楊 蓉，李 壘

1. 北京市南水北調(diào)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心, 北京 100097

2. 北京市水科學(xué)技術(shù)研究院, 北京 100048

穩(wěn)定同位素指核結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不發(fā)生或不易發(fā)生放射性衰變以及半衰期極長(zhǎng)的一系列核素. 1912年，英國(guó)物理學(xué)家John Thomson發(fā)現(xiàn)天然氖由20和22兩種不同質(zhì)量數(shù)的原子組成，首次證明了常態(tài)元素穩(wěn)定同位素的存在. 該技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)中期的穩(wěn)定同位素地球化學(xué)領(lǐng)域，自然界常見的氫、碳、氮、氧、硫等元素都有超過一個(gè)的穩(wěn)定同位素，研究者測(cè)定各類天然物質(zhì)中元素的同位素組成，分析變化規(guī)律并推測(cè)原因所在.

近年來，穩(wěn)定同位素技術(shù)在地球化學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、微生物學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-3]. 應(yīng)用重點(diǎn)并非探究同位素豐度的分布特征，而是將其作為觀測(cè)手段研究過程、開展溯源. 物理、化學(xué)和生物過程都可造成穩(wěn)定同位素的豐度差異，反之穩(wěn)定同位素化學(xué)性質(zhì)相同，其變化不影響過程，因此可作為示蹤劑為回溯環(huán)境、生物等多種因素對(duì)元素的共同作用提供科學(xué)有效的依據(jù).

水是生物不可或缺的基礎(chǔ)物質(zhì)，水生態(tài)環(huán)境不僅是環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)的研究對(duì)象，其污染狀況、物種分布等信息也是水資源管理的重要支撐. 隨著色譜質(zhì)譜聯(lián)用和傅里葉變換核磁共振技術(shù)的誕生，同位素的檢測(cè)手段愈加豐富，研究成本大幅降低，已有大量研究涉及穩(wěn)定同位素在水體污染物溯源、水生生物食物網(wǎng)研究等不同方向的應(yīng)用. 聚焦研究中最常見的碳、氮、氧穩(wěn)定同位素，介紹了分餾和混合的基礎(chǔ)理論及模型. 水質(zhì)分析方面，以氮素和硝酸鹽為例探討了氮氧穩(wěn)定同位素以及以IsoSource和SIAR為代表的混合模型在污染物遷移轉(zhuǎn)化和溯源中的應(yīng)用；水生態(tài)方面，基于碳氧穩(wěn)定同位素特征、濃縮系數(shù)和基線生物選擇綜述了該技術(shù)在營(yíng)養(yǎng)級(jí)、生態(tài)位和食性分析中的應(yīng)用.

1 穩(wěn)定同位素分餾和混合的基礎(chǔ)理論

1.1 改變同位素豐度變化的驅(qū)動(dòng)力-分餾作用

1.1.1 分餾作用的定義

同位素中子數(shù)的差異使其質(zhì)量和原子間結(jié)合力不同，也導(dǎo)致了地球化學(xué)及生物化學(xué)過程中擴(kuò)散和反應(yīng)速率的差異. 最終表現(xiàn)為同位素分餾(isotopic fractionation)效應(yīng)，即一種元素的同位素以不同比例在不同物相中分配. 通常而言，輕同位素優(yōu)先參與化學(xué)反應(yīng)，造成動(dòng)力學(xué)非平衡分餾[4]. 而當(dāng)反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡，不同化合物對(duì)重同位素的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了熱力學(xué)平衡分餾.

分餾效應(yīng)形成了具有不同同位素豐度的物質(zhì)庫(kù).2H、13C、15N和18O等重同位素在環(huán)境中的絕對(duì)豐度低，一般接近或低于1%. 為了放大細(xì)微變化，便于比較，一般用樣品和國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)同位素比值的千分差描述穩(wěn)定同位素含量，記作δ.δ值越大(越正)表示重同位素越多，越小(越負(fù))表示輕同位素越多[5].

