我国大气降水的氢氧稳定同位素研究

一、引言地球上不同地区大气降水中氢氧稳定同位素的组成是不同的,降水同位素的经典模式认为这种同位素值的差别是由于云团的冷凝遵循瑞利分馏的过程,即降水在云团中平衡冷凝后迅速从其中分离出来,造成不同地区降水中的同位素分馏,降水中同位素值的瑞利分馏简化公式如下:     

黄土高原现代植物-土壤氮同位素组成及对环境变化的响应

由于土壤氮同位素组成被认为是气候环境变化和自然生态系统氮循环过程的可能指示, 开展全球不同区域、不同生态系统氮同位素组成的研究将有助于对这个可能性的认识. 对中国黄土高原中西部不同环境条件下的现代植物和相应的土壤氮同位素进行了调查, 氮同位素组成变化范围分别为: 植物根: -5.1‰ ~ 1.9‰; 植物残体: -6.6‰ ~ 2.9‰; 土壤: -1.2‰ ~ 5.8‰. 结果表明: (1) 土壤与植物有相近的变化趋势, 但土壤的氮同位素组成较植物根的氮同位素要偏正, 其Δδ¹⁵N值变化范围为: 0.3‰ ~ 7.2‰, 平均值为: 4.1‰, 表明植物分解过程氮同位素存在分馏; (2) 该地区现代生态系统的氮同位素对降水和温度变化有明显的响应, 沿西北到东南方向, 年平均降水每增加100 mm可能导致土壤氮同位素组成偏负约1.31‰, 随温度的增加, 土壤氮同位素也趋向偏负; (3) 在降水和温度共同增加的影响下, 植物根系、植物残体和土壤的氮同位素偏负, 这个现象可能归因于降水是该地区植物-土壤氮同位素变化的主要控制因素. 尽管目前对植物-土壤氮同位素组成变化与降水和温度关系的机制尚不清楚, 但初步的研究结果表明土壤的氮同位素组成可能为黄土高原环境变化示踪提供指示.     

粮食丰产的“催化剂”

正氮是构成蛋白质、核酸必不可少的元素,是生命有机体的基本元素之一。农作物生长过程最需要的元素就是氮,氮也成为动物生存所必需的元素。在生物圈中,氮素和其他元素一样处于不断循环中。氮循环是地球上维持生命最重要的循环之一。自然界的这种循环本可永无休止地一直进行下去,但当地球上的人     

Science Bulletin 2016年第2期中文概要

正偶数汞同位素非质量分馏蔡虹明,陈玖斌同位素方法为研究汞生物地球化学循环开辟了新领域.除被大量报道并被实验验证的奇数汞同位素非质量分馏(D~(199)Hg和D~(201)Hg)外,自然样品中还发现了奇特的偶数汞同位素非质量分馏(D~(200)Hg和D~(204)Hg).与奇数汞同位素异常不同,偶数同位素非质量分馏的产生过程和机制尚不清楚.本文系统总结了当前关于偶数汞同位素异常的所有报道,详细讨论了发现偶数汞同位素异常的分析方法及其可能的产生过程和机理,并展望了其在汞     

胡敏酸中非酸解性氮的形态

土壤氮素是影响作物生长最主要的养分之一,是土壤有机质的主要组分。尽管由于它在土壤肥力、氮素循环和环境保护中占有重要的地位,长期以来受到研究者们极大关注,但是迄今仍有大约一半的土壤氮素的形态不清楚.通常称这部分氮为未知态氮,这些未知态氮包括能够被酸解的和不能被酸解的。     

沉积岩汞同位素的古环境指示意义

环境与生命的协同演化是地球科学的核心问题之一,而古环境的精确重建对于认识生命演化规律、机制以及预测地球宜居性的未来发展方向具有至关重要的意义.近年来,沉积岩中的汞及其同位素组成在重建地球古环境演化方面展现出巨大的潜力,获得了广泛的关注和应用,已发展成一个新的研究方向.其主要原因是汞及其同位素组成在记录古代火山活动和海洋氧化还原状态方面具有不可替代的优势,能为研究上述过程与重大环境和生命演化事件的关系提供新的证据.本文系统分析了古代沉积岩的汞同位素数据及其意义,总结了大型火山活动和海洋氧化还原状态改变引起汞同位素变化的特征与机制,深入探讨了火山类型及释放汞的方式、大气和海洋汞循环过程、沉积环境、岩性、成岩作用、汞赋存形态等因素对沉积岩汞同位素组成的影响,并对该领域当前存在的问题和发展前景作出了评述和展望.总体而言,这一研究领域仍处于起步阶段,对古环境演化事件中汞同位素组成的变化规律和分馏机理还缺乏系统和定量的认识,亟须深入研究.未来需要揭示古环境汞循环过程中的同位素分馏机理,进一步明确汞同位素指示古环境演化的原理和影响因素,拓展其在环境和生命协同演化领域的应用.     

