中国暖温带落叶阔叶林中某些树种的^(13)C自然丰度:δ^(13)C值及其生态学意义

利用质谱分析仪对暖温带地区落叶阔叶林优势种稳定碳同位素的分析发现不同树种叶片的稳定碳同位素比率差别较大 ,大多数优势种叶片δ13C值在 -2 4.75 1‰± 0 .85 4‰～ -2 8.1 1 3‰± 1 .5 1 9‰之间。叶片的δ13C值可以分为 3个等级 , 级 ,叶片的 δ13C≥ -2 5 .5‰ , 级 ,叶片的 δ13C值在 -2 5 .5‰～ -2 7.5‰之间 , 级 ,叶片的 δ13C≤ -2 7.5‰ ,由于δ13C值在一定程度上能够反映植物的生理生态特性 ,这表明所研究的植物在生理生态特性方面也可以分为 3个类型。同时 ,由于植物的不同器官具有不同的生理生态特性 ,导致器官对 13C具有不同的分馏特性 ,也导致器官之间的δ13C值产生差异 ,分析结果显示树干、根和小枝的δ13C值一般要较叶片的δ13C值高 ,但不同树种又各具特点。生境的差异是影响稳定碳同位素比率的另一个重要原因 ,良好生境条件下生长的植物的δ13C值一般较生长在干旱瘠薄生境下的低。

用自然^(13)C丰度法区分人工林根源呼吸的原理与应用

将土壤呼吸分为土壤微生物呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸的研究对定量评价陆地生态系统地下碳平衡具有重要的意义。理论上,自然13C丰度法是区分林木根源呼吸组分的最佳方法,但目前却难以将其应用于野外实践。本研究以黄河小浪底刺槐人工林为研究对象,利用自然13C丰度法对该人工林纯根呼吸和根际微生物呼吸进行区分,分析不同月份纯根呼吸和根际微生物呼吸在土壤呼吸中所占比例的变化,讨论环境因子对区分纯根呼吸和根际微生物呼吸研究的影响。结果表明:7、8和9月植物旺盛生长季,纯根呼吸占根源呼吸的比例分别为43%、52%和27%;根际微生物呼吸占根源呼吸的比例分别为57%、48%和73%;土壤温度和电导率对纯根呼吸和根际微生物呼吸占土壤呼吸比例及其标准偏差(SD)有一定影响。

运用δ^(13)C值对艾比湖湿地自然保护区主要植被的科属性质研究

【目的】为了正确认识稳定性同位素对艾比湖自然保护区主要植被的科属性质,为艾比湖自然保护区植被的经营管理、植被恢复和生物多样性保护提供依据。【方法】通过野外采样,室内试验,测定了植物叶片含水量及稳定碳同位素比值。【结果】艾比湖湿地自然保护区的植物多以藜科、豆科、柽柳科和夹竹桃科为主,物种较为贫乏;测得有31种C3植物和4种C4植物,C4植物的比例较高,分布集中于藜科;湿地内植物具有较大长期水分利用效率。【结论】C3植物比C4植物有更高的水分利用效率,以木本植物为主的柽柳科、杨柳科、豆科和榆科等相对于以草本为主的车前科、菊科、萝摩艹科等,有更高的水分利用效率,也有较强抗逆干旱的能力。

不同海拔祁连园柏树轮和叶片δ^(13)C值的变化

测定了不同海拔的祁连园柏(Sabinaprzewalskii)树轮和叶片δ13C值以及叶片光合色素、可溶性糖和氮含量.结果表明:树轮δ13C值重于叶片δ13C值,并且没有明显的海拔趋势;叶片δ13C值与叶片光合色素含量明显负相关,但与叶片氮含量和可溶性糖含量没有相关关系;近50a来树轮δ13C值越来越低,尽管不同海拔的树轮δ13C值的下降程度存在差异.叶片和树轮δ13C值的变化可能主要受气孔运动的影响,近50a来树轮δ13C值的下降是由于人类活动造成的.