1.1.2 自然分餾

自然界的物理過程和化學(xué)反應(yīng)均會(huì)造成同位素分餾. 以氮素為例，揮發(fā)、擴(kuò)散、水解、固氮、硝化、反硝化等反應(yīng)體系具有不同的同位素分餾特征. 氨化作用造成的分餾僅為±1‰左右. 但硝化作用會(huì)在反應(yīng)物里富集15N，濃縮系數(shù)在-29‰～-12‰之間；氨揮發(fā)也會(huì)導(dǎo)致NH4+中15N含量上升，氮的輕同位素更易于以NH3的形式揮發(fā)[6-7]. 李榮富等[8]總結(jié)了15N在氮循環(huán)過程各環(huán)節(jié)中的分餾系數(shù)，并指出并不是所有環(huán)節(jié)的同位素分餾都得到了清晰闡述，如硝酸鹽異化還原、厭氧氨氧化的分餾效應(yīng)就暫未明確.

1.1.3 營(yíng)養(yǎng)分餾

生物的新陳代謝會(huì)導(dǎo)致同位素分餾. 呼吸和排泄優(yōu)先排出營(yíng)養(yǎng)元素的輕同位素，造成食物中的重同位素在捕食者體內(nèi)富集. 研究[9-10]表明，13C富集系數(shù)通常為0～1‰，而15N的濃縮系數(shù)通常為3‰～4‰，并隨著食物鏈進(jìn)一步放大. 因此，與食物組成相近的δ13C常被用于追溯水體中捕食者的食物組成和貢獻(xiàn)，富集程度更高的δ15N則用于開展水生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)水平研究[11-14].

1.2 計(jì)算源貢獻(xiàn)的理論及方法-多源混合模型

分餾和混合是穩(wěn)定同位素研究中的兩個(gè)重要概念. 分餾作用導(dǎo)致物質(zhì)庫(kù)之間的同位素豐度差異，而多個(gè)物質(zhì)庫(kù)的相互混合進(jìn)一步造成環(huán)境中穩(wěn)定同位素的復(fù)雜分布. 混合模型用數(shù)學(xué)方法推斷混合物中各物質(zhì)庫(kù)的貢獻(xiàn)率，被廣泛應(yīng)用于污染物定量溯源和捕食者食性分析.

作為最基礎(chǔ)的混合模型，質(zhì)量平衡模型(massbalance model)可用于n種同位素和n+1個(gè)來源的溯源計(jì)算. 最常用的是2種同位素和3個(gè)來源的定量評(píng)估，可以避免單一同位素的區(qū)分度不夠(如NO3-中的15N). 但也有研究[15]指出質(zhì)量平衡模型未考慮不確定性的影響，在混合物具有多種來源時(shí)不能使用. 為解決多來源的問題，2003年，Phillips等[16]通過對(duì)質(zhì)量平衡方程組的反復(fù)迭代提出了IsoSource模型.IsoSource模型適用于n種同位素和＞n+1個(gè)源，獲得的不是點(diǎn)估計(jì)，而是分布. 2008年，Parnell等開發(fā)的SIAR(stable isotope analysis in R)模型引入了不確定性和同位素分餾的考慮，其基于狄利克雷分布和貝葉斯算法，結(jié)合似然函數(shù)和邏輯先驗(yàn)分布計(jì)算貢獻(xiàn)率.吳文歡等[17]對(duì)質(zhì)量平衡模型、IsoSource模型和SIAR模型的適用情境和使用技巧進(jìn)行了詳細(xì)論述.

除質(zhì)量平衡模型、IsoSource模型和SIAR模型外，IsoError、IsoEconc、IsotopeR、MixSIR等模型也在污染物溯源中有所應(yīng)用，Hopkins[18]等和馮建祥等[19]均比較了它們的原理、特征和優(yōu)缺點(diǎn). 但在實(shí)際使用中為避免誤用，還需仔細(xì)評(píng)估背景資料是否充分，科學(xué)問題、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和模型選擇是否合理[20].

2 氮氧雙同位素在水體氮素遷移轉(zhuǎn)化及溯源中的應(yīng)用

2.1 反硝化脫氮

氮循環(huán)是生物地球化學(xué)循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，生態(tài)系統(tǒng)中氮的輸入、轉(zhuǎn)化、利用和消除都是被長(zhǎng)期探討的科學(xué)課題. 氮氧雙同位素用于脫氮過程研究，提供了用穩(wěn)定同位素探討元素遷移轉(zhuǎn)化的范例.

