马占相思叶片液汁碳同位素甄别率和水分利用效率

利用PMS压力室压取叶片液汁并借助稳定碳同位素质谱仪测定碳同位素比率,分析了马占相思(Acacia mangium )叶片液汁光合产物的甄别率(△)和估测了水分利用效率.结果表明:阴天马占相思林冠层日平均空气CO2 的碳同位素比率(δa)为-7.57‰±1.41‰,晴天则为-8.54‰±0.67‰;阴天叶片液汁的光合产物碳同位素比率(δp)日变化呈鞍型,而晴天则从早上至黄昏逐步降低;晴天δp与叶片/空气水汽压亏缺(D)明显呈负相关,阴天的δp变化相对较小;δp随叶片水势(ψ)降低而降低,显示水分胁迫引起δp降低;叶片液汁的D和经气体交换法获得的细胞胞间(Pi)和外界(Pa)CO2分压之比呈正相关,测定结果与理论上碳同位素相关扩散和生化分馏相一致.分析结果显示,田间马占相思空气CO2经气孔扩散的稳定同位素效应口a=4.6‰,有关Pi的净固定的稳定碳同位素效应6=28.2‰.认为液汁碳同位素甄别率是外围空气CO2进入光合产物的净甄别率,由叶片液汁△估测的水分利用效率与气体交换法所得结果相一致(R2=0.86,P＜0.001).本文所采用的叶片液汁光合产物测定即时△以及计算水分利用效率的方法,可减少田间条件下环境因素明显变化对水分和碳同位素的影响,该方法有助于进一步开展由植株至冠层扩展的碳和水分平衡的生理生态研究.     

中国农业科学院稳定同位素实验室

<正>中国农业科学院稳定同位素实验室成立于2002年,经过近10年的努力,在同位素的研究与测试领域取得一些重要进展,实验室与欧洲7个稳定同位素实验室展开积极的合作,参加了国际比对,实验结果得到了国际同行的认可和高度评价。实验室利用国际原子能机构的标准物质对相关结果进行标定,采用国际标准测定方法进行C、H、O、N、S稳定同位素测定,保证了结果的准确性。     

MIS3阶段以来黄骅北部地区潮坪地层中的微体生物群

依据渤海湾湾顶南侧、古黄河三角洲河北省黄骅市北部地区13个钻孔岩芯材料微体古生物学研究,以及地球化学背景、沉积构造分析,本文确定了自相当海洋氧同位素MIS3阶段以来中潮坪、高潮坪、淡水注入的潮坪、潮汐通道、分支河道及边滩、牛轭湖、贫营养湖、滨海湿地与富营养湖、泛滥平原一泛滥盆地等不同沉积地层中的微体生物(有孔虫、海相与非海相介形类)分布特征.在MIS3阶段高潮坪一低地沉积之后,河口与相邻低地依然持续或断续出现海相微体生物,个别钻孔中其分布甚至延续到末次盛冰期低海面地层中,但是基本都是广盐种和低盐种.这一现象与沿海构造沉降背景下河口位置长期向陆迁移,微体生物随短暂的强潮及突发的风暴潮搬运、甚至与风、水和鸟的搬运作用有关;远离古河道地点则无此现象.这些海侵事件与全球海面变化和古海面高度无关.与渤海湾顶北侧天津沿海相比,黄骅北部未见天津沿海确定的全新世早期潮下带砂质沉积单元,以及相应的微体生物群,应与当时天津沿海构造沉降速率较高有关.在三角洲与潮坪研究中,微体古生物学发挥了重要作用,而不仅是记述内容之一.     

