植物生态学报 2010, 34 (2): 179–185 doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.02.009 Chinese Journal of Plant Ecology http://www.doczj.com/doc/08181db20975f46527d3e1e9.html

——————————————————

收稿日期Received: 2008-12-18 接受日期Accepted: 2009-11-09

* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: hongjiang1.china@http://www.doczj.com/doc/08181db20975f46527d3e1e9.html )

硫稳定同位素技术在生态学研究中的应用

王艳红1 江 洪1,2* 余树全1 李 巍3 林曦乔1

1

浙江林学院国际空间生态与生态系统生态研究中心, 杭州 311300; 2南京大学国际地球系统科学研究所, 南京 210093; 3北京师范大学环境学院, 北

京 100875

摘 要 随着人为SO 2释放的增加, 硫稳定同位素的动态已成为生物地球化学循环过程中研究的热点。该文对天然硫稳定同位素在大气自然过程中的硫来源分析及其在森林生态系统、农田生态系统和水域生态系统中的硫动态研究, 人为添加的硫稳定同位素在生态环境中的应用及硫稳定同位素技术在我国酸雨研究中的潜在贡献等进行了综述, 并从硫稳定同位素技术应用研究的范围、分析手段及源解析模型方面介绍了可能的发展方向。 关键词 酸雨, 森林生态系统, 硫稳定同位素, 硫循环

A review of applications of sulfur stable isotope technology in ecological studies

WANG Yan-Hong 1, JIANG Hong 1,2*, YU Shu-Quan 1, LI Wei 3, and LIN Xi-Qiao 1

1

International Research Center of Spatial Ecology and Ecosystem Ecology, Zhejiang Forestry University, Hangzhou 311300, China; 2International Institute of Earth System Science, Nanjing University, Nanjing 210093, China; and 3College of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

Abstract

With the increase of anthropogenic SO 2 emission, behavior of sulfur isotopes during biogeochemical processes has been the focus of numerous studies. We reviewed the potential contributions of studies using sulfur stable isotope, which include studies on 1) sources of sulfur in atmospheric processes, 2) sulfur dynamics in forest, farmland and aquatic ecosystems, 3) additions of sulfur stable isotope in ecological systems and 4) acid rain re-search in China. Furthermore, we made suggestions on future research, proper analysis methods and source parti-tioning models using sulfur stable isotopes.

Key words acid rain, forestry ecosystem, stable sulfur isotope, sulfur cycle

1 硫稳定同位素相关术语

从地球化学研究发展而来的稳定同位素技术, 从20世纪50年代开始被用于生命科学的研究。有些学者认为, 该技术是近几十年在生态学研究领域发展起来的一门新技术, 尤其在对全球变化的研究中, 它与遥感技术和数据学模型被认为是三大现代技术(林光辉和柯渊, 1995; 韩兴国等, 2000; 韦莉莉等, 2005)。

自然界中, 硫(S)的同位素有25种之多, 其中,

32

S 、33S 、34S 和36

S 为稳定性同位素。在生态学研究

中, 通常使用相对量来表示物质的同位素组成, 也就是同位素比率(isotope ratio)或δ单位(以‰表示), 它是样品中两种含量最多的同位素比率与国际标准中响应比率之间的千分差。就S 而言, 其同位素比率可表示为:

(

)(

){}

3434

32

34

32

3

110S S

S S

S δ=

−×样品样品标准 (1)

34

S 的标准物质为铁陨石(canyon diablo)中的陨

S 的标准物质为铁陨石(canyon diablo)中的陨

硫铁(troilite), 简称CDT (Peterson & Fry, 1987)。

随着分析技术的不断进步, 硫稳定同位素的测量技术也不断趋于完善(Glesemann et al., 1994)。自然界中δ34S 值在–40‰ – +40‰范围内, 但其变动较大(Thode, 1991)。一般来说, 稳定性同位素之间没有明显的化学性质差别, 但其物理化学性质(如在气相中的传导率、分子键能、生化合成和分解速率等)因质量上的不同常有微小的差异, 导致物质反应前后在同位素组成上有明显的差异(林光辉和柯渊, 1995; 陈世苹等, 2002; Fry, 2006)。由于同位素之间在物理化学性质上的差异, 使反应物和生成物在同位素组成上有所差异, 这种现象称作同位素效