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Variation and source of atmospheric phosphine in the coastal Antarctica

Acta Geochimica 2006年第S1期 203-204页

作者： renbin zhu, Deming KONG, Liguang SUN Institute of Polar Environment, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

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Temporal and spatial variations of δ^(15)N and δ^(18)O for atmospheric N_2O above the oceanic surface from Shanghai to Antarctica

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Science China Earth Sciences 2008年第6期51卷 899-910页

作者： zhu renbin1, LIU YaShu1, XU Hua2, MA Jing2 & SUN LiGuang1 1 Institute of Polar Environment, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210091, China Institute of Polar Environment University of Science and Technology of China Hefei China State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture Institute of Soil Science Chinese Academy of Sciences Nanjing China

During the 22nd Chinese Antarctic Research Expedition (CHINARE-22), the atmospheric gas samples above the oceanic surface and near the surface were collected on the track for the scientific ship "Xuelong" and on Millor Peninsula of eastern Antarctica, respectively, using the Tedlar gas bags. Every day the sampling times were 10:00 and 22:00 (local time), respectively. In the laboratory, high-precision measurement of the isotopic compositions for N2O in these gas samples was conducted using Thermo Finnigan MAT-253 Isotopic Mass Spectrometer with a fully automated interface for the pre-GC concen-tration (PreCon) of trace gases. The temporal and spatial variations of δ 15N and δ 18O in atmospheric N2O were analyzed. The mean δ 15N and δ 18O-N2O values above the oceanic surface were (7.21±0.50)‰ and (44.52±0.52)‰, respectively. From 30°N to Antarctica, the δ 15N (6.05‰―7.88‰) linearly increased with the rate of about 0.01‰ with the latitude while the δ 18O (43.05‰―48.78‰) showed a large fluctua-tion. The δ 15N negatively correlated with air temperature and N2O concentration, and slightly positively correlated with δ 18O. The summertime variations of δ 15N and δ 18O-N2O appeared the same trend on Millor Peninsula of eastern Antarctica. They significantly positively correlated with each other and negatively with N2O concentration. The δ 15N and δ 18O-N2O at different sites averaged (7.42±0.35)‰ and (44.69±0.49)‰, respectively, slightly higher than those above the oceanic surface, significantly higher than those of atmospheric N2O in the low-latitude regions of Northern Hemisphere. The predominant factors affecting the spatial variations of δ 15N and δ 18O values were also discussed. The isotopic data given in this study can help to investigate the global and regional N2O budgets.

关键词： nitrous oxide Antarctica atmosphere δ^(15)N δ^(18)O isotope ocean

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Paleoecological implications of the nitrogen isotope signatures in the sediments amended by Antarctic seal excrements

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Progress in Natural Science:Materials International 2004年第9期 42-48页

作者： LIU Xiaodong, SUN Liguang*, YIN Xuebin and zhu renbin(Institute of Polar Environment, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China) Institute of Polar Environment University of Science and Technology of China Hefei 230026 China

The nitrogen isotope signatures in the sediments amended by seal excrements, from Fildes Peninsula of King George Islands, Antarctica, were examined for their paleoecological application potential. The contents of total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) and the atomic C/N ratios in the sediments show that the organic carbon and nitrogen are predominantly of marine origin and derived from seal excrements. The remarkably high δ 15 N values in the sediments may be related to at least two important factors of trophic enrichment and NH 3 volatilization, which requires further studies. The large variations in the seal hair abundances and the determined δ 15 N values in the sediments signify similar changes of the historical seal populations around the study site. A significant negative correlation between the δ 15 N values and seal hair abundance was observed, and this suggests that the δ 15 N values, like the number of seal hairs, can be used as a paleoecological proxy for the historical seal populations. The time integrated δ 15 N signatures in the sediments with predominantly animal derived nitrogen source thus provide a new tool for estimating historical populations of seals and penguins and interpreting the underlying paleoecological processes.

关键词： nitrogen isotope paleoecology seal excrement sediment sequence Antarctica.