土壤-植物体系中锌镉稳定同位素分馏研究进展

稳定同位素分馏技术对于示踪土壤-植物体系中重金属的迁移转化过程具有重要作用.本文阐述了土壤-植物体系中锌镉迁移转化主要涉及的土壤根际过程、根系吸收过程和根部-地上部转运过程及其对应产生的同位素分馏特征.在土壤根际过程,土壤固相对锌、镉的吸附解吸反应影响重金属在土壤溶液中的移动性和同位素组成:锌轻同位素、镉重同位素倾向于被土壤固相释放进入土壤溶液;植物根系活化作用则导致土壤固相结合的锌重同位素的释放.根系吸收过程影响土壤-植物间的同位素分馏:质外体吸附锌重同位素,共质体吸收过程中低亲合力转运系统产生锌轻同位素富集,高亲合力转运系统基本不产生分馏或略产生锌轻同位素富集;植物根系存在含硫基团结合镉,并且仅有低亲合力转运系统对镉轻同位素进行吸收转运.在根部-地上部转运过程,根部区室化作用影响植物体内重金属的迁移和地上部同位素组成:锌重同位素、镉轻同位素倾向于在根部储存,导致锌轻同位素、镉重同位素向地上部迁移.在土壤-植物体系中,锌镉同位素分馏现象存在明显差异,反映出植物对锌镉元素不同的吸收、转运和储存机制.     

我国东部土壤氮转化微生物的功能分子生态网络结构及其对作物的响应

农田土壤-植物系统的氮素循环影响了生产力和环境, 但土壤微生物之间的相互作用对氮素循环的影响机制仍不清楚, 同时这种相互作用如何响应种植作物等管理方式也不明确. 本研究在中国东部3个气候带, 选择3种典型的地带性土壤类型（寒温带黑土、暖温带潮土和中亚热带红壤）设置不种植（裸地, non-cropping）和种植玉米（cropping）的田间试验, 基于高通量基因芯片测定不同土壤共有的氮转化基因（核心氮转化基因）, 利用随机矩阵方法建立土壤核心氮转化基因的分子生态网络, 揭示种植玉米对土壤核心氮转化基因网络结构的影响. 研究表明种植玉米增加了土壤中大部分核心氮转化基因的丰度, 显著提高了核心氮转化基因网络的复杂程度. 网络拓扑结构的模块数由裸地处理的8个增加到种植玉米的28个. 裸地土壤核心氮转化基因网络有2个模块枢纽, 其关键基因为固氮基因（nifH）; 种植玉米后网络有9个模块枢纽, 其关键基因包含固氮（nifH）和反硝化基因（narG和nosZ）. 土壤核心氮转化基因的功能分子生态网络结构与植物、气候、土壤等因素显著相关, 说明农田管理和环境条件的变化可以通过改变微生物的分子生态网络结构, 影响其驱动农田养分循环的功能.     

微囊藻毒素产生过程中氮素作用的同位素示踪研究

水华毒藻和藻毒素污染是目前水体富营养化治理与控制中的重要水质问题. 为了探索氮素对藻毒素产生过程的影响, 利用¹⁵N同位素示踪技术研究了无机氮在微囊藻毒素(Microcystins, MCs)生物合成过程中的作用. 纯种铜绿微囊藻室内同位素示踪培养实验和MCs分析结果发现, ¹⁵NO^-₃标记组可有1~3个¹⁵N原子引入LR型微囊藻毒素分子(Microcystin-LR, MCLR), 其中引入2个15N的概率最大; 15NH4+标记组可有2~4个¹⁵N原子引入MCLR分子, 引入3个¹⁵N的概率最大; 且来自NH4+态氮的15N比来自NO₃^-态氮的15N在MCLR分子中有更多的结合位点. 这说明, NH₄⁺态氮和NO₃^-态氮对MCLR的生物合成都具有重要的、直接的贡献, 但NH₄⁺态氮的存在更有利于微囊藻产生MCLR. 因此, 在富营养化水体藻毒素污染预防和富营养化控制中, 不能单独强调磷素的突出作用, 氮素控制特别是氨氮控制应引起足够重视.     

