黑河中游春玉米叶片水δD和δ18O的富集过程和影响因素

植物水的稳定同位素分馏过程是水在土壤-植物-大气连续体中循环的重要环节。以往研究由于叶片水¹⁸O同位素比值(δ¹⁸O _l,b)和氘(D)同位素比值(δD_l,b)(合称δ_l,b)实测数量少只能作为模型验证数据, 导致δ_l,b富集机制研究多集中于模型研究, 缺乏基于野外试验条件的δ_l,b富集的控制机制研究。叶片水δD_l,b和δ¹⁸O _l,b的富集程度(ΔD_l,b和Δ¹⁸O _l,b, 合称Δ_l,b)通常表示为δ_l,b与茎秆水D同位素比值(δD_x)和¹⁸O同位素比值(δ¹⁸O_x) (合称δ_x)之差, 即Δ_l,b = δ_l,b - δ_x。该研究以黑河中游沙漠绿洲春玉米(Zea mays)生态系统为研究对象, 重点采集和分析了季节和日尺度δ_l,b和δ_x数据, 配套开展了大气水汽δ¹⁸O和δD (合称δ_v)等辅助变量的原位连续观测, 探讨了季节和日尺度上的δ_l,b富集特征及其影响因素。结果表明: 叶片水δ_l,b和Δ_l,b的季节变化趋势不明显, 而受蒸腾作用影响表现出白天富集夜间贫化的单峰日变化特征。对于D来说, 无论季节尺度上还是日尺度上, 大气水汽δ_v和相对湿度是δD_l,b和ΔD_l,b的主要环境控制因素; 而对于¹⁸O来说, 无论季节尺度上还是日尺度上, 相对湿度是δ¹⁸O _l,b和Δ¹⁸O _l,b的主要环境控制因素。由于D和¹⁸O在热力学平衡分馏上有约8倍差异, 直接分析叶片水ΔD_l,b和Δ¹⁸O_l,b与影响因素的差异性, 有助于理解叶片水δD和δ¹⁸O富集过程以及对模型发展有一定的指导意义。     

叶片水H2^18O富集的研究进展

植物叶片水H2^18O富集对大气中O2和CO2的^18O收支有着重要影响。蒸腾作用使植物叶片水H2^18O富集,而植物叶片水H2^18O富集的程度主要受大气水汽δ^18O和植物蒸腾水汽δ^18O的影响。过去,通过引入稳态假设（蒸腾δ^18O等于茎水δ^18O）得到Craig-Gordon模型的闭合形式,或将植物整个叶片水δ^18O经过Peclet效应校正后得到植物叶片水δ^18O的富集程度。然而,在几分钟到几小时的短时间尺度上,植物叶片蒸腾δ^18O是变化的,稳态假设是无法满足的。最近成功地实现了对大气水汽δ^18O和δD的原位连续观测,观测精度（小时尺度）可达到甚至优于稳定同位素质谱仪的观测精度。在非破坏性条件下,高时间分辨率和连续的大气水汽δ^18O和蒸腾δ^18O的动态观测,将提高植物叶片水H2^18O富集的预测能力。该文综述了植物叶片水H2^18O富集的理论研究的新进展、研究焦点和观测方法所存在的问题,旨在进一步加深理解植物叶片水H2^18O富集的过程及其机制。     

不同动力学分馏系数对北京山区侧柏叶片水δ18O的模拟

利用稳定同位素技术对植物叶片水¹⁸O同位素组成(δ_L,b)进行研究,可以为植物叶片生理及森林水文的研究提供理论参考。本研究连续监测北京山区侧柏人工林生态系统冠层大气水汽浓度(W_a)和大气水汽¹⁸O同位素值组成(δ_v),结合测定的侧柏枝条水¹⁸O同位素组成(δ_x)和δ_L,b,分析了动力学分馏系数ε_k1(32%)和ε_k2(28%)对δ_L,b的预测效果。结果表明: 侧柏人工林生态系统W_a日变化无明显规律,大气相对湿度(RH)日变化呈“V”型,气孔导度(g_s)在日尺度上先增大后减小;同位素接近稳态时(正午前后),δ_L,b略有增加,W_a、RH、g_s与δ_L,b均呈显著负相关关系;同位素接近稳态条件下,将不同动力学分馏系数ε_k1、ε_k2应用于Craig-Gordon模型,预测δ_L,b,ε_k2的预测值更接近δ_L,b的实测值,表明ε_k2应用于模型更符合北京山区侧柏叶片水同位素富集情况。研究结果将加深对叶片水同位素富集模型、蒸散拆分模型的认识。     

