量约为13的^13C。
在自然界中，碳元素主要存在于两种形式，即^12C和^13C。
稳定碳同位素分析是通过测量样品中^13C/^12C的比值来研究样品的来源、生态位和碳循环过程。
二、海洋浮游生物的稳定碳同位素分析方法1. 样品采集：海洋浮游生物样品的采集是进行稳定碳同位素分析的第一步。
样品可以通过网采、瓶采等方式获取，需要保证样品的新鲜度和完整性。
2. 样品处理：将采集到的海洋浮游生物样品进行处理，包括去除杂质、干燥或冷冻保存等步骤，以保证后续分析的准确性。
3. 样品制备：将处理后的样品转化为适合进行稳定碳同位素分析的形式，通常是将样品转化为气体或溶液样品。
4. 碳同位素分析：利用质谱仪或同位素比例质谱仪等设备对样品中的^13C/^12C比值进行测量，得到稳定碳同位素的数据。
5. 数据处理：对测得的稳定碳同位素数据进行处理和分析，可以通过计算碳同位素分馏值、构建碳同位素模型等方法来研究海洋浮游生物的生态特征和碳循环过程。
三、海洋浮游生物稳定碳同位素分析的应用1. 食物来源研究：稳定碳同位素分析可以帮助科研人员确定海洋浮游生物的食物来源，揭示海洋食物链的结构和营养传递路径。
2. 生态位分析：通过稳定碳同位素分析，可以了解海洋浮游生物在海洋生态系统中的生态位和功能定位，为生态系统的保护和管理提供科学依据。
3. 碳循环研究：海洋浮游生物是海洋碳循环的重要参与者，稳定碳同位素分析可以帮助科研人员研究海洋浮游生物对碳的吸收、释放和转化过程，揭示海洋碳循环的机制和影响因素。
碳同位素技术在陆地土壤碳循环中的应用
碳同位素技术在陆地土壤碳循环中的应用一、碳同位素技术概述碳同位素技术是指利用不同碳同位素的分布和变化规律来进行研究和分析的技术手段。
碳同位素是指碳元素在原子核内的质子数不变，但中子数不同的同种异构体，其中最常见的有碳-12（12C）、碳-13（13C）和碳-14（14C）。
在自然界中，碳元素主要以12C和13C 为主，而14C只存在于放射性同位素中。
通过测定不同环境中不同碳同位素的比例和分布，可以揭示出生物体、土壤和大气等中碳元素循环的过程和规律。
二、碳同位素技术在土壤有机碳研究中的应用土壤有机碳是土壤中最重要的碳资源之一，其含量和循环过程对于土壤肥力、环境质量和生态系统健康具有至关重要的影响。
利用碳同位素技术可以对土壤有机碳的来源、通量和稳定性等进行深入研究。
碳同位素技术可以用来追踪土壤有机碳的来源。
不同植被类型、土地利用方式和气候条件下，土壤有机碳中不同碳同位素的比例和分布会有所差异。
通过测定土壤有机碳中不同碳同位素的比例，可以推断土壤有机碳的来源和积累过程。
这为研究土壤有机碳的形成机制和演化过程提供了重要依据。
碳同位素技术可以用来评估土壤有机碳的稳定性。
土壤有机碳中不同碳同位素的分布和比例可以反映土壤有机碳的降解和积累速率，从而评估土壤有机碳的稳定性和循环速率。
这为预测土壤有机碳的储存和释放过程提供了科学依据，并为土壤碳储量估算和土地利用规划提供了重要参考。
碳同位素技术还可以用来研究土壤有机碳的通量。
通过测定土壤有机碳中不同碳同位素的比例和分布，可以追踪土壤有机碳的输入和输出过程，并揭示土壤有机碳在不同生态系统中的循环路径和通量大小。
这为评估土壤有机碳的来源和去向提供了重要依据，也为生态系统的碳平衡和土壤有机碳管理提供了科学依据。
三、碳同位素技术在土壤呼吸研究中的应用土壤呼吸是土壤中微生物和植物根系等呼吸作用释放的二氧化碳，是土壤碳通量的重要组成部分。
利用碳同位素技术可以对土壤呼吸的速率和来源进行研究和评估。
碳稳定同位素技术在植物和土壤中的应用研究进展
碳稳定同位素技术在植物和土壤中的应用研究进展吉林建筑大学长春 130118碳对于地球上的生物进化起着极其重要的作用。
植物的呼吸和光合作用都是通过碳的传递来与大气产生交互，从而形成碳的平衡与循环。
同时，对碳的同位素进行追踪从而进行分析研究的技术已经广泛运用到各种对于农业的研究中，并取得了一定的成果。
在国外，稳定碳同位素在生态系统研究中应用较早，已对暗呼吸中碳同位素分馈、碳同位素分馏与环境和生理因素的关联、土壤-植物-大气连续体中的碳同位素通量等方面进行了综述。
Matteo等根据28种文献绘制了1996—2015年稳定碳同位素在林学研究中的热点分布图，发现研究集中在森林土壤碳固存、植物和动物群落的人为影响以及造林后树种的生理生态反应3个方面。
在国内，稳定碳同位素技术应用起步较晚但发展较快，国内研究者综述了稳定碳同位素技术在植物-土壤系统碳循环、树轮稳定碳同位素、植物水分利用效率和全球气候变化等方面的应用。
随着同位素技术应用范围不断拓展，在植物的细胞、叶肉组织、韧皮部、叶片、植株、冠层、生态系统乃至全球尺度上均有应用。
Smedley[1]等利用对植物叶片中δ13C值的测定，发现多年生植物的δ13C含量大于一年生植物，且早开花植物小于晚开花植物。
Munn6-Bosch总结前人研究也得到相似的结论。
植物在不同的生长阶段也表现出不同的δ13C变化。
Victor等指出随植物生长阶段的变化其δ13C值有升高的趋势。
分析原因是，植株在幼年时δ13C低与环境有一定关系，幼年时植株比较小，处于群落下层，光照受到影响，且土壤释放的CO2也会使植株δ13C值较小。
为了得知树木生长时的气候条件，蒋高明等通过测定油松年轮中δ13C的含量推测出工业革命前中国北方的CO2变化量。
Saurer[2]等对欧洲山毛榉年轮纤维素中的δ13C与气候参数（尤其是降雨量）之间的关系进行研究，表明最近50年树木年轮δ13C与降雨量变化有显著相关性。
湿地碳循环过程
湿地碳循环过程
湿地碳循环是指湿地系统中碳元素的转化和循环过程。
主要包括以下几个方面：
1. 碳的固定：湿地是碳的重要储存库，湿地植被通过光合作用将二氧化碳转化为有机碳，这部分有机碳可以储存在湿地植被和土壤中。
2. 碳的分解：湿地中的有机物质会逐渐分解，被湿地生物分解为二氧化碳和甲烷等碳气体释放到大气中。
这个过程被称为分解过程。
3. 碳的沉积：湿地中的水体和土壤可以在一定程度上吸附和沉积有机碳，这些有机碳储存在湿地底部，形成湿地沉积物。
4. 碳的转运：湿地中的水体可以将有机碳与其他溶解物质一起运输到其他水域中，例如河流、湖泊和海洋。
湿地碳循环的过程是一个复杂的生态系统循环过程，其中有机碳在湿地中的固定、分解、沉积和转运等过程相互作用，影响着碳元素在湿地生态系统中的循环和平衡。
