不同生态烟区烤烟δ~(13)C值与生理及品质特征的比较研究

以烤烟品种K326为试验材料,在云南、福建和河南三个生态烟区大田种植,自烟叶生理成熟期起至工艺成熟期,分4次采集中部(第11叶位)烟样,对烟叶的δ13 C值、总碳、全氮、光合色素等进行测定,比较不同生态烟区烤烟δ13 C值的分布、生理生态适应性及品质特征。结果表明:(1)三个生态烟区烟叶δ13 C值、总碳、碳氮比、比叶重、叶绿素a、总叶绿素含量均表现为云南福建河南,全氮含量则为河南云南福建,叶绿素b含量为云南河南福建,类胡萝卜素含量为河南福建云南,其中的δ13 C值、总碳、碳氮比、类胡萝卜素含量在福建和云南烟区间较为接近。(2)烟叶δ13 C值与总碳含量在云南呈正相关,在福建、河南呈负相关关系;三个生态烟区烟叶δ13 C值与全氮含量均呈负相关关系;δ13 C值与光合色素含量在云南、河南烟区均呈正相关关系,在福建烟区均呈负相关关系;δ13 C值与烟碱、氮、钾、氯呈负相关关系,与总糖、还原糖呈正相关关系。(3)云南烤烟香韵丰富,刺激性中等,化学成分协调性最好;河南烤烟香气量较高,刺激性较大;福建烤烟在香气量和化学成分协调性方面表现较差。研究发现,烟叶δ13 C值与烟叶的生理特征、品质特征存在紧密联系,用烟叶的δ13 C值、生理指标、化学品质可区分不同生态烟区烤烟香气风格和品质特征。     

低纬高原两个亚生态区烤烟种植生态适应性

选择地处低纬高原地区海拔存在显著差异的云南省昭通市昭阳区(海拔1949.5m)和大关县(海拔1065.5m)2个种植烤烟的亚生态区,研究了烤烟品种K326在旺长期至成熟期的碳同位素组成(δ13C)、光合色素及抗性生理特征。结果表明:大关烟叶的δ13C值高于昭阳,成熟期与旺长期相比,昭阳烟叶δ13C值升高了0.19‰,而大关烟叶δ13C值降低了0.16‰;昭阳烟叶叶绿素降低速率和丙二醛的累积速率都比大关快;昭阳烟叶旺长期至成熟期总多酚的累积量大于大关;昭阳烟叶比叶重显著高于大关(P<0.05),且昭阳烟叶的比叶重从旺长期至成熟期的增加幅度更大。试验结果说明,烤烟K326在同化能力和抗性生理等方面对不同生态环境条件的适应性存在差异。     

模拟增温对高寒草甸植物叶片碳氮及其同位素δ~(13)C和δ~(15)N含量的影响

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,以高寒矮嵩草草甸4种植物(矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆、麻花艽)为实验材料,设置大(OTC1)和小(OTC2)两类增温小室,测定了其叶片碳氮及其稳定性碳同位素(δ~(13)C、δ~(15)N)等指标在增温3年后的变化。结果表明:除矮嵩草在较小增温小室(OTC2)中C/N比值比对照降低了14.1%,其它物种C/N在两个增温处理下都有所增加,但差异均不显著(P0.05)。4种植物叶片δ~(13)C值在-24.12‰~-28.34‰之间,矮嵩草叶片δ~(13)C值随增温而升高,棘豆、麻花艽随增温而降低,且矮嵩草在OTC2的δ~(13)C值变化达到显著水平(P0.05)。矮嵩草和麻花艽的叶片δ~(15)N值在OTC1和OTC2中均比对照增加,且麻花艽增加较显著(P0.05)。垂穗披碱草在OTC1和OTC2的叶片δ~(15)N值比对照分别减少18.7%和26.9%,差异都不显著(P0.05);棘豆叶片δ~(15)N值在OTC2内比对照低11.0%(P0.05),在OTC1的内比对照高2.8%(P0.05)。可见,高寒矮嵩草草甸不同功能群植物物种碳氮含量及稳定性碳氮同位素含量对短期增温有不同的响应模式和规律。     

