2012年7月，我组方运霆研究员的文章在《Environmental Science & Technology》发表：Fang YT, Koba K, Makabe A, Zhu FF, Fan SY, Liu XY, Yoh M. 2012. Low δ¹⁸O values of nitrate produced from nitrification in temperate forest soils. Environmental Science & Technology, 46(16): 8723-8730.http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es300510r

主要进展

    硝酸盐氧同位素自然丰度（δ¹⁸O）长期被用来区分大气沉降和硝化作用产生的硝酸盐在生态系统的贡献。大气沉降硝酸盐δ¹⁸O可以通过实验测定，但是硝化作用产生的硝酸盐δ¹⁸O 由于技术手段的困难往往不直接测定，而是根据土壤水和氧气δ¹⁸O按2：1的比例（Scenario 1，图1）计算而获得，这是因为过去的研究显示硝酸盐（NO₃^-）中三个氧原子中的两个氧来自土壤水中的氧原子一个来自氧气的氧原子。我们推测这一计算方法忽视了硝化作用过程中在获取氧原子的同位素分馏效应（Scenario 2）和硝化作用中间产物亚硝酸盐与水在酸性条件下的氧原子交换，从而会影响对大气沉降硝酸盐的贡献评估。

    因此，本研究以分布在海拔跨度1500 m 9个温带森林土壤为研究对象，通过室内培养实验，测定硝化作用产生硝酸盐的δ¹⁸O。我们获取的结果证实了我们以上的推测，即只有同时考虑氧原子的同位素分馏效应和氧原子交换作用（Scenario 3）才能更好解释实测结果。数据结果显示实测的δ¹⁸O比通过2：1的比例计算δ¹⁸O的差异取决于海拔高度，在低海拔森林两者相差达5到9‰，说明获取氧原子的过程的分馏效应。我们还发现两者差异还与酸度反相关，在土壤越酸（低海拔）氧原子交换程度越大。通过对溪水硝酸盐δ¹⁸O的进一步研究，发现如果用计算的δ¹⁸O，那么将导致大气沉降硝酸盐的贡献可能会被平均低估16%。