北京山区三种植物叶片水δ~(18)O特征及影响因子

叶片是植物光合作用和呼吸作用进行物质和能量交换的重要场所,而叶片水稳定同位素特征能够反映植物生长周围的气候和生态信息。本研究以旱季、雨季北京山区3种植物侧柏(Platycladus orientalis)、栓皮栎(Quercus variabilis)和荆条(Vitex negundo)叶片水δ18O观测数据为依据,结合土壤水及林内气象因子观测,综合探讨叶片水δ18O变化特征及其影响因子。结果表明:旱季、雨季3种植物一天内利用土壤水分来源较为稳定,枝条水δ18O无明显日变化,3种植物枝条木质部水δ18O雨季旱季;但由于3种植物叶片水δ18O日变幅旱季雨季,3种植物叶片水δ18O相对于枝条木质部水δ18O富集程度旱季雨季,因此造成3种植物叶片水δ18O均值旱季雨季;3种植物叶片水δ18O和δD关系曲线斜率旱季雨季,3种植物叶片水δ18O和δD关系曲线截距旱季雨季,这从另一个方面表明,相对湿度是引起旱季、雨季3种植物叶片水δ18O差异的一个重要因子;旱季,栓皮栎、荆条叶片水δ18O对于5种气象因子(光合有效辐射、气温、相对湿度、气压、VPD)敏感性强于雨季。同时,无论旱季或雨季,侧柏叶片水δ18O与上述5种气象因子间无明显相关性。     

兰州城区绿化植物稳定氢氧同位素特征

选取兰州城区14个公共绿地作为采样点,采集了常绿植物侧柏(Platycladus orientalis)、大叶黄杨(Buxus megistophylla)以及落叶植物国槐(Sophora japonica)、连翘(Forsythia suspensa)的叶片、木质部,结合兰州市气象局提供的西北师范大学新校区自动气象站的监测数据,分析了4种植物叶片和木质部水稳定氢氧同位素的时间变化和空间差异,讨论了其与气温、风速、相对湿度、气压的相关性。结果表明:与常绿植物相比,落叶植物叶片水δ~(18)O更富集,而落叶植物和常绿植物木质部水δ~(18)O在采样期的变化较平缓且与叶片水δ~(18)O的变化趋势相似;4种植物叶片水d变化趋势均与δ~(18)O的变化趋势相反;植物的叶片水蒸腾线斜率和截距与兰州市大气水线相差甚远,且大叶黄杨叶片水和木质部水的蒸腾线斜率最小;常绿植物和落叶植物叶片水δ~(18)O、d与各气象要素的相关性是相反的,其中叶片水δ~(18)O和d与风速和气压的相关性较好。     

叶片水H218O富集的研究进展

 植物叶片水H₂¹⁸O富集对大气中O₂和CO₂的¹⁸O收支有着重要影响。蒸腾作用使植物叶片水H₂¹⁸O富集, 而植物叶片水H₂¹⁸O富集的程度主 要受大气水汽δ¹⁸O和植物蒸腾水汽δ¹⁸O的影响。过去, 通过引入稳态假设(蒸腾δ¹⁸O等于茎水δ¹⁸O)得到Craig-Gordon模型的闭合形式, 或 将植物整个叶片水δ¹⁸O经过Péclet效应校正后得到植物叶片水δ¹⁸O的富集程度。然而, 在几分钟到几小时的短时间尺度上, 植物叶片蒸腾 δ¹⁸O是变化的, 稳态假设是无法满足的。最近成功地实现了对大气水汽δ¹⁸O和δD的原位连续观测, 观测精度(小时尺度)可达到甚至优于稳定 同位素质谱仪的观测精度。在非破坏性条件下, 高时间分辨率和连续的大气水汽δ¹⁸O和蒸腾δ¹⁸O的动态观测, 将提高植物叶片水H₂¹⁸O富集的 预测能力。该文综述了植物叶片水H₂¹⁸O富集的理论研究的新进展、研究焦点和观测方法所存在的问题, 旨在进一步加深理解植物叶片水H₂¹⁸O 富集的过程及其机制。     