C3植物稳定碳同位素组成与盐分的关系

植物在盐生环境中δ13C值的改变可能包含两个成分:一个是盐分对CO2的扩散、传递或光合速率的影响而引起的δ13C值的改变;另一个是光合途径的转换引起的δ13C值的变化,δ13C值的大小与诱导发生CAM或C4代谢的程度有关.植物组织的δ13C值随盐度的变化趋势除了与植物本身固有的耐盐性有关以外,盐度和胁迫时间是影响植物δ13C的重要因素.根据盐生条件下同位素分馏特点可知,盐生植物与非盐生植物的δ13C随盐度的变化趋势有所不同.对非盐生植物而言,在低盐度和短期的盐处理下,随盐度的增加和胁迫时间的延长植物的δ13C值增大,这个阶段限制光合作用的主要因素是气孔导度;但是如果盐度过低,δ13C变化很小,则难以表现出应有的相关性;随着胁迫的加强,当限制光合作用的非气孔因素成为主导因素时,由于光合作用受到强烈抑制(光合结构遭到破坏),δ13C将随之降低.对盐生植物而言,其δ13C与最适盐度有关.最适盐度下,植物的δ13C低于其它盐度条件下的δ13C值.盐生条件下,有些C3植物可能发生光合途径的转换,无论诱导发生的是C4代谢还是CAM代谢,δ13C值均趋于增大.但是,一般情况下,盐处理诱导的光合途径的改变对植物组织整体的δ13C的影响很小.在密闭环境中或郁闭林地,植物和土壤呼吸释放的CO2再次参与光合作用,也会改变植物的δ13C值.为了更加全面地考察植物δ13C与盐度的关系,需要设置较大的盐度范围和进行长期的胁迫处理,才能够获得相对充分的数据,才有利于全面分析植物δ13C值与耐盐性的关系.     

土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量估算模型研究进展

土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热、CO2通量的准确估算对理解陆地和大气的物质和能量交换过程有着重要意义.重点阐述了基于过程的土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量模型,综述了统计模型、综合模型及基于遥感的模型的发展过程.其中水热通量统计模型包括基于温度和湿度以及基于温度和辐射的方法;CO2通量统计模型包括基于气候因子或蒸散因子以及基于光能利用率的方法.水热通量过程模型包括大叶、双源、多源和多层的水热传输物理模型;CO2通量过程模型包括叶片尺度及由大叶、双叶和多层方法扩展到冠层尺度的生理生态模型以及光合-蒸腾耦合模型.综合模型包括生物物理模型、生物化学模型和生物地理模型.统计模型形式简单,资料易得,对大范围的水热通量模拟具有指导意义;过程模型准确的揭示了水热和CO2通量传输的物理和生理过程,是大尺度综合模型的基础.未来生态系统水热、CO2通量估算模型将集成各种技术手段进行多尺度网络观测和大尺度机理模拟.     

采用稳定碳同位素法分析白羊草在不同干旱胁迫下的水分利用效率

本研究以黄土高原乡土草种白羊草(Bothriochloa ischaemum(L.)Keng.)为研究对象,采用盆栽控制实验,比较白羊草在3个水分处理(CK80%FC、MS60%FC和SS 40%FC)下的生物量积累和分配模式、瞬时水分利用效率(WUE)、不同部位(新叶、老叶、茎、细根、粗根)的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)和碳同位素分辨率(Δ~(13)C)及其相互关系,以及干旱胁迫下影响水分利用效率的主导环境因子。结果表明:1)重度干旱胁迫显著降低植物整体生物量,显著增加根冠比和细根生物量比例;2)随着干旱胁迫加剧,白羊草各器官的δ~(13)C均呈上升趋势,Δ~(13)C呈减小趋势,SS处理不同器官δ~(13)C和Δ~(13)C没有显著差异,CK和MS处理的各器官δ~(13)C均值表现分别为细根粗根老叶新叶茎、细根新叶老叶粗根茎,CK和MS处理Δ~(13)C的值总体呈根叶茎。3)新叶的δ~(13)CNL和Δ~(13)CNL与WUE的相关系数均最大,说明利用稳定碳同位素方法测定白羊草水分利用效率具有可行性。4)不同水分处理的WUE的主导影响因子不同,CK、MS、SS水分处理WUE分别受到叶面温度、大气水汽压亏缺和空气温度的影响最大。为采用稳定碳同位素方法指示白羊草水分利用效率可行性及阐明植物的胁迫响应机制提供理论依据。     

