中国东部亚热带地区树轮δ13C方位变化的谐波分析

对浙江天目山2株柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr,分别简称为CF-1,CF-3)及南京紫金山8株马尾松(Pinus massoniana Lamb.,分别简称为PM-1-PM-4,PM-7-PM-10)树轮δ¹³C平均值方位序列及2株柳杉树轮δ¹³C方位平均值年序列进行了谐波分析。分析结果及相关性检验表明,树轮δ¹³C值的方位变化有很强的谐波特征。第1次谐波与第2次谐波分量的方差贡献率占原序列总方差的百分比,除PM-8与PM-10低于70%外,其余均在70％以上,其中,CF-1与PM-9分别达到了93%和96.5％。第1次与第2次(或第3次)谐波的拟合序列与原序列的相关性极高,相关系数均在0.8以上,都通过了0.05的显著性检验,而且,两次谐波的拟合度均比较高,均在75％以上,拟合效果较好。分析结果表明,用2π与π(PM-1与PM-7为2π/3)两个主要谐波周期就可以较好地拟合各树轮δ¹³C序列的方位变化。初相位值的计算结果显示,第1、2次谐波的初相位值存在明显差异,这表明:不同树体2次谐波振幅的峰值出现的方位区域不同,即以2π及以π(PM-1与PM-7为2π/3)为周期的树轮δ¹³C方位变化的极大值并不出现在固定方位区。所以,两次谐波叠加的结果使树轮δ¹³C极值出现的方位区域更复杂。对天目山2株柳杉树轮δ¹³C各方位均值年序列的分析结果表明,2树轮δ¹³C极值均存在明显的年际漂移,其极大值出现频率较高的方位随树木生长坡向而发生转移。两树轮相比,多数年份其δ¹³C的主极大值出现的方位区基本发生45°的方位转移。而主、次极大值叠加的结果却使δ¹³C极值出现的方位基本发生90°的转移,这种极值转移的方向及转移度数与2株树所在坡向的变化和坡向变化度数正好相一致。     

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δ13C值也随之显著增加,且海拔每升高1000 m,δ13C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δ13C值随海拔升高,但不足以改变δ13C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( Pc/Pa),甚至δ13C的限制因子.在海拔2350～2700m,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.     

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.     

柴达木盆地白刺叶片δ13C与叶片和土壤养分指标的关系

在青海省柴达木盆地选择6个重要的唐古特白刺分布区域,通过测定不同白刺居群的叶片营养元素、土壤养分含量和叶片碳同位素组成δ¹³C,对比不同白刺居群间的叶片δ¹³C特征差异,并分析白刺叶片δ¹³C与地理位置信息及叶片营养和土壤养分含量指标的关系。结果显示:（1）白刺居群间叶片δ¹³C存在显著空间变异性,其叶片δ¹³C变化范围在-25.47‰~-27.66‰之间,平均为-26.66‰。(2）纬度、经度和海拔是白刺叶片δ¹³C重要影响因子,白刺叶片δ¹³C与纬度、经度和海拔分别呈极显著负相关,正相关和正相关关系（n=10）。（3）白刺叶片δ¹³C与叶片有机C含量、N、P、K含量总体均呈负相关关系,但仅叶片有机C含量达到极显著水平（n=30）,其余均未达到显著性水平（n=30）。（4）叶片δ¹³C与表层土壤（0~15 cm）有机质、全N、速效K含量呈极显著负相关关系（n=30）,与全P、碱解N和有效P含量呈显著负相关关系（n=30）,并与15~30 cm土壤有机质和全N含量显著负相关（n=30）,但叶片δ¹³C与30~45 cm土壤各化学指标相关性均不显著（n=30）。研究表明,环境因子纬度、经度、海拔,叶片有机C含量,以及立地土壤全N、全P、碱解N、有效P、速效K含量的变化均显著影响柴达木盆地唐古特白刺居群叶片δ¹³C值。     