通过湿地碳循环，湿地生态系统能够起到碳捕集和碳存储的重要作用，对地球的碳平衡和气候变化具有一定的影响。
稳定碳同位素技术在土壤植物系统碳循环中的应用
例如，在有机质的分解过程中，细菌和真菌会优先吸收轻同位素（如12C）， 留下重同位素（如13C）在土壤中。通过比较新老有机质中的碳同位素组成，我 们可以了解有机质的分解速率和土壤碳的动态循环。
此外，稳定同位素分析技术还可以用于研究土壤中的氮循环。在农田生态系 统中，氮的主要来源是施用的化肥。通过比较农作物、土壤和化肥中的氮同位素 组成，我们可以了解氮的矿化、固定和转化过程，以及氮在土壤-植物系统中的 迁移和利用效率。
3、土壤有机碳的固存和分解：土壤有机碳的固存和分解是土壤碳循环的重 要环节。稳定碳同位素技术可以帮助我们理解这个过程中的碳来源、传输和储存 机制。例如，当土壤中的有机物质分解时，其同位素指纹可能会发生变化，这为 我们提供了判断有机物质分解程度的重要线索。
4、农业实践的影响：农业实践如施肥、灌溉等都会影响土壤植物系统的碳 循环。通过稳定碳同位素技术，我们可以评估这些农业实践对土壤有机碳固存的 影响，从而为优化农业管理策略提供科学依据。例如，某些特定的肥料可能会引 入与当地土壤不同的碳源，这就可以通过稳定碳同位素技术进行识别。
参考内容二
引言
土壤碳循环是地球碳循环的重要组成部分，对于气候变化、生态系统功能和 农业生产等方面具有重要影响。准确理解和研究土壤碳循环过程是制定相关环境 政策和农业实践的基础。近年来，碳同位素技术得到了广泛应用，为土壤碳循环 研究提供了新的方法和视角。本次演示将介绍碳同位素技术在土壤碳循环研究中 的应用和意义。
稳定碳同位素技术在土壤植物系统 碳循环中的应用
目录
01 一、稳定碳同位素技 术的基本原理
03 三、前景展望
二、稳定碳同位素技
02 术在土壤植物系统碳 循环中的应用
04 应用价值的地球化学工具，尤其在理解和 解决土壤植物系统的碳循环问题中，其作用不容忽视。通过追踪碳元素的同位素 指纹，科学家们能够更好地理解碳的来源、传输和储存过程，进而为保护和改善 农业生态环境提供科学依据。
稳定同位素示踪技术在生态环境研究中的应用
稳定同位素示踪技术在生态环境研究中的应用稳定同位素示踪技术是一种用稳定同位素所标记的物质来追踪物质在生物体系中的流向和转化的技术。
这项技术具有高精度、高可靠性的特点，已被广泛应用于生态环境研究中。
本文将介绍其应用与优势。
一、稳定同位素示踪技术的基本原理稳定同位素示踪技术利用不同同位素相对丰度的差异来追踪物质在生态系统中的流向和转化。
稳定同位素是指质子数不变、中子数不同的同种元素。
在自然界中，同种元素的不同同位素存在着一定的相对丰度，其比值可以通过质谱等仪器测定。
通过分析生态系统中物质的同位素比值的变化，可以揭示其在生态系统中的流动规律、生物、化学转化过程等信息。
二、稳定同位素示踪技术在生态环境研究中的应用1. 碳同位素示踪技术碳是生物体系中最常见的元素，也是地球上最常见的元素之一。
稳定同位素示踪技术中，以13C、14C为代表的碳同位素被广泛应用于生态系统中的有机物质的碳循环研究。
通过13C标记的有机物质可以推断出在生态系统中的有机物质的生产来源和转化过程，如光合作用中CO2的转化能力、土壤中有机物的来源等。
2. 氮同位素示踪技术氮是生物体系中不可或缺的营养元素，通过稳定同位素示踪技术，可以研究氮在生态系统中的流向和转化过程，如鱼类食物中的氮成分、原生动物对有机物的初始分解、土壤中化学、生物反应过程的变化等。
3. 氢同位素示踪技术氢是水分子的成分之一，在稳定同位素示踪技术中，利用氢同位素分析水的运移情况、水-土壤-植物系统的异质同位素内循环、动物饮水水源等信息。
4. 氧同位素示踪技术在生态系统中，氧同位素示踪技术可用于水的来源及其质量的研究，如大气水湿滞过程中的同位素分布。
三、稳定同位素示踪技术的优势1. 非放射性示踪：与放射性示踪技术相比，稳定同位素示踪技术不会产生放射性废物和辐射污染，对人体和环境无害。
2. 高精度：稳定同位素示踪技术样品处理比较简单，并且稳定性较高，测量精度高。
3. 应用广泛：稳定同位素示踪技术在生态环境研究中可应用于不同类型的生物体系和环境领域。
中国滨海盐沼湿地碳收支与碳循环过程研究进展
中国滨海盐沼湿地碳收支与碳循环过程研究进展曹磊;宋金明;李学刚;袁华茂;李宁;段丽琴【摘要】滨海盐沼湿地由于其较高的初级生产力和较缓慢的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的有效蓝色碳汇,近年来引起全球范围内的热切关注.我国滨海盐沼湿地分布较广,国内学者对滨海盐沼湿地碳循环及碳收支研究取得了一定进展,深入研究滨海盐沼湿地碳循环有助于对全球碳循环及全球变化的理解,并为利用滨海湿地进行碳的增汇减排提供科学依据.主要从我国滨海盐沼湿地碳循环主要观测方法、碳收支与碳循环过程及特点、碳库的组成与影响因素、气态碳的输入输出、潮汐作用对其碳收支的影响这5个方面出发,对国内的滨海盐沼湿地碳循环与碳收支的研究进展进行了归纳总结,并对今后的研究方向给出如下建议:(1)加强滨海盐沼湿地土壤碳库在深度上和广度上的研究；(2)标准化滨海盐沼湿地碳储量、碳通量的量化方法和观测技术；(3)在研究尺度上要宏观、微观并重,同时加强长期原位监测湿地碳通量的变化与室内模拟研究；(4)量化在潮汐影响下滨海盐沼湿地碳与邻近生态系统之间的横向交换通量.只有对我国滨海盐沼湿地碳库收支进行更准确的评估和长期的碳库动态变化监测,方可进一步认识我国盐沼湿地对全球气候变化的影响及其反馈作用,这对于预测全球变化及制定湿地碳储备功能的提升策略具有重要的意义.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2013(033)017【总页数】12页(P5141-5152)【关键词】碳收支;滨海盐沼湿地;影响因素【作者】曹磊;宋金明;李学刚;袁华茂;李宁;段丽琴【作者单位】中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室,青岛266071;中国科学院大学,北京100049;中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室,青岛266071;中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室,青岛266071;中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室,青岛266071;中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室,青岛266071;中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室,青岛266071【正文语种】中文全球变暖与大气中不断增加的温室气体之间的密切关系已成为不争的事实,减少温室气体排放、增加碳汇成为缓解气候变化的首要任务,因此,对全球碳循环的研究则成为其中关键过程。