厭氧條件下反硝化菌有偏好地利用輕同位素轉(zhuǎn)化成N2和N2O，造成15N和18O富集在剩余的NO3-中，二者的同位素分餾系數(shù)比值約為2，即δ15N升高1‰，δ18O相應(yīng)上升0.5‰[6]. Xue等[7]認(rèn)為，實(shí)際情況下15N和18O以1.3∶1～2.1∶1的比例富集都可以推論反硝化的發(fā)生. 水體脫氮過程中氮氧同位素分餾系數(shù)如表1所示. Panno等[26]、Houlton等[28]分別試算了森林和密西西比河中因反硝化損失的氮量，為研究氮素遷移轉(zhuǎn)化提供了新方法.

表1 水體脫氮過程中氮氧同位素分餾系數(shù)對(duì)比Table 1 Fractionation factors of nitrogen and oxygen stable isotope in aquatic denitrification

2.2 硝酸鹽溯源

我國(guó)許多地方的地表水和地下水正在面臨硝酸鹽污染[29-30]. 六成分圖、派珀圖等是硝酸鹽污染分析的經(jīng)典方法[31]，但隨著同位素方法的建立和推廣，氮氧雙同位素被廣泛用于氮源定性識(shí)別. 1998年Kendall等[6]根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果提出了利用氮氧雙同位素示蹤不同來源硝酸鹽的經(jīng)驗(yàn)方法，利用δ15N的差異區(qū)分來自肥料和降水中NH4+硝化、土壤氮素、有機(jī)肥與污水的硝酸鹽，再通過δ18O的差異區(qū)分來自硝酸鹽肥料和大氣降水的硝酸鹽. 該方法得到了后續(xù)研究的證實(shí)[7,32-33].

氮氧同位素溯源研究通常需要結(jié)合水化學(xué)和其他同位素?cái)?shù)據(jù)一起進(jìn)行[34]. 例如，Min等[35]采用δ15N聯(lián)合NO3-濃度解釋了生活污水和化肥對(duì)韓國(guó)洛東江流域地下水硝酸鹽的貢獻(xiàn)；Nyilitya等[36]利用NO3-、Cl-、硼(boron, B)濃度和δ11B探討了肯尼亞基蘇木城和Kano平原地下水硝酸鹽來源及轉(zhuǎn)化；Wang等[37]比較了Cl-濃度與NO3-濃度、NO3-/Cl-的相關(guān)性，以討論云南程海氮素的來源和反硝化的發(fā)生；Wang等[38]在贛江流域分析了δ15N與NO3-濃度、NO3-/Cl-的關(guān)系. 此外，研究地點(diǎn)的背景信息(如土地使用情況)[31,38]、排放負(fù)荷和入水負(fù)荷[39]等也常被用作綜合分析.

在氮源定性識(shí)別的基礎(chǔ)上，量化污染源貢獻(xiàn)率的定量評(píng)估方法也逐漸受到青睞. 研究者將一系列數(shù)學(xué)模型用于地表水和地下水的硝酸鹽來源探討，得到氮源的相對(duì)貢獻(xiàn). 近年來，IsoSource和SIAR模型在我國(guó)各地得到了越來越多的應(yīng)用(見表2).

表2 穩(wěn)定同位素在硝酸鹽定量溯源中的應(yīng)用Table 2 Application of stable isotopes in nitrate source identification

續(xù)表 2

3 碳氮雙同位素在水生生物營(yíng)養(yǎng)譜構(gòu)建和食性研究中的應(yīng)用

3.1 營(yíng)養(yǎng)級(jí)估算

穩(wěn)定同位素在營(yíng)養(yǎng)生態(tài)學(xué)的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代中期. 以營(yíng)養(yǎng)分餾為基礎(chǔ)，聚焦水生生物體內(nèi)的15N含量可反映生態(tài)系統(tǒng)中不同物種的營(yíng)養(yǎng)水平.Zanden等[59]發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)食物分析和穩(wěn)定同位素法得到的342種魚類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)無顯著性差異，證明了新方法的可靠性. 穩(wěn)定同位素計(jì)算結(jié)果用連續(xù)數(shù)值標(biāo)示生物在食物網(wǎng)中所處位置，與傳統(tǒng)方法獲得的正整數(shù)相比更能反映其在生態(tài)系統(tǒng)中的真實(shí)狀況[60].

