利用氮稳定同位素比的氮循环解析利用氮稳定同位素比的氮循环解析

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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。

稳定同位素标记

稳定同位素标记引言稳定同位素标记被广泛应用于不同领域的科学研究中，包括地质学、环境科学、生物学等。

在这些研究中，稳定同位素的标记可以提供关于物质来源、代谢途径和地质过程的重要信息。

本文将探讨稳定同位素标记的原理、应用以及其在不同领域的作用。

稳定同位素标记的原理稳定同位素是指具有相同原子序数但不同质量数的同一种元素，其核外电子结构相同，但核内的中子数不同。

不同同位素之间的质谱值差异可以通过质谱仪进行精确测定，并用于稳定同位素标记。

稳定同位素标记的原理基于同位素的相对丰度稳定性。

相对于放射性同位素，稳定同位素具有长半衰期，不会放射出射线，并且相对丰度在地球上和生物体内具有稳定性。

因此，稳定同位素可以被用作标记物质的示踪剂，并提供关于物质来源、生物过程和地质过程的信息。

稳定同位素标记的应用稳定同位素标记在各个科学领域有着广泛的应用。

以下是几个主要领域的应用示例：1. 地质学稳定同位素标记被广泛用于研究地球历史和地质过程。

例如，通过测量岩石中不同同位素的丰度，可以确定岩石的形成时间和条件，揭示地壳演化的历史。

稳定同位素标记还用于研究地下水和地表水的起源和流动方式，以及地球气候的变化过程。

2. 环境科学稳定同位素标记在环境科学研究中也起着重要作用。

通过测量水体、土壤和大气中稳定同位素的丰度，可以追踪污染物的行为和传输途径。

稳定同位素标记还可以用于研究生态系统中物质循环和生物过程，如食物链和能量流动。

3. 生物学稳定同位素标记在生物学研究中有着广泛应用。

通过将稳定同位素标记物质引入生物体内，可以跟踪物质在生物体内的运动和转化过程。

例如，通过注入稳定同位素标记的氮气到植物叶片中，可以研究植物光合作用的速率和效率。

稳定同位素标记还可以应用于动物行为研究、食物链分析以及追踪动植物迁徙。

稳定同位素标记的示踪方法稳定同位素标记的示踪方法根据研究对象和目的的不同而有所差异。

以下是几种常见的示踪方法：1. 同位素比值法同位素比值法是最常用的稳定同位素标记方法之一。

大气浓度下N2O中氮稳定同位素比值测定的GasBench-IRMS系统改造

大气浓度下N2O中氮稳定同位素比值测定的GasBench-IRMS系统改造崔杰华;孙辞;李国琛;李波;王颜红【摘要】为实现在线自动测定大气环境N2O中氮稳定同位素比值,本工作对多用途在线气体制备和导入系统(GasBench)进行了改造.增加了化学阱和2个冷阱,与八通阀构成预浓缩装置,以期达到纯化和浓缩大气样品中N2O的目的 ,同时更换大体积进样瓶及其配套样品盘,用于增加样品进样量.优化了质谱测定条件、样品收集和浓缩时间等关键参数,并进行了系统的线性、稳定性测试以及方法准确性验证.结果表明,在本方法条件下,当离子流强度在280～3000 mV时,系统线性关系良好,δ15 NAir值随离子流强度的增加而变化不大;不同压力条件下,δ15 NAir值的S.D<0.04‰,达到仪器稳定性指标的要求.利用该方法测量配制的400 mg/LN2O 标准样品气,δ15 NAir平均值为7.253‰,接近标准气的氮稳定同位素标准值,说明该方法准确性良好,可用于大气浓度下N2O中氮同位素比值测定.【期刊名称】《质谱学报》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】7页(P385-391)【关键词】大气N2O;多用途在线气体制备和导入系统(GasBench);同位素比值质谱(IRMS);氮稳定同位素【作者】崔杰华;孙辞;李国琛;李波;王颜红【作者单位】中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳110016;中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】O657.63人类生产和生活产生的温室气体是导致气候变暖的主要原因，如何遏制气候变暖是当今全球所面临的挑战。

