同位素在土壤生态学中的应用剖析课件

1、同位素在土壤中的应用土壤生态学讨论课一者三石提要同位素研究方法的简介放射性同位素在土壤研究中应用稳定同位素混合在土壤研究中应用稳定同位素分馏在土壤研究中应用放射性：元素的原子核自行放射出看不见的、具有一定穿透力的射线的性质称为放射性。放射性衰变：不稳定的核自发地改变和结构、并放射出射线，转变成另一种核或过渡到另一种状态的现象。（射线、或光子）同位素分馏效应：一种元素的同位素之间，由于质量的不同或核自旋，会使它们在物理、化学、生物学等性质方面表现出一定的差异，这种现象称为同位素效应。几个基本概念的介绍丰度（AP）：自然界中存在的某一元素的各同位素间组成关系（表示：原子分数，分子分数）原子百分超：

2、样品中某核素的丰度与天然丰度只差。同位素比值R：同位素丰度比，指某一元素的重同位素丰度与轻元素丰度之比，如D/H,13C/12C同位素：样品中同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分值=（Rsa/Rst-1）1000=(a-1) 1000Rsa：样品中同位素比值Rst ：标准物质同位素比值衰变公式：单位时间内发生衰变的核数目与该时间内存在的放射性核总数成正比。 t=0时有N0个放射性原子，在以后任何时刻t剩下的放射性原子数为N 放射性活度A：某一样品单位时间内核衰败的次数。 放射性同位素的应用首先在成熟叶先端大量显示标记物由土壤在从跟进人土壤中的元素吸收和运输PET 的原理：常用的放射性核素有

3、：11C, 13N, 15O, 18F, 22Na,45V, 52Mn, 52Fe, 68Zn, 105Cd, 107Cd。它们衰变产生的正电子与物质中的负电子作用，发生湮灭，生成两个光子，扫描仪记录光子的时空分布，从而探测放射性核素的位置和参与的过程。PET法高CO2浓度下植物同化物的分配同位素稀释法测定根系周转脉冲标记提高了地下部的14C同位素丰度F，随后只有12C同化进入根部，导致F逐渐降低。在不同时刻取根系样品，测定其碳同位素组成，就可以计算根系的周转系数TC模型1：先减少后增加模型2：先增加后减少姜炳棋等，威廉腔环蚓对14C-土壤有机质转化的研究，201120 下14C-SOM 在含

4、有蚯蚓和不含蚯蚓的土壤以及蚓粪中培育55 d 的累积矿化率试验装置20 下, 14C-SOM 在对照土壤和蚯蚓处理土壤中以移出蚯蚓时间点（矿化第15 d）为起始点的累积矿化率20 下培养55 天后14C-SOM 残留物在对照土壤、蚯蚓处理土壤、蚓粪以及蚯蚓体内的相对分布刘微，水稻转Bt（苏云金芽孢杆菌）基因对植株光合产物分配的影响，20091mol/LNa2CO350%Na2CO3，50%Na2CO3，使室内CO2浓度维持在 150-200ppm浓度，4h后结束标记。Na213CO3+14CO2 Na214CO3+13CO2不同基因型水稻各生育期根际土壤磷脂脂肪酸种类和含量变化.(a):苗期;

5、(b):拔节期;(c):抽穗期;(d):成熟期.土壤有机质周转率20世纪50年代后核爆试验对大气中14C量的影响假定有机质分解遵从一级动力学方程，则土壤中有机碳和14C的变化可以用下列方程表示：其中，Ct-1是前一年的碳含量，Ct是前一年的14C含量， 是有机碳的输入率，k是有机碳的周转率=1周转时间(t)， 是14C的衰变常数(0.0001245年)。Cherkinsky & Brovkin 模型（不会产生两个值）I1955为土壤有机质1955年的14C放射性比活度；It是在采样年大气的14C放射性比活度;Ist是现代标准碳的14C放射性比活度在2005年取得一土壤样品，经过物理化学方法将土

6、壤有机质分成三个组分，分别占土壤总有机碳的10% ，30%和60%，它们的14C比活度分别为13.6、14.2、14.6 dpm g-1C；若大气14CO2的()的时间动态符合下述方程：1955-1964年：y=5.408(x-1955)2+53.445(x-1955)1964-2005年：y=20096(x-1955)-1.3918-25已知现代碳标准的放射性比活度为13.6 dpm g-1 C土壤有机质分成三个组分的周转率？稳定性同位素混合的应用两源混合的贡献率 Pb土壤Pb污染对茶叶Pb含量的贡献例：江南大学 占茉莉 土壤铅污染对西湖龙井的铅的贡献不同层位土壤剖面中稳定同位素的变化规律及

7、与水分迁移的关系田立德 姚檀栋 TSUJIMURA 孙维贞 2002那曲100cm 土壤水、地表土壤18O 和夏季降水18O 权重值的对比蒸发土壤水与下渗降水混合的同位素组成示意图土柱试验 混合输出18O 值随时间变化那曲1998 年夏季降水及不同深度土壤剖面中18O 随时间的变化同位素在食物链的研究中应用消费者的氮稳定性同位素（15N）相对其食物的15N发生34的富集。消费者与其食物间的15N的富集是由氮的吸收和排泄过程中同位素辨别作用引起的。消费者相对其食物的15N稳定的富集作用可以用于评价生物的营养级位置，其公式为：式中15Nbase为生态系统食物网的初级生产者或初消费者的氮稳定性同位素

8、比率（即=1时，15Nbase为初级生产者15N，而当=2时，15Nbase为初级消费者15N）15Nconsumer为消费者的氮稳定性同位素比率，15N为营养级传递过程中的富集值（平均值约为3.4）。苏晓梅,应用稳定性同位素探讨洞穴生态系统食物网结构和营养级关系，2008东风洞洞穴生态系统食物网样品的13C和15N组成东风洞穴生态系统食物网中各样品营养级位置在洞穴黑暗带没有进行光合作用的生产者，且此研究所用标本皆来自于东风洞黑暗带，营养来源主要来自于土壤中的有机物质，马陆类群，细长钻螺等土壤动物主要以此为食，形成第二营养级，即初级消费者，其中斑灶马、夜蛾也属于第二营养级。以此类推，利用营养级模型可以得知第三营养级为蜘蛛类、盲蛛、地蜈蚣以及黑眶蟾蜍同位素分馏在土壤生态学应用例：土壤硝化与反硝化对N2O产生的贡献率氧化亚氮的两个来源思 路土壤中的15N120硝化反应反硝化反应分馏值1分馏值2大气中的15N43Keeling Plot模型两源混合的质量平衡模型，其中一个源不变，另一个源变化假设两个源分别为R和B，其中B不变，R变化 两源浓度分别为CR和CB，并有R和B，混合为CM和M。则有：1.抽取不同时间段气体做15N同位素分析2.加入乙烯后，抽取不同时间段气体做15N同位素分析T1时刻，N2