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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。
稳定同位素示踪技术在生态学中的应用生态学是关于生物和环境互动关系的科学，它研究的核心问题之一是物质循环的过程和机制。
而稳定同位素示踪技术（Stable Isotope Tracing Technology）则是生态学中的一个重要工具，它通过对生物体内稳定同位素的监测和分析，揭示了生态系统中不同生物群体之间和物质之间的相互作用与循环过程，为我们深入了解生物和环境互动关系提供了有力支撑。
本文将从稳定同位素示踪的原理、示踪技术的种类以及它们在生态学中的应用等方面进行探讨。
一、稳定同位素示踪的原理稳定同位素示踪技术利用天然界中稳定同位素的相对丰度差异，来揭示各种生物或化学物质在环境中的循环和转化过程。
通俗地讲，自然界中存在着多种同种元素的同位素，其中相对丰度较高的同位素数量比较多，而相对丰度较低的同位素数量相对较少。
因为不同的同位素性质各异，所以它们在物质的各种过程中表现出不同的稳定性和反应活性。
比如水分子中氢原子的同位素就有稳定的氢-1、氘-2和氚-3，其中氢-1相对丰度最高，氚-3相对丰度最低。
同样，空气中的二氧化碳分子中碳原子也有稳定的碳-12、碳-13和碳-14，其中碳-12相对丰度最高，碳-14相对丰度最低。
这种差异可以利用质谱仪等仪器对稳定同位素进行检测和分析，从而揭示物质在生命体内和生态系统中的各种过程和转化。
二、示踪技术的种类稳定同位素示踪技术是一类复杂的实验手段，它可以应用于各种生物或化学物质的追踪和定量分析。
在生态学中，常用的示踪技术主要包括以下几种。
1. 激光荧光同位素比值仪激光荧光同位素比值仪是最常用的稳定同位素比值分析仪器，它通过激光诱导荧光技术，将样品中的稳定同位素分子转化为高能态激发态分子，利用荧光发射光谱测量不同同位素所发射的光谱波长，从而计算出它们的相对丰度比值。
2. 气相色谱质谱仪气相色谱质谱仪是目前最灵敏、最精确的稳定同位素示踪仪器，它能够检测不同同位素分子的相对丰度比值，常用于确定各种生物分子、尤其是蛋白质和氨基酸等化合物的同位素组成，以及微生物群体和植被的碳、氮同位素参量等方面的研究。
稳定同位素标记技术在生物学中的应用稳定同位素标记技术是一种在生物学中广泛应用的非放射性标记技术。
利用稳定同位素（例如氧、氮、碳等）替代常见同位素进行标记，从而实现对生物化学反应、分子代谢动力学、蛋白质组学等生物学问题的解决。
本文将对稳定同位素标记技术在生物学研究中的应用进行探讨。
一、基本原理稳定同位素标记技术是利用稳定同位素与生物分子中常见的同位素进行替代，以实现生物分子处于某种特定状态的标记技术。
其中，最为常用的是碳、氮和氢三种元素的同位素。
由于这些同位素在分子中的替代方式不影响分子的化学性质及反应，因此可以在生物体内进行标记实验。
二、应用场景稳定同位素技术广泛应用于生物学领域，特别是与代谢动力学、蛋白质代谢相关的研究。
例如，在生物代谢研究中，可以利用稳定同位素对代谢物质进行标记，然后追踪生物体内代谢物质的消耗及释放情况，以了解代谢物质在生物体内的转运、代谢及储藏等情况。
同时，利用稳定同位素标记的方法可以更精确地测量分子的代谢速率、生成速率以及分子代谢转化路径。
另外，稳定同位素的应用还不仅限于代谢学研究，它也可以用于蛋白质质谱组学以及代谢组学研究。
在蛋白质质谱组学研究中，稳定同位素标记技术可以提供蛋白质质量的定量信息，广泛应用于蛋白质质量筛选、亚细胞定位、蛋白质间的相互作用研究等领域。
在代谢组学研究中，可以通过稳定同位素标记的方法对生物体内代谢产物的生产和代谢动力学进行研究，从而获得这些代谢物质的来源、代谢途径和作用等。
三、存在的问题及展望虽然稳定同位素标记技术在生物学研究中有着广泛的应用，但同时也存在一些问题。
首先，稳定同位素标记的成本较高，标记萃取、纯化、分析需要昂贵的仪器和耗时的流程。
此外，稳定同位素过程中可能存在碳质量分馏，分析结果可能受到影响。
如何解决这些问题，提高稳定同位素标记技术的精度和可靠性，需要进一步的研究。
未来，稳定同位素标记技术在生物学领域的应用有着广阔的前景。
例如，可以在多个尺度上融合稳定同位素标记技术和其他方法，如RNA测序、高通量蛋白质质谱等，加强对生物体内代谢物和蛋白质的全面解析，推动生物学研究的深入。
稳定同位素分析技术的应用稳定同位素分析技术是一种重要的分析方法，它广泛应用于环境科学、地质学、生物学、医学等领域。
稳定同位素是指具有相同原子数但质量不同的同位素。