捕食者和食物之間較確定的δ15N差值是穩(wěn)定同位素用于營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān)系計(jì)算的基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際需要選用有針對(duì)性的濃縮系數(shù)和基線生物是開展研究的前提.Minagawa等[10]的試驗(yàn)表明15N濃縮系數(shù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為3.4‰±1.1‰，Post[61]和Mccutchan等[62]基于文獻(xiàn)調(diào)研的結(jié)果分別為3.4‰±0.98‰和2.2‰±0.18‰，相差不大. 多種原因造成了濃縮系數(shù)的差異，如Mccutchan等[62]發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同的食物結(jié)構(gòu)和捕食者部位，15N呈現(xiàn)出不同的富集模式；Zanden等[63]按照生物分類(魚類和無脊椎動(dòng)物)、棲息地(海水和淡水)、調(diào)查方式(實(shí)驗(yàn)室和野外)和食物類型(肉食和植食)比較了15N的濃縮系數(shù)，發(fā)現(xiàn)后二者有顯著性差異(P＜0.05)，但整體在3‰左右；萬祎等[64]和蔡德陵等[65]分別通過渤海灣水生生物網(wǎng)調(diào)查和鳀魚養(yǎng)殖試驗(yàn)得出了3.8‰和2.5‰的15N濃縮系數(shù)并得到應(yīng)用[64,66]，但很多研究還是采用3.4‰[67-69].

通常情況下浮游植物的數(shù)量變動(dòng)劇烈，不適合反映水域時(shí)間和空間的平均信息，因此基線生物多選用研究水域中常年存在、食性單一的浮游動(dòng)物或底棲動(dòng)物[70]，如魏虎進(jìn)[66]等、李紅燕[71]均以水體浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種中華哲水蚤、太平洋紡錘水蚤、針刺擬哲水蚤作為基線生物，以其δ15N值為基線值. 也有研究[61]認(rèn)為，浮游動(dòng)物易受外界干擾、季節(jié)波動(dòng)明顯，應(yīng)選擇個(gè)體較大、生活周期長(zhǎng)的螺類和雙殼類，如已有實(shí)際應(yīng)用的福壽螺[68]、銅銹環(huán)棱螺[72]、珠蚌[73]、櫛孔扇貝[69]、翡翠貽貝[70]等. 在國(guó)內(nèi)，穩(wěn)定同位素技術(shù)曾被用于三峽庫(kù)區(qū)、太湖等淡水水域以及象山港、膠州灣、流沙灣等海域的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜構(gòu)建，所調(diào)查的生物、使用的基線生物和濃縮系數(shù)等如表3所示.

表3 穩(wěn)定同位素在國(guó)內(nèi)水域營(yíng)養(yǎng)譜構(gòu)建中的應(yīng)用Table 3 Application of stable isotopes in domestic trophic position calculation

3.2 生態(tài)位研究

利用δ13C-δ15N散點(diǎn)圖量化營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)位的方法為食物網(wǎng)研究提供了新思路. 在用δ13C-δ15N二維坐標(biāo)關(guān)聯(lián)同位素含量和營(yíng)養(yǎng)功能群的基礎(chǔ)上[79]，提出δ15N差值(δ15N range, NR)，δ13C差值(δ13C range,CR)、總面積(total area, TA)、平均離心距離(mean distance to centroid, CD)、平均最鄰近距離(mean nearest neighbor distance, NND)和平均最鄰近距離標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation of nearest neighbor distance,SDNND)6個(gè)指標(biāo)，分別表示營(yíng)養(yǎng)層次、食源多樣性、占據(jù)生態(tài)位或食物網(wǎng)中營(yíng)養(yǎng)多樣性的總量、營(yíng)養(yǎng)多樣性平均水平、群落的整體密度和營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位分布的均勻程度[80]. 該方法量化了食物網(wǎng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)多樣性程度和冗余度，有利于評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)中每個(gè)物種的功能及生態(tài)位變化.

張文博等[81]和謝斌等[82]使用δ13C-δ15N散點(diǎn)圖研究了海洋漁場(chǎng)中小型消費(fèi)者的碳氮穩(wěn)定同位素比值，分別分析了華南海陵灣、陵水灣兩個(gè)水域和連云港海州灣不同季節(jié)的水生生物NR、CR、TA、CD、NND、SDNND的時(shí)空變化. 蓋珊珊等[83]和俞雅文等[84]將該方法用于不同生物的生態(tài)位研究，分別探討了兩種魚類和兩種蟹類生態(tài)位的寬度和重疊程度. 其中，蓋珊珊等[83]除NR、CR和TA外，還計(jì)算了標(biāo)準(zhǔn)橢圓面積(standard ellipse area, SEA)和營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位重疊面積(overlap area, OA). SEA被認(rèn)為比TA更好，且更不易受樣本數(shù)量干擾[85]. OA量化了生態(tài)位的重疊程度，能更好地評(píng)價(jià)不同物種利用食物資源的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)弱.