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北极新奥尔松地区夏季近地面CO_2、CH_4和N_2O浓度的观测研究

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极地研究 2013年第2期25卷 150-160页

作者：陈清清朱仁斌徐华中国科学技术大学地球和空间科学学院极地环境研究室安徽合肥230026 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210091

2008和2009年夏在北极新奥尔松地区(Ny-lesund)不同苔原区域(鸟类保护区、海滩苔原、矿区、人类活动区等)监测CO2、CH4和N2O近地面浓度的时空变化并分析其可能的影响因素。2008年7月25日—8月13日和2009年7月13—26日,在不同观测区域... 详细信息

2008和2009年夏在北极新奥尔松地区(Ny-lesund)不同苔原区域(鸟类保护区、海滩苔原、矿区、人类活动区等)监测CO2、CH4和N2O近地面浓度的时空变化并分析其可能的影响因素。2008年7月25日—8月13日和2009年7月13—26日,在不同观测区域设置常规和非常规采样点采集气体样品共239瓶并妥善保存。实验室内使用气相色谱(GC)测定准确真空瓶中温室气体(CO2、CH4和N2O)的浓度。鸟类保护区的日变化中,2008年鸟类保护区CO2和N2O日变化浓度均大于2009年约30 ppm和25 ppb。2008年海滩苔原CO2浓度均高于2009年约30 ppm;N2O浓度低于2009年11 ppb;2008年鸟类保护区CH4浓度低于2009年,而海滩苔原2008年浓度高于2009年,差值均约为0.7 ppm。这些年际变化可能由环境条件(天气变化等)和地表覆盖情况的变化引起。高海鸟活动区(HB)CO2浓度低于海鸟活动较少的区域(MB和LB);鸟类保护区CO2浓度低于海滩苔原,N2O浓度高于海滩苔原,主要原因是海鸟活动和鸟粪增加了土壤营养元素,影响苔藓植被发育并改变苔原土壤上垫面的覆盖状况。综合不同苔原区域:新奥尔松地区CO2和CH4浓度高于ZEP(Zeppelin Station)监测平均浓度,地表向大气输送CO2和CH4;而N2O低于ZEP监测的平均浓度,地表从大气吸收N2O。不同区域影响因素不同:鸟类保护区、海滩苔原和鸟岛主要是受到海鸟活动影响;矿区主要是受水分和土壤基质影响;站区和机场受到人类活动影响但并不明显,总的来说直接原因是由于地表覆盖情况以及地形不同引起。

关键词：北极苔原 CO2 CH4 N2O

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南极海洋动物粪土源N_2O稳定同位素实验研究

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极地研究 2012年第3期24卷 215-225页

作者：白波朱仁斌徐华刘雅淑中国科学技术大学地球和空间科学学院极地环境研究室安徽合肥230026 中国科学院南京土壤所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008

N2O是一种重要的温室气体,土壤是全球N2O的重要排放源。通过测定土壤源N2O中N、O同位素值,可以有效识别N2O的来源途径。本文采集了南极法尔兹半岛两个地点的海豹粪土(HS和GS)、阿德雷岛两个地点的企鹅粪土(AB和AF)以及东南极的帝企鹅粪... 详细信息

N2O是一种重要的温室气体,土壤是全球N2O的重要排放源。通过测定土壤源N2O中N、O同位素值,可以有效识别N2O的来源途径。本文采集了南极法尔兹半岛两个地点的海豹粪土(HS和GS)、阿德雷岛两个地点的企鹅粪土(AB和AF)以及东南极的帝企鹅粪土(DQ和DQT),在室内对所采集的样品分别在有氧和厌氧条件下进行冻融培养实验。结果表明:土壤在厌氧条件下比有氧条件下排放了更多的N2O。土壤排放的N2O与当地大气N2O相比普遍贫15N和18O。除DQT和HS外,δ15N和δ18O在有氧和厌氧培养下均呈现很好的正相关性。N2O排放量下降的同时伴随着培养瓶内剩余N2O中δ15N和δ18O值的增加,证实N2O还原为N2的过程会引起重同位素富集。高的水分含量有利于土壤反硝化作用的进行,使释放的N2O气体富集重同位素;pH值也会影响N2O的同位素组成,低pH会引起δ15N值增加。