它们的存在可以提供有关地球、大气和生命系统中物质的循环过程的信息。
稳定同位素分析技术可以测量同位素比例，从而推断物质循环和转化的过程。
这篇文章将介绍稳定同位素分析技术的基本原理、常见的应用和未来的发展方向。
基本原理稳定同位素分析技术的基本原理是利用同位素分馏效应来测量同位素比例。
同位素分馏效应是指随着地球、大气和生物系统中物质循环和转化的过程，同位素之间的比例会发生变化。
这种变化可以刻画物理化学和生物学过程，从而得到关于这些过程的信息。
常见应用1.环境科学稳定同位素分析技术在环境科学领域中得到广泛应用。
例如，稳定同位素分析技术可以用于研究大气中二氧化碳、气态汞和碳氢化合物的来源和分布。
稳定同位素还可以用于检测污染物在水体中的来源和迁移。
2.地质学稳定同位素分析技术在地质学领域中也被广泛应用。
例如，它可以用于研究地球系统的演化以及大陆和海洋的形成。
稳定同位素还可以用于测量化石的年龄，从而推断生命演化的历史。
3.生物学稳定同位素分析技术在生物学领域中用于研究食物链和生态系统中能量和营养物质的流动。
稳定同位素比值可以用于确定食物链中各个层次之间的关系，以及不同食物来源对生物体中同位素组成的影响。
未来发展方向稳定同位素分析技术的发展方向是提高测量精度和降低成本。
新技术和新方法将被开发来提高稳定同位素的分辨率和准确度，以及缩短测试时间。
同时，新的即时检测技术将被应用于各种应用场景中，例如环境监测和医学检测。
总结稳定同位素分析技术是一项强大的分析方法，已经被广泛应用于环境科学、地质学、生物学和医学等领域。
稳定同位素分析技术基于同位素比例的变化探究物质循环和转化的过程，从而提供有关这些过程的信息。
未来发展方向是提高测量精度和降低成本，以及开发新技术和应用场景。
第25卷第9期2005年9月生 态 学 报ACT A ECOLOGICA SINICA V ol.25,N o.9Sep.,2005稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用孙双峰1,2,黄建辉1*,林光辉1,赵 威1,2,韩兴国1(1.中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室,北京 100093; 2.中国科学院研究生院,北京 100039)基金项目:中国科学院知识创新工程方向资助项目(KSCX2-SW -109);中国科学院“百人计划”资助项目收稿日期:2004-07-08;修订日期:2005-03-29作者简介:孙双峰(1972～),男,河南新乡人,博士生,主要从事植物生理生态学研究.E-mail:sfsu n@*通讯作者Auth or for corres pondence.E-m ail:Jh huang@Foundation item :Know ledge Innovation Direction Project (Grant No.KSCX2-SW -109);Hund red People Pr oject of CASReceived date :2004-07-08;Accepted date :2005-03-29Biography :SU N S huang-Feng ,Ph.D.cand idate,mainly engag ed in plant ecophys iology.E -mail:s fs un@摘要:近20a 稳定同位素技术在植物生态学研究中的应用得到了长足发展,使得对植物与水分关系也有了更深一步的了解。
介绍稳定同位素性碳、氢、氧同位素在研究植物水分关系中的应用及进展,以期能为国内植物水分利用研究提供参考。
由于植物根系从土壤中吸收水分时并不发生同位素分馏,对木质部水分同位素分析有助于对植物利用水分来源,生态系统中植物对水分的竞争和利用策略的研究,更好地了解生态系统结构与功能。
同位素标记在生态学中的应用同位素标记是指利用同位素对生物体进行标记，在其生产生态系统中的物质流动、转化和消耗过程中追踪同位素的运移及变化规律，以了解生态系统的结构、功能及其影响因素等生态学问题的研究方法。
它具有操作简单、信息丰富、数据应用面广、可操作性强等优势，广泛应用于生态学研究领域。
本文将就利用同位素标记研究生态问题的方法和应用作详细阐述。
一、同位素标记的原理与方法1.1 同位素标记的原理同位素（isotope）是指原子核中质子数相同，但中子数不同的同一种元素。
同位素要素是元素中质子数相等、但中子数不同的原子核。
比如氧气分子中存在的18O和16O是两个同位素。