模拟增温对植物叶片δ13C值的影响:全球Meta分析

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源变化的适应策略,是当前全球变化研究中的重点。植物叶片碳稳定同位素比值(δ¹³C)是反映植物长期水分利用效率的关键指标,但全球气候变暖对植物叶片δ¹³C值的影响仍存在较大争议。该研究利用Meta分析整合全球范围内51份相关研究文献中的371组数据,较为系统地评估模拟增温对植物叶片δ¹³C及其生理生态指标的影响。结果表明,模拟增温能够使叶片δ¹³C值显著升高0.6%(P<0.001),同时对叶片呼吸速率R_d、气孔导度G_s、净光合作用速率P_n、碳C的效应值分别为0.237、0.062、-0.140、-0.019 (P<0.05)。模拟增温处理在增强植物光合作用的同时提高了叶片呼吸速率(R_d),导致光合产物不断被消耗、叶片碳(C)降低,最终使叶片P_n降低并且叶片δ¹³C产生富集现象。通过进一步对影响因素分析发现,叶片δ¹³C值对增温的响应主要受增温时间、高程和年均气温等控制(相对重要性指数分别为1.00、0.97和0.92)。另外,模拟增温时选用不同的增温模式对叶片δ¹³C值也具有显著不同的影响,采用红外线加热、土柱置换和电缆增温等方法对叶片δ¹³C值具有正向促进作用(效应值分别为0.70、0.44和0.35),而采用遮阳屏与开顶箱增温等方法具有负向作用(效应值分别为-0.17和-0.09)。研究结论对于深入理解全球变化背景下植物水分利用的响应特征具有重要的理论意义,以期为今后该领域的植物生长研究提供理论依据和有效支撑。     

红池坝草地常见物种叶片性状沿海拔梯度的响应特征

叶片性状是决定植物光合能力和羧化能力的关键因素,研究叶片性状在海拔梯度上的变化特征是解释植物对于环境变化的适应策略的重要手段。本文以分布于红池坝(10958′E, 3130′ N)草地的5个常见物种红三叶(Trifolium pratense)、老鹳草(Geranium wilfordii)、紫菀(Aster tataricus)、火绒草(Leontopodium leontopodioides)和绣线菊(Spiraea prunifolia)为研究对象,分析了所有物种(n=56)和不同物种的叶片比叶重(LMA)、叶氮含量(单位面积氮含量Narea、单位重量氮含量Nmass)以及叶片δ13C含量沿海拔梯度(815-2545m)的变化趋势及叶片性状之间的关系。研究结果表明：所有物种样品(n=56)的比叶重(LMA)、Narea和δ13C含量沿海拔梯度的增加呈显著增加趋势;Nmass沿海拔梯度的变化趋势不明显;δ13C含量与LMA、Narea呈现极显著正相关关系;不同物种的叶片性状沿着海拔梯度的响应特征有所不同,绣线菊(S. prunifolia)和老鹳草(G. wilfordii)的叶片性状沿海拔梯度的分布规律与所有物种(n=56)样品分布规律一致,红三叶(T. pratense)、紫菀(A. tataricus)、火绒草(L. leontopodioides)的各叶片性状沿海拔梯度的分布特征有所不同。     

基于树轮δ13C值的北京山区油松水分利用效率

水分利用效率是深入研究森林生态系统水碳循环耦合关系的重要节点之一。北京山区生态系统是北京市的天然生态屏障,研究该地区植被水分利用效率动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳水耦合关系及研究植物对全球气候变化的响应具有重要意义。利用北京市密云县东部山区红门川流域的油松树轮δ~(13)C序列,分析了长期水分利用效率WUE的年际变化。结合密云站及上甸子站的气象数据资料分析结果表明:(1)自1952年至2014年,北京山区红门川流域油松树轮δ~(13)C值序列呈现上升趋势,变动区间为-23.41‰—-27.63‰,平均为-25.56‰;油松WUE的年际值呈现波动下降趋势,变动区间为5.77—16.53,平均值为9.6,平均每年下降0.175,20世纪80年代左右下降趋势最为显著,且之后维持在相对较低的水平,最低值(5.76)出现在1994年,最高值(16.53)出现在1976年,1964年至1980年期间WUE为研究时段内最高,平均值为13.0。由此可见,在过去几十年中,红门川流域油松林的水分利用效率持续降低,固碳能力下降。(2)油松WUE对气温变化响应较好,总体呈现显著负相关,其中与年均气温相关性指数为r~2=0.8248,P0.01,与生长季平均气温相关性指数r~2=0.6952。平均气温每升高0.1℃,油松WUE下降0.205。且平均气温较高的年份油松WUE下降率比低温年份的WUE升高率大,由此推断,气温上升对油松林生态系统水碳循环及耦合关系影响更为显著。(3)油松WUE随着降水量增加而提高,与降水存在一定的正相关关系,但并不显著;在降水量突然减少之后,油松的WUE值会随之上升,持续一段时期后有回落现象,说明WUE值具有一定保守性。(4)WUE对温度变化的响应较降水变化的响应更加敏感。温度的升高及降水的减少导致植物叶片气孔导度降低,进而影响了植物的固碳速率。     