箱式通量观测技术和方法的理论假设及其应用进展

碳(CO_2、CH_4)、氮(N_2O)和水汽(H_2O)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~(13)C)和氧稳定同位素比值(δ~(18)O)(CO_2)、δ~(13)C(CH_4)、氮稳定同位素比值(δ~(15)N)和δ~(18)O (N_2O)、氢稳定同位素比值(δD)和δ~(18)O (H_2O)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CO_2及其δ~(13)C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。     

北京土石山区水分在土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的稳定同位素特征

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制.本研究在北京山区选取了两种主要的绿化树种——常绿针叶林侧柏和落叶阔叶林栓皮栎为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水、植物茎干水和叶片水同位素的变化特征进行分析,讨论了水分在大气-土壤-植物连续体中的运动过程.结果表明: 研究区大气降水线方程为δD=7.17δ¹⁸O+1.45(R²=0.93), 土壤蒸发线方程为δD=3.85δ¹⁸O-38.02(R²=0.76), 降水入渗补给土壤水的过程中存在一定程度的蒸发分馏.在不同季节,降水、土壤水和泉水δD和δ¹⁸O值变化规律不同;雨季,δD和δ¹⁸O平均值大小为降水>地下水>土壤水,降水和土壤水共同补充地下水;旱季,δD和δ¹⁸O值大小排序为降水> 土壤水>地下水,降水和地下水都对土壤水有贡献.侧柏和栓皮栎年内茎干水分δD和δ¹⁸O的拟合线性方程分别为δD=5.03δ¹⁸O-30.78 和δD=3.0δ¹⁸O-48.92,栓皮栎利用的土壤水分相对于侧柏更加富集,其水分来源深度更浅.栓皮栎叶片水分同位素变化特征相对于侧柏对大气微环境的反应更加敏感,且其叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强,但是它们对环境条件的变化反应一致.     

基于GCM的中国土壤水中δ~(18)O的分布特征

土壤水中稳定同位素的大尺度空间分布是降水同位素与自然环境综合影响的结果,也是陆面过程模拟中不同水体同位素相互作用的重要环节。限于定位监测在反映大尺度土壤水同位素空间特征中的不足,GCM(General Circulation Models)则有助于深入理解土壤水同位素组成变化的空间格局。本文选用LMDZ(free)、LMDZ(nudged)和MIROC(free)3种模拟结果,对中国陆地表层土壤水δ~(18)O的时空分布特征及土壤水δ~(18)O与气温、降水δ~(18)O之间的关系进行研究。结果表明:(1)中国东南地区土壤水δ~(18)O偏大,东北、西北和青藏高原地区土壤水δ~(18)O偏小,其中青藏高原地区δ~(18)O最小;从全国尺度来看,土壤水δ~(18)O变化特征符合降水δ~(18)O的变化特征;1979—2007年,年均土壤水δ~(18)O、夏季土壤水δ~(18)O和冬季土壤水δ~(18)O均呈现上升趋势。(2)土壤水δ~(18)O与气温的相关性较好,温度效应出现在中高纬度地区,距海洋越远,正相关关系越显著。(3)在全国范围内,3种模拟结果均表明,中国土壤水δ~(18)O与降水δ~(18)O普遍呈正相关,说明大多数地区土壤水的补给来自于降水;相关系数在西北地区较大,在东北地区由南至北逐渐递减,在青藏高原地区出现环状分布,相关系数由内向外递增。     