不同原子核之间由于核子数量不同，引起了质量差异，是人们比较常用的两种常见同位素。
同位素标记是指利用同位素所代表的化学性质与原子能谱学指纹等特征，来标记生物体中的化合物，然后以此化合物为跟踪标记，通过其在生态系统中的传递、转化、消耗以及嵌套程度等变化规律，表征生态系统内物质流动的动态变化和过程。
1.2 同位素标记的方法同位素标记的方法很多，常用的方法有放射性测定法、同位素质谱法、光谱学技术、核磁共振技术等等。
其中比较常用的是放射性测定法和同位素质谱法。
放射性测定法是利用同位素放射性腐烂所释放出的放射射线，直接将放射性标记与组织及分子动态变化所进行的追踪。
主流方法有放射性同位素测定法和辐射计数法。
同位素质谱法主要是通过利用同位素标记物的一些质谱性质，利用高分辨质谱仪等手段进行加注物和样品中同位素的分离和检测。
同时该法不会产生放射性问题，应用较为广泛。
二、同位素标记在生态学中的应用2.1 追踪生态系统的物质流动同位素标记法可跟踪生态系统内物质在特定时间段内的输入、输出、净增长等情况，重点区分汇流（confluence）和混合（mixing）等不同物质输入的贡献。
比如用13C标记有机物质以追踪其在土壤中的迁移、分解、吸收和固存过程等，用18O标记水以追踪水的汇流、流动和地下水体运移等过程。
稳定同位素技术在生物和地质学中的应用稳定同位素技术是利用同位素不同质量数的特性，通过测量同位素比值和同位素分馏的方法研究物质的转化和迁移过程，应用广泛，包括生物学和地质学。
生物学应用稳定同位素技术在生物学中应用非常广泛，可以研究生物体的生长、营养、代谢、环境适应等多方面的问题。
首先是食物链研究，稳定同位素技术可以通过分析不同食物之间的同位素比值，推断出食物之间的关系。
例如，生态系统中一些生物体样品同位素比值的分析，可以推测出它们在食物链中的定位和数量。
其次是蛋白质代谢分析，蛋白质由氨基酸组成，其中一些氨基酸的同位素分馏较大，这些氨基酸对代谢过程的影响较为显著。
研究人员可以利用稳定同位素技术来追踪人体代谢物质的运动路径和速度，探究代谢过程中吸收和释放的分子。
另外，稳定同位素技术还可以用于恢复古生态系统。
研究人员通过最近几百年的稳定同位素数据，可以对过去几千年的植物生长条件和生态环境进行恢复，从而了解生态系统的演化过程。
地质学应用稳定同位素技术在地质学中有广泛的应用，特别是在研究岩石、矿物、化石和水文地质等方面。
首先是地质年代研究，利用不同元素的稳定同位素比值可推算某些地质事件的发生时间。
例如，指定元素的稳定同位素与半衰期相当的同位素的分布规律，可以推断某些矿物的年代和地质年代事件的发生时间。
其次是水文地质研究，同位素分布在自然水体中时，会发生一定的分馏作用，导致同位素比值的变化，这些变化反映了水体的物质和过程。
因此，稳定同位素技术可以用来研究水文地质问题，例如推算地下水的来源、年代、地下水流和抽取量等。
最后是环境研究，通过稳定同位素技术，可以对环境中的元素和物质的迁移过程进行追踪。
比如，利用氧、碳和氮的稳定同位素分析，对大气CO2的来源和汇、全球碳循环、海洋碳和氮循环、河流水循环、湖泊和沼泽生态系统等问题进行研究。
总结稳定同位素技术具有非常广泛的应用，尤其在生物学和地质学中，研究人员能够通过测量同位素比值和同位素分馏，推算出物质转化和迁移的过程。
稳定同位素示踪技术的研究与应用稳定同位素示踪技术（Stable isotope tracing technology）是一种先进的科学技术，可以追踪物质在生物、环境、地球化学等方面的运动和转化，为科学研究和工程应用提供了重要的手段和方法。
本文将从稳定同位素的基础知识、技术原理、应用领域等方面进行探讨，以期让读者对该技术有更深入的了解。
一、稳定同位素的基础知识稳定同位素是指具有相同元素核数目和化学性质，但核外电子的数目不同的同一元素。
例如，氢原子的核外电子数量不同，分别具有1个普通氢原子（1H）和1个重氢原子（2H或D）；碳原子的核外电子也不同，分别具有12个普通碳原子（12C）和1个稳定同位素碳原子（13C）。
由于稳定同位素与普通同位素化学性质相同，可以在相同的物理条件下使用现代仪器分离出。
在区别分析和追踪研究方面，稳定同位素具有很好的应用前景。
二、技术原理稳定同位素的示踪技术是基于稳定同位素的微量区别而建立起来的。
因为生物体内、地球环境中许多化学反应的发生，涉及到各种原子、离子、分子的转换，例如，光合作用、呼吸作用、氮素循环、水循环和地下水运动以及大气气体交换等，这些化学反应都涉及到同位素的组成及其分布情况，而稳定同位素示踪技术就是利用微小的稳定同位素在自然界中分布差异来标记物质的经过过程。