马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖 δ13C值对气象因子的响应

通过测定亚热带马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值的连日变化,及其对天气变化过程的响应,研究δ¹³C值对短期天气变化动态的响应特征。结果显示,春季马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C日均值分别介于-26.81‰到-26.49‰之间,以及-29.26‰到-27.47‰之间,平均值分别为(-26.58±0.12)‰和(-28.67±0.65)‰。进一步分析表明,马尾松树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值与取样之前第4天的太阳辐射、水气压亏缺、相对湿度和空气温度显著相关(P≤0.05),杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值取样之前第3天的太阳辐射、水气压亏缺和相对湿度显著相关(P≤0.05),但与空气温度的相关性不显著(P≤0.05)。在所测定的环境因子中,太阳辐射是影响马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值的首要因素。当天降水事件可能导致马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖δ¹³C值连日变化出现异常波动。马尾松和杉木韧皮部水溶性糖δ¹³C值可以敏感记录短期天气变化动态。     

会仙喀斯特湿地三种典型植物叶片碳同位素(δ13C)特征及其指示意义

为探讨会仙喀斯特湿地不同生长环境下植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)、稳定碳同位素(δ~(13)C)特征及其生态学指示意义,该文以挺水植物芦苇、浮水植物水葫芦和沉水植物金鱼藻为研究对象,分析了三种典型不同生活型植物叶片的δ~(13)C特征及种间和微生境的差异,并基于植物碳同位素与碳酸酐酶显著正相关的二端元模型,估算了植物利用光合作用固定的碳酸氢根离子(HCO3-)的碳量。结果表明:(1)三种植物叶片δ~(13)C的变化范围为-28.47‰～-21.69‰,平均值为-24.83‰,不同生活型植物间δ~(13)C存在差异,金鱼藻水葫芦芦苇。(2)植物δ~(13)C值与叶片C、N和P元素含量间呈显著正相关,与C/N、C/P和N/P呈显著负相关关系,与底泥的有机质、速效氮、总氮、速效磷和总磷含量呈显著正相关。(3)会仙喀斯特湿地三种不同生活型植物叶片N/P平均值为10.34,表现出植物受N、P共同影响的特征。(4)δ~(13)C的变化特征,揭示了三种水生植物可能通过增加磷利用效率来促进低水分利用率环境下的碳的合成,通过提高植物水分利用效率的策略来代偿较低的氮素利用效率。(5)芦苇光合作用固定HCO3-碳量为159.60 t·a~(-1)·km~(-2),水葫芦为10.80 t·a~(-1)·km~(-2),金鱼藻为9.24 t·a~(-1)·km~(-2),平均值为59.88 t·a~(-1)·km~(-2)。会仙喀斯特湿地植物的不同生活型、光合作用途径和生长微环境,是影响叶片δ~(13)C变化的主要因素。     

四川巴郎山齿果酸模叶片氮素及其分配的海拔响应

在卧龙自然保护区, 按海拔梯度选择了齿果酸模(Rumex dentatus)的4个分布地点(2350、2700、3150和3530 m), 对各研究地点的齿果酸模进行了叶片光合、扩散导度、叶片碳稳定同位素组成(δ¹³C)、氮素含量、光合氮利用效率(PNUE)、比叶面积(SLA))等参数的测量, 以期揭示该植物叶片氮素、氮素分配情况及其他生理生态参数随海拔的响应趋势, 进而明确氮素及其分配在齿果酸模响应和适应海拔梯度环境的生物学过程中的作用。结果表明: 随着海拔的升高, 齿果酸模的叶片单位面积氮含量(N_area)随之增加, 进而光合能力随之增加。随着海拔升高而增加的扩散导度也在一定程度上促进了这一趋势, 这可能是落叶草本植物对于高海拔低温所导致的叶寿命缩短的适应结果。沿着海拔梯度, 植物叶片氮素和扩散导度均通过羧化位点与外界CO₂分压比(P_c/P_a)而间接影响叶片δ¹³C值, 且相比之下, 以氮素为基础的羧化能力对于P_c/P_a的作用更大些, 进而导致齿果酸模叶片δ¹³C随海拔增加; 随着海拔的升高, 齿果酸模叶片将更多的氮素用于防御性结构组织的建设, 这也是SLA和PNUE降低的主要原因; 在光合系统内部, 随着海拔的升高, 植物光合组织增加了用于捕光系统氮素的比例, 使得植物可以更好地利用随海拔升高而增强的光照资源, 进而促进了光合能力的增加。可见, 氮素及其在叶片各系统间(尤其是在光合系统与非光合系统间)的分配方式是齿果酸模适应和响应海拔梯度环境的关键。     

