硝酸盐氮、氧同位素

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硝酸盐氮、氧同位素

自然界中的硝酸盐按其成因分为三大类: 生物成因、人工合成和大气成因。土壤、河流、海洋等环境中的固氮微生物(包括部分细菌和古菌)将大气中的氮气转化为铵态氮(NH3, NH4+), 再在氧气存在的条件下经由生物的硝化作用转为亚硝酸盐(NO2-)和硝酸盐(NO3-)。大气成因硝酸盐的固氮量极少, 仅为生物固氮和人工固氮规模的4%左右。

硝酸盐是氮元素在自然界中存在的主要形式之一, 也是生物可用氮的主要形态(Kendall et al., 2007; Mayer et al., 2002)。不同来源的硝酸盐δ15N值有差别(Zhang et al., 2019), 但有时存在一定的重叠。比如, 大气沉降硝酸盐δ15N范围为–13~13‰ (Kendall et al., 2007), 土壤有机氮形成硝酸盐δ15N范围为–3‰~9‰ (Heaton, 1986; Kendall et al., 2007), 来自合成化肥的δ15N范围为-4~4‰ (Wassenaar, 1995), 来自污水或者粪便产生硝酸盐的氮δ15N范围为7‰~25‰ (Wassenaar et al.,1995; Mayer et al., 2002)。可见, 单独使用氮同位素来判断硝酸盐来源可能存在多解性。

不同成因硝酸盐δ18O值往往存在较大差异, 通过分析硝酸盐δ18O值可以弥补δ15N的不足。因此, 硝酸盐的氮、氧双同位素是示踪硝酸盐来源和追踪生物化学过程的有效方法(Kendall et al., 2007)。

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