关键词： N2O 南极土壤硝化作用反硝化作用 δ15N和δ18O

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南极苔原沼泽温室气体通量变化特征及其对气候变化的响应

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极地研究 2020年第1期32卷 13-24页

作者：王培叶文娟朱仁斌徐华中国科学技术大学地球和空间科学学院极地环境与全球变化安徽省重点实验室安徽合肥230026 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210091

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域,2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH4、CO2和N2O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明:光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH4吸收,通量为(–5.4±4.3)μg CH4·m^–2·h... 详细信息

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域,2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH4、CO2和N2O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明:光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH4吸收,通量为(–5.4±4.3)μg CH4·m^–2·h^–1,半干旱苔原与淹水苔原沼泽表现为净排放;三个类型苔原沼泽观测点均表现为N2O净吸收,最高吸收通量出现在淹水苔原,为(–2.6±2.4)μg N2O·m^–2·h^–1;黑暗条件下苔原沼泽一致表现为CH4和N2O净排放。光照与土壤水分减少增加了苔原CH4有氧氧化吸收,同时促进了反硝化作用对N2O的还原转化。观测期间所有观测点均表现为CO2的汇,最高CO2净交换量与光合作用强度都出现在淹水苔原区,分别为(–40.1±17.6)μg CO2·m^–2·h^–1和(91.2±26.5)mg CO2·m^–2·h^–1;而最高苔原沼泽呼吸速率出现在干旱苔原观测点,为(73.1±17.6)μg CO2·m^–2·h^–1。夏季适宜的温度、降水条件促进了苔原植被的光合作用,增加了苔原沼泽CO2吸收量。CO2、N2O、CH4通量随时间变化的相互关系规律不显著(P>0.05),但在降水与温度波动下,N2O与CH4通量都随CO2通量呈现相似的波动。三种温室气体与各种环境因子之间的响应关系值得进一步研究;不同光照条件对CH4、N2O排放量的估算有重要影响。

关键词：南极苔原沼泽 CO2通量 N2O通量 CH4通量

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北极高纬度苔原CO_(2)净通量的空间变异规律及影响因素

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极地研究 2021年第4期33卷 482-495页

作者：陈清清包韬朱仁斌徐华宜春学院生命科学与资源环境学院江西宜春336000 中国科学技术大学地球和空间科学学院极地环境与全球变化安徽省重点实验室安徽合肥230026 中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210091

北极夏季无冰区苔原CO_(2)的释放对全球碳循环起着重要的作用。在第4次北极科学考察(2008年7月26日—8月5日)期间,采用密闭箱法在北极新奥尔松(Ny-Ålesund)黄河站区附近的鸟类保护区苔原(Tundra in Seabird Sanctuary,TSB)、普通海滩苔... 详细信息

