长期垄作稻田腐殖质稳定碳同位素丰度(δ13C)分布特征

研究了四川盆地丘陵区连续16年垄（宽垄）作稻田土壤稳定碳库腐殖质组分的稳定碳同位素(δ¹³C)分布特征.结果表明： 稻田土壤有机碳含量为宽垄作＞垄作＞水旱轮作.腐殖质碳以胡敏素为主,占土壤碳含量的21%～30%,提取碳以胡敏酸为主,分别占土壤有机碳和腐殖质的17%～21%和38%～65%.土壤有机碳的δ¹³C值介于-27.9‰～-25.6‰,20～40 cm和0～5 cm土壤有机碳δ¹³C值之差约为1.9‰.土壤胡敏酸δ¹³C值比土壤有机碳低1‰～2‰,更接近于油菜和水稻秸秆及根系的δ¹³C值.土壤富里酸δ¹³C值分别较土壤有机碳和胡敏酸高2‰和4‰.耕作层和犁底层胡敏素δ¹³C值分别介于-23.7‰～-24.9‰和-22.6‰～-24.2‰,δ¹³C值的变化反映了耕层中腐殖质的新老混合现象.各有机组分δ¹³C值递减顺序为：胡敏素＞富里酸＞土壤有机碳＞稻草（油菜）残体＞胡敏酸.长期水稻种植有利于增加土壤有机碳含量,同时,耕作方式影响土壤腐殖质δ¹³C在耕作层和犁底层中的分布格局.     

模拟增温对长白山北坡垂直样带森林土壤有机碳稳定碳同位素的影响

分析了长白山北坡垂直样带3种典型原始森林地表凋落物及不同粒径土壤组分中有机质的δ¹³C值,并将在岳桦林样地(EB,海拔1996 m)采集的20 cm土柱分别置换到云冷杉林(SF,海拔1350 m)和阔叶红松林(PB,海拔740 m),云冷杉林样地采集的土柱置换到阔叶红松林中,进行为期1年的野外模拟增温试验.结果表明：3种林型土壤的δ¹³C值均显著高于凋落物的δ¹³C值,凋落物和土壤有机质中的δ¹³C值由地表凋落物向土壤下层逐渐增加,而土壤粒径中有机质的δ¹³C值随粒径减小而增大.3种林型中,凋落物δ¹³C值变化趋势为云冷杉林(-28.3‰)>阔叶红松林(-29.0‰)>岳桦林(-29.6‰),而土壤有机质的δ¹³C值变化趋势为岳桦林(-25.5‰)>阔叶红松林(-25.8‰)>云冷杉林(-26.2‰).在土壤温度增加0.7 ℃～2.9 ℃条件下,土壤及其各粒级的δ¹³C值均呈下降趋势,而且<2 μm粘粒和2～63 μm粉粒δ¹³C值的降幅(0.48‰和0.47‰)高于>63 μm砂粒δ¹³C值的降幅(0.33‰).未来气候变暖可能对储藏在细小颗粒中年龄较长的有机碳带来较大的影响.     

新疆阿勒泰地区近440年来大气δ^13C变化

化石燃料的大量使用和森林的过度砍伐,引起大气中CO₂浓度的大幅度增加,同时由于Suess效应,大气CO₂中的δ¹³C在不断地下降．植物中δ¹³C的变化是大气CO₂浓度和同位素比值变化的敏感指示器．文中利用树木年轮δ¹³C序列和植物碳同位素分馏模型,尝试恢复了新疆阿勒泰地区近440年来大气δ¹³C的变化．结果表明,1850年之前,从树木年轮δ¹³C序列恢复的大气δ¹³C相对恒定在-6．60％0(R²=0．052),而1850年之后,该大气δ¹³C明显降低(R²=0．65)。平均约为-7．04‰,平均年降低0．0084‰．这一结果高于从冰芯气泡所恢复的大气δ¹³C,1850年～1981年冰芯大气δ¹³C平均年降低约0．0065‰．这可能与从树木年轮δ¹³C序列恢复的大气δ¹³C有更高的分辨率及树木生长点大气δ¹³C不同于全球大气δ¹³C值有关．     