由于稳定同位素数量极小，其分析方法涉及比较复杂的技术手段，包括传统的稳定同位素分析技术（IRMS）和新兴的标记化学方法，如GC-IRMS、LC-IRMS、EA-IRMS、Raman光谱等。
稳定同位素示踪技术可以分别应用于生态、医学、工业、矿物、水文等多个领域，为从基础科学研究到工程应用提供了重要帮助。
三、应用领域3.1 生态领域稳定同位素示踪技术在生态领域中的应用主要包括了食物链、动物迁徙、养殖环境、陆地生态、湖泊生态等领域的研究。
因为稳定同位素分析技术可以准确地刻画物质在生态系统中的流动和转化，因此可以用以分析动物食物链中各种有机和无机化合物的分布规律和稳态结构，推断生态系统底层物质循环路径和食物链的稳定状态等。
稳定性碳同位素技术在生态学研究中应用X植物生态学报 2002 , 26 5 549~560Acta Phytoecologica Sinica稳定性碳同位素技术在生态学研究中的应用3陈世苹白永飞韩兴国中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室 , 北京 100093摘要植物光合作用是自然界产生碳同位素分馏的最重要过程 ,也是碳同位素技术在生态学研究中应用的基础。
最初 ,碳同位素主要应用于光合途径的鉴别。
随着技术的不断完善和研究的不断深入 ,目前此项技术在生态学研究的许多领域都得到了广泛的应用。
作者从植物叶片、功能群、群落冠层、生态系统以及全球等几个不同的尺度上 ,对碳同位素技术在生态学研究中的主要应用进行了简要的总结。
关键词稳定性碳同位素光合途径水分利用效率功能群冠层生态系统APPLICATIONS OF STABLE CARBON ISOTOPE TECHNIQUESTO ECOLOGICAL RESEARCH3CHEN Shi- Ping BAI Y ong- Fei and HAN Xing- GuoLaboratory of Quantitative Vegetation Ecology , Institute of Botany , the Chinese Academy of Sciences , Beijing 100093 , China Abstract Photosynthesis is responsible for one of the most significant carbon isotopic fractionations in natureand thus forms the basis for applying stable carbon isotopes to ecological research. Although stable isotopetechniques were used originally for distinguishing various photosynthetic pathways , they have become usefultechniques for ecological research in many areas. In this paper , we review briefly the main applications of sta2ble carbon isotopes in ecological research at the following scales : leaf , functional group , vegetation canopy ,local ecosystem and global ecosystem. Stable carbon isotope discrimination provides a useful measure of inte2grated carbon/ water balance in plants over longer periods , and is generally well correlated with plant water use13efficiency. Stable carbon isotope composition of different plant functional groups is different. Therefore ,δ Cvalue could indicate the diversity of plant functional groups and be used as an indicator of different plant func2tional groups. There is an apparent