脱甲河水系CH4关键产生途径及其稳定碳同位素特征

为明确脱甲河溶存CH₄关键产生途径,明晰水系碳同位素组成及其分布特征,为小流域CH₄排放估算和减排提供数据支撑.利用双层扩散模型法估算了CH₄浓度和传输通量,研究了周年内脱甲河4级河段(S₁～S₄)水体CH₄通量的时空分布及其主控环境因子;运用稳定同位素方法探究了溶存CH₄关键产生途径,分析了溶解CH₄、悬浮颗粒物和沉积物有机质δ¹³C分布特征.结果表明: 水体pH均值为(7.27±0.03),各河段四季差异均显著;溶解氧(DO)在0.43～13.99 mg·L^-1内变化,S₁河段DO浓度最高且夏、秋季差异显著,其他河段均为冬与春、夏、秋季差异显著;可溶性有机碳(DOC)变化范围是0.34～8.32 mg·L^-1,由S₁至S₄河段总体呈递增趋势;水体电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化范围分别是17～436 μS·cm^-1和-52.30～674.10 mV,各河段差异明显;铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)浓度分别在0.30～1.35(平均0.90±0.10) mg·L^-1和0.82～2.45 (平均1.62±0.16) mg·L^-1内变化.溶存CH₄浓度和传输通量变化范围分别是0～5.28 (平均0.46±0.06) μmol·L^-1和-0.34～619.72 (平均53.88±7.15) μg C·m^-2·h^-1;均存在时空变化且变异规律相似,为春季>冬季>夏季>秋季,S₂>S₃>S₄>S₁.通量与水体铵态氮和DOC浓度均呈显著正相关.各级河段均以乙酸发酵产甲烷途径为主导,但不同河段差异明显,乙酸发酵途径产CH₄贡献率以S₁河段最高(87%),其次为S₄(81%),S₂、S₃分别达到78%和76%.溶存CH₄、悬浮颗粒物和沉积物有机质的δ¹³C均值分别为-41.64‰±1.91‰、-14.07‰±1.06‰和-26.20‰±1.02‰,溶存甲烷δ¹³C与沉积物有机质的δ¹³C呈显著正相关,与其传输通量呈极显著负相关.     

超高产杂交稻剑叶中C4途径酶活性和稳定碳同位素分异作用的变化

以超高产杂交水稻(Oryza sativa L．)“培矮64S／E32”和多年来大面积推广的杂交稻“汕优63”为材料,研究孕穗后剑叶中C4途径酶和对稳定碳同位素分异作用的变化。结果表明,籽粒灌浆期(移栽后68～75d)的两个品种剑叶中NADP—MDH活性最高,随后下降;超高产杂交水稻“培矮64S／E32”的NADP-MDH的活性明显高于“汕优63”;PEPcase和NADP—ME活性在黄熟期之前的叶片中持续上升。不同生育期的叶片与籽粒的△^13C值相近(19．49‰～19．82‰),在成熟期时较高。超高产水稻“培矮64S／E32”叶片的平均△^13C值比“汕优63”高0．43‰。     

超高产杂交稻剑叶中C4途径酶活性和稳定碳同位素分异作用的变化

以超高产杂交水稻(Oryza sativa L.)"培矮64S/E32"和多年来大面积推广的杂交稻"汕优63"为材料,研究孕穗后剑叶中C4途径酶和对稳定碳同位素分异作用的变化.结果表明,籽粒灌浆期(移栽后68～75 d)的两个品种剑叶中NADP-MDH活性最高,随后下降;超高产杂交水稻"培矮64S/E32"的NADP-MDH的活性明显高于"汕优63";PEPCase和NADP-ME活性在黄熟期之前的叶片中持续上升.不同生育期的叶片与籽粒的△1aC值相近(19.49‰～19.82‰),在成熟期时较高.超高产水稻"培矮64S/E32"叶片的平均△13C值比"汕优63"高0.43‰.     

鬼箭锦鸡儿叶片和土壤碳稳定同位素特征及其影响因素

为探究高海拔地区的植物碳(C)循环过程与其生境的关系,以生长在高山地区的豆科灌木鬼箭锦鸡儿为研究对象,沿着横跨我国东西部山区的样带采集35个样点的鬼箭锦鸡儿叶片和土壤样品,分析了鬼箭锦鸡儿叶片碳稳定同位素组成(δ13C)、土壤δ13C、叶片和土壤δ13C差值(Δδ13C)在不同采样点的特征及其与气候因子、叶片和土壤元素...     

