箱式通量观测技术和方法的理论假设及其应用进展

碳(CO₂、CH₄)、氮(N₂O)和水汽(H₂O)等温室气体的交换通量是生态系统物质循环的核心, 是地圈-生物圈-大气圈相互作用的纽带。稳定同位素光谱和质谱技术和方法的进步使碳稳定同位素比值(δ ¹³C)和氧稳定同位素比值(δ ¹⁸O)(CO₂)、δ ¹³C (CH₄)、氮稳定同位素比值(δ ¹⁵N)和δ ¹⁸O (N₂O)、氢稳定同位素比值(δD)和δ ¹⁸O (H₂O)的观测成为可能, 与箱式通量观测技术和方法结合可以实现土壤、植物乃至生态系统尺度温室气体及其同位素通量观测研究。该综述以CO₂及其δ ¹³C通量的箱式观测技术和方法为例, 概述了箱式通量观测系统的基本原理及分类, 阐述了系统设计的理论要求和假设, 综述了从野外到室内土壤、植物叶-茎-根以及生态系统尺度箱式通量观测研究的应用进展及问题, 展望了气体分析精度和准确度、观测数据精度和准确度以及观测数据的代表性评价在箱式通量观测研究中的重要性。     

生态系统光合与呼吸拆分的同位素理论、方法和应用进展

生态系统光合和呼吸是构成净生态系统CO₂交换量(NEE)的重要组分。涡度相关技术可直接观测生态系统NEE,并通过建立温度回归或光响应曲线等函数将NEE统计拆分为生态系统光合和呼吸,但是存在自相关和高估白天呼吸等问题。稳定同位素红外光谱技术的进步使高时间分辨率大气CO₂及其稳定碳同位素组成(δ¹³C)的连续观测成为可能,与涡度相关技术观测的NEE数据相结合,可实现昼夜和季节尺度生态系统光合和呼吸拆分。本文系统阐述了生态系统光合与呼吸的同位素通量拆分方法的基本理论与假设,阐述了同位素通量观测技术的发展及其应用进展,综述了同位素通量拆分理论解析生态系统光合与呼吸过程的新机制认识,最后总结并展望了同位素通量拆分理论的不确定性以及开展多种拆分方法综合比较的必要性。     

中国区域478种C3植物叶片碳稳定性同位素组成与水分利用效率

目前, 在中国区域关于植物碳稳定性同位素组成(δ¹³C)已经有了很多的研究, 同时, δ ¹³C作为植物水分利用效率(WUE)的替代指标, 得到了越来越广泛的应用。而这些研究多集中在站点或小的区域尺度, 那么在整个中国区域尺度上, δ¹³C能否作为植物WUE的替代指标值得探讨。该文通过对文献资料的收集整理, 研究了中国区域187个采样点478种C₃植物叶片的δ¹³C, 统计分析结果表明δ¹³C的变化范围为-33.50‰- -22.00‰, 均值为-(27.10 ± 1.70)‰。在乔木、灌木和草本3种不同的生活型间, 叶片δ¹³C的差异达到极显著水平, 其中以草本的δ¹³C最高, 乔木最低, 这与在站点或小的区域尺度上的研究结果不同。对不同系统发育类型的植物而言, 种子植物的δ¹³C极显著地大于蕨类植物; 祼子植物与被子植物间的差异未达到显著水平; 单子叶植物极显著地大于双子叶植物。叶片δ¹³C值随经度的变化没有明显的规律, 但是随纬度的增加, δ ¹³C极显著地升高。随年均温度和年均降雨量的降低, 叶片δ¹³C值极显著升高。年均降雨量与δ¹³C间的这种极显著的负相关关系, 与WUE和降水量间的关系一致, 这表明在大的区域尺度上, δ¹³C可以作为植物WUE的指示指标。     