华北低丘山区栓皮栎人工林冠层CO2浓度和δ13C变化及其影响因素

采用离轴积分腔输出光谱技术测定华北低丘山区栓皮栎人工林冠层上缘(11 m)和下部(6 m)大气CO₂浓度和δ¹³C值,在小时尺度上分析冠层CO₂浓度和δ¹³C变化及其影响因素.结果表明： 冠层CO₂浓度呈先高后低再升高的日变化趋势,而δ¹³C值没有明显一致的日变化规律.白天大气不稳定状态出现的频率为70.2%,在光合作用和林内湍流的共同作用下,栓皮栎冠层下部CO₂浓度高于冠层上缘约1.70 μmol·mol^-1,而δ¹³C值低于冠层上缘约0.81‰.晚上大气稳定状态出现的频率为76.2%,湍流弱,冠层叶片呼出的CO₂不易流动,导致冠层下部CO₂浓度高于上缘约1.24 μmol·mol^-1,δ¹³C值低于冠层上缘约0.58‰.白天和晚上冠层上下缘的CO₂浓度差值与δ¹³C差值均呈显著的相关关系.逐步回归分析表明,白天太阳辐射和相对湿度是影响冠层CO₂浓度和δ¹³C值差异的主要环境因子,晚上温度显著影响冠层下部与上缘δ¹³C值的变化,这些环境因子通过增强或减弱光合和呼吸作用来影响冠层大气中CO₂浓度和δ¹³C值的变化.     

预处理及保存方法对浮游动物碳、氮稳定同位素比值的影响

研究了不同预处理及保存方法对浮游动物碳、氮稳定同位素比值的影响.结果表明:未清养的舌状叶镖水蚤PhyHodiaptomus tunguidus与清养3h的相比δ¹³C和δ¹⁵N的差异均不显著,但肠道内含物造成了重复样品间的较大偏差;去除脂肪后的舌状叶镖水蚤δ¹³C和δ¹⁵N均显著升高;经甲醇保存后,舌状叶镖水蚤和奥氏秀体溞Diaphanosoma orghidani transamurensis的δ¹³C均有所升高,但不显著;经乙醇保存后,舌状叶镖水蚤δ¹³C显著升高,而奥氏秀体溞的δ¹³C也有所升高但不显著;经过甲醛保存后,舌状叶镖水蚤和奥氏秀体溞的δ¹³C降低,但不显著;冰冻保存使奥氏秀体溞的δ¹³C显著降低,而使舌状叶镖水蚤的δ¹³C也有所降低但不显著.四种保存方法对舌状叶镖水蚤和奥氏秀体溞的δ¹⁵N都没有显著影响.在进行不同研究间的比较时,必须考虑样品保存与处理方法造成的差异.同时,食物网结构的稳定同位素研究有待建立统一的样品保存与处理方法.     

马占相思人工林净二氧化碳交换和碳同位素通量

应用稳定碳同位素技术,对马占相思人工林冠层受光和遮荫叶片的碳同化率(A_net)和叶面积指数(L)进行加权,将叶片水平的¹³C甄别率(Δ_i)扩展至冠层光合甄别率(Δ_canopy),测定光合固定和呼吸释放的碳同位素通量及其净交换通量.结果表明：Δ_canopy的日变化明显,日出前和中午出现较低值(18.47‰和19.87‰),而日落前达到最大(21.21‰);秋季末期(11月)至翌年夏季,Δ_canopy逐步升高,年平均为(20.37±0.29)‰.不同季节自养呼吸(日间叶片呼吸除外)和异养呼吸释放CO₂的碳同位素比率(δ¹³C)平均值分别为(-28.70±0.75)‰和(-26.75±1.3)‰,春季林冠夜间呼吸CO₂的δ¹³C最低(-30.14‰),秋季末期最高(-28.01‰).马占相思林与大气的CO₂碳同位素通量在春季和夏季中午时峰值分别为178.5和217 μmol·m^-2 ·s^-1·‰,日均值分别为638.4 和873.2 μmol·m^-2·s^-1·‰.冠层叶片吸收CO₂的碳同位素通量较呼吸释出CO₂的碳同位素通量高1.6～2.5倍,表明马占相思林日间吸收大量CO₂,降低空气CO₂浓度,具有改善环境的良好生态服务功能.     

