CN1220878C - 生物和土壤样品中δ15N与δ13C值的自动校正方法 - Google Patents
生物和土壤样品中δ15N与δ13C值的自动校正方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于生物学领域。运用本申请方法，可以对生物和土壤样品中由EA-IRMS系统测定的δ15N与δ13C值进行自动校正，给出每次试验标准物质δ15N与δ13C值的最优回归方程，使标准参照物δ15N与δ13C值与真实值之间的离差达到最小，根据最优回归方程重新计算各样品的δ15N与δ13C真实值及其它相关参数如C/N，C%，N%等。通过本项发明提供的计算机程序可以实现上述全部参数的自动分析，大大降低了计算工作量并避免了因人为主观因素可能带来的误差。
Description
一、技术领域
本项技术属于生物学领域。尤其涉及生物和土壤样品中δ15N与δ13C值的自动校正，该方法也同样适用于其它同位素δ值的自动校正。
二、背景技术
碳、氮稳定同位素在生态系统研究领域中得到广泛应用，主要应用于研究生态系统的碳源和氮源、能量流动、营养结构、污染物的生物放大作用及系统稳定性变化，并且可以应用在赤潮研究、环境污染治理、生态动力学建模等方面(蔡德陵等2002)。在地球化学和生态学研究中，由于自然界中稳定同位素的重同位素与轻同位素相比含量极低，因此国际上公认使用相对量取代绝对量来表示同位素的累积程度，通常以δ值来表示。
对于少量样品，一般采用安瓶小样法(刘荣漠等1990)；对于大量样品，目前国际上通常采用仪器如EA-IRMS系统，由Real 32或Isodat NT控制软件进行自动分析。根据标准参照物的测试结果，由EA-IRMS系统测定的δ15N与δ13C值存在一定的误差。误差由多种因素构成，如仪器的运行状况等。因此有必要对仪器测出的δ值进行校正，才能获得准确的样品δ15N与δ13C的值及相关参数。
美国路易斯安娜州立大学Dr.Fry教授针对生物和土壤样品提出了精确估算δ15N与δ13C值的数学模型，并得到了广泛应用，数据分析是使用基于Excel的宏命令方法。目前，该方法只识别Real 32控制软件数据输出格式，需要人工进行调整回归方程的相关参数。此外，使用该方法进行数据分析不仅耗时，而且同样的数据得到不同的调试结果，难以判断结果的可靠性与真实性。
目前国内外尚无对生物和土壤样品中δ15N与δ13C值进行自动校正的相关报道。
三、发明内容
本发明目的是：提供一套用于生物和土壤样品中δ15N与δ13C值的自动校正的方法，支持Real 32或Isodat NT控制软件输出的格式，减少人工计算工作量，完全避免因人为因素带来的数据计算误差。
本发明目的是这样实现的：获得生物和土壤样品中δ15N与δ13C值的自动校正方法，根据输入的标准物质、标准参照物和样品未校正的δ15N与δ13C相关数据，采用离差最大法逐步去除数据点(从0到1/2)并计算出标准物质的回归方程，然后根据回归方程的截距计算出用于校正δ15N与δ13C值的相关参数，在循环计算之后，以标准参照物的δ15N与δ13C值与真实值之间的差值最小为原则，计算各样品δ15N与δ13C的校正值，最后给出标准物质的最优回归方程及计算标准参照物和每个样品的氮和碳的百分含量，C/N和C/N摩尔比。
本发明特点是：根据去除离差最大的数据点和保留1/2数据点的原则，自动循环计算相关系数和标准物质的回归方程，按照测出的标准参照物的值与标准值离差最小化来进行相关系数的选择，给出标准物质的最优回归方程，然后计算样品δ15N与δ13C的校正值以及相关参数。与Dr.Fry教授的基于Excel的宏命令方法相比，明显减少了数据分析工作量，而且对于同一批数据给出了唯一的最优结果，完全避免了人为因素带来的误差，支持Real 32或Isodat NT控制软件输出的格式。
本项技术在生物和土壤δ15N与δ13C值的自动校正中具有重要价值，而且该技术思想同样适用于其它同位素δ值的自动校正与计算。
四、附图说明
图1为本发明程序框图
五、具体实施方式
本项发明提供由计算机程序实现的全部分析过程如下：
对Real 32格式的数据进行数据格式转换；
对原始数据(Isodat NT格式)进行自动检测，统计标准参照物、标准参照物及样品δ15N与δ13C的值及其相应峰的数量，报告统计结果，并给出出错数据的具体信息。