亚热带地区常绿阔叶林SPAC系统水分的氢氧稳定同位素特征

森林的土壤-植物-大气连续体(SPAC)是陆地重要的水循环连续界面过程。本研究通过分析亚热带常绿阔叶林的降水、大气水汽、土壤水、叶片水的同位素组成,探讨森林SPAC系统水分的氢氧同位素组成特征以及植物蒸腾与叶片性状和环境因子的关系。结果表明: 研究区大气降水、土壤水、竹柏枝条水、竹柏叶片水和大气水汽的δD-δ¹⁸O线性回归方程分别为: δD_P=7.97δ¹⁸O_P+12.68(R²=0.97)、δD_S=4.29δ¹⁸O_S-18.62(R²=0.81)、δD_B=3.31δ¹⁸O_B-29.73(R²=0.49)、δD_L=1.49δ¹⁸O_L-10.09(R²=0.81)、δD_V=3.89δ¹⁸O_V-51.29(R²=0.46)。在降水→土壤水→植物水的界面水输送过程中,氢氧同位素逐渐富集,而从土壤蒸发和从植物蒸腾的水汽同位素贫化。在降水和蒸发作用的影响下,土壤水同位素随深度增加有贫化的趋势,而且整体上旱季土壤水同位素比雨季富集。观测期间,枝条水同位素比土壤水略微富集,说明水分在植物体内运输过程中存在受到蒸腾富集作用的可能性。旱季,乔木的枝条水同位素比灌木贫化,说明根系分布更深的乔木植物更倾向于利用深层土壤水。由于在叶片性状、蒸腾速率以及对环境因子的响应程度等方面存在差异,不同植物的叶片水同位素组成随叶龄增长的变化特征有所不同。雨季的环境条件更有利于叶片蒸腾,使雨季的叶片水同位素比旱季富集。叶片水同位素组成与植物叶片含水量呈正相关关系,与相对湿度呈负相关关系,综合反映了植物应对环境变化的水分调控功能。     

蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.     

蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.     

A review of the calibration methods for measuring the carbon and oxygen isotopes in CO2 based on isotope ratio infrared spectroscopy

稳定同位素红外光谱(IRIS)技术克服了传统的大气CO₂气瓶采样-同位素质谱(IRMS)技术时间分辨率低且耗时费力的缺点, 可以实现高时间分辨率和高精度的大气CO₂碳同位素组成(δ ¹³C)和氧同位素组成(δ ¹⁸O)的原位连续测定。基于IRIS技术测量CO₂ δ ¹³C和δ ¹⁸O的误差来源主要包括δ ¹³C和δ ¹⁸O测量值对CO₂浓度变化的非线性响应(浓度依赖性)以及对环境条件变化的敏感性导致的漂移(时间漂移)。如何有效地校正浓度依赖性和时间漂移导致的误差是IRIS仪器应用的前提。该综述阐述了δ ¹³C和δ ¹⁸O测量值的浓度依赖性产生的理论基础, 回顾了浓度依赖性的理论校正和经验方程校正方法和应用; 回顾了时间漂移的校正原理、方法和应用; 概述了数据溯源至国际标准的原理、方法与应用现状。结合实际情况推荐利用3个或3个以上已知CO₂浓度和δ ¹³C、δ ¹⁸O真值的CO₂标准气体涵盖待测气体CO₂浓度的浓度依赖性校正, 设置适当的校正频率校正时间漂移并进行数据溯源。指出应该加强不同仪器和校正方法的比对研究; 采用IRIS技术测定CH₄、N₂O和H₂O同位素组成也可以采取类似的校正方法。     

西北油松叶片δ13C特征与环境因子和叶片矿质元素的关系

选取甘肃、宁夏及内蒙古油松(Pinus tabulaeformis)10个天然种群, 通过测定油松叶片稳定碳同位素组成(δ¹³C)和元素含量等特征, 分析了油松叶片δ¹³C特征及其与环境气候因子和叶片矿质元素含量之间的关系。研究结果表明, 油松叶片δ¹³C的变化范围在-28.68‰ - -25.02‰之间, 平均值为-26.82‰; 油松叶片δ¹³C值与海拔、经度之间相关性不显著, 与纬度之间呈显著正相关, 与年降水量、年平均温度之间均呈显著负相关, 说明年平均温度和年降水量是决定油松¹³C分馏能力差别及生长的主要限制因子; 叶片元素N、P、K、Si、Ca、Fe含量与δ¹³C值有明显的相关性, 其中叶片N、P、K含量与δ¹³C值显著负相关, Si、Ca、Fe含量与δ¹³C值显著正相关, 可见不同种群间δ¹³C组成差异可反映植物营养元素含量的变化状况。不同生境条件下环境气候因子和矿质元素含量的这种响应模式在一定程度上反映和影响了以油松为建群种和优势种的生态系统的δ¹³C变化特性。     

