在富集同位素示踪研究中，物质同位素组成 常用稀有同位素的丰度表示，即
Ab X heavy X heavy Xlight ( ) 100 R sample 1 R sample
（% ）
式中，X是轻、重同位素的原子个数，R是同位 素比率。
• 例题 已知天然碳同位素的13C/12C为0.011204，国 际标准VPDB的13C/12C 为0.0111802，则
0.011204 C （ - 1) 00 2.14 （‰） 0.0111802
13
0.011204 Ab 100 1.108 0.011204 1
（%）
• BOX2
同位素富集标记技术，可以通过标记物的示踪，在 非破坏的条件下研究其转移和转化过程。在示踪实验中， 将已知数量的标记物引入到一个库中，在一定时间后， 测定在接受库中回收率，根据同位素稀释原理，只要知 道源（A）的原子百分超IA，和实验结束时库（B）的质 量mB和原子百分超IB，则从源运转到库的物质为 mBIB M AB IA
2）
280 0.45 R 52.5 （%） m Fa F 200 1.2 mpa p
• BOX3 陆生植物的水分吸收过程基本不发生同位素 分馏现象，因此植物木质部水分的同位素构成完 全取决于所吸收的水源，当水源的同位素值已知 时，可以用所谓的端源混合模型确定各水源的相 对贡献。最简单的情况，两源的情况，可用同位 素质量平衡方程确定，如
CV Ca CET
V CV a Ca ETCET
对以上两式代换合并，有
VCV a Ca （CV - Ca） ET C （ ） CV V a a - ET
最终，有
1 V C（ a a - ET） C ET V
t f A A （ 1 - f A） B
这里，t是混合样品中的值（如，木质部水分 中的），A和B分别源A和源B的值，f是源A的 贡献的相对分数。重排，有
t - B f A - B
• 例题
在玉米地中，蒸散水汽的同位素ET用激光 光腔衰荡同位素光谱仪测定；蒸腾水汽的T，在 蒸腾流的同位素达到稳定状态的午后，由测定作 物木质部水的同位素确定；蒸发水汽的E用 Graig-Codon模型估算，其分别为-8.57 ‰ 、5.83 ‰ 和-26.93 ‰，试求蒸腾占蒸散的百分 比（%）。 解：
由作图可知，ET=-7.153‰.
ET - E - 8.57（ - - 26.93 ） fT 87.0 （%） T - E - 5.83（ - - 26.93 ）
• BOX4 生态系统存在着各种气体交换过程，其对生 态功能有重要影响，如CO2的呼吸和水分蒸腾等， 此时根据同位素的质量平衡，由得出keeling方 程可知，通过测定混合气体的同位素值，通过 keeling作图可在大气背景条件下求得源气体的 值，实验表明气体转化过程基本不产生同位素分 馏，因此其同位素组成主要取决于来源物质，通 过其值可以对来源物质进行鉴别和确认。以水 汽的蒸散为例，有
除以观察的时间便可求得转移速率。源（A）的标 记在库（B）的回收率为
mBIB R（%） 100 mA IA
• 例题
玉米田间小区15N-urea肥料实验，施用肥料N量为 200kgN.ha-1，15N原子百分超af为1.2%，收获后生物产N 量为280kgN.ha-1， 15N原子百分超ap为0.45%，试求：1） 植物的肥料N产量（kg.ha-1）；2）肥料N的利用率R （%）。 解： -1 1） M m a p 280 0.45 105 （ kg ha ） FP p aF 1.2
式中，CV和v分别为生态系统边界层水汽的浓 度和同位素值，Ca和a分别为大气背景的水汽浓 度和同位素值，ET为蒸散水汽同位素值。因此， 关于V—1/Cv作图，其y截距就是ET。
• 例题
利用原位连续测定水汽18O值和keeling plot方法区分 麦田蒸散组分. 植物生态学报 2010，34（2）：170-178
动力分馏发生于单向反应中，反应速率依赖 于同位素的质量，在生物系统中反应常由酶催化， 酶对同位素的所产生的歧视效应，致使反应产物 的同位素构成与底物的明显不同。动力学分馏是 因为轻同位素的化学键更容易裂解，因此相对于 重同位素更具有反应活性，从而在反应产物中富 集。许多生物化学和生物地球化学过程对重同位 素有歧视，导致源和库的同位素比率在反应和循 环各阶段明显变化，因此可以提供相关过程的信 息，另外底物若有特征的指纹，也可以用于追踪 其转换或转化过程。
在天然环境同位素研究中，某一物质的同位 素构成常表示为相对于国际参考物质的相对比， 并以‰为单位，即
E （
XX
R sample R standard
-1 ） 1000
（‰）
式中，E代表所研究的元素，XX是元素稀有（重） 同位素的质量数，R是一对同位素中重/轻的丰度 比。按此定义，当为正时则表示样品较标准含 有更多的重同位素。
同位素示踪技术在环境生态学 研究中的应用
齐孟文 中国农业大学
• BAX1 稳定性同位素分馏，是指元素的轻重同位素 在某一系统底物和产物间分配的改变，其源于产 生分馏效应的物理和化学过程与同位素的质量有 关。在植物生态学研究中，虽然这些分馏效应相 当小，然而对确是揭示相关过程的关键。 同位素分馏分为平衡分馏和动力学分馏，平 衡分馏发生于从一物相转换到另一物相的交换反 应过程，这些反应往往未彻底完成，或是在一个 开放的系统中，而导致的不平衡的结果，如果系 统是封闭的，或者反应彻底完成，则将不会发生 同位素分馏效应。