分别计算标准物质δ15N与δ13C值与其相应峰的面积(或倒数)回归方程，结合离差最小化原则筛选相关数据，并进行循环计算，给出最优回归方程，然后计算出标准参照物和样品δ15N与δ13C值的校正值以及氮和碳的百分含量，C/N和C/N摩尔比。
实例分析结果：
实例数据来自美国Louisiana大学生态研究中心提供的天然红树林的叶片样品。根据本项技术分析后得出的标准参照物和样品的δ15N与δ13C值、氮和碳的百分含量、C/N和C/N摩尔比结果如下：
表1标准参照物的δ15N与δ13C校正值及相关参数
| NO | 名称 | 重量(mg) | δ15N | ％N | δ13C | ％C | C/N | C/N(molar) |
| 1 | Citrus | 2.29 | 1.85 | 2.717 | -25.731 | 48.391 | 1.038 | 20.643 |
| 2 | Citrus | 2.34 | 1.918 | 2.728 | -25.769 | 48.392 | 1.034 | 20.562 |
| 3 | Citrus | 2.81 | 1.932 | 2.720 | -26.210 | 48.687 | 1.043 | 20.746 |
| 均值 | 2.48 | 1.900 | 2.722 | -25.903 | 48.490 | 1.038 | 20.650 | |
| S.D. | 0.287 | 0.044 | 0.006 | 0.266 | 0.171 | 0.005 | 0.092 | |
| 标准值 | 1.900 | 25.900 | ||||||
| 误差值 | 0.000 | 0.003 |
表2试验样品的δ15N与δ13C校正值及相关参数
| NO | 样品名称 | 重量(mg) | δ15N | ％N | δ13C | ％C | C/N | C/N(molar) |
| 1 | 138 | 8.89 | 4.550 | 0.470 | -31.523 | 56.884 | 7.057 | 140.327 |
| 2 | 140 | 9.13 | 3.403 | 0.532 | -30.653 | 46.708 | 5.117 | 101.748 |
| 3 | 181 | 7.84 | 5.849 | 0.508 | -29.555 | 41.483 | 4.759 | 94.622 |
| 4 | 191 | 7.80 | 6.360 | 0.542 | -30.133 | 52.402 | 5.637 | 112.090 |
| 5 | 511 | 7.44 | 2.274 | 0.974 | -29.825 | 51.529 | 3.085 | 61.335 |
| 6 | 512 | 7.53 | 5.562 | 0.566 | -29.367 | 43.727 | 4.504 | 89.562 |
| 7 | 513 | 7.69 | 5.342 | 0.747 | -31.138 | 55.615 | 4.338 | 86.258 |
| 8 | 520 | 7.65 | 3.000 | 0.783 | -31.552 | 55.295 | 4.119 | 81.894 |
| 9 | 521 | 7.56 | 2.707 | 0.758 | -31.263 | 55.211 | 4.249 | 84.476 |
| 10 | 522 | 7.12 | 4.385 | 0.713 | -30.825 | 53.588 | 4.382 | 87.128 |
注：本表中仅列出10个样品的计算结果。
本项技术已经应用于美国国家自然科学基金“Costal Oligotrophic EcosystemsResearch”项目。
Claims (1)
1、获得生物和土壤样品中δ15N与δ13C值的自动校正方法，其特征是根据输入的标准物质、标准参照物和样品未校正的δ15N与δ13C值和相应峰的面积，采用离差最大法逐步去除从0到1/2的数据点，计算相关系数并计算出回归方程，然后根据回归方程的截距计算出用于校正δ15N与δ13C值的相关参数，在循环计算之后，以标准参照物的δ15N与δ13C值与真实值之间的差值最小为原则，给出标准参照物的回归方程，根据最优回归方程的截距及计算出的相关参数，最后计算出标准参照物和每个样品的δ15N与δ13C的校正值、氮和碳的百分含量，C/N和C/N摩尔比。
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