氮水添加改变内蒙古典型草原两种优势植物的氮吸收偏好

植物对不同形态氮的吸收直接影响输入到生态系统中氮的去向和氮动态的变化,但是资源添加如何影响植物氮吸收偏好仍不明确.本研究依托内蒙古典型草原连续开展了10年氮、水添加实验平台,选择克氏针茅(Stipa krylovii)和冰草(Agropyron cristatum)两个优势物种为研究对象,使用15N自然丰度法测定植物叶片和土壤各形态氮含量及其同位素特征,利用同位素混合模型量化不同氮源对植物氮的贡献,探究植物氮吸收偏好及其对资源添加的响应.结果表明,(1)自然状态下硝态氮和铵态氮对植物氮的贡献分别约为80%和20%;(2)氮添加减小了两种植物对硝态氮的利用,水分添加降低了克氏针茅而提高了冰草对硝态氮的利用,氮、水处理对植物氮吸收偏好的影响具有显著的交互作用.结果揭示,内蒙古典型草原优势植物在自然状态下主要利用较丰富的硝态氮,对较贫瘠的铵态氮利用较少;并且氮吸收特征随着资源添加而改变,水分对氮吸收的影响受到了氮素供给的调节.未来氮沉降加剧和硝态氮比例增加并非总是产生负效应,很可能促进温带草原优势植物的生长,减缓全球环境变化的生态后果.     

Ni/MH动力电池循环过程热效应分析

通过建立二维热模型对6.5 Ah 圆柱型Ni/MH动力电池在常规循环和模拟工况循环过程中的热效应进行了分析, 并讨论了循环次数对电池热效应的影响. 实验采用石英频率微量热仪对电池的热容量及其在不同电流(1 C, 3 C, 5 C)过充电时的产热速率进行了测量, 继而将产热速率曲线拟合成分段函数, 以此建立精确的热模型. 实验采用有限元方法模拟了电池在不同循环次数时不同电流充电过程中其内部温度场分布. 结果表明, 电池在常规循环和模拟工况循环时, 循环次数与电池内部中心温度之间均近似呈现线性关系; 同时, 在对电池热效应的测试过程中, 充电电流越大, 循环次数对热效应的影响越显著. 由此, 可以预测不同循环次数时电池内部的温度分布, 从而对不同循环次数时电池的实际使用条件提供指导.     

环境中锑污染及锑同位素示踪研究进展

锑(Sb)是一个有潜在毒性和致癌性的类金属元素,其化学性质与砷(As)相似。自然过程及人类活动引起的锑污染已经较为广泛地存在于水体和土壤环境中。近年来,多道等离子体质谱仪的引入使锑同位素的高精度分析成为可能。首先综述了水土环境中锑的污染及存在形态,接着系统报道了锑同位素的测试技术,包括化学纯化、质谱测试方法以及锑同位素的分馏机理及其应用。在此基础上,提出了锑的未来研究方向以及锑同位素在锑污染来源、迁移转化过程和环境生物地球化学循环的研究中的应用前景。     

深海微生物硝化作用驱动的化能自养固碳过程与机制研究进展

深海微生物硝化作用通过化能自养固定无机碳,是深海生态系统中重要的能量来源途径,直接影响深海生态系统的食物网结构和深海的碳储库。近年来氨氧化古菌的发现,对这一生物地球化学过程的传统认识提出了新的挑战,同时也带来了新的科学问题,为认识硝化作用化能自养的固碳机制提供了新的研究方向。通过系统评述深海硝化作用驱动的自养固碳过程和机制以及由此带来的生态环境效应,为相关领域的深入研究提供参考。     