稳定同位素技术在环境研究中的应用
稳定同位素技术在环境研究中的应用随着环境污染和气候变化等问题的日益严峻，环境研究变得越来越重要。
其中，稳定同位素技术被广泛应用于环境监测、环境治理和生态系统研究等领域。
本文将介绍稳定同位素技术在环境研究中的应用，包括其基本原理、测量方法和案例分析等内容。
一、稳定同位素技术的基本原理稳定同位素技术是一种通过测量样品中稳定同位素比值来定量分析、识别和追踪其来源和过程的方法。
在自然界中，元素通常由两种或多种同位素组成，这些同位素在化学和物理性质上是相同的，但在质量上略有差别。
这种差别通常很小，因此需要使用高精度、高分辨率的仪器测量。
以碳同位素为例，自然界中的碳有两种稳定同位素：碳-12和碳-13。
二者的相对丰度比例在不同来源和过程中具有一定的差异。
通过测量样品中碳-12和碳-13的比值，可以确定其碳来源和代谢过程。
同理，氢同位素、氮同位素、氧同位素等也可以应用于环境研究中。
二、稳定同位素技术的测量方法稳定同位素技术的测量通常分为两个步骤：样品处理和仪器分析。
1. 样品处理样品处理是指将样品中的稳定同位素提取出来以便后续分析。
常见的处理方法包括：样品气化、样品转化成有机化合物、样品转化成气体等。
这些方法会把样品从原来的形式转换为气体或有机物，便于后续仪器分析。
2. 仪器分析仪器分析是指使用专门的仪器和设备分析样品中稳定同位素的含量和比值。
目前，常用的仪器包括稳定同位素比值质谱仪、稳定同位素比值光谱仪等。
这些仪器可以测量样品中稳定同位素的含量和比值，从而确定其来源和过程。
三、稳定同位素技术在环境研究中的应用稳定同位素技术在环境研究中有广泛的应用，包括以下几个方面。
1. 环境污染监测稳定同位素技术可以用于监测环境中各种污染物的来源和传播路径。
例如，通过测量河流、湖泊和海洋中水体中稳定同位素的含量和比值，可以确定不同水源的贡献率，并追踪污染物的来源和传播路径。
2. 生态系统研究稳定同位素技术可以用于研究生态系统的物质循环和生态过程。
湖泊沉积物中有机碳稳定同位素测定及其古气候环境意义
湖泊沉积物中有机碳稳定同位素测定及其古
气候环境意义
湖泊沉积物中有机碳稳定同位素测定对古气候研究和环境变化的推断具有重要的意义。
随着社会经济的发展，人类对环境的活动越来越大，我们更应重视环境变化中的影响和机制，以便有效地保护自然环境，维护人类长期可持续发展。
有机碳稳定同位素技术可用于定量研究古气候环境，暴露不可知息的古气候变化。
许多研究表明，有机碳稳定同位素技术主要是以湖泊沉积物上的有机碳含量和稳定性为基础。
湖泊沉积物的沉积环境主要取决于古气候的变化，有机碳的稳定同位素比可以得出古气候长期变化模式。
此外，有机碳稳定同位素测定还可以检验古环境的全球变化，改善古气候中的空间对比，建立古气候状态的周期演变。
具体来说，碳稳定同位素在古气候研究中有着关键作用，它可以反映微生物群落结构，这有助于了解气候变化与生态变化之间的关系。
简而言之，湖泊沉积物中有机碳稳定同位素测定在古气候研究和环境变化推断中发挥着重要作用，从而有效控制环境污染，达到历史和现状的恢复，保护人类的应有权力，维护人类的可持续发展。
应建立有效的环境管理和保护机制来维护古气候研究和环境变化的推断。
农田生态系统土壤碳循环中稳定同位素分析技术的应用研究
农田生态系统土壤碳循环中稳定同位素分析技术的应用研究摘要：农田生态系统土壤碳动态改变流程与制度调控，对于深化认知陆地生态碳循环系统与全球碳平衡的明确评估意义重大。
稳定碳同位素属于天然性示踪物，与放射性同位素比较，优势包括易控、无污染、安全性高，正广泛用于农田生态系统的土壤碳循环研究流程。
故此，本文就稳定碳同位素的研究模式，分析稳定同位素分析技术在农田生态系统土壤碳循环中的实践运用，仅供参考。
关键词：农田生态系统；土壤碳循环；稳定同位素分析技术；实践应用引言因人类活动与化石燃烧应以二氧化碳为首，这样大气之中的温室气体浓度就会增加，造成全球逐渐变暖。
要想解决大气的温室效应，作为全球环境中急需处理的一大难题，陆地生态体系的土壤学碳循环和大气之中的温室气体浓度改变密切相关，农田土壤的固碳潜力较大，但受到人们灌溉、施肥、耕种等管理方面的影响，农田土壤中的碳库质量会加速改变，不仅会让土壤肥力和作物产量发生变化，还会严重影响到全球环境。
所以对农田土壤碳动态的变化流程与制度调控加强认知，掌握土壤周转模式，深层认知陆地生态系统的碳循环流程与全球碳平衡的明确估算意义重大。
一、稳定碳同位素的研究模式当前稳定碳同位素（见图1）的常用检测方法包括光谱法、核磁共振、质谱法。
其中通用的稳定同位素分析中，质谱法属于最明确且最通用的方法。
稳定同位素的质谱法先让样品内部分子或原子进行电离，产生相似的同位素离子，而后在磁场及电场作用下，让不同质量和电荷之比离子流进行分开测量。
稳定同位素质谱仪不仅可以用来研究气体、固体，还能用来分析全部稳定同位素元素。
近几年，伴随化学生物元素的循环发展，借鉴同位素质谱，通常采用气体制备以及导入同位素质谱设备、痕量气体预浓缩同位素质谱设备联用技术的涌现，碳稳定同位素分析实现了飞速发展。
稳定同位素质谱仪测量同位素比率大概可以分成三个步骤（可见图2）。
图1 稳定碳同位素示意图图2 稳定碳同位素样品分析流程图二、稳定同位素技术在农田生态系统土壤碳循环中实践运用（一）土壤有机碳的来源以及周转规律（1）稳定碳同位素的示踪法。
湿地生态系统碳、氮、硫、磷生物地球化学过程
湿地生态系统碳、氮、硫、磷生物地球化学过程