高山植物叶片δ 13C的海拔响应及其机理

植物13C的分辨研究已成为植物生态学和全球碳循环研究的核心问题之一.植物13C的分辨是环境和生物因子共同作用的综合结果,海拔梯度变化不仅可以造成植物生存环境的变化,而且还可以造成植物形态和生理特征的变化,因此,高山植物13C分辨随海拔的变化为深入揭示植物13C分辨的环境和生物因子的作用机理提供了非常理想的研究条件.在简单介绍植物13C分辨基本理论的基础上,对目前国际上高山植物13C分辨的海拔响应研究进行了述评.重点介绍了随海拔变化的大气13C组成、温度、气压、水分等环境因子和植物叶片的气孔导度、羧化效率、氮含量和叶肉细胞导度等生物因子对高山C3植物13C分辨的影响,指出高山植物13C分辨的海拔响应机理仍存在一些不确定性,为国内相关研究的开展提供了一定参考.     

高山植物叶片δ13C的海拔响应及其机理

植物 1 3C的分辨研究已成为植物生态学和全球碳循环研究的核心问题之一。植物 1 3C的分辨是环境和生物因子共同作用的综合结果 ,海拔梯度变化不仅可以造成植物生存环境的变化 ,而且还可以造成植物形态和生理特征的变化 ,因此 ,高山植物 1 3C分辨随海拔的变化为深入揭示植物 1 3C分辨的环境和生物因子的作用机理提供了非常理想的研究条件。在简单介绍植物 1 3C分辨基本理论的基础上 ,对目前国际上高山植物 1 3C分辨的海拔响应研究进行了述评。重点介绍了随海拔变化的大气 1 3C组成、温度、气压、水分等环境因子和植物叶片的气孔导度、羧化效率、氮含量和叶肉细胞导度等生物因子对高山 C3植物 1 3C分辨的影响 ,指出高山植物 1 3C分辨的海拔响应机理仍存在一些不确定性 ,为国内相关研究的开展提供了一定参考     

水肥耦合效应对楸树苗木叶片δ~(13)C的影响

以楸树(Catalpa bungei)无性系004-1苗木为研究对象,采用三因素五水平二次回归通用旋转组合设计进行盆栽试验,通过测定6、7和8月份20个处理楸树苗木叶片碳同位素组成δ~(13)C、总氮含量和总磷含量,建立数学模型,分析土壤水分、施氮量和施磷量的主因子效应、单因素效应及其耦合效应对叶片δ~(13)C的影响,以及叶片碳同位素组成δ~(13)C与其总氮含量和总磷含量的关系。结果表明:(1)楸树苗木叶片δ~(13)C存在明显的月动态变化特征,总体上呈现出6月份高于7、8月份的趋势,20个处理苗木叶片δ~(13)C平均值(6~8月)变化范围介于-29.12‰~-26.60‰之间;(2)土壤水分对叶片δ~(13)C有显著负效应,施氮量对叶片δ~(13)C有显著正效应,并且施氮量主效应大于土壤水分主效应,但施磷量对叶片δ~(13)C无显著主效应;单因素效应分析表明,楸树苗木叶片δ~(13)C随土壤水分或施氮量的增加均呈先增加后减小的"抛物线型"关系;土壤水分×施N量对楸树苗木叶片δ~(13)C有显著耦合负效应,土壤水分和施氮量耦合效应图表明,叶片δ~(13)C随土壤水分降低、施氮量增加而逐渐增加;(3)6月、7月和8月份楸树苗木叶片δ~(13)C与其叶片总氮含量均呈显著正相关关系(P0.05;n=100),但叶片δ~(13)C与总磷含量无显著相关关系(P0.05;n=100)。研究认为,楸树苗木叶片碳同位素组成δ~(13)C随生长期表现出动态变化特征,它受到土壤水分、水氮耦合的显著负向影响,以及施氮量的显著正向影响,可以通过合理水肥配施措施大幅提高楸树苗木δ~(13)C。     