氧化亚氮(N2O)作为大气中最重要的温室气体之一[1-2]，对温室效应的贡献约占5%[3]，仅次于CO2和CH4。

生态系统碳交换与氮循环研究

生态系统碳交换与氮循环研究一、生态系统碳交换的研究生态系统碳交换是指生态系统中植物与其他生物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，同时被动物通过呼吸将有机物质分解为二氧化碳的过程。

该过程在生态系统中具有重要的意义，不仅对于整个生态系统的生物持续生存具有重要作用，同时也能影响全球碳循环与气候变化。

1. 研究方法对于生态系统碳交换的研究，通常采用气象站、热量计以及CO2通量计等仪器设备监测不同时期下生态系统中的碳交换速率，以确定生态系统在不同气象条件下的碳循环速率。

2. 研究成果在生态系统碳交换的研究领域中，已经取得了一定的研究成果。

例如，在2019年的一项研究中，从2003年到2016年，科学家们通过对不同的生态系统类型进行多年的观测与建模，发现森林、草地和湿地等生态系统碳固定速率都在逐渐加快。

这表明生态系统能够通过长期的自然和人为干预使生态系统中的碳储存速率逐渐提高。

二、氮循环的研究氮循环是指生态系统中的氮元素一次转换为另一种形式的过程。

氮元素在生态系统中从大气或土壤中进入植物或细菌中，随后再被转换为其他化合物并且再次进入土壤。

该过程在生态系统中同样具有重要的意义。

1. 研究方法对于氮循环的研究，通常采用既有氮稳定同位素分析技术和分子生物学技术。

其中氮稳定同 isotopes分析技术通常用于评估不同土壤和生态系统中氮稳定同位素的组成和氮稳定同位素变化的情况，而分子生物学技术则用于检测土壤中的微生物数量和类型，以及它们在生态系统中的氮转换过程中的作用。

2. 研究成果在氮循环研究领域中，科学家们已经发现了许多与氮循环相关的信息。

例如，在2018年的一项研究中，科学家们通过对不同海洋生态系统中氮循环的研究，发现海洋生态系统中氮循环受到水温和CO2浓度的影响，不同的生态系统中氮循环速率有所不同。

此外，科学家们还发现了氮循环对生态系统中碳储存速率的影响。

因此，氮循环的研究不仅可以帮助我们更好地了解生态系统的氮循环过程，同时也可以为生态系统的管理和保护提供重要的参考信息。

稳定同位素技术在环境水体氮的生物地球化学循环研究中的应用_李荣富

），）基金项目：国家自然科学基金重点项目（国家水体污染控制与治理科技重大专项（４１２３０６４０２０１２ＺＸ０７２０４－００３收稿日期：２０１５－１２－２６：，Ｅ－ｍａｉｌｒｕａｎｘｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎｌｉｕｃｏｎｉａｎｉ．ｓｋｌｅ．ｃｎ＊通讯联系人，＠ｎ＠ｖｊｇｑｇｐｇ
Ｒｅｖｉｅｗｏｎａｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｅｔｅｃｈｎｉｕｅｓｉｎｓｔｕｄｉｎｐｐｐｑｙｇｃｃｌｅｏｆｎｉｔｒｏｅｎｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｗａｔｅｒｂｉｏｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｙｇｇ
１基于稳定同位素示踪技术的氮溯源研究
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氮同位素肥料-概述说明以及解释

氮同位素肥料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氮同位素肥料是一种新型的肥料，它利用氮元素在自然界中存在不同同位素的特点，通过选择合适的同位素比例，能够提高作物的生长和产量。