不同放牧强度下荒漠草原土壤有机碳及其δ^(13)C值分布特征

以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象,通过测定不同载畜率下土壤部分理化性质、土壤有机碳含量和δ13C值,探讨随放牧强度增加土壤有机碳深度分布和δ13C值的组成差异特征。结果显示:随深度增加,有机碳含量呈线性急剧降低,变化范围在16.17～6.26g/kg之间;而土壤有机碳的δ13C值不断增大,变化范围在-22.5‰～-14.3‰。放牧对土壤有机碳的影响主要在0-20cm土层,且放牧强度越大,有机碳含量越低,有机质分解程度越大,δ13C值越偏正。δ13C值的深度变化特征还表明,土壤剖面形成发育过程中当地气候和植被发生了很大的变化,可能实现了由C4植物占优势向C3植物占优势的变迁。

喀斯特峡谷区常见植物叶片δ^13C值与环境因子的关系研究

通过对贵州花江峡谷喀斯特石漠化区4种典型石漠化植物群落中11种常见植物种叶片的δ13C值测定,研究了各植物种对影响植物碳同位素分馏的主要环境因子(土壤储水量、大气相对湿度、光照强度、土壤厚度)的响应,分析了石漠化梯度中不同土层土壤储水量、大气相对湿度、土壤有机质、年均气温、光照强度等环境因子梯度变化与植物叶片δ13C值的关系.结果表明,大部分物种的δ13C值对环境因子的变化趋势表现为随环境水分好转呈下降趋势,即水分利用效率下降;也有部分物种呈稳定不变或逆势上升趋势.相关性分析表明,清香木(Pistacia weinmannifolia)、石岩枫(Mallotus repandus)、红背山麻杆(Alchornea trewioides)的主导因子是土层储水量;肾蕨(Nephrolepis cordifolia)、野桐(Mallotus japonicus var.floccosus)的主导因子是土壤厚度;肾蕨、八角枫(Alangium chinense)、构树(Broussonetia papyrifera)的主导因子是光照强度;而广西密花树(Rapanea kwangsiensis)、圆叶乌桕(Sapium rot undifolium)和灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens)则分辨不出主导因子,即环境影响因素更为综合.总体而言,叶片高δ13C值是对低水分、高光、低资源环境的适应.

长期施肥对土壤有机质δ^(13)C值影响的初步研究

以黑土、棕壤、草甸土和水稻土为供试土壤,通过田间定位并结合室内培养试验,初步研究了不同施肥(包括施用化肥、有机肥以及有机肥配施化肥)条件下全土有机质和胡敏酸的δ13C值。结果表明:一般与未施肥的处理相比,田间施用有机肥以及有机肥配施化肥使全土有机质和胡敏酸的δ13C值均呈下降趋势;培养试验中,施用猪粪后全土有机质和胡敏酸的δ13C值也呈下降趋势,而施用玉米秸秆后则呈增加趋势。产生上述结果的可能原因,一方面是由于不同有机肥料的δ13C值不同,另一方面则是由于施肥改变了土壤有机质的数量与结构组成。初步分析表明,施肥后全土有机质和胡敏酸的δ13C,值与其有机碳数量及结构组成之间并不存在显著的相关性,而全土有机质的δ13C值与其有机碳数量的增加量和增加率之间则存在显著的相关性。

喀斯特石漠化过程的植物叶片δ^(13)C值变化及其环境分析

测定了贵州高原喀斯特小流域内不同等级石漠化样地几种乡土种叶片稳定碳同位素组成的变化及主要环境因子的变化,旨在从小流域尺度上探讨喀斯特石漠化过程中植物δ13C值的变化及影响植物δ13C值变化的主要环境因子.结果表明:石漠化过程中,生境逐渐由低光、高水分环境向高光、低水分环境转变;植物群落δ13C值随石漠化的发展显著增加,即群落的水分利用效率随着石漠化发展显著提高;植物种也基本呈现出随着石漠化进行其δ13C值趋正的趋势,说明随着水分可利用性的降低,植物的水分利用效率提高;所研究的植物的δ13C值的种内差异不同,反应了喀斯特石漠化区不同植物的水分利用对环境变化的不同响应;轻度石漠化坡面上坡和中坡植物δ13C值存在显著差异,而上坡和下坡、中坡和下坡间植物δ13C值不存在显著差异,中度石漠化坡面不同坡位间植物δ13C值均不存在显著差异,这正是喀斯特地区特殊的二元结构水文系统以及其复杂多变的地形地貌的体现;通过对各种石漠化样地植物的δ13C值与环境因子的相关分析得出,水分和光照是影响该区植物δ13C值变化的主控因子.