高寒草甸植物碳氮组成及其稳定同位素特征

采用稳定同位素质谱仪Isoprime100,对采自黄河源区典型高寒草甸和人工改良草地的主要植物进行了碳、氮组成及其稳定同位素丰富度测定,判断植物光合类型,探讨稳定碳氮同位素丰富度对草地植被演替的响应。结果表明:(1)研究区58种主要植物碳元素含量在28.64%~51.55%之间,氮元素含量介于0.89%~4.04%,δ13 C值变化范围介于-29.50‰~-24.69‰,δ15 N值介于-4.57‰~8.32‰。(2)不同样地植物碳含量的大小顺序为人工草地(45.54%)未退化草甸(43.18%)轻度退化草甸(42.18%)严重退化草甸(39.68%),氮元素含量顺序为未退化草甸(2.30%)人工草地(2.28%)轻度退化草甸(2.13%)严重退化草甸(2.10%),表明草甸退化会引起植物碳氮含量的降低。(3)未退化草甸、人工草地、轻度退化草甸和严重退化草甸的δ13 C值依次为-25.63‰、-26.57‰、-26.76‰和-27.91‰,δ15 N值依次为-0.63‰、0.32‰、2.76‰和0.26‰。研究认为,黄河源区高寒草甸和人工改良草地的58种主要植物均属C3植物,没有发现C4和景天酸代谢(CAM)植物,低的年均气温可能是制约该区C4植物分布的主要因素;植物δ13 C值随草地退化程度加剧而逐渐降低,但δ15 N值的变化无规律性趋势。     

典型滨岸草地生态系统碳稳定同位素组成及分布特征

通过测定上海市青浦区东风港百慕大、白花三叶草、高羊茅和白茅等4种典型滨岸草本植物各组织以及不同垂直深度土壤有机质δ¹³C值,对滨岸草地生态系统的植物-土壤碳稳定同位素特征进行了分析.结果表明: 白花三叶草、高羊茅属于C3植物,百慕大、白茅属于C4植物,其茎叶、凋落物和根系各组织间δ¹³C值无显著差异.C3和C4植物样带表层土壤有机质δ¹³C值随着土壤深度递增而呈现截然不同的变化特征,这与样带本底δ¹³C值以及碳稳定同位素分馏效应有关,同时还受植物根系分布深度的影响.植物输入是土壤有机碳(SOC)的最主要来源,植物有机体δ¹³C组成对土壤有机质δ¹³C值有直接影响,植物各组分δ¹³C值与土壤有机质δ¹³C值均存在极显著相关.4种草本植物样带SOC含量与δ¹³C值均呈极显著相关,其中,C3植物样带SOC含量与δ¹³C值呈线性负相关,C4植物样带SOC含量与δ¹³C值呈线性正相关.     

准噶尔盆地伊犁郁金香稳定碳同位素组成变化特征

选取准噶尔盆地古尔班通古特沙漠南缘9个样地中的伊犁郁金香(Tulipa il iensis )自然居群, 通过测定各居群中伊犁郁金香的稳定碳同位素组成d13C)、叶片和土壤中全氮、全磷、全钾以及水分含量, 分析伊犁郁金香d13C值与上述因子之间的相互关系。结果表明: 不同生境间伊犁郁金香d13C值差异不显著, 水分利用方式可能受其基因型的控制而较为保守, 同时在一定程度上也受生长环境中环境因子变化的影响, 因而会有小的变幅; 除了土壤中全钾含量之外, 伊犁郁金香的叶片全氮、全磷、全钾、叶片水分含量以及土壤全氮、全磷和土壤水分含量在不同生境间均存在显著差异; 其中伊犁郁金香叶片和土壤中的全 氮含量与d13C值呈显著正相关; 随着该植物叶片和土壤中水分含量的下降, 伊犁郁金香d13C值显著增大, 水分利用效率(WUE)明显提高。说明伊犁郁金香d13C值是植物的遗传学因子和环境因子共同作用的结果, 其叶片及土壤中的氮素含量和有效水分含量是影响伊犁郁金香d13C值的关键因子。     

植物生理生态学研究中的稳定碳同位素技术及其应用

植物生理生态学研究中的稳定碳同位素技术及其应用蒋高明（中国科学院植物研究所，北京１０００４４）ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｔａｂｌｅＣａｒｂｏｎＩｓｏｔｏｐｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌＥｃｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ．Ｊ...     