基于δD和δ18O的青海湖流域芨芨草水分利用来源变化研究

水分条件是限制干旱半干旱地区植物生长重要的生态因子,为了揭示青海湖流域典型生态系统下芨芨草植物的水分利用来源及其如何响应水分条件的变化,选择了自然和干旱控制条件下芨芨草植物,通过测定芨芨草植物茎水和各潜在水源(土壤水、地下水及降水)中δD、δ~(18)O组成,并利用直接比较分析法和多源混合模型计算芨芨草植物对土壤水的利用比例。研究结果表明:表层土壤水分和土壤水中δD、δ~(18)O值表征出较大波动范围,其直接受降水和蒸发作用影响,土壤蒸发线的斜率和截距明显小于大气水线斜率和截距,表明土壤水中同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程,而芨芨草茎水中δD、δ~(18)O值都集中分布土壤水蒸发线附近,说明芨芨草根系主要利用不同深度的土壤水。自然条件下芨芨草在生长季初期(6月)利用表层土壤水(0—10cm,45.1%),8—9月份大降水事件影响土壤含水量和同位素组成,降水入渗深度较深且芨芨草根系对土壤水分吸收的比例相差不大,表明根系在土壤含水量较高时均能吸水不同深度土壤水。在干旱控制条件下芨芨草在7月初主要利用表层土壤水(0-30cm),随着表层土壤水分的减少,根系吸收深度转向较深土壤层,而灌溉后表层土壤水分明显增加,其吸收深度又转向表层,表明芨芨草根系吸收深度能敏感地响应土壤水分的变化。另外还发现芨芨草在生长季内并未直接利用地下水。     

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。     

土壤水分胁迫和大气CO2浓度对光合分馏及后光合分馏的影响

对植物光合和后光合分馏进行分析,有助于提升对植物生理和水分管理等的认识。本研究通过测定大气、侧柏叶片和枝条韧皮部可溶性化合物的δ¹³C,探讨了光合作用时大气和叶片间碳同位素的分馏(ΔC_a-leaf)和光合作用后叶片到枝条间的碳同位素分馏(ΔC_leaf-phlo)对土壤含水量(SWC)和大气CO₂浓度(C_a)的响应。结果表明: ΔC_a-leaf在SWC为田间持水量(FC)的95%～100%(95%～100%FC)且C_a为400 μmol·mol^-1时达到最大值(13.06‰),在SWC为35%～45%FC且C_a为800 μmol·mol^-1时达到最小值(8.63‰);气孔导度和叶肉细胞导度均与ΔC_a-leaf呈显著线性正相关,相关系数分别为0.43和0.44;而ΔC_leaf-phlo并未受到SWC和C_a的显著影响。本研究不仅可以提高对碳同位素的分馏机制的认识,而且可以为植物对未来气候变化的生存适应性提供理论依据。     

江苏高邮大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

为了研究江苏高邮局地水循环特征,应对气候变化和减缓洪涝灾害.本研究采集江苏高邮自2015年7月—2017年10月的121个大气降水样品及环境因子数据,分析该区大气降水氢氧同位素特征,揭示不同季节水汽来源及影响因素.结果表明: 大气降水δD(δ¹⁸O)季节变化明显,冬半年偏正,夏半年偏负;过量氘值亦呈现冬高夏低;年尺度上,大气降水中δD(δ¹⁸O)与温度和降水量皆为负相关关系,呈现“反温度效应”和“降水量效应”;季节尺度上,均未呈现出“温度效应”,秋冬两季呈现出“降水量效应”;HYSPLIT气团轨迹模型结果进一步表明,江苏高邮夏季水汽主要来源于我国南海、印度洋及太平洋,而春、秋、冬季水汽主要来源于亚欧大陆、大西洋、北冰洋水汽混合及局地蒸发.大气降水δD(δ¹⁸O)值的季节变化主要受到季风活动以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响,降水中氢氧同位素值清晰地记录了厄尔尼诺向拉尼拉之间的过渡.     

