稳定碳同位素在滨海湿地碳生物地球化学循环中的应用

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.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.本文从有机物质生产、土壤有机质来源、食物链传递、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.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.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.     

稳定同位素技术在水域生态系统研究中的应用

稳定同位素作为一种天然的示踪物,应用十分广泛,其在水域生态学中的应用也日益受到重视。生物同位素组成总是与其食物同位素组成相一致,能随食物的改变而相应地发生改变,是生物生存状况的理想指示物,为水域生态系统食物网结构与功能、物质流与能量流的研究提供了有力的技术支撑。在综评稳定同位素技术原理与方法的基础上,较为详细地对其应用于水域生态研究的理论基础与进展进行了总结。该方法的应用以水域中生产者同位素组成差异为前提,主要涉及确定食物来源、食物的贡献比例、营养级的确定、食物网结构的构建及鱼类等水生生物的洄游及迁移路线等方面,这些研究对了解生态系统的动态变化与外界环境对其影响具有重要意义。并对我国此类研究的前景和存在问题进行了探讨。     

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。     

基于稳定同位素的湿地食物源判定和食物网构建研究进展

湿地生物营养动力学是湿地生态系统结构和功能评价研究的基础.碳、氮稳定同位素作为识别营养关系的方法,已在湿地生态系统食物来源、组成和食物链传递研究中得到广泛运用.本文系统综述了稳定同位素食物贡献度计算模型和营养级确定的基本方法和理论;讨论了动物营养分馏值和基线的选择依据;概括了湿地生态系统典型食物源及其稳定同位素变化特征;总结了草食、杂食和肉食等不同营养级动物的食物来源.指出了稳定同位素在湿地食物源溯源和食物网研究中的不足;基于国内外研究现状和发展趋势及需求,展望了未来同位素技术在湿地食物网生态学研究中的运用前景和研究重点,提出需要加强稳定同位素营养分馏和基线的影响因素、样品处理和保存方式研究以及胃含物、分子标记物和多元素同位素结合分析.     

稳定同位素技术在土壤跳虫研究上的应用

稳定同位素技术的发展和应用是20世纪90年代生态学研究方法最重要的进步之一.许多生态学过程都伴随着同位素比率的变化,根据这些变化可以追踪生态系统的物质循环和能量流动.近年来,许多学者把稳定同位素技术引入到土壤生态学,主要用于研究土壤碳循环和土壤生物之间的营养关系,在很大程度上提升了对地下生态系统的理解.跳虫作为土壤动物群落的重要组分,它的食性和营养位置一直存在着许多不确定性.稳定同位素技术的应用,为确定跳虫的食物来源、营养位置和营养关系提供了一个强大的工具.本文综述了稳定同位素技术在跳虫食性和营养级研究上的应用,并指出了不足之处以及今后的发展方向.     

稳定同位素分析在昆虫生态研究中的应用

综述了稳定同位素分析的原理与方法以及应用于昆虫生态研究的理论基础与进展,并对其发展前景进行初步探讨。该方法的应用以寄主植物同位素组成差异为前提,常用的同位素包括 D,13C,15N和18O,主要涉及确定食物来源,探寻寄主间转移规律及迁移路线、生态系统中物质与能量流动、食物网构建等方面。对长期保存标本与昆虫化石的同位素分析则扩展了研究的时间范围。同位素转化时间的确定、质量平衡方程和混合模型的应用则是验证相关生态问题的重要步骤;生态、生理和生化过程对同位素分馏的影响尚需深入研究。     

滨海沙地不同树种人工林叶片和土壤表层稳定碳氮同位素及水分利用效率研究

以福州市滨海后沿沙地人工营造的湿地松、木麻黄、尾巨桉、肯氏相思和纹荚相思防护林为研究对象,测定不同年龄(新叶、老叶)叶片、表层土壤(0~10cm)天然稳定碳、氮同位素丰度值(δ~(13) C、δ~(15)N),研究稳定碳、氮同位素丰度值与水分利用效率和土壤氮饱和程度的相互关系,以揭示不同树种水分利用效率、氮饱和程度和碳氮循环速率差异的机理。结果表明:(1)滨海沙地不同树种叶片δ~(13) C变化范围为-31.682‰~-29.323‰,其δ~(13) C大小为:湿地松肯氏相思木麻黄纹荚相思尾巨桉,除尾巨桉外各树种δ~(13) C均表现为新叶老叶;各树种叶片δ~(15)N变化范围为-5.548‰~-2.167‰,其δ~(15)N大小为:肯氏相思纹荚相思木麻黄湿地松尾巨桉,且各树种均表现为新叶老叶。(2)不同树种表层土壤δ~(15)N变化范围为-4.675‰~-2.975‰,表层土壤δ~(15)N大小为:纹荚相思肯氏相思木麻黄尾巨桉湿地松,但不同树种表层土壤C含量无显著差异。(3)滨海沙地湿地松、木麻黄、肯氏相思和纹荚相思的水分利用效率随叶龄增加均呈显著递减趋势;不同树种新叶的水分利用效率变化范围为39.09~76.57μmol·mol~(-1),其大小依次为:湿地松肯氏相思木麻黄纹荚相思尾巨桉;老叶的水分利用效率变化范围为38.56~62.59μmol·mol~(-1),其大小依次为:湿地松木麻黄肯氏相思尾巨桉纹荚相思。(4)不同树种人工林水分利用效率与其新叶水分利用效率呈显著正相关关系,说明林分水分利用效率主要体现在新叶的水分利用效率上,同时林分水分利用效率受林分类型的影响。     

