镉同位素技术在环境科学研究中的应用进展

近年来,镉(Cd)环境污染问题日趋严重,查明污染源并从源头上加以控制,对实施污染治理改变环境现状有十分重要的意义,而Cd同位素技术作为环境污染示踪剂已经在环境科学研究中发挥着重要作用。本文通过查阅近年来国内外对环境中Cd同位素技术的最新研究,探讨了Cd同位素的示踪原理、纯化分离、测定方法、仪器歧视校正方法、标准溶液的选取、Cd同位素组成及分馏机理以及Cd同位素在环境科学研究中的应用,并根据以往研究的不足和存在的问题,对今后研究工作的重点做出展望:Cd同位素的标准样品需要统一;根据不同样品中Cd的浓度选取不同的Cd同位素测定方法和校正方法;自然物质中Cd同位素组成数据仍需完善,Cd同位素分馏机理有待于进一步研究,Cd同位素应用前景有待于进一步开阔。     

锶同位素在森林生态系统研究中的进展

放射性成因锶同位素(87Sr/86Sr)作为一种有效的示踪工具,对理解陆相生态系统结构有极其重要的作用.而非传统稳定同位素δ88/86Sr可以揭示以前所忽略的阳离子在植被中的迁移过程.本文对锶元素在森林生态系统中的循环过程以及定量计算方法进行了综述,阐明了利用放射性成因锶同位素87Sr/86Sr在低温地表迁移过程中不分馏的特性示踪物质来源以及循环途径,利用非传统稳定锶同位素δ88/86Sr来示踪生态系统中生物分馏过程,以及锶元素在植被中的内循环机理,总结采用锶同位素在环境响应和生态系统演化的应用.指出非传统稳定锶同位素与放射性成因锶同位素联立应用将是其在陆地生态系统研究中的发展方向.     

镁同位素在森林生态系统研究中的应用

镁元素是常量元素之一,也是生物维持生命活动的重要物质之一。含镁矿物的风化产物经河流输送到达海洋,并在此过程参与生态系统的物质循环,最终通过碳酸盐沉淀重新成岩,这一过程与全球的碳循环密切相关。近年来,随着非传统金属同位素体系的不断完善,以及MC-ICP-MS(多接收器电感耦合等离子质谱仪)的使用,镁同位素的测试精度与便利程度都有提升,镁同位素因为其广泛参与化学风化过程以及与生命活动密切相关,从而成为示踪表生环境中物质来源与各类生物地球化学过程的有效工具。因此,研究镁同位素在各类生态系统中的组成特征与分馏机理,可以帮助我们了解生态系统内发生的各类地球化学过程,进而探寻全球物质循环与气候变化规律。本文系统阐述了森林生态系统中各组分镁同位素的组成和分馏的影响因素,提出了目前森林生态系统研究存在的问题,并基于现有研究成果对未来森林生态系统中镁同位素的研究方向进行了探讨。     

浮游植物稳定碳同位素分馏机制及环境应用

浮游植物驱动水体碳循环,是解释全球碳生物地球化学过程的关键因素。相对于陆地植物,浮游植物碳在合成过程中的分馏机制较为复杂。为了系统了解藻类碳同位素分馏过程及其同位素在环境中的应用,本文调研了国内外的相关研究进展,并以蓝藻、绿藻和硅藻为代表,阐述了浮游植物碳浓缩及其同位素分馏的机制。此外,本文还总结了目前藻类碳同位素信号的变化范围及其影响因素,并探讨了藻类碳同位素在古海洋、水生食物网与水体碳循环研究中的应用。     

磷酸盐氧同位素技术在环境科学中的研究进展

近年来,由于磷素流失造成的环境问题日益严重,查明环境中磷的来源及迁移转化对于改变目前现状具有重要意义。而磷酸盐氧同位素作为一种地球化学示踪剂在水体环境、土壤以及古环境研究中得到了广泛应用。本文总结了不同自然界物质中磷酸盐氧同位素组成(δ~(18)O_P),分馏机理,分离、纯化和测试方法以及在环境科学中的应用研究进展。在此基础上,提出未来研究工作展望:根据不同样品的基本性质选择不同的分离、纯化方法,磷酸盐氧同位素分馏机制及原因仍存在不确定性,需进一步研究,磷酸盐氧同位素应用前景有待进一步扩展。     