随着人们对环境保护和农业可持续发展的关注度增加，氮同位素肥料逐渐受到广泛的关注和应用。

传统的氮肥使用过程中存在一些问题，如氮素的利用率低、土壤污染、农业非点源污染等。

而氮同位素肥料的应用则可以解决这些问题。

氮同位素肥料利用了氮同位素在自然界中的稳定性和不同同位素在植物吸收和利用过程中存在的差异。

通过调整氮同位素的比例，可以提高植物对氮素的吸收利用效率，减少氮肥对环境的负面影响。

氮同位素肥料的应用与效果也得到了广泛的研究和验证。

许多研究表明，与传统氮肥相比，氮同位素肥料可以增加作物的产量和品质。

同时，它还能够改善土壤质量，促进土壤微生物的活动，增加土壤有机质含量，提高土壤肥力。

此外，氮同位素肥料的使用还能够减少废弃物的产生，降低农业对水资源的需求，对农业生态系统的健康发展具有积极的推动作用。

然而，氮同位素肥料的应用仍然存在一些局限性。

首先，氮同位素肥料的生产和应用技术相对较新，其成本较高，限制了其大规模推广应用。

其次，不同作物对氮同位素的吸收利用效率存在差异，需要进一步研究和优化调控。

最后，氮同位素肥料的使用需要根据具体农田的土壤状况和作物需求进行合理的施用量和施用时机的确定，操作较为复杂。

尽管存在一些挑战和限制，氮同位素肥料作为一种新型肥料，具有巨大的发展潜力。

随着技术的进一步突破和应用的推广，相信氮同位素肥料将在未来的农业生产中发挥越来越重要的作用。

这将有助于实现农业的可持续发展，保护环境，提高粮食生产效益，满足人类对食物的需求。

1.2文章结构文章结构的设计是为了合理组织和展现文章的内容，使读者在阅读过程中能够清晰地把握文章的主题和思路。

在本篇文章中，为了介绍氮同位素肥料，文章结构的设计如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构- 本节将细致梳理本文的结构，以便读者了解整篇文章的框架和内容安排。

利用稳定同位素技术研究代谢动力学和营养与健康的关系

利用稳定同位素技术研究代谢动力学和营养与健康的关系稳定同位素技术是一种先进的生物医学研究手段，它以同位素标记分子的代谢过程为基础，通过分析同位素比值的变化来解析生物大分子的代谢途径。

利用稳定同位素技术研究营养与健康的关系，已成为营养学和健康科学领域的研究热点。

本文将深入探讨稳定同位素技术在代谢动力学和营养与健康关系研究中的应用。

一、稳定同位素技术概述稳定同位素技术是一种以非放射性稳定同位素标记大分子化合物，进而追踪其代谢过程的生物医学研究手段。

可以用来研究蛋白质代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢等众多代谢途径，不仅提供了对人体健康问题的深入了解，也在疾病研究、药物研发和精准医疗等领域起到了重要作用。

二、稳定同位素技术在代谢动力学研究中的应用稳定同位素技术能够在非放射性的情况下完成代谢分析，使研究者可以通过同位素标记的分子来追踪其代谢途径。

在代谢动力学研究中，该技术可以用来解析代谢途径、代谢产物的生产量、代谢速度及能量流动等多方面问题。

下面，将分别从蛋白质代谢、碳水化合物代谢和脂质代谢三个方面来介绍其在代谢动力学研究中的应用：1.蛋白质代谢稳定同位素标记的蛋白质可以通过稳定性同位素比对其酸或碱水解产物中的同位素比例进行测定。

通过测定不同时间点的同位素比值变化，可以研究蛋白质的代谢速度、半衰期和组成成分等，从而探究蛋白质代谢途径和蛋白质代谢与健康的关系。

2.碳水化合物代谢稳定同位素标记的碳水化合物可以跟踪其在体内的代谢过程，例如可跟踪乳糖、葡萄糖和葡萄糖异构体等，其代谢速度和代谢途径均可由其同位素比率证明。

通过测定不同时间点的同位素比值变化，可以研究碳水化合物的代谢速度、组成和热效应等，从而探究碳水化合物代谢途径、机制和与健康的关系。

3.脂类代谢稳定同位素标记的脂类可以通过同位素标记法追踪其在体内代谢过程，如胆固醇、脂肪酸和磷脂酰肌醇等。

通过测定不同时间点的同位素比值变化，可以研究脂类的代谢速度、组成和合成过程等，从而探究脂类代谢途径、机制和与健康的关系。

氮稳定同位素示踪水体氮污染研究

氮稳定同位素示踪水体氮污染研究氮输入超标会引起发水体富营养化、水生生物死亡等一系列环境问题，通过研究水体氮浓度、氮同位素值的时空分布特点和成因，能定性的判别水体氮污染的来源及其转化机制。