3.3 食物源分析

胃含物分析是開展食性研究的經(jīng)典方法，通過直接解剖動(dòng)物胃腸道分析殘留食物的組成，以此了解其食物來源. 實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其具有一系列局限性，包括樣本量小時(shí)偶然性強(qiáng)、不適于難以解剖的小型動(dòng)物、只能反映較短時(shí)間內(nèi)的攝食狀況、食物殘?jiān)螂y消化的食物類型等[86]. 與之相比，生物體內(nèi)某些組織的穩(wěn)定同位素具有較長(zhǎng)的周轉(zhuǎn)時(shí)間，可用來研究長(zhǎng)生命周期內(nèi)消費(fèi)者對(duì)食物的代謝和吸收[87-88].

與定性判斷氮源類似，可通過對(duì)比捕食者和不同來源食物的同位素值分析食物組成. 例如，當(dāng)幾種潛在食源的δ13C值差異顯著，消費(fèi)者的δ13C落在顆粒有機(jī)物和固著藻類之間，可認(rèn)為這二者是主要食物[67]. 張波等[89]根據(jù)生物的δ13C值由棲息水層加深逐漸增大，提出了嶗山灣鰍虎魚不同生命階段攝食不同深度水生生物的變化規(guī)律；崔瑩等[90]結(jié)合中華絨螯蟹各發(fā)育階段特點(diǎn)和碳氮同位素比值分析其洄游期食物組成，強(qiáng)調(diào)了結(jié)合穩(wěn)定同位素與生活習(xí)性開展分析的必要性. 定量分析方面，混合模型同樣被用于食物貢獻(xiàn)率計(jì)算，穩(wěn)定同位素在水生生物食性研究中的應(yīng)用如表4所示. 此時(shí)要注意通過胃含物、文獻(xiàn)查閱等傳統(tǒng)方法確定食源范圍，避免取回的樣品缺失重要的食物來源；另外，尤其針對(duì)15N等營(yíng)養(yǎng)分餾較明顯的同位素，需要選取合適的分餾系數(shù)[97].

表4 穩(wěn)定同位素在水生生物食性研究中的應(yīng)用Table 4 Application of stable isotopes in energy sources analysis

4 其他特定化合物穩(wěn)定同位素技術(shù)

利用氮氧同位素進(jìn)行硝酸鹽溯源是針對(duì)化合物(或離子)中某元素開展的穩(wěn)定同位素分析(compoundspecific isotope analysis, CSIA)應(yīng)用之一. 在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，CSIA也被用于鹵代烴、多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物的溯源[98]. 而在微生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)過程解析方面，Ohkochi等[3]分離純化了日本Kaiike湖中的光合色素并測(cè)定其碳氮穩(wěn)定同位素組成，解釋了與色素相關(guān)的自養(yǎng)微生物的生活深度、同化途徑和生物功能. Isaji等[99]測(cè)定了意大利某鹽場(chǎng)中營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素的δ15N變化，以此探討底棲微生物中氮素的轉(zhuǎn)化途徑及銨態(tài)氮在初級(jí)生產(chǎn)中的循環(huán)利用.

上文所述碳氮同位素分析食源和營(yíng)養(yǎng)級(jí)的研究都是將個(gè)體或組織(如肌肉)作為對(duì)象，檢測(cè)同位素的整體豐度. 目前已知15N濃縮的主要原因是氨基酸代謝中的脫氨基反應(yīng)有較明顯的同位素分餾，導(dǎo)致排泄出更輕的氮同位素[10]. 因此有研究者分離作為生物標(biāo)記物的氨基酸并測(cè)定其δ15N，從中獲得與食物鏈相關(guān)的信息，其理論基礎(chǔ)是：生物體內(nèi)以谷氨酸為代表的一類氨基酸可顯著富集15N(約8‰)，而苯丙氨酸等的15N含量隨食物鏈富集程度較弱(約0.4‰)，二者的δ15N值攜帶了濃縮系數(shù)和基線的雙重信息[100]. 另有研究[101]認(rèn)為，利用谷氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、賴氨酸等多種氨基酸的δ15N計(jì)算營(yíng)養(yǎng)級(jí)可能比僅采用谷氨酸和苯丙氨酸更為準(zhǔn)確. 基于氨基酸氮元素的CSIA方法已在食物網(wǎng)生態(tài)學(xué)中有所應(yīng)用[102]；與此類似，脂肪酸碳元素的CSIA為海洋食物網(wǎng)的食源分析研究、尤其是海底熱液系統(tǒng)中能量來源等方面提供了諸多信息[103].