稳定性同位素技术在生态学上的应用

稳定性同位素技术早在20世纪70年代末期就被引入到生态学领域。最初是利用植物稳定性碳同位素的差异。开展了许多有关营养流动方面的研究;到90年代,稳定性碳和氮同位素被用来分析动物的食性、营养级位置关系以及食物链结构;本世纪初,由于技术的进步,稳定性同位素(特别是氢同位素)被用来开展动物迁徙习性方面的研究。到目前为止,国内有关这方面的研究还鲜有报道,而且对自然界存在的稳定性同位素的理解还存在一定偏差。本文主要介绍了稳定性同位素效应及其分馏原理、稳定性同位素在示踪动物食性信息、确定营养级位置关系、分析食物网结构以及研究动物迁徙生态学中的作用等方面的内容。     

植物叶片水稳定同位素研究进展

植物叶片水稳定同位素变化可以直接沟通植物叶片内部与外界的物质和能量联系,并能够反映植物生长周围的气候与生态信息.另外,植物叶片水作为参与水循环的一个重要环节,了解叶片水稳定同位素组成有助于揭示其在局地水体稳定同位素循环中的分配与贡献.概述了国内外叶片水稳定同位素研究现况;介绍了叶片水稳定氢、氧同位素在植物体中的分馏过程及形式(热力学平衡分馏、动力学分馏以及生化分馏)以及影响叶片水稳定同位素组成的气象和生态因子;阐述了叶片水稳定同位素修正的Craig-Gordon稳态模型、string-of-lakes模型、Péclet效应的稳态模型、非稳态效应的模型、Péclet效应的非稳态模型以及二维模型的构建与完善过程;最后讨论了植物叶片水稳定同位素研究存在的问题,并从叶片水稳定同位素与气象、生态因子的关系,叶片水蒸腾线的斜率和截距及过量氘的意义,模型适用性的验证以及叶片水稳定同位素在水文循环的应用等方面展望了研究方向.     

微生物对重金属的抗性及解毒机理

随着采矿业的发展和重金属在冶金、化工、造纸、农业和制药业等方面的应用,重金属对环境的污染和治理日益受到重视。业已发现,许多微生物能在较高浓度的金属离子环境中生存,解除重金属对自身的毒害。长期以来,人们从生理学、生态学,生物化学,遗传学和分子生物学等方面就微生物对重金属的抗性及解毒机理进行了大量深人的研究,提出了种种解释。微生物对重金属抗性机制是非常复杂的。环境中的污染源又多是几种金属伴生、微生物对重金属的解毒机理,还有待于继续深人研究和探讨。某些金属元素的离子（如锌、铜、锰、镁、钙、钾、钻等）在…     

稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用

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。稳定碳同位素作为植物水分利用效率的一个间接指标,在不同水分梯度环境中,及植物不同代谢产物与水分关系中有着广泛的应用。同位素在土壤-植被-大气连续体水分中的应用,有助于了解生态系统的水分平衡。随着稳定同位素方法的使用,植物与水分关系的研究将取得更大的进展。     

利用氮、氧稳定同位素识别水体硝酸盐污染源研究进展

水体硝酸盐污染已经成为一个相当普遍且重要的环境问题.为了保证人类的身体健康、水环境的良性演化,有效识别水体中硝酸盐污染的来源就显得尤为重要.水体中不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧稳定同位素组成,因此,可以利用氮、氧稳定同位素对水体中的硝酸盐污染进行源识别.本文介绍了氮、氧稳定同位素在氮循环主要过程中的分馏系数和主要硝酸盐来源的氮、氧稳定同位素组成,对比了5种硝酸盐氮、氧同位素分析预处理方法的优缺点,综述了国内外学者在该方向的研究进展并划分为3个阶段:单独使用氮稳定同位素;同时使用氮、氧稳定同位素;结合数学模型的应用.最后,对该领域今后的研究方向进行了展望.     