荒漠植物梭梭稳定碳同位素组成与环境因子的关系

以广泛分布于新疆荒漠地区的建群种植物——梭梭(Haloxylon ammodendron)为研究对象,通过对23个样地101份梭梭同化枝样品δ~(13)C值的测定,分析了梭梭稳定碳同位素组成的变化特征及其与环境因子(海拔、日照时数、潜在蒸散量、年平均降水量和年平均温度)的关系,并讨论了不同生境下梭梭同化枝δ~(13)C值的变化特征。研究结果显示:(1)梭梭同化枝δ~(13)C平均值为-14.15‰,其在95%置信区间的变化范围为-13.14‰—-15.38‰,表明梭梭是C_4光合途径的植物。(2)梭梭同化枝δ~(13)C值与年平均降水量和年平均温度呈显著负相关关系,而与日照时数、潜在蒸散量和海拔呈显著正相关关系。我们推测梭梭同化枝δ~(13)C值对各环境因子响应趋势的不同,可能是由气孔限制因素造成的,它是梭梭适应干旱荒漠环境的一种策略。(3)在不同生境下,梭梭同化枝的碳同位素组成存在显著差异。当梭梭群落中的主要伴生种为白刺、红砂时,其δ~(13)C值最高,当主要伴生种为沙拐枣和假木贼时,其δ~(13)C值最低。在灰漠土与灰棕漠土样地中的梭梭δ~(13)C值高于棕钙土、风沙土、石质土样地;盆地中梭梭同化枝δ~(13)C值低于平原、山地、丘陵地形条件下的样地。以上结果表明:梭梭水分利用效率在不同环境梯度和生境中,存在着显著不同,表现出显著的适应策略差异。     

13C脉冲标记法：不同生育期水稻光合碳在植物-土壤系统中的分配

定量生育期内植物光合碳在植物组织-土壤的分配规律,对于理解全球碳循环有着重要意义。采用~(13)C-CO_2脉冲标记结合室内培养,通过元素分析仪-稳定同位素联用(Flash HT-IRMS)分析植物各部分及土壤δ~(13)C值,比较了不同生育期下水稻光合碳在不同组织间的分配规律,并量化了水稻光合碳向土壤碳库的转移。结果表明:(1)水稻地上部和根系干物质量随水稻生育期的增加而呈现递增趋势,不同的生育期表现为:分蘖期拔节期抽穗期扬花期成熟期。而整个生育期的根冠比为0.2—0.4,分蘖期的根冠比最高,随着水稻生育期的增加而递减,到抽穗期以后根冠比稳定在0.2左右。(2)脉冲标记6h后,水稻地上部和地下部(根系)的δ~(13)C值在-25.52‰—-28.33‰,不同器官的δ~(13)C值存在明显分馏效应,且趋势基本一致,即茎杆(籽粒)叶片(根系);这种由于水稻生育期特性导致的各器官碳同位素分馏的现象,可用于指示不同生育期下水稻光合碳的分配和去向。(3)不同生育期~(13)C-光合碳在植物-土壤系统的分配规律不同,生长前期光合碳向根系及土壤中分配的比例高,具有较强的碳汇能力,而随生育期光合碳在根系及土壤中的分配比例呈下降趋势,但积累量不断增加。(4)不同生育期~(13)C光合碳在水稻-土壤系统中的分配比例差异明显。水稻分蘖期有近30%光合碳用于根系建成并部分通过根系分泌物进入土壤有机碳库(10%),而到成熟期则向籽粒中分配较多,而且光合碳在土壤中的分配比例也随生育期呈下降趋势。研究结果对稻田土壤有机碳循环过程和调控机制的揭示具有重要的理论意义。     

中国农业科学院稳定同位素实验室

中国农业科学院稳定同位素实验室成立于2002年,经过近10年的努力,在同位素的研究与测试领域取得一些重要进展,实验室与欧洲7个稳定同位素实验室展开积极的合作,参加了国际比对,实验结果得到了国际     

麦茬处理方式对夏玉米（Zea mays L.）根际生物活性的影响

通过两年3点的大田试验,研究了不同麦茬处理方式(平茬、立茬、除茬)对夏玉米(Zea mays L.)根际生物活性的影响.结果表明:不同麦茬处理的夏玉米根际微生物数量、土壤蛋白酶和脲酶活性均呈先升后降的变化趋势,且在吐丝期达到最大值,但在不同生育时期,不同处理间有所差异,趋势为平茬>立茬>除茬,且苗期差异较大,后期逐渐减小.麦茬处理方式对夏玉米田土壤碳通量的影响也表现出同样趋势.