湿地生态系统中的碳、氮、硫、磷生物地球化学过程主要包括：碳循环、氮循环、硫循环和磷循环。
碳循环：湿地生态系统中的碳循环主要包括碳的植物吸收、植物分解、植物碳的微生物分解、植物碳的陆地微生物分解、植物碳的水生微生物分解和植物碳的沉积物分解等。
氮循环：湿地生态系统中的氮循环主要包括氮的植物吸收、氮的微生物吸收、氮的水生微生物吸收、氮的植物分解、氮的微生物分解、氮的水生微生物分解和氮的沉积物分解等。
硫循环：湿地生态系统中的硫循环主要包括硫的植物吸收、硫的微生物吸收、硫的水生微生物吸收、硫的植物分解、硫的微生物分解、硫的水生微生物分解和硫的沉积物分解等。
磷循环：湿地生态系统中的磷循环主要包括磷的植物吸收、磷的微生物吸收、磷的水生微生物吸收、磷的植物分解、磷的微生物分解、磷的水生微生物分解和磷的沉积物分解等。
崇明东滩南部大弹涂鱼食源的稳定同位素分析
崇明东滩南部大弹涂鱼食源的稳定同位素分析马荣荣;宋超;王妤;王思凯;赵峰;裴倩倩;纪严;庄平【摘要】The food sources of Boleophthalmus pectinirostris collected from the south of Chongming Dongtan saltmarsh in April and May were analyzed with the stable isotope technique.The results showed that δ13C and δ15N range values of B.pectinirostris were from-19.28 ‰ to-14.59 ‰ and 7.96 ‰ to 10.13 ‰, respectively.IsoSource software was used to calculate the frequency and range of potential carbon source contribution (0 % to 100 %) from seven food sources, including Imperata cylindrical, Phragmites australis, Spartina alterniflora, Carex scabrifolia, benthic microalgae, particulate organic matter and sediment organic matter to Boleophthalmus pectinirostris.Analysis results indicated that the potential contribution ranges of Imperata cylindrical, Phragmites australis, Spartina alterniflora, Carex scabrifolia, benthic microalgae, particulate organic matter and sediment organic matter were 0 %-69 %, 0 %-30 %, 0 %-72 %, 0 %-30 %, 0 %-76 %, 0 %-44 %, and 0 %-47 %, respectively.Then, contributions of the primary producers with similar isotope values was pooled and the method of posteriori aggregation was used to obtain the potential contribution ranges of 3 groups (C3 plants, algae and organic matter, and C4 plants).Analysis results of posteriori aggregation indicated that the potential contribution rate of C3 plants (P.australis andC.scabrifolia),algae and organic matter (benthic microalgae, particulate organic matter and sediment organic matter), and C4 plants (I.cylindricaland S.alterniflora) were 0 %-30 %, 0 %-76 %, and 24 %-72 %, respectively, with the corresponding median values of 15 %, 38 %, and 48 %.Posteriori aggregation indicated that the possible contribution rate of C3 plants (P.australis and C.scabrifolia),algae and organic matter (benthic microalgae, particulate organic matter and sediment organic matter), and C4 plants (I.cylindrical and S.alterniflora) were 0-30%, 0-76%, and 24-72%, respectively, with the corresponding median values of 15%, 38%, and 48%.These findings suggested C4 plants constituted a larger fraction of their carbon source than C3 plants, and the C4 plants were an indispensable food source of B.pectinirostris located on the south of Chongming Dongtan saltmarsh.In addition, the B.pectinirostris was concluded to belong to the 2.07-2.65 trophic level based on the δ15N values of B.pectinirostris, suggesting that B.pectinirostris was subconsumer in the food chain of the ecosystem.