祁连山两种优势乔木叶片δ13C的海拔响应及其机理

以分布于祁连山北麓中段的两种优势乔木祁连圆柏(Sabina przewalskii)和青海云杉(Picea crassifolia)为研究对象, 分析了高山乔木叶片δ¹³C值对海拔(2 600-3 600 m)、土壤含水量和叶片含水量、叶片碳氮含量的响应及其机理。结果表明, 这两种乔木叶片δ¹³C值均随海拔升高呈增重趋势, 与海拔呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。海拔2 600-3 600 m阳坡树种祁连圆柏叶片的δ¹³C值显著高于同海拔梯度阴坡树种青海云杉。祁连圆柏和青海云杉叶片的δ¹³C值均与年平均气温呈显著负相关关系(p < 0.000 1), 与年平均降水量呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。祁连圆柏叶片δ¹³C值与土壤含水量(p < 0.000 1)、叶片含水量(p = 0.01)和叶片碳氮比(C/N) (p < 0.000 1)呈显著正相关关系, 与叶片全氮呈显著负相关关系(p < 0.000 1)。而青海云杉叶片δ¹³C值与土壤含水量、叶片全氮、叶片碳氮比和叶片含水量不相关。说明海拔变化引起的水热条件的改变, 尤其是温度变化对高山乔木叶片碳同位素分馏起主要作用, 但各个因子综合对高山植物叶片碳同位素分馏的作用机制可能比较复杂, 需进一步深入研究。     

北京地区典型落叶阔叶乔木叶片含氮量和δ15N值对大气氮沉降的响应

为探究植物对大气氮沉降的响应和对这部分氮素的来源指示作用,本研究通过对北京地区198个采样点,典型落叶阔叶乔木杨属(Populus)和柳属(Salix)植物叶片进行采样,测定其叶片样品含氮量和δ~(15)N值。结果表明:北京地区杨属植物叶片含氮量为16.5—38.6g/kg,平均(24.0±4.0)g/kg;柳属植物叶片含氮量为17.2—36.2g/kg,平均(25.9±4.1)g/kg。研究区域范围内杨属、柳属植物叶片的含氮量均呈现出西北低、东南高的对角线型分布,与该区域大气氮沉降的空间变异相吻合。由于研究区域范围内气候因子无明显的变异,植物叶片的含氮量变化反应了大气氮沉降对植物元素化学计量特征的影响和植物对大气氮沉降的响应。北京地区杨属植物叶片δ~(15)N值为-3.95‰—8.10‰,平均(1.15±2.48)‰;柳属植物叶片δ~(15)N值为-3.04‰—9.73‰,平均(2.31±2.60)‰。杨属和柳属植物叶片的δ~(15)N值均呈现出西北高、中部高、东南低的空间分布,与叶片含氮量空间分布趋势相反。中部城区较高的δ~(15)N值反应了交通污染对大气含氮化合物增加的影响;西北部较高的δ~(15)N值反应了该区域受人为活动排放源的影响较少,自然的氮循环是其较高δ~(15)N值的主要原因;东南部较低的δ~(15)N值则有可能是由农业活动和交通共同作用的结果。     

模拟增温对高寒草甸植物叶片碳氮及其同位素δ~(13)C和δ~(15)N含量的影响

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,以高寒矮嵩草草甸4种植物(矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆、麻花艽)为实验材料,设置大(OTC1)和小(OTC2)两类增温小室,测定了其叶片碳氮及其稳定性碳同位素(δ~(13)C、δ~(15)N)等指标在增温3年后的变化。结果表明:除矮嵩草在较小增温小室(OTC2)中C/N比值比对照降低了14.1%,其它物种C/N在两个增温处理下都有所增加,但差异均不显著(P0.05)。4种植物叶片δ~(13)C值在-24.12‰~-28.34‰之间,矮嵩草叶片δ~(13)C值随增温而升高,棘豆、麻花艽随增温而降低,且矮嵩草在OTC2的δ~(13)C值变化达到显著水平(P0.05)。矮嵩草和麻花艽的叶片δ~(15)N值在OTC1和OTC2中均比对照增加,且麻花艽增加较显著(P0.05)。垂穗披碱草在OTC1和OTC2的叶片δ~(15)N值比对照分别减少18.7%和26.9%,差异都不显著(P0.05);棘豆叶片δ~(15)N值在OTC2内比对照低11.0%(P0.05),在OTC1的内比对照高2.8%(P0.05)。可见,高寒矮嵩草草甸不同功能群植物物种碳氮含量及稳定性碳氮同位素含量对短期增温有不同的响应模式和规律。     

玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ13C的影响

在玉米盆栽试验期间,运用碱吸收法采集土壤呼吸样品,转化成碳酸钡后,运用质谱法测定其δ¹³C值,以研究玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ¹³C值的影响。结果表明,在玉米生长下,土壤呼吸的δ¹³C值随玉米生长时期而变化,变化在-14.57‰～-12.30‰之间,呈喇叭期>成熟期>开花期,而在裸土下,土壤呼吸的δ¹³C值在-19.34‰～-19.13‰之间,不随时间发生显著变化。开花期土壤呼吸δ¹³C值降低的主要原因是光合产物土壤输入的下降和根系活性的降低,成熟期玉米土壤呼吸δ¹³C值的增加主要是由于衰老死亡根系的分解腐烂。玉米生长下,无论开花期还是成熟期,白天土壤呼吸的δ¹³C值显著大于夜间;玉米植株遮光处理后,土壤呼吸的δ¹³C值显著降低。该试验结果证明玉米生长和光合作用显著影响土壤呼吸的δ¹³C值,在玉米生长期间,土壤呼吸主要来自于新近合成的光合产物。     

5种绿化树种叶片比叶重、光合色素含量和δ~(13)C的开度与方位差异

受太阳活动的影响,树冠不同方位以及内外部的叶片接受到的光照存在差异,造成温度、湿度等小气候因子也存在差异。叶片的形态解剖结构和生理特性等会对外界环境条件的改变发生响应。为了更好地了解树木生长的局部小环境条件差异对树木生长的影响,该文选择国槐(Sophora japonica)、悬铃木(Platanus orientalis)、银杏(Ginkgo biloba)、榕树(Ficus mi-crocarpa)和黄葛榕(F.lacor)5种冠幅较大的树种,通过测定树冠内外部及4个方位上的比叶重(leaf mass per area,LMA)、叶绿素a(chlorophyll a,Chl a)、叶绿素b(chlorophyll b,Chl b)及类胡萝卜素(carotenoid,Car)的含量及碳稳定同位素比率(carbon isotope ratio,δ13C)等指标,研究叶片形态、生理指标等随树冠开度的变化以及方位差异。结果表明,叶片LMA和δ13C均随树冠开度增加而增大,光合色素含量则相反;叶片LMA和δ13C的方位变化则是南向西向北向东向,与叶片所接受到的光强变化规律一致,而光合色素含量的方位差异较复杂、且因树种而异,总的来说,以受光最弱的东向含量最高。上述结果表明,树冠外围和南向、西向的叶片由于接受到的光能较多、温度高、相对湿度小等,其叶片会增大单位面积的重量、减小气孔开度和光合色素含量,从而减少对光能的吸收,也使光合作用降低、δ13C增大,而不同方位光照对光合色素含量的影响机制较为复杂,这些都表明了叶片对周围小气候的形态和生理上的适应。     

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。     

不同生态烟区烤烟δ~(13)C值与生理及品质特征的比较研究

以烤烟品种K326为试验材料,在云南、福建和河南三个生态烟区大田种植,自烟叶生理成熟期起至工艺成熟期,分4次采集中部(第11叶位)烟样,对烟叶的δ13 C值、总碳、全氮、光合色素等进行测定,比较不同生态烟区烤烟δ13 C值的分布、生理生态适应性及品质特征。结果表明:(1)三个生态烟区烟叶δ13 C值、总碳、碳氮比、比叶重、叶绿素a、总叶绿素含量均表现为云南福建河南,全氮含量则为河南云南福建,叶绿素b含量为云南河南福建,类胡萝卜素含量为河南福建云南,其中的δ13 C值、总碳、碳氮比、类胡萝卜素含量在福建和云南烟区间较为接近。(2)烟叶δ13 C值与总碳含量在云南呈正相关,在福建、河南呈负相关关系;三个生态烟区烟叶δ13 C值与全氮含量均呈负相关关系;δ13 C值与光合色素含量在云南、河南烟区均呈正相关关系,在福建烟区均呈负相关关系;δ13 C值与烟碱、氮、钾、氯呈负相关关系,与总糖、还原糖呈正相关关系。(3)云南烤烟香韵丰富,刺激性中等,化学成分协调性最好;河南烤烟香气量较高,刺激性较大;福建烤烟在香气量和化学成分协调性方面表现较差。研究发现,烟叶δ13 C值与烟叶的生理特征、品质特征存在紧密联系,用烟叶的δ13 C值、生理指标、化学品质可区分不同生态烟区烤烟香气风格和品质特征。