vertical profile of stable carbon isotope ratio of leaves within the canopy ,that is it increases with increasing canopy height , especially in forest ecosystems. There are two explanationsfor this canopy effect. The first is that intercellular CO levels decreases with the increase in irradiance. A sec22ond possibility is that the decreases in carbon isotopic composition with depth in the canopy are caused bychanges in the isotopic composition of the source COΔ, a term that describes the carbon isotope discrimi22 eΔnation of an entire ecosystem , was introduced recently. The value is a temporal and spatial integration ofefoliage characteristics within the entire ecosystem , and provides a useful approach to understand water and car2bon balance at the ecosystem level. The terrestrial biosphere influences global cycles of CO and water. Stable2isotopes can be used to probe these cycles since biologicalfractionation and subsequent exchange with the at2mosphere alter ambient isotopic signatures of CO and water vapor.2Key words Stable carbon isotope , Photosynthetic pathway , Water use efficiency WUE , Functional group ,Canopy , Ecosystem除磷以外 ,几乎所有具有生物学意义的元素如中的传导率、分子键能、生化合成和分解速率等因碳、氢、氧、氮和硫等均存在两种或两种以上的稳定质量上的不同常有微小的差异 ,导致了物质反应前性同位素形式 ,即具有相同原子和质子序数 ,但不同后在同位素组成上有明显的差异林光辉等 ,1995 。
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 ——————————————————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@)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11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 studiesWANG Yan-Hong 1, JIANG Hong 1,2*, YU Shu-Quan 1, LI Wei 3, and LIN Xi-Qiao 11International 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, ChinaAbstractWith 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 cycle1 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,32S 、33S 、34S 和36S 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:()(){}34343234323110S SS SS δ=−×样品样品标准 (1)34S 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180 植物生态学报Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (2): 179–185应(isotope effect)。