隨著研究的進(jìn)一步深入，還出現(xiàn)了針對(duì)化合物特定位置元素開展的穩(wěn)定同位素分析(position-specific isotope analysis, PSIA)，以獲得更詳細(xì)的分子內(nèi)同位素分布信息[104]. 例如，NO2中氮素的PSIA方法可被用于研究硝化和反硝化過程，且在一定程度上推算二者發(fā)生的比例[105]. PSIA可以解答CSIA提出的問題，加深人們對(duì)元素在環(huán)境中歸趨與去向的理解.

5 結(jié)論與展望

穩(wěn)定同位素技術(shù)為研究自然和生物過程中的元素遷移轉(zhuǎn)化提供了新手段，其在水環(huán)境和水生態(tài)領(lǐng)域得到快速發(fā)展，在模型方法逐漸完善的同時(shí)積累了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù). 但在實(shí)際應(yīng)用中，還存在以下需要深入解決的問題.

a) 磷是水生態(tài)系統(tǒng)中的重要元素，與水域富營(yíng)養(yǎng)化關(guān)系密切. 然而除31P外，磷的其他同位素均具有放射性，無法類比碳、氮、氧的方法研究水體中磷的來源和轉(zhuǎn)化. 考慮到自然界中磷通常以磷酸鹽形式出現(xiàn)，目前已出現(xiàn)了用PO43-中氧的穩(wěn)定同位素開展磷循環(huán)分析與來源解析的方法. 但由于該領(lǐng)域起步較晚，經(jīng)驗(yàn)不足，目前仍存在諸多問題.

b) 自然界的同位素比值極其復(fù)雜，其原因部分歸結(jié)于同位素分餾系數(shù)隨環(huán)境條件發(fā)生變化，且往往與混合同時(shí)發(fā)生. 因此需要認(rèn)識(shí)到二者的不可分割，并在研究之前深入理解該水域中影響同位素分餾的可能因素. 以SIAR模型為代表，基于貝葉斯算法的模型納入了分餾效應(yīng)和不確定性的考量，建議優(yōu)先選用較新的模型進(jìn)行計(jì)算.

c) 正確的參數(shù)傳入是模型獲得可靠結(jié)果的基礎(chǔ).以營(yíng)養(yǎng)級(jí)研究為例，獲取適當(dāng)?shù)臐饪s系數(shù)對(duì)后續(xù)估算十分關(guān)鍵. 然而目前在用的許多濃縮系數(shù)或?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的分餾試驗(yàn)結(jié)果，通常是特定生物飼喂單一來源食物所得；或?yàn)橐巴鉅I(yíng)養(yǎng)級(jí)富集結(jié)果，受野外環(huán)境復(fù)雜食源影響較大；或?yàn)槎咂骄?，可能?huì)掩蓋多種因素對(duì)營(yíng)養(yǎng)分餾的影響. 因此，模型的基礎(chǔ)參數(shù)需結(jié)合實(shí)際情況謹(jǐn)慎選用，必要時(shí)開展進(jìn)一步試驗(yàn)和討論.

整體同位素-CSIA-PSIA的進(jìn)展揭示了穩(wěn)定同位素技術(shù)深入化、精細(xì)化的發(fā)展趨勢(shì). 隨著計(jì)算科學(xué)的發(fā)展，新的算法讓基于大量數(shù)據(jù)的復(fù)雜計(jì)算變得方便快捷. 未來的研究可能依托多種計(jì)算機(jī)模型開展，如更加優(yōu)化的質(zhì)量守恒模型、分子/原子間相互作用模型、食物網(wǎng)模型等，水體中污染物的轉(zhuǎn)化歸趨以及水生態(tài)系統(tǒng)各物種相互作用都是尺度巨大、變化眾多的復(fù)雜過程，方法學(xué)的進(jìn)步將有助于穩(wěn)定同位素為水科學(xué)研究提供更加合理和明確的證據(jù).

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