%利用稳定同位素技术,对崇明东滩南部湿地4、5月份采集到的大弹涂鱼(Boleophthalmus pectinirostris)的食源进行初步研究.结果显示,大弹涂鱼δ13C和δ15N值分别为-19.28‰~-14.59‰,7.96‰~10.13‰.利用同位素混合模型(IsoSource)计算包括白茅(Imperata cylindrical)、芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)、糙叶苔草(Carex scabrifolia)、底栖微藻、颗粒有机物和沉积质在内的7种初级生产者对大弹涂鱼碳源食源贡献的可能范围及分布频率,结果表明白茅、芦苇、互花米草、糙叶苔草、底栖微藻、颗粒有机物和沉积质对大弹涂鱼食源的可能贡献范围分别为0%~69%、0%~30%、0%~72%、0%~30%、0%~76%、0%~44%和0%~47%.利用后整合方法计算得到C3植物(芦苇和糙叶苔草)、藻类及有机质(底栖微藻、颗粒有机物和沉积质)和C4植物(白茅和互花米草)三大类生产者对大弹涂鱼食源的贡献情况,结果表明C3植物、藻类及有机质和C4植物对大弹涂鱼春季食物贡献范围分别为0%~30%、0%~76% 和 24%~72%,中值分别为15%、38%和48%,表明C4植物是大弹涂鱼不可缺少的食源.同时,根据大弹涂鱼的δ15N值,得出大弹涂鱼属于2.07~2.65级营养级,为次级消费者.【期刊名称】《海洋渔业》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】8页(P419-426)【关键词】大弹涂鱼;崇明东滩;食源;δ13C;δ15N【作者】马荣荣;宋超;王妤;王思凯;赵峰;裴倩倩;纪严;庄平【作者单位】上海海洋大学水产与生命学院,上海 201306;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090;上海海洋大学水产与生命学院,上海 201306;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090;上海海洋大学水产与生命学院,上海 201306;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090;中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090【正文语种】中文【中图分类】S931大弹涂鱼（Boleophthalmus pectinirostris）隶属于鲈形目（Perciformes），虾虎鱼科（Gobiidae），背眼虾虎鱼亚科（Oxudercinae），大弹涂鱼属［1］，主要栖息于河口潮间带及红树林地区，善于跳跃爬行，是一类因拥有部分两栖特性而具有较强陆生能力的鱼类［2］。
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稳定碳同位素在滨海湿地碳生物地球化学循环中的应用*陈 菀 郗 敏 李 悦** 孔范龙 孔凡亭(青岛大学化学化工与环境学院,山东青岛266071)摘 要 碳作为滨海湿地中重要的生命元素,其生物地球化学循环过程是滨海湿地研究的核心内容之一㊂稳定同位素技术越来越多地被应用到滨海湿地碳生物地球化学循环过程的研究中,提高了其研究水平,并推动了其研究的进程㊂本文从有机物质生产㊁土壤有机质来源㊁食物链传递㊁温室气体排放以及可溶性有机碳输出5个方面,综述了滨海湿地碳生物地球化学循环过程的稳定同位素研究进展㊂通过植物及土壤δ13C 值的测定进行有机质的生产机理研究及外源追溯,通过对比各生物种群的δ13C 值分析碳在生态系统中的流动过程,通过湿地排放温室气体及可溶性有机碳δ13C 值的测定揭示影响碳输出的环境因子㊂最后,文章总结了当前研究中存在的问题,并对其研究前景进行了展望㊂关键词 生物地球化学;稳定同位素;滨海湿地;碳循环中图分类号 P597;X142 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2013)6-1613-07Applications of stable carbon isotope to the studies of carbon biogeochemical cycle in coast⁃al wetland :A review.CHEN Wan,XI Min,LI Yue **,KONG Fan⁃long,KONG Fan⁃ting (College of Chemical and Environmental Engineering ,Qingdao University ,Qingdao 266071,Shandong ,China ).Chinese Journal of Ecology ,2013,32(6):1613-1619.Abstract :Carbon is an important element of life,and its biogeochemical cycle is one of the core contents in the study of coastal wetland.Stable isotope technique is more and more applied in this domain,having improved the research level and promoted the research progress.This paper sum⁃marized the advances in the stable isotope research on the carbon biogeochemical cycle in coastal wetland from the aspects