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.     

模拟降雨对常绿植物叶表面滞尘的影响

通过模拟降雨实验的方法,在15 mm/h和30 mm/h降雨强度的不同历时条件下,从动态变化、滞尘阈值和建立关系3个方面量化了降雨过程对叶表面不同粒径颗粒物的影响。研究结果表明:叶表面颗粒物滞留率随降雨历时先急剧下降,后趋于稳定状态。降雨初期对叶面尘的影响最为明显,降雨强度较大时洗脱时间更短。颗粒物滞留量和滞留率的阈值均随降雨强度的增加而减小。颗粒物滞留量阈值呈现出10—100μm2.5—10μm0.2—2.5μm的规律,与未降雨前一致。侧柏各粒径颗粒物均能被降雨较有效洗脱;大叶黄杨10—100μm的颗粒物更易被降雨洗脱;油松的颗粒物滞留率阈值达30%—50%,不易被洗脱。降雨量与叶表面颗粒物滞留率有良好的拟合关系,随降雨量的增大,颗粒物滞留率呈指数减小,且减小速率在降雨量10mm内较大,大于10 mm后曲线较为平缓。     

基于稳定碳同位素的北京西山侧柏林生态系统呼吸区分

基于稳定碳同位素对北京西山侧柏林生态系统呼吸进行定量拆分,能够为该地区森林生态系统碳交换研究奠定基础。本研究采用光谱技术对森林不同高度处CO₂浓度和δ¹³C值进行连续观测,同时采用土壤气室和枝条气室测定地下呼吸和地上呼吸的δ¹³C值,求得生态系统呼吸各组分比例。结合土壤呼吸通量的测定,实现对生态系呼吸的定量区分。结果表明: 森林生态系统各呼吸组分夜间δ¹³C值呈波动变化,植物地上呼吸δ¹³C值变化范围为-31.74‰～-23.33‰,土壤地下呼吸δ¹³C值变化范围为-32.11‰～-27.74‰,生态系统呼吸δ¹³C值介于二者之间。夜间平均土壤呼吸通量为1.70 μmol·m^-2·s^-1,占生态系统总呼吸的47%～91%;夜间地上呼吸量的平均值为0.72 μmol·m^-2·s^-1,对生态系统总呼吸的贡献较小。由同位素混合模型推算求得的日间呼吸变异大于温度响应模型的结果,其平均值分别为2.31和2.28 μmol·m^-2·s^-1。