贵州喀斯特地区典型土壤有机碳垂直分布特征及其同位素组成

以贵州喀斯特地区两种主要土壤类型(石灰土和黄壤)为研究对象,通过测定土壤pH值、土壤有机碳(SOC)含量和植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定同位素(δ13Csoc值)组成,探讨了该地区石灰土和黄壤剖面SOC垂直分布特征和δ13Csoc值组成差异。结果表明,与黄壤相比,石灰土剖面的SOC含量较高,石灰土剖面和黄壤剖面SOC含量变化范围分别在3.6～69.8和2.4～51.2g·kg-1。黄壤和黄色石灰土剖面SOC主要集中在0～20cm深度内,而黑色石灰土剖面从0～60cm逐步减少。黑色石灰土和黄壤剖面δ13Csoc值变化范围分别在-22.9‰～-21.5‰和-25.6‰～-22.4‰,前者较后者变化小。从剖面表土向下,黄壤剖面δ13Csoc值均出现逐步增加的趋势,而石灰土剖面δ13Csoc值从剖面表土向下出现上升-降低-不变的变化趋势。黄色石灰土剖面δ13Csoc值变幅较大,变化范围为-23.7‰～-18.2‰。在枯枝落叶转化为表层土壤有机质的过程中,石灰土剖面δ13Csoc值变幅高于黄壤。其中,黄壤剖面δ13Csoc值升高了2.6‰～3.0‰,石灰土剖面δ13Csoc值升高了5.5‰～6.3‰。上述结果揭示了SOC含量及其δ13C值随深度变化的差异,反映植物残体的输入及其在土壤中分解累积特征,有助于揭示SOC循环过程及规律和了解剖面土壤成土过程。     

准噶尔盆地南缘荒漠区土壤碳分布及其稳定同位素变化

以亚洲中部干旱区准噶尔盆地南缘荒漠区为研究区,根据荒漠距离绿洲的距离,分别在荒漠边缘、中部和腹地设置3条样带,并采集2 m深的土壤剖面样品,研究土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)含量及其稳定碳同位素的分布,探讨土壤碳变化与距绿洲距离的关系.结果表明: SOC含量随剖面土层深度增加而减少.受距绿洲距离的影响,SOC含量表现为荒漠边缘>荒漠中部>荒漠腹地.荒漠边缘SOC的δ¹³C值范围为-21.92‰～-17.41‰,且随深度增加而递减;荒漠中部和荒漠腹地的δ¹³C值范围为-25.20‰～-19.30‰,且随深度增加先增后减,由此推断准噶尔盆地南缘荒漠中部和腹地地表植被以C3植物为主,而绿洲边缘经历了从C3植物为主到C4植物为主的演替过程.荒漠边缘SIC平均含量为38.98 g·kg^-1,是荒漠腹地的6.01倍,表明0～2 m深度内大量SIC在荒漠边缘呈聚集趋势.SIC的δ¹³C值随深度增加先减后增,底层富集,主要受原生碳酸盐含量和剖面土壤CO₂的影响.     

沙棘属植物叶片碳稳定同位素含量与气候的关系

本试验以131个沙棘属植物种群为研究对象,通过测定其叶片碳稳定同位素(δ13C)值,分析了碳稳定同位素特征与环境因子之间的关系.结果 表明:沙棘属植物叶片的δ13C值介于-24.65‰～-29.11‰‰,平均值为-26.97‰,属于C3植物,叶片δ13C值变异系数为种内大于种间,表明环境因子是影响沙棘属植物叶片δ13C...     

稳定碳同位素在滨海湿地碳生物地球化学循环中的应用

碳作为滨海湿地中重要的生命元素,其生物地球化学循环过程是滨海湿地研究的核心内容之一.稳定同位素技术越来越多地被应用到滨海湿地碳生物地球化学循环过程的研究中,提高了其研究水平,并推动了其研究的进程.本文从有机物质生产、土壤有机质来源、食物链传递、温室气体排放以及可溶性有机碳输出5个方面,综述了滨海湿地碳生物地球化学循环过程的稳定同位素研究进展.通过植物及土壤δ13C值的测定进行有机质的生产机理研究及外源追溯,通过对比各生物种群的δ13C值分析碳在生态系统中的流动过程,通过湿地排放温室气体及可溶性有机碳δ13C值的测定揭示影响碳输出的环境因子.最后,文章总结了当前研究中存在的问题,并对其研究前景进行了展望.     