海蜇-对虾-蛤仔综合养殖池塘的食物网

为了研究海蜇-对虾(中国明对虾、斑节对虾)-菲律宾蛤仔海水综合养殖池塘养殖生物的食性、营养级和池塘食物网结构,在2017年5—9月的养殖周期内,采集并检测池塘内各种饵料和4种养殖生物的碳、氮稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N),并运用IsoSource线性混合模型分析了海蜇、中国明对虾、斑节对虾和菲律宾蛤仔的食物来源。结果表明: 海蜇的主要食物来源为浮游动物;中国明对虾和斑节对虾的主要食物来源为投喂的鯷鱼;菲律宾蛤仔的主要食物来源为浮游植物、底栖硅藻和对虾粪便。综合养殖池塘中菲律宾蛤仔的营养级范围为2.64～2.95,平均值为2.84;海蜇的营养级范围为2.78～3.27,平均值为3.06;斑节对虾的营养级范围为3.03～3.54,平均值为3.25;中国明对虾的营养级范围为3.76～4.40,平均值为3.95。在综合养殖池塘中,菲律宾蛤仔为初级消费者,海蜇为次级消费者,中国明对虾和斑节对虾为捕食者;菲律宾蛤仔在滤食两种对虾粪便的同时一定程度上改善了养殖池塘的水质。     

亚热带季风常绿阔叶林树木年轮的13C/12C和空气CO2浓度变化

测定了亚热带季风常绿阔叶林的几种树木年轮的¹³C/¹²C比率(δ¹³C)。云南银柴的1962-1983年年轮δ¹³C平均为-28.53±0.84（n=5）,华润楠的1951-1984年年轮的δ¹³C为-28.46±0.53（n=6）。黄果厚壳桂的1951-1984年年轮的δ¹³C为-29.19±0.80（n=6）,木荷的1975-1984年年轮δ¹³C为-28.42±0.41（n=4）,δ¹³C数值偏离平均值逐年增大。计算空气CO₂浓度每年递增1.21μ1/L。     

基于稳定同位素的黄河三角洲盐碱地稻蟹种养系统中华绒螯蟹食物源分析

为探讨盐碱地稻蟹种养系统中华绒螯蟹食物源构成,2020年6—10月,在山东东营垦利区,采集稻田中华绒螯蟹及其所有可能食物来源样品,包括植物(伊乐藻、菹草、金鱼藻、浮萍、水稻茎叶、稻谷)、动物(底栖动物、浮游动物)、有机碎屑和人工饲料(配合饲料、玉米粕),并利用碳、氮稳定同位素(δ¹³C和δ¹⁵N)值进行分析,定量其在中华绒螯蟹食物组成中的贡献率。结果表明: 食物源样品δ¹³C值范围为-30.09‰～-11.24‰,δ¹⁵N值范围为0.03‰～12.78‰,不同食物源δ¹³C和δ¹⁵N值呈现明显差异。中华绒螯蟹肌肉中δ¹³C值变化范围为-24.61‰～-20.08‰,δ¹⁵N值变化范围为4.74‰～9.21‰,表明稻蟹种养系统中华绒螯蟹食物来源较丰富。养殖期间各食源贡献率为植物(46.7%～57.1%)>动物(21.5%～24.5%)>人工饲料(10.9%～21.3%)>有机碎屑(7.1%～7.9%)。可见,盐碱地稻田系统天然饵料基本能够满足中华绒螯蟹摄食需求,即使本试验投喂非动物性人工饵料,也未改变中华绒螯蟹主要食源贡献率。     

