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第1章 绪论1

第1节 稳定同位素技术的发展史3

一、早期（1950年前）的理论突破与仪器研发3

二、启蒙阶段（1950—1979年）的开拓性研究3

三、近代（1980年后）的开拓性研究工作4

第2节 稳定同位素技术的有关术语5

一、同位素的定义5

二、同位素比率5

三、同位素组成的δ表示法7

四、稳定同位素测试标准物7

五、同位素分馏12

六、扩散过程的同位素分馏效应15

七、同位素瑞利分馏16

八、同位素混合模型16

第3节 稳定同位素大尺度监测与研究网络18

一、水同位素监测研究网络18

二、气体同位素研究网络19

三、同位素合作研究网络21

第4节 稳定同位素生态学学科特点22

一、研究对象与内容22

二、研究方法学23

三、有关参考书23

四、有关刊物与学术会议24

主要参考文献27

第2章 稳定同位素测定方法与仪器31

第1节 稳定同位素样品的采集方法33

一、固体样品的采集33

二、液体样品采集34

三、气体样品采集34

第2节稳定同位素样品的预处理方法37

一、固体样品的预处理方法37

二、植物或土壤中的水分提取方法38

三、纤维素提取方法39

四、样品的汽化、纯化和分离40

第3节 同位素比率质谱仪分析方法41

一、同位素比率质谱仪的工作原理41

二、同位素比率质谱仪的结构42

三、同位素质谱仪的主要类型及其辅助设施44

第4节 稳定同位素的非质谱测定技术46

一、可调谐二极管激光吸收光谱法47

二、光腔衰荡激光光谱同位素分析仪49

主要参考文献50

第3章 稳定同位素的自然丰度53

第1节 碳稳定同位素55

一、碳稳定同位素的分馏55

二、碳稳定同位素丰度的自然变异62

第2节 氢稳定同位素66

一、氢稳定同位素的分馏67

二、氢稳定同位素丰度的自然变异68

三、大气降水δD与δ18O的相互关系69

第3节 氧稳定同位素71

一、氧稳定同位素的分馏71

二、氧稳定同位素丰度的自然变异74

第4节氮稳定同位素75

一、氮稳定同位素的分馏76

二、氮稳定同位素丰度的自然变异77

第5节 硫稳定同位素78

一、硫稳定同位素的分馏79

二、硫稳定同位素丰度的自然变异79

主要参考文献81

第4章 稳定同位素与碳循环研究87

第1节 光合作用89

一、光合途径与碳同位素比值89

二、光合生理生态特征90

第2节 呼吸和分解过程95

一、呼吸过程95

二、土壤呼吸96

三、植物衰老过程97

第3节 群落冠层水平的CO2交换99

一、群落冠层内CO2碳同位素比值动态99

二、森林内CO2再循环100

第4节 生态系统碳循环102

一、Keeling曲线法102

二、生态系统呼吸同位素比值的变化格局104

三、生态系统呼吸组分的稳定同位素拆分107

四、生态系统碳同位素判别110

五、生态系统不同碳通量的拆分111

第5节 全球碳循环114

一、全球尺度大气CO2同位素守恒原理114

二、利用大气CO2碳同位素拆分全球碳交换115

三、利用大气CO2的氧同位素拆分全球碳交换116

主要参考文献118

第5章 稳定同位素与植物水分关系研究125

第1节 植物吸收水分过程的稳定同位素效应128

一、陆地淡水植物128

二、滨海盐生植物129

三、干旱地区旱生植物和盐生植物131

第2节 植物水分来源的确定与量化134

一、植物不同水分来源的同位素拆分原理135

二、植物群落水分关系稳定同位素研究实例136

三、植物功能型与水分来源140

第3节 水分利用效率141

一、碳同位素比值与水分利用效率的关系141

二、 WUE与有机质的δ18O142

三、植物水分利用效率的时空变化144

第4节 生态系统水交换与全球水循环研究147

一、生态系统蒸发与蒸腾稳定同位素拆分原理148

二、生态系统水分通量拆分研究实例149

三、全球水循环研究151

主要参考文献153

第6章 稳定同位素与动物生态学研究159

第1节 动物组织稳定同位素组成与食物源研究162

一、动物组织的稳定同位素特征162

二、营养级的同位素分馏效应163

三、代谢与发育过程的同位素组成改变164

第2节 动物的食物来源166

一、动物食物来源的模型166

二、稳定同位素研究动物食性的实例167

第3节 动物的营养级位置与食物网174

一、消费者营养级的稳定同位素计算方法174

二、典型生物的营养级175

第4节 动物分布格局及迁徙活动178

一、鸟类的迁徙179

二、哺乳动物的活动181

主要参考文献182

第7章 稳定同位素与种间关系研究189

第1节 共生与附生关系192

一、共生关系192

二、附生关系196

第2节 竞争、捕食和寄生关系200

一、竞争关系200

二、捕食关系201

三、寄生关系203

主要参考文献204

第8章 土壤有机质的稳定同位素组成209

第1节 土壤碳的起源211

一、土壤有机质碳的化学结构212

二、土壤有机质碳的稳定同位素比率215

三、土壤剖面碳、氮含量及其稳定同位素215

四、土壤碳源的稳定同位素确定217

五、土壤有机质形成的分子机制219

第2节 土壤有机质转化与碳释放219

一、生态系统不同组分呼吸间的差异220

二、土壤呼吸碳释放过程与机制222

第3节 土壤微生物种群结构及其功能225