黔西北次生林优势树种叶片-凋落物-土壤连续体有机质碳稳定同位素特征

稳定性碳同位素自然丰度(δ13C)能够揭示生态系统长时间尺度的有机碳动态变化,阐明生态系统功能的变化特征。以黔西北次生林14个优势树种为研究对象,测定叶片、凋落物以及根区土壤有机碳含量和δ13C值,分析不同层次碳含量和δ13C丰度之间的相关性。结果表明:14个优势树种叶片碳含量为404.67—487.14 g/kg,总体为针叶树种较高、常绿灌木较低;δ13C值为-31.2‰—-27.1‰,随生活型的变化规律不明显。凋落物碳含量为414.62—561.31 g/kg,与叶片碳含量的变化规律较为一致;δ13C值为-31.5‰—-27.3‰,随树种生活型的变化特征也不明显。根区土壤碳含量为10.02—91.59 g/kg,δ13C值为-26.8‰—-22.5‰,碳含量以光皮桦、银白杨等落叶乔木较高。叶片、凋落物和根区土壤3个层次的碳含量与δ13C丰度之间均呈不显著相关,不同层次的δ13C丰度之间和碳含量之间均为正相关。研究结果有助于反映森林生态系统碳循环过程的关键信息,为森林植被恢复提供理论依据。     

北京地区典型落叶阔叶乔木叶片含氮量和δ15N值对大气氮沉降的响应

为探究植物对大气氮沉降的响应和对这部分氮素的来源指示作用,本研究通过对北京地区198个采样点,典型落叶阔叶乔木杨属(Populus)和柳属(Salix)植物叶片进行采样,测定其叶片样品含氮量和δ~(15)N值。结果表明:北京地区杨属植物叶片含氮量为16.5—38.6g/kg,平均(24.0±4.0)g/kg;柳属植物叶片含氮量为17.2—36.2g/kg,平均(25.9±4.1)g/kg。研究区域范围内杨属、柳属植物叶片的含氮量均呈现出西北低、东南高的对角线型分布,与该区域大气氮沉降的空间变异相吻合。由于研究区域范围内气候因子无明显的变异,植物叶片的含氮量变化反应了大气氮沉降对植物元素化学计量特征的影响和植物对大气氮沉降的响应。北京地区杨属植物叶片δ~(15)N值为-3.95‰—8.10‰,平均(1.15±2.48)‰;柳属植物叶片δ~(15)N值为-3.04‰—9.73‰,平均(2.31±2.60)‰。杨属和柳属植物叶片的δ~(15)N值均呈现出西北高、中部高、东南低的空间分布,与叶片含氮量空间分布趋势相反。中部城区较高的δ~(15)N值反应了交通污染对大气含氮化合物增加的影响;西北部较高的δ~(15)N值反应了该区域受人为活动排放源的影响较少,自然的氮循环是其较高δ~(15)N值的主要原因;东南部较低的δ~(15)N值则有可能是由农业活动和交通共同作用的结果。     

海南新村湾海草床主要鱼类及大型无脊椎动物的食源

利用稳定碳同位素技术,分析了海南岛新村湾海草床中主要鱼类及大型无脊椎动物的食物来源。结果显示,有机碳源δ¹³C值的变化范围为-16.9‰--6.8‰,以海草叶片及其碎屑最高(-7.8‰ ±0.2‰),悬浮颗粒有机质(POM)最低(-16.9±0.2)‰,而附生藻类(-12.0±0.9)‰和沉积物有机质(SOM)(-13.2±0.2)‰居中。消费者δ¹³C值的变化范围为-15.4‰--6.4‰,表明其食物来源较广。IsoSource 混合模型计算结果表明,本海草床棘皮动物、多毛类、甲壳类和大部分的鱼类以海草为主要有机碳源,双壳类主要同化附生藻类和SOM的混合有机碳源,少数鱼类以POM为主要碳源。以上结果表明,海草是海草床中主要鱼类及大型无脊椎动物的重要食物来源。     

马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖 δ13C值对气象因子的响应

通过测定亚热带马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值的连日变化,及其对天气变化过程的响应,研究δ¹³C值对短期天气变化动态的响应特征。结果显示,春季马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C日均值分别介于-26.81‰到-26.49‰之间,以及-29.26‰到-27.47‰之间,平均值分别为(-26.58±0.12)‰和(-28.67±0.65)‰。进一步分析表明,马尾松树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值与取样之前第4天的太阳辐射、水气压亏缺、相对湿度和空气温度显著相关(P≤0.05),杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值取样之前第3天的太阳辐射、水气压亏缺和相对湿度显著相关(P≤0.05),但与空气温度的相关性不显著(P≤0.05)。在所测定的环境因子中,太阳辐射是影响马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值的首要因素。当天降水事件可能导致马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值连日变化出现异常波动。马尾松和杉木韧皮部水溶性糖δ¹³C值可以敏感记录短期天气变化动态。     