北极夏季无冰区苔原CO_(2)的释放对全球碳循环起着重要的作用。在第4次北极科学考察(2008年7月26日—8月5日)期间,采用密闭箱法在北极新奥尔松(Ny-Ålesund)黄河站区附近的鸟类保护区苔原(Tundra in Seabird Sanctuary,TSB)、普通海滩苔原(Tundra in Non-seabird Colony,TNS)和两者间的过渡苔原(Tundra in Transition Zone,TTR)监测CO_(2)净通量(Net CO_(2)Fluxes,NEE)空间变异规律及其影响因素。结果表明:鸟类保护区苔原TSB的平均NEE为(–39.0±6.0)mg·m^(–2)·h^(–1),为CO_(2)吸收汇,且对CO_(2)的吸收随着植被覆盖度和海鸟活动强度的增强而显著增强;普通海滩苔原TNS和过渡苔原TTR的平均NEE分别为(12.0±6.3)mg·m^(–2)·h^(–1)和(40.5±29.3)mg·m^(–2)·h^(–1),均为CO_(2)净排放源。普通海滩苔原TNS的CO_(2)排放强度随土壤水分的减少和地势增高而增强;过渡苔原TTR中高地苔原区的平均NEE为(106.4±23.1)mg·m^(–2)·h^(–1),为CO_(2)强排放源;而泥炭苔原区的平均NEE为(–58.3±9.5)mg·m^(–2)·h^(–1),为CO_(2)强吸收汇。苔原土壤的理化性质对苔原NEE有重要影响,鸟类保护区苔原TSB和普通海滩苔原TNS的NEE与土壤含水率呈显著负相关关系(r=–0.44,P=0.003)。鸟类保护区苔原TSB的NEE与土壤温度弱正相关(r=0.32,P=0.06),与NH4+-N(P<0.05)和NO_(3)^(–)-N(P<0.05)含量均显著负相关。在全球变暖的驱使下,不同地形地貌和海鸟活动特征的北极苔原区域CO_(2)排放的复杂性将显著增强,对全球碳循环产生较大的影响,本研究也将为此提供科研资料。

关键词： CO_(2) 净通量北极新奥尔松高纬度苔原

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海鸟活动对北极新奥尔松苔原-大气CO_2交换的影响

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极地研究 2012年第3期24卷 254-265页

作者：陈清清朱仁斌丁玮徐华中国科学技术大学地球和空间科学学院极地环境研究室安徽合肥230026 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210091

北极高纬度地区是全球重要的海鸟活动区,海鸟粪为苔原土壤带来了丰富的养分,影响了苔原碳循环过程,但目前还未见有文献报道海鸟活动对北极苔原CO2通量的影响。2009年夏笔者采用密闭箱法对北极新奥尔松地区(Ny-lesund)鸟类保护区和非... 详细信息

北极高纬度地区是全球重要的海鸟活动区,海鸟粪为苔原土壤带来了丰富的养分,影响了苔原碳循环过程,但目前还未见有文献报道海鸟活动对北极苔原CO2通量的影响。2009年夏笔者采用密闭箱法对北极新奥尔松地区(Ny-lesund)鸟类保护区和非鸟类活动区苔原的CO2夏季通量和日通量进行了对比监测,探讨了海鸟活动对苔原CO2通量的影响。结果表明:鸟类密集区(HB)、鸟类活动较少区(MB)和基本无海鸟活动的边缘区(LB)CO2平均净通量(NEE)分别为(-107.6±19.2)、(21.7±9.7)和(67.5±12.4)mg·m-2·h-1;光合速率分别为(-243.6±25.5)、(-105.5±7.6)和(-45.6±12.0)mg·m-2·h-1。HB区NEE和光合速率显著高于MB和LB区,表明鸟类活动显著增加了苔原生态系统NEE和光合速率;而平均呼吸速率为(136.0±16.5)、(127.2±15.6)和(113.0±6.8)mg·m-2·h-1,差异不明显,表明海鸟活动对呼吸速率影响较小。非鸟类活动区苔原(海边苔原和煤矿区苔原)夏季整体上表现为CO2排放源,平均NEE分别为(6.91±4.8)和(17.5±41.6)mg·m-2·h-1。综合分析表明:NEE和呼吸速率与土壤温度呈正相关。综合3类不同苔原区域23个观测点CO2通量的结果表明:海鸟活动及其粪便增加了苔原土壤养分,从而促进了苔原植被发育,显著增强了北极高纬度地区苔原的碳汇功能。

关键词： CO2通量北极苔原海鸟湿地

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南极中山站大气六氟化硫浓度本底特征

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科学通报 2016年第7期61卷 782-790页

作者：王灿卞林根叶文娟朱仁斌郑向东刘立新中国科学技术大学地球和空间科学学院极地环境研究室合肥230026 中国气象科学研究院北京100081

六氟化硫(SF_6)是一种增温潜能极高、主要来自人为排放的温室气体,对其大气背景浓度进行长期监测,对于研究全球变化具有重要意义.利用南极中山站区2008年2月~2013年1月近5年SF_6浓度的观测资料,对SF_6本底浓度和变化趋势进行了研究,结... 详细信息

