西北半湿润/半干旱地区土壤无机氮同位素组成及对生态环境、气候条件的响应

The nitrogen cycle in the natural ecosystem is one of the most important processes in the global climate change and biogeochimestry cycles. The nitrogen isotope is becoming one of the primary methods to trace nitrogen cycle and response to climate change. This project intend to systematically study the elemental and bulk nitrogen of the soil under the different ecosystem and climate conditions during the nitrogen cycle in the ecosystem (plant-soil-water), especially to research the soil inorganic nitrogen (nitrate and ammonium) isotope variation. Meanwhile, this project intends to discuss the soil inorganic nitrogen isotope responding to the different ecosystem types and climate conditions. In this way, the soil and plant nitrogen isotope variation mechanism during biogeochemistry cycle processes may be realized, and thoroughly understood the potential relationship between soil and plant nitrogen isotope composition with the environmental humidity (or precipitation) and the temperature variation. The primary study contents in this project are the problems that international researchers do not well understand of nitrogen cycle and nitrogen geochemical in ecosystem. By this project, we will thoroughly understand the nitrogen isotope variation under different ecosystem in the semi-arid area. In addition, this research may be provide more theory mechanisms by using nitrogen isotope to trace nitrogen cycle during biogeochemistry processes.

自然生态系统氮循环过程是全球气候变化和生物地球化学循环的重要内容。利用氮同位素示踪自然生态系统的氮循环及对气候变化的响应正在成为主要的研究方法之一。本申请拟通过对西北地区不同生态系统和气候条件下土壤总氮、无机氮元素和同位素的系统研究，更深入探讨生态系统（植物-土壤-水）氮循环过程的氮同位素组成变化，特别是土壤无机（硝态和氨态氮）氮同位素组成变化；探讨不同生态系统下，土壤无机氮同位素对生态类型和气候环境的响应关系；试图认识氮生物地球化学循环过程植物和土壤氮同位素变化的机制。同时，深入理解植物和土壤氮同位素组成和环境湿度（或降水）、温度变化关系的可能内在因素。本申请所涉及的问题是目前国际上生态系统氮循环和氮同位素地球化学研究一直未能很好开展的重要内容。本课题的进行将会为深入认识半干旱地区不同生态系统氮同位素组成变化，为利用氮同位素示踪氮生物地球化学过程研究提供更多的机制理解。

1，本项目基本按照原设计方案进行。在黄土高原土壤硝酸盐氮同位素分析方法和地球化学方面均取得了一些研究成果。目前，一些结果已经被发表，有些正在整理和讨论中。.2，取得的研究成果.a,土壤硝酸盐氮同位素样品保存：.对比了冷冻土壤，自然风干和保存土壤浸提液等保存方法对土壤样品中硝酸盐氮同位素组成的影响。实验结果表明，通常条件下，冷冻样品和保存浸提清液都可以较好地在短期内（至少1个月）保存土壤中硝酸盐含量和硝酸盐氮同位素组成，而自然风干和在土壤混合液中加入灭菌剂的方式并不能有效地对土壤硝酸盐的氮同位素样品进行保存。.b, 离子交换法处理土壤硝酸盐氮同位素方法：.通过设计柱高比较大的离子交换色层柱，有效地分离了饱和硫酸钙浸提的土壤上清液中的硝酸根，亚硝酸根和硫酸根，并对富集了硝酸根的溶液使用硝酸银的方法制备氮同位素样品。满足了天然土壤样品氮同位素分析要求。.c, 黄土高原退耕地氮循环：.对云雾山、彬县两个区域的草地生态系统中土壤总氮同位素，土壤硝酸盐氮同位素，主要植物氮同位素及土壤水含量进行系统调查研究。研究结果显示，在两个采样点采集的土壤和植物样品中，表土全氮δ15N与植物δ15N值呈正相关关系，同时表土全氮δ15N与植物δ15N值均随着土壤含水量增加而相对变负。.d, 黄土—古土壤氮同位素：西峰剖面黄土-古土壤序列中的δ15N值记录可以反应环境温度的变化，而古植被从草本植物向灌木植物的演替过程则应该是造成黄土-古土壤沉积物中δ15N值变化的直接原因。.e, 渭河流域土壤侵蚀—河流氮循环的氮同位素示踪：研究结果表明，随着农业和城市用地的增多，河水中硝酸盐含量逐渐增高，硝酸盐氮同位素逐渐偏正。源区支流上游的硝酸盐主要来源于土壤硝化作用和大气氮沉降。渭河干流的硝酸盐主要来源于污水。