一、土壤中PLFAS的来源225

二、PLFAS的稳定同位素分析技术226

三、PLFAS稳定同位素分析土壤碳动态的研究实例227

第4节 苔藓植物对土壤有机质的贡献229

一、苔藓植物的稳定同位素组成229

二、苔藓植物对土壤有机质的贡献230

第5节 地衣与土壤碳源的示踪230

一、地衣的固碳过程231

二、地衣δ13C与全球碳变化的指示234

主要参考文献235

第9章 稳定同位素与氮的生物地球化学研究241

第1节 氮循环过程中的氮同位素分馏243

一、氮转化过程中的同位素分馏效应244

二、植物在吸收、利用和同化过程中的氮同位素分馏247

三、其他过程或因素对氮同位素比值的影响247

第2节 15N自然丰度法在生态系统氮循环研究中的应用248

一、固氮作用导致的氮输入249

二、氮淋溶和土壤净矿化速率253

三、植物氮元素的来源与去向253

四、生态系统氮饱和现象254

五、氮循环的长期变化趋势255

第3节15N标记法在生态系统氮循环研究中的应用257

一、15N标记法的原理与方法257

二、15N标记法研究实例263

主要参考文献266

第10章 温室气体的稳定同位素组成及限制因子271

第1节 温室气体稳定同位素的检测方法273

一、质谱方法检测温室气体的稳定同位素组成274

二、温室气体稳定同位素的激光光谱检测方法275

第2节 大气CO2的同位素组成276

一、大气CO2的稳定同位素特征277

二、大气CO2的源与汇281

第3节 大气CO2的同位素组成及其生态学意义284

一、CH4生成途径与同位素比值284

二、CH4稳定同位素比值的变化及其驱动因子285

三、大气CH4源与汇的分布287

四、热带雨林的CH4源289

五、植物体内CH4排放通道289

第4节 大气及土壤释放的N2O稳定同位素组成290

主要参考文献293

第11章 全球变化生态学效应研究301

第1节 大气CO2浓度增加对生态系统生产力的影响304

一、CO2浓度升高条件下陆地生态系统中碳的去向与滞留时间305

二、CO2浓度升高条件下生态系统碳-氮相互作用306

三、CO2浓度升高对生态系统水分平衡的影响307

四、CO2浓度升高对陆地生态系统生产力的影响308

五、CO浓度升高对生态系统营养关系的影响310

第2节 全球变暖的生态学效应研究311

一、增温对土壤碳库动态的影响311

二、增温对土壤矿化过程的影响314

三、增温对不同生长型植物养分关系的影响315

第3节 降水变化的生态效应317

一、降水变化对土壤呼吸的影响317

二、降水增加对荒漠群落水分关系的影响319

第4节 海平面上升的生态效应322

第5节 大气氮沉降增加的生态效应324

主要参考文献326

第12章 稳定同位素与城市生态学333

第1节 城区CO2同位素组成变化与化石燃料利用335

一、城区空气CO2浓度变化及其源的同位素组成337

二、城区CO2主要源的同位素拆分342

三、城区化石燃料利用的研究案例344

第2节 城区植物稳定同位素与植物生理生态响应352

一、城区大气CO2浓度重建353

二、城市空气污染对城区及周边地区植物的影响354

第3节 城市空气颗粒物PM25和PM10的稳定同位素研究357

一、原理358

二、研究案例358

主要参考文献361

第13章 古气候、古植被与古生态过程的重建365

第1节 树轮稳定同位素367

一、树轮稳定同位素重组古气候、古生态、古环境的原理368

二、树轮稳定同位素与古气候、古环境重建研究实例372

第2节 沉积物稳定同位素382

一、沉积物有机质同位素与环境的关系382

二、沉积物中生物有机分子稳定同位素与环境的关系401

第3节 化石材料的稳定同位素404

一、化石木404

二、动物的骨骼和牙齿406

主要参考文献408

第14章 稳定同位素与污染生态学419

第1节 水体污染物的稳定同位素示踪研究422

一、地表水硫酸盐源的识别423

二、地下水中氮化物源的识别425

三、近海水体富营养化的发生机理427

四、流域水体污染物的同位素时空格局及成因429

第2节 大气污染物的稳定同位素示踪研究431

一、空气硫化物与酸雨431

二、空气污染对植物的生态效应研究432

三、大尺度空间范围大气硫化物来源追踪435

第3节 土壤有机与无机污染物的稳定同位素示踪研究437

一、森林土壤硫元素的循环与转化437

二、土壤氮化物438

三、土壤多环芳烃等有机污染物438

主要参考文献440

第15章 稳定同位素技术与产品溯源和司法侦探447

第1节 食品溯源与原产地品质保障449

一、食品产地溯源稳定同位素技术的原理450

二、食品溯源稳定同位素技术应用实例452

三、同位素溯源技术与其他溯源技术的区别与联系462

第2节 产品掺假鉴定与消费者利益保护464

一、产品掺假稳定同位素鉴定的原理与测定方法464

二、产品掺假稳定同位素鉴定的研究与应用实例465

第3节 违禁物品的追踪与检验472

一、理论基础473

二、测定方法475

三、古柯叶片稳定同位素比值与生物碱含量475

四、海洛因和吗啡的稳定同位素比值475

五、无水醋酸的碳同位素比值476

六、可卡因纯度与δ13C的关系477

七、毒品来源及其走私途径的追溯477

八、稳定同位素技术在兴奋剂检测中的应用478

主要参考文献480

索引485