碳稳定同位素技术在植物水分胁迫研究中的应用

植物体的碳稳定同位素组成主要由植物本身的生物学特性决定 ,但环境胁迫对其影响也十分明显。综述了碳稳定同位素技术在研究植物水分利用效率、生物量高低及判断历史气候依据等研究领域的进展 ,阐明了植物体的 δ1 3C值对干旱、盐分及其它环境因素的变化所引起的水分胁迫的响应 ,并对碳稳定同位素对水分胁迫的响应机理进行了归纳和推断     

稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用

近20a稳定同位素技术在植物生态学研究中的应用得到了长足发展,使得对植物与水分关系也有了更深一步的了解。介绍稳定同位素性碳、氢、氧同位素在研究植物水分关系中的应用及进展,以期能为国内植物水分利用研究提供参考。由于植物根系从土壤中吸收水分时并不发生同位素分馏,对木质部水分同位素分析有助于对植物利用水分来源,生态系统中植物对水分的竞争和利用策略的研究,更好地了解生态系统结构与功能。稳定碳同位素作为植物水分利用效率的一个间接指标,在不同水分梯度环境中,及植物不同代谢产物与水分关系中有着广泛的应用。同位素在土壤-植被-大气连续体水分中的应用,有助于了解生态系统的水分平衡。随着稳定同位素方法的使用,植物与水分关系的研究将取得更大的进展。     

白云岩风化剖面的粒度分布、元素迁移及碳同位素特征——以黔北新蒲剖面为例

研究了影响喀斯特地区土壤有机碳(SOC)更替的因素及其与元素地球化学行为的关系。选取黔北新蒲地区的两个白云岩风化剖面,以粒度分布、有机碳δ~(13)C和元素质量迁移系数为基础,对该区域红色风化壳中有机碳及δ~(13)C值随深度变化的趋势和元素的地球化学特征进行了探讨。结果显示,该区土壤分级后粉粒(5—50μm)含量占50%—80%,粘粒次之,砂粒最少;δ~(13)CSOC值介于-26.4‰―-23.6‰,且分级后的土样和原样中δ~(13)C值随着剖面深度的增加均减小,各粒级间差异不明显;草地覆被的剖面中铁、钾、钡、钒和锌表现出一定的富集,钠和钴在风化原岩处有一个富集端点,锰在岩粉处富集,镁、钙则完全迁出土体。而耕地剖面中,钒和锌呈现一定程度富集,铁、钾在岩土界面富集,钴在风化原岩富集,而钡在表层微弱富集。     

双向标记培养植物测定大气二氧化碳稳定碳同位素组成

基于植物能够利用体内的碳酸酐酶来催化碳酸氢根离子生成二氧化碳和水作为底物进行光合作用的特性,采用两种δ13CPDB值差值大于10‰的碳酸氢钠分别作为外源碳酸氢根离子的碳同位素标记物,通过室内双向水培诸葛菜和芥菜型油菜实验,分别向水培处理液里添加已知δ13CPDB值的碳酸氢钠并培养24 h,利用同位素比值质谱(IRMS)技术,测定并计算了两个时间、两种环境下的大气二氧化碳稳定碳同位素日平均组成。结果表明:在环境1(不同浓度的Na HCO3处理液)下所得到的δCa值与添加到处理液中的碳酸氢根离子的浓度有关;在环境2(不同浓度的PEG处理液)下所得到的δCa值与添加到处理液中的PEG的浓度无关;两种环境下所测得的大气二氧化碳稳定碳同位素日平均组成δCa值与实验中培养的植物种类无关,而与添加到培养液中碳酸氢根离子的浓度及植物的生长速率有关。数据重现性好,结果准确可靠,可以高精度的测定不同待测环境下大气二氧化碳稳定碳同位素比值,其可为以后监测不同时间、不同地点的大气二氧化碳碳同位素组成及来源提供非常有效的方法和信息。     

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.