《苔蘚氮素利用機理及其穩定同位素分餾》是依託天津大學，由劉學炎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：苔蘚氮素利用機理及其穩定同位素分餾
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉學炎
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
儘管苔蘚氮含量和氮同位素已被用於大氣氮沉降監測，但其氮利用機理和同位素效應並不清楚，這是苔蘚氮指標成為準確和可推廣的氮沉降監測方法亟待解決的問題。本項目擬結合環境地球化學、生物地球化學和苔蘚植物學的基本原理和新的同位素手段，系統研究苔蘚氮利用機理和同位素效應。首先，詳細監測分析苔蘚和不同形態氮沉降的量和同位素變化規律，揭示基於一次性、不定時的苔蘚採樣量化年度氮沉降和解釋氮沉降來源存在的誤差。同時，分析苔蘚硝酸鹽含量及其氮、氧同位素特徵，探討氮沉降以還原態氮為主時苔蘚硝酸鹽利用是否被抑制，苔蘚氮同位素是否因此高估還原態氮的貢獻，而苔蘚硝酸鹽同位素能否監測大氣硝態氮的來源和行為。其次，通過室內實驗，驗證氮沉降增加改變苔蘚氮利用策略，及其對利用苔蘚氮同位素辨識氮沉降來源和化學組分的影響。最後，提出苔蘚氮和硝酸鹽指標量化和示蹤氮沉降的具體思路，評價氮沉降對地表苔蘚氮素生物地球化學過程的影響和意義。
結題摘要
本項目套用新的穩定同位素手段，結合環境地球化學、環境植物學和苔蘚植物學的基本原理，在苔蘚氮利用機理研究方面取得了創新性成果，真正推動了苔蘚穩定同位素生物監測手段的定量化發展。主要成果包括：（1）證實了不同生境苔蘚總氮和組織硝酸根同位素對大氣硝態氮沉降的回響，解析了苔蘚硝酸根示蹤大氣硝態氮來源的優勢和存在的問題，並對苔蘚穩定同位素監測氮沉降的生物學機理進行了深入、更細緻的研究。發現當還原態氮和硝態氮的比值高於3.8，苔蘚總氮並不包含硝態氮的信息，但更具有示蹤還原態氮的可靠性。該研究揭示了苔蘚總氮同位素示蹤氮沉降的陷阱和新機制，約束了苔蘚總氮和硝酸鹽同位素生物示蹤方法的可靠性和套用原理，首次提出苔蘚組織硝酸鹽可作為以還原態氮為主的地區大氣硝態氮污染物的新監測指標；（2）項目組成員成功實現了自然植物（包含苔蘚）組織硝酸根Δ17O的分析方法和記錄原理研究。此外，項目成員還對自然植物不同環境條件下如何利用（吸收）大氣、土壤硝酸根以及還原吸收活動的機制進行了系統總結和論述，首次提出了自然植物硝酸根氧同位素的變化模式和不同條件下、不同器官（根和葉）硝酸還原活動的同位素分餾效應的診斷方法。這些方法的創新和機理研究進展為原位（對比傳統的加氮、同位素標記、室內研究）識別大氣-自然植物-土壤硝酸根的生物地球化學過程提供了新思路；（3）結合詳細的氮源和苔蘚總氮同位素分析，基於大氣還原態氮抑制苔蘚體內硝酸鹽還原活動的假設，套用穩定同位素多源混合模型IsoSource對大氣和土壤基質不同形態氮對苔蘚氮吸收的份額進行了詳細計算。結果發現貴陽地區苔蘚氮素利用以還原態氮為主，同時，套用苔蘚監測氮沉降不能忽略溶解有機氮的吸收，這否定了苔蘚只利用無機氮的傳統觀點，質疑過去有關苔蘚生態系統回響氮沉降的研究可能因忽略溶解有機氮而高估了無機氮的影響。