二氧化碳储存通量对森林生态系统碳收支的影响

涡度相关系统观测高度以下的CO₂储存通量对准确评价森林生态系统与大气间净CO₂交换量（NEE）有着重要的影响.本研究以长白山阔叶红松林为研究对象,利用2003年的涡度相关观测数据以及CO₂浓度廓线数据,分析了CO₂储存通量的变化规律及其对碳收支过程的影响.结果表明：涡度相关观测高度以下的CO₂储存通量具有典型的日变化特征,其最大变化量出现在大气稳定与不稳定层结转换期.利用涡度相关系统观测的单点CO₂浓度变化方法与利用CO₂浓度廓线方法计算的CO₂储存通量差异不显著.忽略CO₂储存通量,在半小时尺度上会造成对夜间和白天的NEE分别低估25%和19%,在日和年尺度上,会对NEE低估10%和25%;忽略CO₂储存通量,会低估Michaelis-Menten光响应方程及Lloyd-Taylor呼吸方程的参数,并且对表观初始量子效率α和参考呼吸R_ref的低估最大;忽略CO₂储存通量,在半小时、日及年尺度上,均会对总光合作用（GPP）和生态系统呼吸（R_e）低估约20%.     

Effects of plant intraspecific variation on the prediction of C3/C4 vegetation ratio from carbon isotope composition of topsoil organic matter across grasslands

植物种内变异对草地表层有机质碳同位素组成预测C₃/C₄植被比的影响植物群落中C₃和C₄植物的比例和组成对诸多生态系统过程具有重要影响。解析C₃和C₄植物碳同位素的环境驱动过程与调控因子,对于从土壤碳同位素的角度来预测C₃/C₄植被比和组成具有重要意义。本研究旨在评估草原植物碳同位素特征的种内变异将如何影响C₃和C₄植物的碳同位素组成以及C₃/C₄植被比的预测。沿中国北方草原的自然干旱梯度选择26个植物群落,通过分析植物和土壤的碳同位素组成,采用混合模型来预测C₄植物对土壤有机碳的相对贡献。本研究对比分析了如下3种情境：(1)考虑C₃和C₄植物碳同位素的种内和种间效应;(2)仅考虑碳同位素的种间变异;(3)忽略碳同位素的种内和种间变异。研究结果表明,植物碳同位素组成沿中国北方草原自然干旱梯度的变化具有物种特异性。C₃和C₄植物的碳同位素组成与干旱指数之间呈显著负相关关系,但C₃植物比C₄植物对环境的干旱变化更为敏感。植物碳同位素特征的种内变异在驱动C₃植物功能群碳同位素沿干旱梯度的分布格局中发挥着重要作用。如果忽略植物碳同位素特征的种内变异将会显著高估C₄植物的相对贡献。本研究结果表明,草原植物碳同位素特征的种内变异对于准确预测C₃/C₄植被组成具有重要意义。     

The use of stable isotopes to study ecosystem gas exchange

Stable isotopes are a powerful research tool in environmental sciences and their use in ecosystem research is increasing. In this review we introduce and discuss the relevant details underlying the use of carbon and oxygen isotopic compositions in ecosystem gas exchange research. The current use and potential developments of stable isotope measurements together with concentration and flux measurements of CO₂ and water vapor are emphasized. For these applications it is critical to know the isotopic identity of specific ecosystem components such as the isotopic composition of CO₂, organic matter, liquid water, and water vapor, as well as the associated isotopic fractionations, in the soil-plant- atmosphere system. Combining stable isotopes and concentration measurements is very effective through the use of ”Keeling plots.” This approach allows the identification of the isotopic composition and the contribution of ecosystem, or ecosystem components, to the exchange fluxes with the atmosphere. It also allows the estimation of net ecosystem discrimination and soil disequilibrium effects. Recent modifications of the Keeling plot approach permit examination of CO₂ recycling in ecosystems. Combining stable isotopes with dynamic flux measurements requires precision in isotopic sampling and analysis, which is currently at the limit of detection. Combined with the micrometeorological gradient approach (applicable mostly in grasslands and crop fields), stable isotope measurements allow separation of net CO₂ exchange into photosynthetic and soil respiration components, and the evapotranspiration flux into soil evaporation and leaf transpiration. Similar applications in conjunction with eddy correlation techniques (applicable to forests, in addition to grasslands and crop fields) are more demanding, but can potentially be applied in combination with the Keeling plot relationship. The advance and potential in using stable isotope measurements should make their use a standard component in the limited arsenal of ecosystem-scale research tools. Received: 8 July 1999 / Accepted: 10 January 2000     

Ecosystem-atmosphere CO(2) exchange: interpreting signals of change using stable isotope ratios

Changes in the concentration and stable isotope ratio of atmospheric CO(2) can be used to study variations in the net exchange of carbon dioxide in terrestrial ecosystems (net difference between total photosynthesis and respiration). Changes in the timing of seasonal fluctuations in atmospheric CO(2) concentration have suggested that net uptake of carbon dioxide has been increasing in northern latitude ecosystems in association with warmer temperatures and a lengthening of the growing season. Stable isotope techniques allow a more detailed separation of differences between ecosystem photosynthesis and respiration because these two processes have contrasting effects on both the carbon and oxygen isotope ratio of atmospheric CO(2). Future applications of stable isotope analyses include documenting and monitoring the influence of global environmental change on ecosystem CO(2) exchange at regional scales (10-1000km(2)).     