本文结合该学科领域的研究成果，对氮同位素示踪技术运用到水体氮异常的研究中作出综述，有以下成果：论述了两种常用的氮稳定同位素示踪技术的（15N自然丰度法、15N同位素稀释法）的机理及运用;氮的来源及转化过程中的分馏效应;对有机氮同位素的研究中，颗粒有机氮（PON）的δ15N 值再结合13C、C/N比值可以综合判断有机颗粒物的来源，并可作为生态系统中氮的生物地球化学反应及转化过程的识别标志。

标签：氮稳定同位素;水环境;颗粒态有机氮随着工农业生产的发展，氮污染已成为水环境问题研究的热点，世界许多地方水环境中的氮含量都超过了相关机构规定的饮用水中N03一含量的上限值，这也给人们的身体健康带来极大隐患。

迄今，许多学者已将氮稳定同位素应用到判别水中氮污染来源以及水循环过程中氮的转化机制之中.对水体中氮稳定同位素也进行了广泛的探索。

通过对氮稳定同位素的研究，可以有效的判别水体中氮异常的来源，了解氮的转化机制和沿途的变化，从而有效地防范和控制水体氮污染一、氮稳定同位素示踪技术（一）15N自然丰度法氮有14N和15N两种稳定同位素，其中14N豐度为99.64‰，15N丰度为0.36‰[1]。

不同物质中有着不同的14N和15N的同位素比值（δ15N），并且，δ15N 在不同的地质背景和含水介质中也有所相异，所以研究水体中的自然氮同位素值对判断区域地质环境有着重要的现实意义的。

通过研究地表水氮浓度、氮同位素值的时空分布特点和成因，能定性判别水体氮污染的来源及其转化机制。

（二）15N同位素稀释法氮循环过程中在沿途的变化会引起氮同位素的分馏效应，通过加入15N标记体，经过相关的生物化学过程测定15N标记体原子百分比变化可以示踪物质转化迁移途径与程度。

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利用氮稳定同位素比的氮循环解析
Nitrogen cycle study by 15N natural abundance
木庭启介
Keisuke Koba
青年人才培养基地特任副教授
Associate Professor, Strategic Division of Young Researchers
研究领域：环境
Keywords: Nitrogen, nitrification, denitrification, isotope
URL ：http://www.tuat.ac.jp/~keikoba/
1. 研究研究（（技术技术、、开发开发））简介
·背景与目的
由于氮限制着植物的生长，而且近年来氮的大气沉淀不断增加，生态环境中氮含量过高（氮饱和状态），因此有很多针对氮循环的研究。

我们认为，可以利用微量的样本测定对氮循环解析非常有用的15N 自然存在比，再将其应用到各种生态类用途。

·内容内容（（研究研究、、技术技术、、开发开发））说明
以前一直作为N2气体测定的氮同位素比换为大气浓度更低的N2O 测定后，需要的样本量减少为以前的1/1000。

实际上，利用反硝化细菌或叠氮化氢可以将氮化合物100%转换为N2O ，再测定氮稳定同位素比。

2. 研究研究（（技术技术、、开发开发））的独创性
·与其他方法与其他方法（（产业方面的竞争技术产业方面的竞争技术））之间的区别等
在传统的元素分析计-稳定同位素质量分析计的组合中，需要100微克左右的样本，但在我们的系统中，通过作为N2O 测定，仅用0.1微克左右的氮便可测定。

3. 今后的展开
·关于设想中的市场及对其所做的贡献等
在污水处理厂等氮循环非常动态的生态环境以及食品产地判定等测定要求严格的场合，我们的微量同位素比测定系统将更为有效。

另外根据有机栽培和无机栽培蔬菜所用氮源的氮（氧）同位素比不同的原理，准确判别蔬菜产地也将变为可能。

4. 相关资料
文献、、参考事项
相关资料、、文献
·主要论文
Koba et al. 2009, Biogeochemistry of nitrous oxide in groundwater in a forested ecosystem elucidated by nitrous oxide isotopomer measurements、Geochimica et Cosmochimica Acta, 73, 3115-3133.
·过去3年的补助金获取情况
2010年度
1)住友财团“植物氮同位素比的森林‘代谢化’判定指标有效性验证”。

2)科研经费青年研究（B）“阐明土壤中的甲烷、一氧化二氮生成、消耗机制：利用新同位素比进
行测定的总速度测定”。