基于稳定同位素技术的保安湖食物网结构特征研究

文章利用碳、氮稳定同位素技术对江湖阻隔典型湖泊-保安湖的食物网结构进行了研究。结果表明保安湖中鱼类消费者的主要营养级范围为2.1—3.3, 在调查到的16种鱼类中, 顶级肉食性鱼类种类很少, 杂食性鱼类的种类最多。保安湖食物网主要由两条营养传递途径构成, 即由POM、浮游植物为主要食物源的浮游牧食链与沉积物为主要食物源的底栖食物链。POM、浮游植物、浮游动物和底栖动物是保安湖水域食物网中鱼类的主要食物来源, 其次是沉积物中的碎屑和水生植物等。此外, 从基于理论食性数据的食物网与BIMM模型预测的食物网结构可以看出, 从POM、浮游植物、浮游动物到杂食性鱼类的浮游牧食链在整个食物网中具有主导性, 而从水生植物、沉积物和底栖动物到杂食性鱼类的底栖食物链相对重要性较低。     

碳稳定同位素技术在植物水分胁迫研究中的应用

植物体的碳稳定同位素组成主要由植物本身的生物学特性决定 ,但环境胁迫对其影响也十分明显。综述了碳稳定同位素技术在研究植物水分利用效率、生物量高低及判断历史气候依据等研究领域的进展 ,阐明了植物体的 δ1 3C值对干旱、盐分及其它环境因素的变化所引起的水分胁迫的响应 ,并对碳稳定同位素对水分胁迫的响应机理进行了归纳和推断     

滨海湿地生态系统土壤微生物及其影响因素研究综述

土壤微生物是滨海湿地生态系统中不可或缺的关键组分,在土壤发育、物质循环和污染物净化等诸多土壤生态过程中发挥着重要作用,对滨海湿地生态系统的维持与健康具有重大影响。系统梳理了滨海湿地土壤微生物群落结构特征和多样性,综述了土壤理化性质、植被状况、水文因素、生物入侵、全球变化、湿地开垦、石油污染等因素对滨海湿地土壤微生物的影响。在此基础上,对今后的研究重点提出了4个方面的展望:(1)加强全球变化多因子交互作用下滨海湿地土壤微生物的响应机制;(2)强化滨海湿地土壤微生物与环境因子的互作机理;(3)深化滨海湿地水动力条件对土壤微生物的影响机制;(4)开展土壤微生物与滨海湿地生态系统物质循环综合研究。研究以期为滨海湿地生态系统的保护和修复提供参考。     

The application of stable isotopes in biomedical research

Many of the ways in which isotopes are used in biomedical research are reviewed. The use of stable isotopes in stable isotope dilution assays, for metabolite identification and in pharmacokinetic studies, is discussed and relevant examples are given to illustrate the various points made. Isotope effects and their implications for future drug design are considered. Some of the toxicity problems associated with the use of stable isotopes are also considered. Finally, a brief subjective view of possible future advances is made.     

中国河口湿地研究现状及展望

河口湿地由于其发育和形成过程较为特殊,加上其丰富的动植物资源以及重要的经济地位,已成为我国湿地研究领域的一个新热点.本文在分析中国河口湿地分布与特征的基础上,从河口湿地生物多样性、河口湿地生态过程及动态变化、河口湿地的形成和发育机制、河口湿地景观格局及动态演变、河口湿地恢复与重建、河口湿地的人地关系、河口湿地与全球变化、河口湿地评价以及数字河口湿地建设等方面总结了我国河口湿地研究现状.尽管中国河口湿地研究的方向和成果已经比较丰富,但与国外相比,在技术和理念上还存在一定差距.结合国外河口湿地研究的最新动态,提出了中国河口湿地未来研究的4个重要方向：河口湿地的人地关系、河口湿地的恢复和重建、河口湿地与全球变化以及河口湿地综合信息系统建设.     

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.     