of organic matter production,soil organic matter traceability,transfer⁃ring process of food chain,greenhouse gases emission,and dissolved organic carbon output.The mechanisms and extraneous sources of organic matter production are investigated by the measure⁃ment of plant⁃and soil δ13C values,the carbon flow in the wetland ecosystem is analyzed through the comparison of the δ13C values of various species,and the environmental factors affecting the carbon output of wetland ecosystem are revealed via the measurement of the δ13C values of emit⁃ted greenhouse gases and dissolved organic carbon.By the end of this paper,the existing prob⁃lems and the future directions of related studies were discussed and prospected.Key words :biogeochemistry;stable isotope;coastal wetland;carbon cycle.*国家自然科学基金项目(41101080)㊁山东省自然科学基金项目(ZR2011QD009)㊁山东省高等学校科技计划项目(J12LC04)和青岛市公共领域科技支撑计划项目(12⁃1⁃3⁃71⁃nsh)资助㊂**通讯作者E⁃mail:qdenv@收稿日期:2012⁃09⁃06 接受日期:2013⁃02⁃07 生物地球化学循环是指各种化学元素在不同层次㊁不同大小的生态系统内,乃至生物圈里,沿着特定的途径从环境到生物体,又从生物体再回到环境,不断地进行着流动和循环的过程(熊汉锋和王运华,2005)㊂碳元素在湿地中的生物地球化学循环过程可以简单地描述为初级生产者进行有机物质的生产,形成生物量的积累,然后通过食物链,经微生物分解排放到大气中(王红晋等,2006)㊂通常,自然湿地分为内陆湿地和滨海湿地两大类,滨海湿地作为海陆过渡带,是一个多功能的复杂生态系统,与周边生态系统间物质交换频繁,从而滨海湿地碳生物地球化学循环过程的研究工作存在许多困难(张生态学杂志Chinese Journal of Ecology 2013,32(6):1613-1619晓龙等,2005;周俊丽,2005)㊂稳定同位素技术作为一项日渐成熟的新兴技术,在很大程度上推动了滨海湿地碳生物地球化学循环过程的研究进程㊂稳定同位素技术的应用包括两个方面:自然丰度测定和同位素示踪㊂稳定同位素在自然界中各种生物地球化学过程中产生的丰度变化是由分馏效应造成的,从而导致不同物质或同一物质内部不同部分的同位素分布不均匀,通过自然丰度的测定可以判别这种差异;稳定同位素示踪法是把富集或贫化的稳定性同位素制成所需的标记化合物作示踪剂,将其施入待检测对象,追踪标记物在生命活动中的变化规律(曹芳和毛治超,2010;林光辉,2010)㊂随着稳定同位素技术的逐步完善,稳定同位素在滨海湿地碳生物地球化学循环过程中的应用也越来越广泛(Yakir&Sternberg,2000;董子为等,2009;Sun et al.,2011)㊂本文主要从有机物质生产㊁土壤有机质来源㊁食物链传递㊁温室气体排放以及可溶性有机碳输出5个方面,概述了滨海湿地碳生物地球化学循环过程的稳定同位素研究进展,提出了研究中需考虑的几个问题,为滨海湿地碳生物地球化学循环的进一步研究提供参考㊂1 有机物质生产和土壤有机质来源的稳定同位素1.1 有机物质生产滨海湿地进行有机物质生产的初级生产者即具有光合作用能力的植物㊂CO2通过植物光合作用转化为自身的生物量而进入滨海湿地生态系统中,最终达到固碳的目的(Bondavalli et al.,2000;郭雪莲等,2007)㊂滨海湿地有机质生产的稳定同位素研究主要集中于植物光合作用过程中的稳定碳同位素分馏效应的研究㊂不同光合作用类型植物的稳定碳同位素分馏效应不同,从而植物体内δ13C值不同㊂由于不同的光合途径,C4植物吸收的CO2效率较高,所以其体内13C同位素含量较C3植物更高一些(沙晨燕等, 2011)㊂一般陆生C3植物的δ13C值范围在-23‰~ -34‰,C4植物的δ13C值范围在-9‰~-17‰,CAM 植物的δ13C值处于二者之间(郑永飞和陈江峰, 2000)㊂滨海湿地植物的δ13C值基本在上述范围之内㊂王伟伟(2011)对长江口潮滩湿地植物调查发现,该区C3植物的δ13C值范围是-24.3‰~ -30.0‰,C4植物的δ13C值范围是-12.3‰~-14.6‰,包括浮游植物与底栖藻类在内的藻类植物的δ13C值范围是-15.7%~-22.8‰㊂Cloern等(2002)对旧金山海湾盐沼湿地的868种水生和陆生植物进行了调查,发现C4盐沼植物的δ13C值为-12.8‰~-17.7‰,C3盐沼植物的δ13C值为-22.1‰~-31.3‰㊂滨海湿地生态系统具有高度多样性,不同种类的植物交替生长,测定植物的δ13C 值有助于调查滨海湿地中的植被类型,这对于研究滨海湿地区域碳输入及生态系统的碳库组成具有重要的意义㊂丁喜贵等(2011)在2006 