环境因子与植物体δ^(13)C值关系的研究

通过总结主要环境因子对植物体δ13C值影响,认为大气CO2浓度增加时,植物体δ13C值会下降;光照增强,植物δ13C值增大;UV-B增强时,植物体的δ13C值降低;温度、水分条件与植物体δ13C值的关系,至今还没有形成一致的意见,作者认为可能与其研究区域、研究的植物种数量、种类、植物部分及叶片成熟度、采样时间的不同有关。

不同施氮水平对烤烟叶片δ^(13)C值、生理特征及化学成分的影响

以烤烟品种K326、云烟87、云烟97、红花大金元为试验材料,自然环境下种植。每个品种设置3个不同供氮水平进行品比试验,对生理成熟初期-工艺成熟期第11叶位烟叶δ13C值、比叶重、光合色素和化学成分进行分析研究。结果表明:同一气候环境不同施氮处理条件下,K326、云烟97两品种的δ13C均值均高于云烟87和红大,尤其是云烟97在3个处理中类胡萝卜素含量均偏高、比叶重最大。在低氮和中氮条件下叶绿素a含量也以云烟97含量最高。化学成分分析表明,云烟97的烟碱含量与参考值相比,含量适宜且偏高,总糖、还原糖含量、糖碱比及氮碱比均在适宜范围内,化学成分协调性总体较好。以烤烟δ13C值表述的环境和生理特征的偶联程度,对各品种烤烟光合色素水平、比叶重和化学成分差异进行评估,表现为云烟97显著优于其它3个品种,且其适生能力最强,在中氮水平下种植,可相对提高其产量和品质。3个不同施氮水平下烤烟δ13C值、生理指标和化学成分在品种间表现存在的趋同或差异,可为烤烟种植施氮水平和品种筛选提供参考。

棚内模拟不同烟区降雨量对烟叶δ^(13)C值及生理指标的影响

为探讨云南境内不同清香型烟区降雨对烟草种植的影响,以34年(1971—2004年)烤烟大田生长期平均降雨量为依据,选降雨量自北向南逐渐增加的昆明市东川区(≤500mm)、玉溪市江川县(500~700mm)、玉溪市红塔区(500~700mm)和普洱市(≥1100mm)4地为模拟降雨量值,在红塔区赵桅烤烟试验基地(24°18′N,102°29′E,1645ma.s.l.)进行模拟试验,分析了不同烟区降雨量与烟叶δ13C值及生理指标的关系。结果表明:5个处理烤烟烟叶δ13C值平均值范围为-26.99‰^-25.34‰,表现为T2(江川)>T1(东川)>T3(普洱)>T4(赵桅)>CK(赵桅)。各处理间比叶重没有明显差异,而CK叶绿素总量最高,T4(赵桅)、T1(东川)、T2(江川)次之,T3(普洱)最低。烟叶丙二醛含量T4(赵桅)最高,T3(普洱)、T2(江川)、T1(东川)次之,CK(赵桅)最低。烟叶类黄酮含量T4(赵桅)最高,T2(江川)、T3(普洱)、T1(东川)次之,CK(赵桅)最低。烟叶可溶性蛋白含量为T4(赵桅)>T3(普洱)>T2(江川)>CK(赵桅)>T1(东川)。烟叶δ13C与烟叶可溶性蛋白质、烟叶总碳呈正显著相关;与烟叶类黄酮、碳氮比呈负相关,相关性很弱;与烟叶丙二醛、全氮呈正相关,相关性弱。在降雨量适中的条件下T2(江川)表现为烟株适生能力较强。