基于同位素技术的蒸散组分区分采样方案优化研究

采集2021年生长季和非生长季新安江源区常绿针叶林土壤-植物-大气多源水样进行氢氧稳定同位素测试,分析不同来源水分同位素组成(δ¹⁸O和δ²H)的差异及变化特征,评估不同季节多水源采样方案(植物不同部位、土壤不同深度)对蒸散发组分区分的影响程度,进而优化我国南方湿润区森林生态系统蒸散组分区分的氢氧稳定同位素采样方案。结果显示：多源水δ¹⁸O和δ²H在土壤-植物的水分传输过程中逐渐富集,非生长季较生长季更为富集。植物各部位水分的动力学分馏强度随着同位素不断富集而逐渐增大。河道水与山泉水同位素组成分布较为接近,大气水汽相较于其他水源明显最为贫化。土壤水同位素组成垂向分布主要呈现三种不同的规律：随深度增加而减小、先增大后减小或先减小后增大。浅层土壤水同位素组成变化范围大于深层土壤水,拐点位于50—90 cm。由植物各部位与土壤的水同位素组成分布特征及其差异可知符合同位素稳态假设的杉木最佳取样部位为韧皮部。比较基于不同深度土壤蒸发水汽同位素组成δ_E计算得出的T/ET(蒸腾与蒸散发比率)...     

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.     

黄土丘陵区典型天然灌丛和人工灌丛优势植物土壤水分利用策略

细裂叶莲蒿(Artemisia gmelinii)是黄土高原农地退耕后长期存在的天然植物群落优势种。柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)灌丛是黄土高原防治水土流失的主要人工群落类型。研究它们的水分利用策略对评价气候暖干化趋势下黄土高原生态建设可持续性具有重要意义。该研究以退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿群落、退耕30年的天然草地细裂叶莲蒿群落和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿群落为研究对象,采用氧稳定同位素比率(δ~(18)O)技术研究其对不同土层土壤水分利用的季节性变化,通过Mix SIR模型量化各土层土壤水分利用的贡献。结果表明:在δD-δ~(18)O分布图上,对黄土丘陵区降水样的氢稳定同位素比率(δD)和δ~(18)O回归分析得到当地的大气降水线,土壤水和植物水中的氢氧稳定同位素组成在δD-δ~(18)O分布图上都位于当地大气降水线的右下方,表明研究区土壤水分中的同位素组成受强烈蒸发影响发生了富集作用。随着季节变化,退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿植物水分来源可在不同土层之间较为灵活地转换,当浅层(0–40cm)土壤水可利用时,植物主要利用40 cm以上的土壤水分;当浅层土壤干燥时,主要吸收40–80 cm土层土壤的水分。退耕30年天然草地中细裂叶莲蒿主要依赖于0–10 cm表层土壤的水分。这表明在未来极端干旱事件发生频率增大的情况下,退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿具有更大的生存优势,而退耕30年的天然草地细裂叶莲蒿受干旱等极端天气影响更为严重。     

长江源多年冻土区季节性河流氢、氧同位素组成

氢、氧稳定同位素方法是研究多年冻土区水文过程的一种有效手段。基于2009年风火山流域降水和河水δD和δ18O数据,结合水文气象资料,分析多年冻土区季节性河流氢、氧同位素组成。研究表明,研究期间(6—10月)δ18O、δD和氘过剩河水与降水均呈下降的趋势,表明研究区降水是河水的重要补给来源。2#、3#流域δD分别为-66.8‰和-69.6‰,与降水δD(-66.7‰)基本相当;5#流域δD为-62.4‰,显著高于降水。5#流域较高的植被覆盖使地表具有更高的有机质含量、水分和蒸散量,其强烈的蒸发分馏作用使河水富集重同位素。6月份,随着土壤向下融化,降水(δD=-12.1‰)驱替冻结封存的重同位素贫化的土壤水(δD=-71.3‰)补给河流;10月份,地表冻结后抑制降水下渗,使降水和河水δD趋于一致,反映了土壤冻融过程在多年冻土区径流过程中起到的重要影响。该研究为多年冻土区水文过程的变化规律提供了同位素证据。     