2009年对黄河三角洲的植被进行了稳定碳同位素调查,发现该研究区生态系统以喜湿的C3植被类型为主,同时也生长少量的C4植物㊂薛博(2007)对漳江口红树林湿地的主要优势植物进行了δ13C值测定,结果显示,该湿地内3种主要红树林植物秋茄㊁白骨壤和桐花树叶片δ13C平均值分别为-29.50‰㊁-29.97‰和-29.98‰,是典型的C3植物㊂植物光合作用的稳定碳同位素分馏除了受光合作用类型的影响外,还直接或间接地受到生长环境的影响(韩兴国等,2000)㊂杨盛昌等(1996)对红树林光合作用的研究发现,红树植物的光合作用受盐分㊁光照㊁季节变化等环境因子的影响㊂不同生长环境能够影响滨海湿地有机物质的生产,调查研究不同环境条件下植物δ13C值的差异可以更好地了解植物光合作用进行有机质生产过程中对外界环境要素的响应机制㊂由于滨海湿地是受海洋影响产生的特殊生态环境,盐分胁迫是滨海湿地区别于内陆淡水湿地及其他生态系统的特殊环境因子㊂对许多植物的研究结果显示其δ13C值与盐分梯度显著正相关(Winter&Holtum,2005;Jiang et al.,2006),同时在滨海湿地红树林物种中也观察到了δ13C值随盐分的增加而变重的现象(Kao et al.,2001;Sobrado, 2005;Wei et al.,2008)㊂如,Sobrado(2005)对不同盐度下红树植物Laguncularia racemosa叶片δ13C值的研究结果显示,盐分从15‰增加到30‰,植物δ13C值明显变重,Kao等(2001)对秋茄的研究也发现植物叶片的δ13C值随盐度的增加而变重㊂这可能是由于盐分胁迫诱导了某些C3植物光合途径转换为C4代谢或CAM代谢,从而使植物的δ13C值增大(韦莉莉等,2008)㊂此外,盐分环境对植物δ13C 值影响的另一个方面是:盐分胁迫通过抑制植物叶片的气孔导度㊁光合作用㊁蒸腾效率等一系列生理反应而对13C产生歧视,使植物组织的13C含量降低,4161 生态学杂志 第32卷 第6期 滨海湿地处于陆地和海洋相互作用的界面,大量陆源相㊁海源相和自生相有机质在滨海湿地土壤混合堆积㊂不同来源有机质的稳定同位素组成特征存在着显著差异,因而能够通过分析沉积物及陆源相㊁海源相和自生相等有机质的δ13C值来推断滨海湿地土壤有机质的来源㊂高建华等(2005)对苏北潮滩湿地表层沉积物以及不同生态带柱状沉积物与植被中的δ13C值进行分析,发现光滩以及光滩和互花米草滩过渡带内表层沉积物中的δ13C值和海水中的浮游植物以及藻类的δ13C值比较接近,说明其物源以海源为主㊂余婕(2008)结合地球化学分析测试与同位素示踪等方法,调查研究了长江口潮滩湿地有机质来源,发现南岸边滩沉积有机质的δ13C 值从淡水区到咸水区逐渐变重,显示出有机质由混合程度不同的海源和河源输入㊂由于滨海湿地土壤有机质的输入受河流入海径流量和泥沙含量的绝对控制,从而导致其稳定碳同位素明显季节性变化现象㊂例如,余婕(2008)对崇明东滩有机质来源的定量研究发现,有机质中稳定碳同位素表现出冬季陆源输入偏重而夏季海源输入偏重的现象㊂此外,许多研究都发现,人类活动也能对滨海湿地土壤有机质产生影响㊂Wang等(2004)研究了4个美国河口高分子溶解有机质的碳㊁氮同位素组成,发现污水的输入可能使有机质的δ13C值偏小,这是由于污水的δ13C值往往偏负,其输入会使悬浮颗粒有机质的δ13C值降低,从而影响土壤有机质(Sweeney et al.,1980;van Dover et al.,1992)㊂Thien等(2010)对人类活动和气候变化下的哈德逊河潮汐沼泽湿地进行了研究,观察到土壤沉积层δ13C值剧烈的波动,反映了加剧的农业活动对湿地土壤有机质产生了极其复杂的影响㊂2 食物链传递的稳定同位素碳元素通过食物链的传递在生命体中进行流动㊂在滨海湿地生态系统中,各生物种群间的摄食关系㊁食物网及营养级结构是一个难题,而稳定同位素方法为这一难题的研究提供了新的手段(陈玲和的食物来源,并利用IsoSource软件进行分析,发现有机碎屑对尼罗罗非鱼食物组成的贡献比例超过50%,同时红树植物㊁盐沼植物和浮游植物也是尼罗罗非鱼消化食物的组成部分㊂Abrantes等(2008)对一个热带河口湿地水生食物网进行了稳定同位素分析,发现一些鱼类和无脊椎物种的主要食源是红树和盐沼植物㊂可见,植物是滨海湿地食物网中鱼类的主要食源,但许多研究发现,植物并不是滨海湿地底栖动物的主要食源(Page&Lastra,2003;余婕, 2008;Mazumder&Saintilan,2010)㊂余婕(2008)对长江口盐沼湿地食物网进行的δ13C值分析表明,湿地优势植物的活植物体不是大型底栖动物的主要食源,大部分底栖消费者的食物基础是沉积有机质,这与国外学者的研究一致㊂Mazumder和Saintilan (2010)用δ13C值分析确定了澳大利亚红树林的一种蟹类的主要食源不是红树林树叶,而是底栖有机物质㊂Page等(2003)对Ría de Arosa潮间带双壳类进行食源分析也发现其主要食源是底栖生物,如底栖微藻等㊂通过测定滨海湿地生态系统中不同生物的δ13C 值能测定食物网结构和生物营养级,稳定碳同位素法营养级计算公式为:TL=(δ13C consumer-δ13C baseline)/δ13C+2,式中,δ13C consumer为消费者的稳定碳同位素比值,δ13C baseline为该系统的同位素基线值,δ13C为消费者与其食物间的同位素营养富集度(Cabana&Ras⁃mussen,1996)㊂Mazumder等(2011)测定了从澳大利亚新南威尔士州博尼特湾的Towra Point自然保护区红树林㊁盐沼湿地和海草生境收集的不同生态系统组分的δ13C值,在对营养级进行了计算的基础上建立了生境和物种㊁捕食者和被捕食者间营养结构模型㊂在分析食物网及营养级结构时,通常结合碳㊁氮稳定同位素来进行测定和分析㊂Doi等(2005)用碳㊁氮稳定同位素对Kitakami River河口生态系统进行了食物网的研究㊂蔡德陵等(2001, 2005)对崂山湾水体和潮间带食物网结构进行了碳㊁氮稳定同位素研究,并建立了黄东海水体食物网连续营养谱,勾勒出黄东海食物网营养结构图㊂3 温室气体排放和可溶性有机碳输出的稳定碳同位素3.1 温室气体排放碳的输出大部分以CH4㊁CO2等温室气体的形式释放到大气中(杨青和吕宪国,1999;李兆富等, 2003;宋长春等,2003),这是滨海湿地碳排放的主要途径㊂稳定碳同位素法在CO2排放中的作用主要用于区分土壤呼吸各组分贡献率的大小㊂滨海湿地CO2的排放主要来自于土壤呼吸,包括土壤的异氧呼吸和植物根系的自养呼吸,这两个生物呼吸过程的稳定同位素分馏效应很低,各自产生CO2的δ13C 值与各自的呼吸底物几乎相同,由各自呼吸所释放CO2的δ13C含量的差别可区分土壤异氧呼吸和植物根系自养呼吸对生态系统呼吸通量的贡献(Roch⁃ette et