同位素效应主要有两种表示方法: 同位素分馏(isotope fractionation, 也有译作同位素分差或同位素分离)和同位素判别(isotope discrimi-nation, ∆)。
这两个名词的内涵是紧密联系的, 同位素分馏指的是反应物同位素组成改变的效果, 而同位素判别指的是造成同位素组成改变的一种过程或原因(陈世苹等, 2002)。
2 硫稳定同位素技术的应用陆地生态系统的元素来源分为空气来源(如C 和N)和岩石来源(如P 、K 、Ca 和Mg)。
S 比较特殊, 它同时来源于空气和岩石。
大气中的S 有自然和人为来源。
人为来源的S 比重不断增大, 在1990年, 全球人为SO 2释放量大约是自然过程来源的3倍(Rodhe et al., 1995)。
在过去的两个世纪, 人类活动对全球的S 循环产生了巨大的影响。
过量的S 沉降往往能引起土壤和水分的酸化, 因此, 了解空气S 的动态及生态系统S 循环过程是非常重要的。
在生物地球化学循环过程中, 硫稳定同位素的动态已成为许多研究的热点(Krouse, 1977; Giesemann et al., 1995a, 1995b; Yang et al., 1996; de Caritat et al., 1997; Heaton et al., 1997; Zhang et al., 1998; Zhao et al., 1998; Alewell et al., 1999; Novak et al., 2000)。
到20世纪80年代末, 已经表明污染源通常具有固定的δ34S 值, 以此可示踪S 在陆地生态系统的转运途径和滞留时间(Krouse et al., 1984; Krouse & Grinenko, 1991)。
这个方法要求不同来源的S 具有固定的同位素比率, 例如, 二甲基来源的S 为+20‰左右(Wadleigh, 1989; Nriagu et al., 1991), 工厂来源的S 为0–5‰ (Newman & Forrest, 1991)。
如果已知不同来源的S 同位素比率, 就可以根据相关模型推算出不同来源的S 在受体中所占的比例。
然而, 几个同位素的分馏过程影响大气—生物圈—岩石系统中的S, 从而限制了δ34S 值作为示踪剂在生态学中的应用。
输入大气的δ34S 值受到生态系统中几个同位素重分配过程的影响, 几个后续的生物地球化学反应的同位素效应可能也难以消减。
基于此, Fritz 和Fontes (1980)提出了全分馏(overall fractionation)概念。
有可能引起全分馏的两个过程是植物中S 的同化过程和土壤中有机硫的矿化过程(Krouse & Grinenko, 1991)。
Mitchell 等(1998)对硫稳定同位素在森林生态系统S 循环研究中的应用进行了综述, 认为主要有两种不同的方法: 1)添加不同于源-库硫同位素比率特征的S, 并以此来追踪其动态; 2)评价生态系统中硫稳定同位素自然丰度的差异。
后一种方法的应用较广, 可以研究多种循环过程。
近年来, 硫稳定同位素在生态系统中的应用多集中于以下几个方面。
2.1 天然硫稳定同位素的应用 2.1.1 大气自然过程的硫来源分析在20世纪80年代, Nriagu 等(1987)通过连续4年对空旷地降水中S 的浓度和同位素比率的研究发现: 加拿大安大略湖北部偏远地区的生物成因S 占总S 含量的近30%, 同时出现了人为S 源的生物性再释放。
与此相似, Savoie 和Prospero (1989)对于太平洋地区的研究也发现: 其偏远地区大气酸化的主要来源是自然S 循环, 其主导成分是自然组分(主要是来源于海洋中的二甲基硫, DMS), 而重工业区的S 源主要是由人为的SO 2所控制。
另外, 对欧洲沿海地区空气样品的硫稳定同位素值的测定也有类似的发现(Mcardle & Liss, 1995)。
而Nriagu 等(1991)对加拿大北极霾的S 源的研究发现, 霾中的大多数S 主要来源于欧洲, 而不是当地的人为或生物S 源。
此外, Mast 等(2001)对岩石山的雪堆S 源问题的研究发现, 岩石山的雪堆S 主要来源于人为S 源, 同时, 根据研究区南部的δ34S 值与纬度的线性相关性推测, 雪堆硫酸盐是两个不同源区的混合, 较轻的同位素来自于南部, 较重的同位素来自于北部。