六氟化硫(SF_6)是一种增温潜能极高、主要来自人为排放的温室气体,对其大气背景浓度进行长期监测,对于研究全球变化具有重要意义.利用南极中山站区2008年2月~2013年1月近5年SF_6浓度的观测资料,对SF_6本底浓度和变化趋势进行了研究,结果表明:中山站风向为偏东风时大气中SF_6浓度较低,风向为偏西风时浓度较高,这主要是受海陆气团差异引起,而局地源和风速的影响可忽略不计.大气SF_6浓度的变化范围为6.01~7.80 pptv,(1 pptv=1×10^(-12)L/L,下同),平均浓度为6.90±0.40 ***_6浓度呈明显稳定的年增长趋势,年平均增长速率为0.28 pptv a^(-1),其变化趋势与全球其他观测点较接近,中山站的观测结果可代表南极地区SF_6的本底浓度.通过与全球其他观测点大气SF_6浓度数据对比,结果显示:南半球大气SF_6平均浓度明显低干北半球,北半球是SF_6排放的主要源区;而南半球SF_6主要来源干北半球大气传输和南北半球间大气高度混合,能较好地反映全球大气SF_6本底浓度。南极受人类活动影响很小,是研究全球SF_6浓度变化趋势的理想区域。

关键词：南极中山站六氟化硫浓度大气本底浓度

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东南极企鹅和海豹粪土层细菌群落的变化特征

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极地研究 2012年第3期24卷 226-237页

作者：马大卫朱仁斌丁玮褚海燕申聪聪中国科学技术大学地球和空间科学学院极地环境研究室安徽合肥230026 中国科学院南京土壤所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008

海洋动物粪土是南极陆地生态系统养分的重要来源,粪土层细菌群落对南极苔原碳、氮循环过程起重要作用,但目前对南极海洋动物粪土层中细菌群落的变化特征却鲜有报道。本文采集了东南极4个企鹅、海豹粪土剖面样品,通过酶活性、微生物量碳... 详细信息

海洋动物粪土是南极陆地生态系统养分的重要来源,粪土层细菌群落对南极苔原碳、氮循环过程起重要作用,但目前对南极海洋动物粪土层中细菌群落的变化特征却鲜有报道。本文采集了东南极4个企鹅、海豹粪土剖面样品,通过酶活性、微生物量碳、微生物熵、土壤呼吸、DNA浓度和qPCR测定以及16S rDNA-DGGE分析,探讨了粪土层中细菌群落变化特征及其与环境因子的关系。土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性、微生物量碳、土壤呼吸、微生物熵和qPCR随深度增加而递减,而代谢熵增加,表明随深度增加,微生物生存环境恶劣,造成细菌丰度和酶分泌量减小,需更多有机碳进行能量代谢。土壤DNA浓度与pH、含水率、TOC、TN、微生物量碳、土壤呼吸以及酶活性呈高度正相关,表明这些因子对粪土层中细菌种群的丰度有重要影响。DGGE图谱分析证实:东南极海洋动物粪土中含丰富的细菌群落结构,随深度增加泳道带型数量和亮度递减,表明细菌多样性和丰度递减。聚类分析表明:4个剖面随深度泳道带型差异明显,细菌遗传相似性为46%,企鹅、海豹粪土细菌群落差异性尤为明显;Q因子分析发现4个粪土剖面中,细菌丰度与企鹅、海豹粪的相对含量呈协调一致性变化,且表层5 cm粪土层细菌丰度最高,表明东南极企鹅和海豹排泄物对土壤中细菌群落多样性变化起重要作用。

关键词：粪土层土壤酶活性微生物量碳变性梯度凝胶电泳(DGGE) 南极

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