al.,1999;刘启明等,2002;沙晨燕等,2011)㊂许多研究表明,土壤呼吸释放的CO2中约30%~ 50%来自植物根系自养呼吸,其余部分主要源于土壤异氧呼吸(郑兴波等,2005;岳保静等,2011)㊂在S含量丰富的滨海湿地,S循环能影响CO2的排放(白军红等,2002),Howes等(1984)发现,S的发酵还原反应能力能促使咸水湿地中的有机碳向CO2转化,Valiela(1984)发现,氧化剂硫酸盐能将CH2氧化为CO2㊂滨海湿地CO2排放的稳定同位素研究比较薄弱,需要进行进一步的探索,尤其是长期升高的大气CO2浓度对滨海湿地CO2排放的影响研究㊂CH4的排放及其影响因子的研究一直是全球气候变化和生物地球化学循环研究的热点领域之一,稳定碳同位素法是重要而有效的研究手段之一㊂CH4是有机质厌氧分解的最终产物,CH4的排放与厌氧性还原菌密切相关,Zhang等(2003)利用生物标识与同位素技术研究了墨西哥湾CH4的厌氧氧化过程,证实了CH4的厌氧氧化过程是在硫酸盐还原菌和古细菌的作用下进行的㊂Chasar等(2000)研究发现,沼泽孔隙水中CH4的浓度及其δ13C值等均受自然植被的影响㊂Chanton等(2002)发现,芦苇孔隙CH4浓度变化与其δ13C值变化趋势一致,都在昼夜尺度上有所不同㊂Avery等(1999)对河口沉积物δ13C-CH4值进行的研究发现,夏季沉积物CO2的δ13C值升高,导致沉积物CH4的δ13C值偏高,从而揭示了CH4的排放因季节变化而存在差异,且该差异受CO2的影响㊂许多滨海湿地受潮汐影响,湿地水文过程控制了湿地中氧化还原能力的大小(熊汉锋和王运华,2005),例如,Moura等(2008)用稳定碳同位素方法对亚马孙流域东部CH4排放进行了研究,发现水位较高时CH4的δ13C值范围较小㊂湿地是向大气输出的温室气体CH4的最大自然源,随着研究的深入,更多的研究涉及到影响滨海湿地CH4排放的人为和自然因素以及受海水影响的滨海湿地CH4的排放㊂3.2 可溶性有机碳输出滨海湿地的碳除了以气体的形式排放到大气圈中以外,可溶性有机碳(DOC)的输出也是湿地碳生物地球化学循环的重要过程(Xi et al.,2007)㊂滨海湿地DOC的输出主要是通过水文过程实现(Holden,2005;仝川和曾从盛,2006),潮汐作用控制着滨海湿地的水位和水流速度,从而影响了滨海湿地DOC的输出㊂Ford等(2005)对Fitzroy河口的有机质δ13C及C/N值与潮水相关动态的研究发现,潮水是影响河口DOC输出的重要因素㊂大量研究发现,盐分也能影响到许多河口的DOC输出(Guo& Santschi,1997;van Heemst et al.,2000;Ford et al., 2005;Guo et al.,2009)㊂例如,van Heemst等(2000)对Ems⁃Dollart河口进行的稳定同位素特征分析发现,DOC的含量与盐分梯度有相反的线性关系㊂此外,在昼夜尺度下,滨海湿地的DOC输出情况也有所不同㊂Maher等(2011)利用δ13C⁃DOC值对Camden Haven河口底部可溶性有机碳动态进行了研究,发现白天比夜晚释放的DOC的δ13C值高,并提出可能是非生物过程和生物过程的联合作用促进了这种DOC的动态变化㊂在滨海湿地碳输出方面,人们目前对经水文过程输出的DOC研究较少,因此利用稳定碳同位素技术进行滨海湿地DOC输出的示踪有重要的科学研究意义㊂4 存在问题及展望稳定同位素技术对于滨海湿地碳生物地球化学循环研究具有重要的指示作用,目前国内外在该方面的研究已经取得了一定的进展,但总体来说还比较薄弱,具体表现为:1)植物光合作用的稳定碳同位素分馏的影响因素很多,但部分因素仍然不明确,如盐分胁迫对滨海湿地植物光合作用分馏效应的影响缺乏深入研究;2)由于滨海湿地土壤有机质来源复杂,稳定同位素技术能够指示有机质的大体来源,6161 生态学杂志 第32卷 第6期 却无法判别具体来源,且结果不够精确;3)滨海湿地温室气体排放的稳定同位素研究比较薄弱,尤其是长期升高的大气CO2浓度对滨海湿地CO2排放的影响研究及受海水影响的滨海湿地CH4排放研究;4)对于通过水文过程输出的可溶性有机碳的研究较少,尤其是潮汐作用与盐分梯度等环境因子对可溶性有机碳输出的影响研究㊂在滨海湿地碳生物地球化学循环过程的稳定同位素研究中对以下几方面的问题仍需要做进一步探讨:1)对滨海湿地植物光合作用稳定碳同位素分馏效应对气候㊁环境变化及人类活动的响应机理,及全球气候变化引起的海水入侵对滨海湿地植物光合作用的影响进行深入研究;2)结合元素及分子生物标记技术与稳定同位素自然丰度及标记技术对多相土壤有机质来源进行分析;3)从分子层次上分析碳在食物链中的传递,进行滨海湿地碳的生物流动过程研究,包括微生物对碳降解的分析,建立滨海湿地碳循环模型;4)加强温室气体排放及可溶性有机质输出的研究,深入探究环境因子特别是潮汐及盐分对碳输出的影响机制等㊂参考文献白军红,邓 伟,朱颜明.2002.湿地生物地球化学过程研究进展.生态学杂志,21(1):53-57.蔡德陵,洪旭光,毛兴华,等.2001.崂山湾潮间带食物网结构的碳稳定同位素初步研究.海洋学报,21(4):41-47.蔡德陵,李红燕,唐启升,等.2005.黄东海生态系统食物网连续营养谱的建立:来自碳氮稳定同位素方法的结果.中国科学:C辑,35(2):123-130.曹 芳,毛治超.2010.稳定碳同位素分析及其在地球化学中的应用.石油天然气学报,32(2):228-231.陈 玲,王中良.2012.碳同位素在湿地碳循环研究中的应用及进展.生态学杂志,31(7):1862-1869.董子为,李建华,杨长民,等.2009.稳定同位素技术在河岸带功能研究中的应用.环境科学与管理,34(7):116 -120.高建华,杨桂山,欧维新.2005.苏北潮滩湿地不同生态带有机质来源的辨析与定量估算.环境科学,26(6):57-63.郭雪莲,吕宪国,郗 敏.2007.植物在湿地养分循环中的作用.生态学杂志,26(10):1628-1633.韩兴国,严昌荣,陈灵芝,等.2000.暖温带地区几种木本植物碳稳定同位素的特点.应用生态学报,11(4):497 -500.李兆富,吕宪国,杨 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