生物液体燃料——燃料酒精

燃料酒精作为可再生能源不会枯竭，并且不会引起温室效应。微生物发酵糖可以生产酒精。目前在工业生产中用于发酵产酒精的微生物主要是酿酒酵母和运动发酵单胞菌。包括秸秆在内的含有糖类物质的生物质都可能作为酒精发酵的原料，大分子物质的利用需先经过酶的降解。生物酒精作为石油的替代物，其产业链还在继续延伸。     

P450酶活性中心催化1,2-二溴-3-氯丙烷的机理及动力学同位素效应

发展有毒物质被细胞色素P450酶催化转化途径和机理的计算毒理预测方法,对于污染物的风险评价具有重要意义.本研究通过密度泛函理论计算,揭示了细胞色素P450酶活性中心(CpdI)催化氧化1,2-二溴-3-氯丙烷(DBCP)的反应机理,并考察了动力学同位素效应的影响.结果显示,DBCP羟基化反应与烷烃羟基化反应机理存在明显差异.不同于一般的双态反应,DBCP羟基化反应是自旋选择性反应.此外,DBCP羟基化第二步反弹过程中的能垒明显的高于烷烃羟基化过程.自旋密度分析表明,DBCP羟基化反应的氢提取步骤是一个氢原子转移过程.DBCP羟基化反应具有明显的动力学同位素效应(KIE),且温度和隧道效应对KIE值具有明显的影响.本研究可为卤代烷烃类化合物的生物转化预测提供理论依据.     

氧同位素：追踪陆架海沿岸水团变化的良好标志

对于陆架海而言除了冰体积效应,温度效应外,还有由于大陆淡水注入引起的,使δ＾１８Ｏ值负向偏移的效应,而且在低海平面时期,当沿岸水团盛行时,这种效应起主导作用。笔者将这种效应从广州的盐度效应中分离出来,称为陆架海的负值效应。     

植物光信号转导

植物的生长发育受到多种环境因素的影响,而光信号是其中最重要的环境信号之一。从植物的种子萌发开始到完成整个生命周期,光参与调控其中几乎每一个生长和生理发育过程。植物自身进化了一整套复杂而精细的光信号转导系统,以应对自然界中时刻变化的光环境。经过30多年的研究,植物光生物学家确定了光受体-E3泛素化连接酶复合体-转录因子为主要调控途径的光信号转导体系。这一信号转导网络控制了植物体内将近1/3基因的表达,从而在分子层面上确保植物的正常生长发育。     

月球冶金技术的发展前景

        探月行动自阿波罗登月计划以来经历几次起落,但是可以预见的是,对月球的开发是人类以后将会面临的共同课题。各国对月球的科学研究中,关于月球矿产资源的贫富、分布状况都获得了比较确实的信息,对于这些矿产资源的利用也已经开始了研究。但从冶金工程角度研究月球原位资源利用技术的工作还不多。利用月球自有矿产资源提取金属原料,可以有力保障月球开发过程中的基础建设项目,加快月球开发的速度。通过对月球资源和能源的考察,以月表主要矿物钛铁矿为例,总结了适用于月球环境的冶金方法,并探讨月球冶金工业的建设原则和研究方向。     

病原菌的群体感应及其抑制剂的研究进展

随着病原菌耐药性特别是多重耐药性的日益严重,抗菌药作用新靶点的发现和新型抗菌药物的研发显得尤为重要.病原菌的致病作用常受到与其群体密度相关的群体感应(quorum-sensing,QS)系统的调控.细菌通过释放和交换自诱导信号分子(autoinducers,AIs)以调控致病相关基因的表达,从而影响细菌的毒力、黏附和生物膜的形成等.不同种类的AIs介导不同的QS系统,阻止AIs的积累或其与受体的识别和结合就可以抑制QS调控的致病基因的表达.因此,QS抑制剂(quorum-sensing inhibitors,QSIs)有望成为控制病原菌感染和耐药性产生的有效武器.迄今发现的QSIs有非肽类小分子化合物、肽类化合物和蛋白质(包括淬灭QS的酶和抗体).此外,一些竞争性的细菌或动物也可以清除AIs从而起到QSIs的作用.QSIs可以通过天然的QSIs指示菌株、人工构建的工程菌或者计算机模拟等方法进行筛选.对QS介导的病原菌致病机理的不断深入研究将为新型的QSI靶标的选择提供帮助,通过将QSIs和传统抗菌药物联合使用有望达到更好的治疗效果并预防细菌耐药性的产生.