岩溶区不同根系地下生境类型白栎叶片δ13C值的变化

选取岩溶区白云岩低倾产状多层空间类型、中倾产状多层空间类型及高倾产状多层空间类型3种根系地下生境类型中生长的优势树种白栎为对象,研究白栎叶片的δ¹³C值及其与各类型生境中土壤条件的关系,以及白栎水分利用效率.结果表明： 3种类型中的白栎叶片δ¹³C值存在显著差异,表现为低倾产状多层空间类型(-26.35‰)>高倾产状多层空间类型(-26.66‰)> 中倾产状多层空间类型(-27.07‰),白栎水分利用效率依次降低;白栎叶片的δ¹³C值与根系地下生境类型中土壤水分含量显著相关,但与土壤元素含量相关性不显著;δ¹³C值随土壤水分含量和肥力水平的减少而增加.     

浮游动物稳定碳、氮同位素特征及其在水生态系统研究中的应用

浮游动物在水域生态系统食物网中起着承上启下的作用,其稳定碳、氮同位素(δ¹³C、δ¹⁵N)被广泛用于研究对食物资源的利用,揭示物质循环路径及与其他生物之间的营养关系等.浮游动物的稳定同位素也常用于解释初级生产力,判断水体污染物和环境变化过程.明确浮游动物稳定同位素组成的时空变化及影响因子,对于以其稳定同位素组成作为研究水生态系统生态过程和环境变化的指示物尤为重要.本综述基于国内外学者对水生态系统中浮游动物δ¹³C、δ¹⁵N特征及其应用的研究成果,梳理了浮游动物δ¹³C 和δ¹⁵N在不同类型水体、不同类群及时空变化的差异:浮游动物δ¹³C和δ¹⁵N时空变化则主要受食物来源及其同位素组成的影响,后者又受到初级生产力和氮源及水体物理化学性质等因素的影响.未来,浮游动物稳定同位素技术通过与新兴污染物、新兴技术及统计分析方法结合,将在地学、生物学等领域形成多手段、多学科、多尺度的研究方向.     

海拔梯度对巴郎山奇花柳叶片δ13C的影响

2010年在四川卧龙自然保护区选择海拔为2350、2700、3150和3530 m的4个分布地点,研究了巴郎山海拔梯度对奇花柳叶片¹³C、光合、CO₂扩散导度、氮含量、光合氮利用效率(PNUE)和比叶面积(SLA)的影响.结果表明： 随着海拔的升高,目标树种叶片氮含量(尤其是单位面积氮含量)及PNUE增加,叶片¹³C值也随之显著增加,且海拔每升高1000 m,¹³C增加1.4‰;CO₂扩散导度(气孔导度和叶肉细胞导度)的增加,在一定程度上阻碍了叶片¹³C值随海拔升高,但不足以改变¹³C值随海拔升高的趋势;羧化能力是羧化位点与外界CO₂分压比(P_c/P_a),甚至¹³C的限制因子.在海拔2350～2700 m,奇花柳光合系统内部氮素分配主要受温度的影响,而2700～3530 m的光照作用可能更大.奇花柳的SLA随海拔无显著变化.     