人指甲中氢、氧稳定同位素在法医学领域的应用

氢、氧稳定同位素作为一类化学示踪物质,在地理科学、环境生态和法庭科学等领域均有应用。在法庭科学研究领域,指甲作为一种记录人在不同时段内摄入氢、氧稳定同位素情况的载体,在推断人的生活地域变化轨迹方面具有很大的潜力,具有广阔的应用前景。本文从氢、氧稳定同位素溯源的基本原理,人指甲中氢、氧稳定同位素前处理方法和检验方法,人指甲氢、氧稳定同位素溯源技术的法医学应用等方面展开综述,并对稳定同位素溯源技术的发展等方面做了简要展望。     

Water isotope analysis for tracing ecosystem processes: measurement techniques,ecological applications,and future challenges

水分是生态系统的重要因子, 水同位素自然示踪和人工标记是研究生态系统水循环过程的重要方法, 利用水同位素所具有的示踪、整合和指示等功能特征, 通过测量和分析生态系统中不同组分所含水分的氢氧同位素比值的变化情况, 可实现生态系统蒸散发的拆分、植物水分来源判定和叶片水同位素富集机理研究, 是研究生态系统水循环过程机理和生态学效应不可或缺的技术手段。该文首先简要回顾了生态系统水同位素发展和应用的历史, 在此基础上阐述了水同位素技术和方法在生态学研究热点领域应用的基本原理, 概述了水同位素在植物水分来源判定、蒸散发拆分、露水来源拆分、降水的水汽来源拆分以及 ¹⁷O-excess的研究进展, 并介绍了植物叶片水富集机理及基于稳定同位素的碳水耦合研究。最后, 指出了水同位素研究亟待解决的问题, 展望了水同位素应用的前沿方向, 旨在利用水同位素分析加深对生态系统的水分动态、植被格局和生理过程的理解。     

水同位素分析与生态系统过程示踪:技术、应用以及未来挑战

水分是生态系统的重要因子,水同位素自然示踪和人工标记是研究生态系统水循环过程的重要方法,利用水同位素所具有的示踪、整合和指示等功能特征,通过测量和分析生态系统中不同组分所含水分的氢氧同位素比值的变化情况,可实现生态系统蒸散发的拆分、植物水分来源判定和叶片水同位素富集机理研究,是研究生态系统水循环过程机理和生态学效应不可或缺的技术手段。该文首先简要回顾了生态系统水同位素发展和应用的历史,在此基础上阐述了水同位素技术和方法在生态学研究热点领域应用的基本原理,概述了水同位素在植物水分来源判定、蒸散发拆分、露水来源拆分、降水的水汽来源拆分以及~(17)O-excess的研究进展,并介绍了植物叶片水富集机理及基于稳定同位素的碳水耦合研究。最后,指出了水同位素研究亟待解决的问题,展望了水同位素应用的前沿方向,旨在利用水同位素分析加深对生态系统的水分动态、植被格局和生理过程的理解。     

环境条件对植物稳定碳同位素组成的影响

植物稳定碳同位素技术是近年兴起的一项快速、可靠的技术。利用稳定碳同位素技术可以揭示碳同化的过程的许多方面的信息。1 3C和1 2 C同位素效应 ,使它们在进行碳循环时发生稳定碳同位素的分馏。植物光合作用过程中CO2 经气孔扩散分差和RUBPCase及PEPCase羧化分馏是造成植物稳定碳同位素比率 (R =1 3C/ 1 2 C)不同于源CO2 中碳同位素比率的主要原因。遗传因素和环境因子同时决定植物碳同位素组成。植物稳定碳同位素技术同时还是古气候重建和预测未来环境变化的理论基础。本文综述了光照、温度、水分、二氧化碳、矿质营养、盐分和大气污染物等环境因素对植物稳定碳同位素组成影响方面的研究进展。     

