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全国稳定同位素新技术交流研讨会 碳氮生物地球化学循环对”C、15N标记物的新需求 邢光熹．赵旭 土壤与农业可持续发展国家实验室 中国科学院南京土壤研究所 1碳氮生物地球化学循环是当前地球科学研究的前沿领域之一 1．1自然界的碳氨循环 111氮循环(图1) 11 2碳循环(图2) 喾一“ ’、知磐‘—圈兰 1．2全球循环与全球变化 在没有遭受人为活动强烈影响的工业化前，自然界的碳氮等生命元素的正常循环是 21 全国稳定同位素新技术交流研讨会 维系地球生生不息的一个自然过程。 工业化以来，人为活动改变了的碳氮等生命元素的循环对生态环境和全球气候变化 带来了一系列影响，威胁到人类社会的可持续发展。 1．2．1温室效应与全球气候变化 C02、C144和N20是三个重要的温室气体。它们是碳氮循环过程中产生的。工业化 以来，浓度急剧升高。 工业革命以来，大气中C02，cn4和N20浓度的变化 (IPCC，2007) 1906--2005年全球平均近地表大气温度增加了0．74℃。 1．2．2人为影响下的碳氮循环引发的生态环境问题 1)N20除增强温室效应外，还能破坏臭氧层，增加地表紫外辐射。导致作物减产， 引发皮肤癌。 2)NOx是酸雨的主要成分之一，主要来自工业排放，导致森林死亡，威胁湖泊鱼类 生存，土壤酸化和建筑物受损。 (NO，N02)增加，引起生物多样性变化，破坏生态系统。 4)过量的N03-进入地表水，成为诱发水体富营养化的因子之一。过量的N03‘，N02。 进入地下水，引发婴儿高铁血红蛋白症，以致癌症。 2碳氮生物地球化学研究中某些需要13C、”N标记物支持的重要科学问题 2．1目前可用的C、N同位素示踪方法 2．1．1富集”C、15N标记物(高于自然丰度)。 2．1．2贫化15N标记物(99．99atom％的1～，生产富集15N标记物的副产品)。 2．1．3 效应留下的印记)。 这三种示踪方法各有特点，可根据试验目的而选择应用。 以15N为例，富集15N只能在克的数量应用，常用于氮素迁移转化及机理的研究。 贫化15N(99．99 atom％1N)可在千克数量级应用，可在田块尺度或更大尺度使用，研 究氮的迁移等，但它的丰度值只能局限在0．366％范围内。615N(自然丰度差异)可用于 指示氮素转化过程的速率，生物固氮等。 全圈稳定同位素新技术交流研讨会 2．2当前和未来碳氮循环研究中需要13C、15N支持的重要科学问题 2．2．1全球木本豆科和非豆科固氮植物从大气中固定了多少N27 2．2．2农田土壤，特别是稻田土壤的自生固氮微生物从大气中固定了多少N27 2．2．3植物能不能直接吸收和同化来自土壤和大气中的N207 2．2．4土壤(肥料)一植物一大气之间NH3的交换。 2．2．5植物作为N20通道的直接证据。 2．2．6土壤固碳减排的功能。 2．2．7CH4在水稻根际氧化的机制。 2．2．8新型肥料(包膜控释尿素)对15N标记物状态的要求和树脂类或其它有机包膜 材料在土壤中残留与降解。 3对13C、15N标记物的新需求 3．115N2，15N20，15NH3，”C02，13CH4等气态标记物。 3．2贫化15N(99．99atom％145)标记物。 3．3不同规格的颗粒状15N．尿素。 3．4不同包膜材料的”C标记物。 这就要求稳定性同位素研发和生产的机构除生产现有各类13C，15N标记物外，还要 具备开发、生产上述四类标记物的能力。