Stable isotopes of carbon and nitrogen as indicators of diet and trophic structure of the fish community in a shallow hypereutrophic lake

Stable carbon (δ¹³C) and nitrogen (δ¹⁵N) isotopes were employed to elucidate energy flows and trophic interactions in Lake Apopka, a hypereutrophic lake in central Florida, U.S.A. Isotope compositions of lake biota ranged from −27·1 to −3·0‰ for δ¹³C, and from 3·7 to 13·9‰ for δ¹⁵N. The food web was based primarily on plankton production with diatoms, Microcystis and zooplankton dominating the diet of fish. Carbon isotope evidence showed that pico- and nano-phytoplankton were not a direct carbon source for fish, but were important to zooplankton. δ¹⁵N mass balance estimates indicated that planktivorous fish obtained 48–85% of their diets from zooplankton. The ∼3‰ range of δ¹⁵N in gizzard shad reflected increasing dependence on zooplankton as fish grew whereas the positive relationship between total length and δ¹⁵N of largemouth bass reflected increasing predation on larger planktivorous fish with growth. The broad ranges of δ¹³C (−25·9 to −9·5‰) and δ¹⁵N (5·8 to 14·4‰) of blue tilapia were indicators of diet diversity. Two presumed omnivores (brown bullhead and white catfish) and piscivores (black crappie, largemouth bass and Florida gar) were found to depend on planktivorous fish. However, stable isotope data revealed no trophic links between blue tilapia, an abundant fish in the near-shore area, and piscivores.     

基于稳定同位素技术的海州湾海洋牧场食物网基础及营养结构的季节性变化

基于稳定同位素技术对2015年春季海州湾海洋牧场海域采集的中小型生物消费者,包括鱼类、虾类、蟹类、头足类、螺类和双壳类等与其潜在碳源样品进行分析,利用IsoSource模型计算该海域消费者碳源贡献率,并对2014年夏季生物学样品与2015年春季样品比较,分析食物网营养结构的季节性变化,根据稳定同位素测定结果绘制二维双标图,计算出6种营养结构的量化指标.结果表明: 2015年春季海州湾海洋牧场海域消费者的δ¹³C值范围为-18.9‰～-17.1‰,3种潜在碳源[浮游植物、悬浮颗粒有机物(POM)、沉积物(SOM)]的δ¹³C值范围为-18.1‰～-23.4‰,根据模型计算得出浮游植物对消费者的平均碳源贡献最大,为80.8%,其余依次为SOM和POM,分别为10.8%和8.4%.2014年夏季生物样品与2015年春季样品的δ¹³C值存在显著差异,而δ¹⁵N值无显著性差异;6种量化指标表明群落营养结构存在季节性差异, 2014年夏季的δ¹³C比值范围(CR)、总面积(TA)、平均最邻近距离(NND)和平均最邻近距离标准差(SDNND)均大于2015年春季,δ¹⁵N比值范围(NR)和平均离心距离(CD)无明显变化,夏季群落营养结构冗余度小于春季,且食源多样性水平高于春季,存在季节差异.     

CO2浓度升高和施氮条件下小麦根际呼吸对土壤呼吸的贡献

依托FACE技术平台, 采用稳定¹³C同位素技术, 通过将小麦(C₃作物)种植于长期单作玉米(C₄作物)的土壤上, 研究了大气CO₂浓度升高和不同氮肥水平对土壤排放CO₂的δ¹³C值及根际呼吸的影响. 结果表明: 种植小麦后土壤排放CO₂的δ¹³C值随作物生长逐渐降低, CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1显著降低了孕穗、抽穗期(施氮量为250 kg·hm^-2, HN)与拔节、孕穗期(施氮量为150 kg·hm^-2, LN)土壤排放CO₂的δ¹³C值, 显著提高了孕穗、抽穗期的根际呼吸比例. 拔节至成熟期, 根际呼吸占土壤呼吸的比例在高CO₂浓度下为24%～48%(HN)和21%～48%(LN), 在正常CO₂浓度下为20%～36% (HN)和19%～32%(LN). 不同CO₂浓度下土壤排放CO₂的δ¹³C值和根际呼吸对氮肥增加的响应不同, CO₂浓度与氮肥用量在拔节期对根际呼吸的交互效应显著.