辽东栎叶片气孔密度及δ^(13)C值的时空变异

利用数码图像显微镜处理系统和稳定性碳同位素测定技术 ,对 2 0世纪 30— 80年代不同年代不同植被区域内辽东栎叶片气孔密度及δ1 3C值的时空变异规律进行研究。结果表明 ,全国不同区域辽东栎气孔密度为 5 35～80 0stoma·mm- 2 ,平均值为 70 3stoma·mm- 2 ,δ1 3C值为 - 2 8 4 7‰～ - 2 5 0 2‰ ,平均值为 - 2 6 83‰。从时间分布角度 ,由 2 0世纪 30— 80年代 ,暖温带落叶阔叶林区域中辽东栎叶片气孔密度和δ1 3C值持续降低比较明显 ;亚热带常绿阔叶林区域中辽东栎叶片气孔密度呈增加趋势 ,而δ1 3C值呈降低趋势 ;青藏高原高寒植被区域中辽东栎叶片δ1 3C值呈增加趋势 ,但气孔密度几乎没有变化。从空间分布角度 ,30年代 ,暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、青藏高原高寒植被 3个区域中辽东栎气孔密度和δ1 3C值依次递减 ,说明水分利用效率 (WUE)呈下降趋势 ;5 0年代 ,辽东栎气孔密度在 4个植被区域之间产生波动 ,温带针阔叶混交林和亚热带常绿阔叶林 2个区域中的辽东栎气孔密度比较接近 ,且高于气孔密度相差不大的暖温带落叶阔叶林和青藏高原高寒植被 2个区域 ,4个植被区域类型之间辽东栎叶片δ1 3C值差异不大 ;80年代 ,辽东栎在由东到西分布的暖温带落叶阔叶林至温带草原区域 。

增强UV-B辐射对烟叶δ^(13)C值及生理特征的影响

为研究增强UV-B辐射对烟叶δ13C值及生理特征的影响,以烤烟品种K326为试验材料,在大田进行增强UV-B辐射强度试验,并对13、16叶位烟叶的δ13C值、可溶性蛋白、叶绿素、类黄酮、丙二醛含量进行测定。结果表明:增强UV-B辐射对不同生长时期烟叶中δ13C值、可溶性蛋白、叶绿素、类黄酮、丙二醛含量有着重要影响。UV-B辐射对烤烟生理特征的影响程度及对烤烟的伤害程度,16叶位比13叶位高;烟叶的干物质积累量方面,16叶位比13叶位高;烟叶对UV-B辐射具有敏感性,13、16叶位δ13C值对T1处理都较敏感。相关性分析表明,13、16叶位δ13C值与蛋白质、类黄酮、丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素均呈正相关,表明δ13C值在一定程度上与烤烟生理及品质特征相关。本研究为研究烤烟生理生态变化及品质的形成提供了理论依据。

增温施肥对农田土壤有机碳和全氮含量及δ^(13)C、δ^(15)N值的影响

农田土壤是重要的碳氮库,对气候变化极其敏感,但土壤碳氮循环对气候变化的响应目前还不清楚。在全球变暖背景下,为了实现我国碳达峰、碳中和目标,研究增温对土壤有机碳、全氮含量及其碳氮同位素的影响具有重要的现实意义。本研究采用红外辐射加热器模拟全球变暖,使5 cm土壤温度增加约2℃。通过测定灌溉前后土壤有机碳和全氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值的变化,研究增温、施氮和灌溉对华北平原小麦田土壤碳氮库的影响。试验共设4个处理:不施氮不增温(N0T0)、不施氮增温(N0T1)、施氮不增温(N1T0)和施氮增温(N1T1)。结果表明:灌溉前,增温降低了土壤有机碳含量,0~10 cm土层N1T1处理与不增温处理(N0T0和N1T0)之间差异显著(P<0.05),10~20 cm土层N1T1处理与其他处理差异均显著(P<0.05);灌溉后,增温虽有降低土壤有机碳含量的趋势,但差异不显著;施氮条件下,增温显著提升了δ^(13)C值(P<0.05)。增温降低了土壤全氮含量,并在灌溉前10~20 cm土层和灌溉后0~10 cm土层达显著水平(P<0.05);增温提升了土壤δ^(15)N值,灌溉前0~10 cm土层N0T0处理与增温处理(N0T1和N1T1)差异显著(P<0.05),灌溉后0~10 cm土层仅N0T1和N1T0处理间差异显著(P<0.05),而10~20 cm土层增温处理(N0T1和N1T1)均与N1T0处理差异显著(P<0.05)。同一处理同一时期,土壤有机碳和全氮的含量随土壤深度的增加而降低,δ^(13)C和δ^(15)N值随深度增加而升高,但土壤有机碳和δ^(13)C值的变化差异不显著,全氮含量和δ^(15)N值的变化差异显著(P<0.05)。土壤有机碳、全氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值在灌溉前后的差异均不显著。连续5年的增温施氮试验表明,未来气候变暖可能会加快土壤有机碳和全氮的分解,造成更多轻组有机碳损失。灌溉在短期内不会显著改变土壤碳氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值,但其长期影响还需进一步探究。此外,未来研究还应该重视多因素交互作用对土壤碳氮循环的影响。