植物水分来源稳定氢氧同位素偏移研究进展

稳定氢氧同位素技术能有效计算植物根系水分吸收量,确定植物水分来源贡献,评估植物水分利用策略,是生态水文学探究大气-植被-土壤系统水分传输过程机制的有效工具。然而土壤与木质部水稳定氢氧同位素比值(δ²H和δ¹⁸O)偏移造成植物水分来源贡献率计算偏差,引起氢氧同位素结果差异的原因尚不明晰。该文首先简要介绍氢氧稳定同位素比值偏移现象,其次沿水分在土壤-植物-大气连续体中的传输路径构建梳理框架,系统阐述了3个界面(植物-大气界面、土壤-大气界面和根系-土壤界面)与2个空间(植物体和土壤层)中引起δ²H与δ¹⁸O偏移的自然效应,同时概述了土壤与木质部样品提取与测定技术中引起δ²H与δ¹⁸O偏差的人为效应。最后,根据现有研究进展提出主要问题,从获取同位素时空数据,微尺度同位素偏移原因,提取与测定技术的优化三方面指出未来的发展方向。     

寒温带兴安落叶松和白桦生长季水分利用特征

植物水分利用在生态系统水文循环及其生产力中起着重要作用。气候变化下寒温带森林水分胁迫逐渐加剧,对其典型树种水分利用特征的研究有助于理解寒温带森林生态系统的稳定性及可持续性。以大兴安岭北部典型树种兴安落叶松(Larix gmelinii)(L)和白桦(Betula platyphylla)(B)为研究对象,利用稳定同位素技术测定降雨、木质部水和土壤水中氢氧稳定同位素值(δD和δ¹⁸O),揭示不同水源δD和δ¹⁸O值的分布特征,并利用多源线性混合模型及树干边材液流通量,分析不同水源对2树种的利用率和利用量,揭示生长季兴安落叶松和白桦生长季水分利用特征变化。结果表明：(1)研究区的大气降雨和土壤水同位素均受蒸发的影响发生了一定程度的分馏,且土壤水同位素分馏程度存在树种间的差异,兴安落叶松分馏程度大于白桦。(2)降雨和蒸发对2个林分土壤含水率和土壤水稳定同位素值在上层土壤(0—10cm)影响强烈,而对中下层影响较小,且各层土壤水稳定同位素值表现出显著差异(P<0.05)。(3)在5月和9月兴安落叶松和白桦主要利用上层土壤水分,对上层土壤水分的利...     

三峡水库干-支流作用下生态水文过程的氢氧同位素示踪

三峡工程蓄水运行后,三峡库区支流不同区域的水动力状态存在差异。为了阐明支流库湾的生态水文过程,本文以库腹支流(朱衣河)为研究对象,应用同位素示踪技术,分析了2015年朱衣河及其毗邻长江干流的氢氧同位素时空变化特征,并揭示了干-支流、源头-支流等端元混合过程中的水团特性。结果表明:(1)朱衣河库湾回水区河水的δD组成范围为-84.1‰~-54.4‰,δ~(18)O组成范围为-11.71‰~-8.13‰,与毗邻的干流水体接近,明显低于支流源头来水(δD为-49.6‰~-46.1‰,δ~(18)O为-7.61‰~-7.19‰)。(2)运用二元线性混合模型估算出长江干流对朱衣河回水区的水量补给率约为95%,库湾水体主要受干流倒灌作用的支配。(3)长江干流水体对朱衣河库湾的倒灌模式主要为:汛前消落期和枯水期集中在河口中层;汛期和蓄水期则集中在河口中上层。氢氧同位素示踪技术在分析库湾受干流倒灌模式上具有较好的适用性。(4)长江流域位于季风性气候区域,雨季影响朱衣河库湾氢氧同位素组成的主要因素排序为:干流倒灌作用降水同位素分馏作用,不同于旱季(干流倒灌作用同位素分馏作用降水)。