湿地生态系统碳储量估算方法综述

湿地生态系统碳储量测算一直是湿地研究领域的难点。目前仅能粗略估算湿地生态系统碳储量,很难做到精确计算。本文对湿地生态系统各组成部分碳储量估算方法进行分析,指出湿地生态系统碳储量估算应当充分融合水域和陆域各碳储存库的估算方法。另外,对影响湿地生态系统碳储量估算精度的各种因素进行了总结,认为湿地面积、碳密度以及水体、土壤和沉积物的深度是影响区域尺度碳储量估算精度的主要因素。     

Fate of fluoroquinolone antibiotics in Vietnamese coastal wetland ecosystem

Vietnamese coastal wetlands have traditionally been used for shrimp farming, but with the expansion of commercial shrimp farming and the associated clearance of mangroves, these valuable ecosystems have been rapidly degraded. The application of veterinary antibiotics in shrimp culture is one of the major threats to Vietnamese mangroves. These antibiotics are released into the environment through wastewater streams from shrimp ponds and cause environmental problems as well as the occurrence of antibiotic resistant bacteria. However, there is only a limited amount of information available on the occurrence and fate of antibiotics in Vietnamese mangroves. Ciprofloxacin and norfloxacin are two of most commonly fluoroquinolones used in shrimp culture. Laboratory experiments were therefore carried out using saline shrimp pond water to investigate the fate of both antibiotics in a coastal wetland ecosystem. Furthermore, two wetland plant species (Ceratophyllum demersum and Chrysopogon zizanioides), were used for studying phytoremediation of both antibiotics through a hydroponic experiment. Both ciprofloxacin and norfloxacin were photodegradable but at a slow rate, whereas the biodegradation seemed to be insignificant. If given at an initial concentration of 5 or 10?mg/L, a higher removal of antibiotics was achieved using C. demersum: 40?% for norfloxacin and 44?C39?% for ciprofloxacin, respectively. With C. zizanioides, ciprofloxacin and norfloxacin were reduced by 40?C38 and 36?C34?%, respectively. These results indicated that phytoremediation could be effective in the removal of both antibiotics.     

Microbiological fractionation of stable sulfur isotopes: A review and critique

Microbiological transformations of sulfur compounds discriminate to various degrees between the stable sulfur isotopes ³²S and ³⁴S. Comparatively little is known on isotopic effects associated with sulfur‐oxidizing organisms, and the interpretation of results is complicated since the sulfur pathways are poorly defined and compounds containing two or more sulfur atoms at different oxidation states may be involved. Dissimilatory reduction of sulfate, and sulfite reduction by certain assimilatory microorganisms, causes particularly marked isotopic effects, the expression of which depends on the extent of reaction and other incompletely defined environmental conditions. Models have been proposed to account for these effects based on current knowledge of the reduction pathways. Many of the trends observed during dissimilatory sulfate reduction in the laboratory can also be found in the modern environment leaving little doubt that microbiological factors play a significant role in determining sulfur isotope distributions in nature. However, unusually large isotopic effects, rarely approached in the laboratory, are often observed in nature. The reasons for this are not entirely clear, but in sediments it is possible that diffusional isotopic effects are imposed on biological effects.     

近海生态系统健康状况评价的研究进展

在可持续发展观的推动下,水域生态系统健康问题已引起各界的广泛重视.其中,河流、湖泊等水域的健康评价已开展很多,但对近海生态系统健康的研究还处于探讨阶段.本文在调研国内外大量文献的基础上,对近海生态系统健康的概念进行辨析,总结了近海生态系统健康状况评价的方法、指标筛选原则和研究思路等,并系统地列举了近海生态系统状况健康评价的一些相关量化指标.最后,针对目前近海生态系统健康研究领域存在的主要问题,提出了近海生态系统健康研究的发展方向,认为今后开展近海生态系统健康状况评价研究还需在概念及内涵剖析、评价指标筛选、评价尺度选取和评价方法集成等方面进一步加强.     

Chinese ecosystem research network: Progress and perspectives

As a national innovative scientific and technological facility that integrates monitoring, research and demonstrations, the Chinese Ecosystem Research Network (CERN) has become one of the largest networks in the world that consists of 40 field stations, 5 sub-centers and 1 synthesis center, covering almost all typical ecosystems in China: cropland, forest, grassland, desert, marshes, lakes, bays and urban ecosystem. Its unique features are the emphasis on understanding long-term structure and function, patterns and processes of ecosystems, combination of the inter-site comprehensive research or cross-site comparison research and the voluntary site-based exploration, and the data sharing both for domestic institutions and international networks at different levels. This paper provides a brief review of CERN by introducing its developing history, objectives and missions, summarizing its progress with the long-term ecological research in China including monitoring, scientific accomplishments in carbon cycle, ecosystem structure and functions, ecosystem restoration and data management. The paper also describes CERN's strategic plan to 2020 and its development perspectives in the future with focus on six core thematic areas.     

The use of stable carbon isotopes as tracers of ecosystem functioning in contrasting wetland ecosystems of Lake Victoria,Kenya

Aquatic macrophytes and sediments from two contrasting wetland ecosystems of Lake Victoria, Kenya (Lower Sondu Miriu and Kibos systems) were analyzed for their stable carbon isotopic composition in order to observe patterns in system functioning in these two ecosystems. The aquatic macrophytes had carbon isotope ratios ranging from –8.92 to –29.18 per mil (parts per thousand difference from the reference). For the dominant macrophytes, we observed most ¹³C enriched values for Cyperus papyrus and most ¹³C depleted values for Eichhornia crassipes. On transects from the river to the lake, Kibos sediments maintained lower carbon isotope signatures compared to the Lower Sondu Miriu sediments. The possible causes of the observed variation in the ¹³C signatures from sediments and aquatic macrophytes in the two-wetland ecosystems are outlined.