Stable Isotopes and Carbon Cycle Processes in Forests and Grasslands

Abstract: Scaling and partitioning are frequently two difficult challenges facing ecology today. With regard to ecosystem carbon balance studies, ecologists and atmospheric scientists are often interested in asking how fluxes of carbon dioxide scale across the landscape, region and continent. Yet at the same time, physiological ecologists and ecosystem ecologists are interested in dissecting the net ecosystem CO₂ exchange between the biosphere and the atmosphere to achieve a better understanding of the balance between photosynthesis and respiration within a forest. In both of these multiple-scale ecological questions, stable isotope analyses of carbon dioxide can play a central role in influencing our understanding of the extent to which terrestrial ecosystems are carbon sinks. In this synthesis, we review the theory and present field evidence to address isotopic scaling of CO₂ fluxes. We first show that the ¹³C isotopic signal which ecosystems impart to the atmosphere does not remain constant over time at either temporal or spatial scales. The relative balances of different biological activities and plant responses to stress result in dynamic changes in the ¹³C isotopic exchange between the biosphere and atmosphere, with both seasonal and stand-age factors playing major roles influencing the ¹³C biosphere-atmosphere exchange. We then examine how stable isotopes are used to partition net ecosystem exchange fluxes in order to calculate shifts in the balance of photosynthesis and respiration. Lastly, we explore how fundamental differences in the ¹⁸O isotopic gas exchange of forest and grassland ecosystems can be used to further partition terrestrial fluxes.     

Carbon isotopes in terrestrial ecosystem pools and CO2 fluxes

Stable carbon isotopes are used extensively to examine physiological, ecological, and biogeochemical processes related to ecosystem, regional, and global carbon cycles and provide information at a variety of temporal and spatial scales. Much is known about the processes that regulate the carbon isotopic composition (delta(13)C) of leaf, plant, and ecosystem carbon pools and of photosynthetic and respiratory carbon dioxide (CO(2)) fluxes. In this review, systematic patterns and mechanisms underlying variation in delta(13)C of plant and ecosystem carbon pools and fluxes are described. We examine the hypothesis that the delta(13)C of leaf biomass can be used as a reference point for other carbon pools and fluxes, which differ from the leaf in delta(13)C in a systematic fashion. Plant organs are typically enriched in (13)C relative to leaves, and most ecosystem pools and respiratory fluxes are enriched relative to sun leaves of dominant plants, with the notable exception of root respiration. Analysis of the chemical and isotopic composition of leaves and leaf respiration suggests that growth respiration has the potential to contribute substantially to the observed offset between the delta(13)C values of ecosystem respiration and the bulk leaf. We discuss the implications of systematic variations in delta(13)C of ecosystem pools and CO(2) fluxes for studies of carbon cycling within ecosystems, as well as for studies that use the delta(13)C of atmospheric CO(2) to diagnose changes in the terrestrial biosphere over annual to millennial time scales.     

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.     

Carbon isotopes in functional soil ecology

Soil is an integral part of terrestrial ecosystems. Many soil ecologists interested in soil ecosystem functioning rely, to some degree, on stable isotope methodologies. The study of the natural abundance of carbon isotopes, especially (13)C but also (14)C, in the environment and the use of stable carbon isotope tracers have proved very useful in investigating the soil carbon cycle and soil trophic relationships. Recent methodological and technical advances have greatly extended the possibilities for the application of stable carbon isotopes to terrestrial ecology and have vastly improved our knowledge of belowground ecosystem functioning and will continue to do so. A better understanding of soil processes is invaluable in predicting the future impacts of global environmental change on terrestrial ecosystems.     