基于动态模拟计算的低温精馏分离^13C同位素丰度分析

低温精馏法分离碳同位素(12CO/^13CO)的分离系数仅为1.007,且分离操作工况苛刻,富集平衡时间长,为降低工业化装置运行风险,实现^13C同位素富集的动态过程理论预测是工业化技术研究中亟需解决的问题。为此,本文通过采用Aspen Dynamics模拟研究CO低温精馏分离碳同位素的动态过程,获取^13C同位素在全回流、浓缩富集、连续精馏操作条件下的丰度分布等值图,实现^13C同位素在时间和空间两个维度内丰度变化过程的可视化。将上述操作条件下的动态模拟值与试验值进行对比分析,结果显示,两者吻合较好,且富集平衡时塔底^13C丰度和富集平衡时间的相对误差均在15%以下,验证了所建立的低温精馏分离^13C同位素动态模拟计算方法的准确性,可进一步用于高丰度^13C同位素生产装置中丰度变化过程的理论预测。

獐子岛岩相潮间带大型海藻有机碳含量及δ^13C值的季节变化特征

为研究岩相潮间带大型海藻有机碳含量及δ^13C值的季节变化特征,分别于2016年11月(秋)和2017年2月(冬)、5月(春)、8月(夏)对獐子岛岩相潮间带(39°01′E,122°43′N)的大型海藻进行调查,并对其有机碳含量和δ^13C值进行分析。结果表明:共鉴定出大型海藻3门49种,其中红藻门24种,占总数的48.98%;褐藻门17种,占总数的34.69%;绿藻门8种,占总数的16.33%。大型海藻种类数为春季(35种)>冬季(24种)=夏季(24种)>秋季(23种)。不同种类海藻体内的有机碳含量为15.54%~35.03%,δ^13C值在–33.42‰~–7.43‰之间变动。不同季节海藻体内有机碳含量为冬季>春季>夏季>秋季,δ^13C值为夏季>春季>冬季>秋季。

δ^(13)C_H值小于δ^(13)C_P值的蜂蜜样品的综合鉴评

为加强蜂蜜真实性监测,从124份市面蜂蜜样品中筛选出51份δ13CH值(蜂蜜的δ13C值)小于δ13CP值(蜂蜜中蛋白质的δ13C值)的蜂蜜样品,采用元素分析-同位素质谱联用技术(EA-IRMS)、液相色谱-同位素质谱联用技术(LC-IRMS)以及液相色谱测定蜂蜜还原糖含量等多种检测手段,通过检测这些蜂蜜样品的系列稳定碳同位素比值、还原糖和蔗糖含量,对δ13CH值小于δ13CP值的蜂蜜样品进行了综合分析。结果表明:51份源于δ13CH值小于δ13CP值无法检测碳-4植物糖的样品,δ13CH值皆小于-23.5‰,2份样品还原糖含量低于60 g/100g,1份样品蔗糖含量超标,含量为7 g/100g,目前常规检测方法难以有效鉴评δ13CH值小于δ13CP值蜂蜜样品的真实性。将δ13CP-H(δ13CP-δ13CH)、Δδ13CF-G(δ13CF-δ13CG)、Δδ13Cmax(各类糖组分δ13C值的最大差值)以及寡糖检出等指标纳入综合鉴评,发现51份蜂蜜样品中的47份存在掺假掺杂嫌疑,所占比率高达92.16%,掺假掺杂主要以添加碳-3植物源转化产物为主,掺假原料可能是多类物质的复配组合。