环境条件对植物稳定碳同位素组成的影响

植物稳定碳同位素技术是近年兴起的一项快速、可靠的技术。利用稳定碳同位素技术可以揭示碳同化的过程的许多方面的信息。13C和12C同位素效应,使它们在进行碳循环时发生稳定碳同位素的分馏。植物光合作用过程中CO2经气孔扩散分差和RUBPCase及PEPCase羧化分馏是造成植物稳定碳同位素比率(R=13C/12C)不同于源CO2中碳同位素比率的主要原因。遗传因素和环境因子同时决定植物碳同位素组成。植物稳定碳同位素技术同时还是古气候重建和预测未来环境变化的理论基础。本文综述了光照、温度、水分、二氧化碳、矿质营养、盐分和大气污染物等环境因素对植物稳定碳同位素组成影响方面的研究进展。     

碳同位素在湿地碳循环研究中的应用及进展

湿地碳库是区域生态系统中最重要的碳库之一,湿地碳循环是全球碳循环的重要环节。在湿地碳循环研究中,传统方法越来越不能满足人们对湿地中碳循环微观机理的了解,而碳同位素方法因其特殊的物源和过程示踪价值成为湿地碳循环研究的重要手段。本文从湿地碳循环的主要研究对象和基本研究方法出发,讨论了碳同位素方法的基本原理及其在碳循环研究中的优势,分析了碳同位素方法在湿地生物过程、水体、沉积物和土壤以及温室气体排放等方面的应用,归纳总结了碳同位素在我国湿地生态系统碳循环研究中的不足及未来发展方向。     

同位素示踪法与生命科学发展

按年代介绍了同位素示踪法在揭示生物体内和细胞内物质代谢理化过程的秘密,阐明生命活动的物质基础,建立分子杂交技术与应用等方面所起的重要作用。光合作用过程中碳循环途径的发现、胆固醇的生成途径和步骤的揭示、DNA复制与RNA转录的证实、核酸碱基的测序等分子生物学和细胞生物学方面的重大发现,以及最近邻序列分析法、放射免疫分析方法的应用都与迅速发展的同位素示踪法密切相关。     

基于稳定同位素的代谢组学临床研究进展

基于稳定同位素示踪的代谢组学不仅能检测疾病发生发展及治疗过程中相关代谢物的变化,还可以对生物体系的代谢物进行定量分析并描述代谢特性。目前,稳定同位素示踪的代谢组学技术可在受试者体内直接追踪到代谢网络的单个原子,更有利于发现与疾病病因和诊断及药物疗效评估相关的生物标志物。现就稳定同位素示踪代谢组学在临床研究中的应用做简要概述,以期为将来更好地开展代谢组学在临床方面的研究提供重要依据。     

大气颗粒物稳定同位素组成的研究进展

大气颗粒物成分复杂,容易对环境和人体健康产生较大影响,是雾霾的主要来源。如何对大气颗粒物及其成分的来源、形成和迁移转化过程进行表征一直是大气环境科学研究中的重要课题。近年来,稳定同位素技术被广泛应用到环境污染物的来源示踪研究中。本文综述了大气颗粒物的研究进展,重点围绕大气颗粒物中的轻稳定同位素组成(主要包括碳、氮、硫和氧的稳定同位素),结合大气颗粒物的时空变化特征及特定的同位素数学模型,对大气颗粒物中物质的来源、形成过程和贡献等研究进行分析总结,并对稳定同位素技术在未来大气颗粒物研究中的应用发展趋势进行探讨。     

金枪鱼类耳石微化学研究进展

近年来,基于鱼类钙化物质中微量元素和同位素等微化学成分分析已成为分析鱼类种群结构、生活史及洄游环境史等的一种新兴手段.随着鱼类耳石微化学研究及应用的日渐成熟与完善,该手段也日益成为金枪鱼类生态学研究的良好工具.目前金枪鱼类耳石微化学的研究内容主要包括微量元素和同位素等,其中微量元素是应用研究的重点和热点,其在金枪鱼类,尤其是蓝鳍金枪鱼种群划分、出生源、洄游环境史和生活史分析等方面发挥了重要的作用.但多数研究集中在耳石锶钙比率(Sr/Ca)的变化上,且关于耳石碳氧同位素分馏与温度之间的关系尚无定论.为了开发耳石微化学的巨大价值,有必要加强对其沉积机理的研究,并采用综合研究方法从时空角度分析耳石中多种微量元素的含量及其变化.