林木根呼吸及测定方法进展

 森林土壤呼吸的近2/3是由林木根呼吸产生的,林木根呼吸对估计森林C吸存及构建森林生态系统碳动态模型有重要意义,是全球碳循环研究的一个重要组成部分。林木根呼吸包括生长呼吸和维持呼吸,不同森林生态系统林木根呼吸对土壤呼吸的贡献大多在40%～60%范围内,林木根呼吸在生长季节较高而休眠季节较低。测定林木根呼吸的主要方法有排除根法、离体根法、同位素法和原位PVC管气室法,前两者相对简单、成本低,常用于森林生态系统中;同位素法可原位测定根呼吸,对土壤干扰较小,但不易操作,且成本高。根呼吸受土壤温度、根直径大小、根组织N浓度、环境CO2浓度、土壤湿度、养分有效性等因素的影响。今后的研究应集中在以下方面：1）探讨和比较不同条件下测定根呼吸组成（生长呼吸、维持呼吸）的最合适方法;2）加大在野外条件下使用有效方法分离根呼吸和根际微生物呼吸的力度;3）对森林生态系统根呼吸动态进行长期的定位研究;4）进一步加强研究不同气候带,不同森林类型林木根呼吸,并将研究尺度从气室扩大到区域或全球水平;5）加强林木根呼吸对全球变化的响应及机制的研究;6)对林木根呼吸进行多学科合作研究将为全球C循环做出新的贡献。     

利用原位连续测定水汽δ~(18)O值和Keeling Plot方法 区分麦田蒸散组分

利用稳定同位素技术和Keeling Plot方法可以有效分割地表蒸散量,进而加深对陆地生态系统水循环的理解.该研究通过原位连续测定麦田的水汽同位素数据,评价Keeling Plot方法在分割地表蒸散中的应用,并揭示华北冬小麦(Triticum aes-tivum)蒸腾在总蒸散中的比例.实验于2008年3-5月在中国科学院栾城农业生态站进行,利用国际上先进的H_2~(18)O、HD~(16)O激光痕量气体分析仪(TDLAS)为基础构建的大气水汽~(18)O/~(16)O和D/H同位素比原位连续观测系统,同时利用涡度相关技术、真空抽提技术、同位素质谱仪技术,获取了必要的数据.研究分析了一天中不同时间段的连续的大气水汽δ~(18)O与水汽浓度倒数拟合Keeling Plot曲线的差异和可能的原因.结果显示,中午时段的拟合结果较好,这也暗示中午时段蒸腾速率高时最可能满足植物蒸腾的同位素稳定态假设.进一步的分析发现植物蒸腾的同位素稳定态并不总是成立,尤其是水分胁迫下进入成熟期的小麦,其蒸腾水汽同位素一般处于非稳定态.利用同位素分割结果显示,生长盛期麦田94%-99%的蒸散来源于植物蒸腾.     

利用原位连续测定水汽δ18O值和Keeling Plot方法区分麦田蒸散组分

 利用稳定同位素技术和Keeling Plot方法可以有效分割地表蒸散量, 进而加深对陆地生态系统水循环的理解。该研究通过原位连续测定麦田的水汽同位素数据, 评价Keeling Plot方法在分割地表蒸散中的应用, 并揭示华北冬小麦(Triticum aestivum)蒸腾在总蒸散中的比例。实验于2008年3–5月在中国科学院栾城农业生态站进行, 利用国际上先进的H₂¹⁸O、HD¹⁶O激光痕量气体分析仪(TDLAS)为基础构建的大气水汽¹⁸O/¹⁶O和D/H同位素比原位连续观测系统, 同时利用涡度相关技术、真空抽提技术、同位素质谱仪技术, 获取了必要的数据。研究分析了一天中不同时间段的连续的大气水汽δ¹⁸O与水汽浓度倒数拟合Keeling Plot曲线的差异和可能的原因。结果显示, 中午时段的拟合结果较好, 这也暗示中午时段蒸腾速率高时最可能满足植物蒸腾的同位素稳定态假设。进一步的分析发现植物蒸腾的同位素稳定态并不总是成立, 尤其是水分胁迫下进入成熟期的小麦, 其蒸腾水汽同位素一般处于非稳定态。利用同位素分割结果显示, 生长盛期麦田94%–99%的蒸散来源于植物蒸腾。     

Stable isotopes of carbon and nitrogen in soil ecological studies

The development of stable isotope techniques is one of the main methodological advances in ecology of the last decades of the 20th century. Many biogeochemical processes are accompanied by changes in the ratio between stable isotopes of carbon and nitrogen (¹²C/¹³C and ¹⁴N/¹⁵N), which allows different ecosystem components and different ecosystems to be distinguished by their isotopic composition. Analysis of isotopic composition makes it possible to trace matter and energy flows through biological systems and to evaluate the rate of many ecological processes. The main concepts and methods of stable isotope ecology and patterns of stable isotope fractionation during organic matter decomposition are considered with special emphasis on the fractionation of isotopes in food chains and the use of stable isotope studies of trophic relationships between soil animals in the field.