δ^(13)C方法在土壤有机质研究中的应用

δ13C方法是近年来用于土壤有机质动力学研究的一种新方法,该方法除了具有14C标记法的优点外,还具有无放射性,可以提供长期的标记,并能使所有的土壤有机质组分都能被均匀标记,相对经济、在实验地采样后直接进行研究等特殊优点,从而在土壤有机质及其组分的来源、周转和C3/C4植被的历史变化研究中得到广泛应用。随着该方法的迅速发展以及各种分析δ13C值技术的不断改进,δ13C方法在研究土壤过程特别是土壤碳循环中显示出新的活力。为了推动δ13C方法在国内土壤有机质研究中的应用,本文对影响土壤有机质δ13C值的因素、国内外近年来该方法在土壤有机质研究中的应用和δ13C值的分析方法作了较全面的综述。

草海ZHJ柱样沉积物有机质的δ^(13)C记录及其古气候信息

提供了三万年以来草海沉积物有机质的δ13C记录。研究结果表明 ,草海沉积物有机质含量主要由岩性控制。一般粘土的有机质含量仅5 %左右 ,而纯泥炭的有机质含量在90 %以上。泥炭的δ13C值很低 ,而棕色粘土有机碳的δ13C值相对较高。一般认为 ,任何植物体的碳同位素组成主要与光合作用的C3和C4两种碳固定途径有关。C3类植物的δ13C值为 -26‰左右 ,而C4类植物大约为 -13‰。C3类植物在低温、潮湿的地区占有优势 ,而C4类植物适应既干旱又高温的气候条件。气候的变化改变C4和C3植物比例 ,从而改变沉积物有机质的δ13C值。由于C3和C4植物的平衡取决于温度和湿度两个因子 ,沉积物有机质δ13C曲线的解释比较复杂。研究结果证实 ,草海盆地不同地区分布的泥炭层 ,确实是间隙性构造隆升的产物 ,泥炭层特征的低δ13C值与气候变化的关系不大。草海盆地的δ13C值剖面和印度南部高沼地泥炭的δ13C记录对古气候变化的响应正好相反。印度南部的δ13C记录与气候干湿变化有很好的相关性 ,气温较高又潮湿的夏季风盛行时期对应低δ13C值。而草海柱样中气温较高时期对应高δ13C值。这两种情况都可以用C3和C4植物适应不同气候条件来解释。草海ZHJ柱样的δ13C记录显示 ,夏季风在早全新世之初达到最盛 ,中全新世减弱。

青藏高原东部高寒草甸植物δ^(13)C年间变化及其环境分析

植物有机体稳定碳同位素组成受植物生长期间气候环境因子的影响,包含了大量的环境信息。要真正理解植物体同位素组成所包含的环境信息首先要研究植物体同位素组成与环境之间的关系。文章通过分析2002年和2003年青藏高原东部青海省门源县境内隶属于19科41属51种植物叶片的δ13C值,研究高寒草甸植物稳定碳同位素组成的年间变化及其与环境因子的关系,分析影响δ13C值变化的关键因子。结果表明,所测植物的δ13C值分布在一个很小的范围-29.2‰～-24.9‰之间,平均值为-26.9‰,说明所测植物的光合作用均通过C3途径实现,这可能与该研究区较低温度有关。研究发现一年生植物δ13C值明显低于多年生植物,而且一年生和多年生植物δ13C值之间的差异在2002年(t=-3.031,P<0.01)和2003年(t=-3.567,P<0.001)均能达到显著性水平,表明多年生植物水分利用效率显著高于一年生植物,能更好的适应该地区寒冷干燥的低温环境。两年间植物δ13C值有明显不同,2003年显著低于2002年(t=6.786,P<0.001)。通过分析两年间环境因子的变化认为植物叶片δ13C值的年间变化主要是由于降水的变化引起的,随降雨量的增加而降低。不同植物种δ13C值年间变化差别很大,反应了植物对环境变化的不同响应。在植被恢复中应选用植物δ13C值随环境变化存在较大差异的物种,因为此类物种能够采取不同的对策适应该地区环境的变化。