会仙喀斯特湿地三种典型植物叶片碳同位素(δ13C)特征及其指示意义

为探讨会仙喀斯特湿地不同生长环境下植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)、稳定碳同位素(δ~(13)C)特征及其生态学指示意义,该文以挺水植物芦苇、浮水植物水葫芦和沉水植物金鱼藻为研究对象,分析了三种典型不同生活型植物叶片的δ~(13)C特征及种间和微生境的差异,并基于植物碳同位素与碳酸酐酶显著正相关的二端元模型,估算了植物利用光合作用固定的碳酸氢根离子(HCO3-)的碳量。结果表明:(1)三种植物叶片δ~(13)C的变化范围为-28.47‰～-21.69‰,平均值为-24.83‰,不同生活型植物间δ~(13)C存在差异,金鱼藻水葫芦芦苇。(2)植物δ~(13)C值与叶片C、N和P元素含量间呈显著正相关,与C/N、C/P和N/P呈显著负相关关系,与底泥的有机质、速效氮、总氮、速效磷和总磷含量呈显著正相关。(3)会仙喀斯特湿地三种不同生活型植物叶片N/P平均值为10.34,表现出植物受N、P共同影响的特征。(4)δ~(13)C的变化特征,揭示了三种水生植物可能通过增加磷利用效率来促进低水分利用率环境下的碳的合成,通过提高植物水分利用效率的策略来代偿较低的氮素利用效率。(5)芦苇光合作用固定HCO3-碳量为159.60 t·a~(-1)·km~(-2),水葫芦为10.80 t·a~(-1)·km~(-2),金鱼藻为9.24 t·a~(-1)·km~(-2),平均值为59.88 t·a~(-1)·km~(-2)。会仙喀斯特湿地植物的不同生活型、光合作用途径和生长微环境,是影响叶片δ~(13)C变化的主要因素。     

不同供水下白羊草(Bothriochloa ischaemum)离体根呼吸特征——基于稳定碳同位素示踪技术

植物根呼吸是土壤呼吸的主要组成,研究根呼吸对生态系统碳收支及碳平衡有重要意义。采用~(13)C脉冲标记技术,在3种供水条件下,对比不同根离体时间(标记后0,6,24,48,216,360 h)的白羊草离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ~(13)C同位素比值变化,分析根参数与离体根呼吸相关性。结果表明:1)不同离体时间的离体根呼吸速率变化趋势一致,3种供水条件下无显著差异,均在0—20 min急剧下降,下降范围为32%—39%。2)测定离体根呼吸释放的δ~(13)C在不同离体时间的变化,为实时监测转移到白羊草根系的~(13)CO_2在根部释放的过程提供了新思路;不同离体时间,3种供水条件下根呼吸释放的δ~(13)C在2 h内均值大小呈:供水充分轻度胁迫重度胁迫。随离体时间(0—360 h)推移根呼吸释放的δ~(13)C均值先增大后减小,在216 h达到峰值31.46‰;3)离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ~(13)C受根系根面积、比根面积、N含量、C/N及根组织δ~(13)C的影响显著。4)轻度水分胁迫可促使根系生长(C固定)和根呼吸(C代谢)同时增加。     

水肥耦合效应对楸树苗木叶片δ~(13)C的影响

以楸树(Catalpa bungei)无性系004-1苗木为研究对象,采用三因素五水平二次回归通用旋转组合设计进行盆栽试验,通过测定6、7和8月份20个处理楸树苗木叶片碳同位素组成δ~(13)C、总氮含量和总磷含量,建立数学模型,分析土壤水分、施氮量和施磷量的主因子效应、单因素效应及其耦合效应对叶片δ~(13)C的影响,以及叶片碳同位素组成δ~(13)C与其总氮含量和总磷含量的关系。结果表明:(1)楸树苗木叶片δ~(13)C存在明显的月动态变化特征,总体上呈现出6月份高于7、8月份的趋势,20个处理苗木叶片δ~(13)C平均值(6~8月)变化范围介于-29.12‰~-26.60‰之间;(2)土壤水分对叶片δ~(13)C有显著负效应,施氮量对叶片δ~(13)C有显著正效应,并且施氮量主效应大于土壤水分主效应,但施磷量对叶片δ~(13)C无显著主效应;单因素效应分析表明,楸树苗木叶片δ~(13)C随土壤水分或施氮量的增加均呈先增加后减小的"抛物线型"关系;土壤水分×施N量对楸树苗木叶片δ~(13)C有显著耦合负效应,土壤水分和施氮量耦合效应图表明,叶片δ~(13)C随土壤水分降低、施氮量增加而逐渐增加;(3)6月、7月和8月份楸树苗木叶片δ~(13)C与其叶片总氮含量均呈显著正相关关系(P0.05;n=100),但叶片δ~(13)C与总磷含量无显著相关关系(P0.05;n=100)。研究认为,楸树苗木叶片碳同位素组成δ~(13)C随生长期表现出动态变化特征,它受到土壤水分、水氮耦合的显著负向影响,以及施氮量的显著正向影响,可以通过合理水肥配施措施大幅提高楸树苗木δ~(13)C。