氢氧稳定同位素在植物水分来源研究中的应用

植物的生长和分布与水分的可利用程度紧密相关,不同生态系统中的植物如何利用水分,以及这些植物在季节变化中的水分利用模式有何变化,特别是在水资源匮乏的干旱地区,如何合理配置有限的水资源,以使植物有效吸收利用水分,维护生态环境不致恶化,这些问题的回答都离不开植物水分来源的研究.本文介绍了氢氧稳定同位素示踪植物水分来源的原理以...     

贵州喀斯特地区种子植物物种多样性受损现状及其对策

由于喀斯特地区生态环境的脆弱性加上人为活动的影响,使生境恶化现象尤为严重,对植物的生存和繁衍影响极大,使得贵州喀斯特地区种子植物物种多样性受到严重威胁。根据有关资料分析,贵州喀斯特地区种子植物目前受威胁的种类已达342种,约占全省种子植物受威胁物种的85％。通过对贵州喀斯特地区种子植物受威胁的现状及多样性特征进行研究的基础上,分析了其受损原因并提出了有关对策和措施。     

喀斯特小流域内不同背景区植物解剖结构与植物叶片δ13C的关系研究

本文应用光学显微镜和电子扫描显微镜的方法测量了生长在贵州省清镇市王家寨小流域内不同背景区(喀斯特与非喀斯特)11种植物的叶片解剖结构,比较了不同背景区整体植物以及各样地之间相同植物的叶片解剖结构与其δ13C值的相关关系。研究结果表明,研究区内所有植物从非退化到退化过程中的叶片解剖结构与δ13C值呈现显著的正相关关系,喀斯特背景区的竹叶椒和小叶鼠李,非喀斯特背景区的粉枝莓、油茶和构树的叶片解剖结构与δ13C值也呈现显著的正相关关系,喀斯特背景区与非喀斯特背景区植物具有比较一致的变化趋势,而生长在两背景区的同种植物叶片解剖结构和δ13C值均无显著性差异。这说明了在本研究小流域内,由于光、热、水、气等外部影响因素的一致性,不同背景区从非退化样地到退化样地的发展过程中,植物叶片的解剖形态特征为了适应环境的改变而产生了相同的响应趋势,这些响应变化均与植物叶片的δ13C值具有正相关关系,尤其是石漠化样地上的植物叶片解剖形态特征以及其δ13C值对生境条件的响应是最迅速和最敏感的。     

贵州喀斯特地区种子植物物种多样性受损现状及其对策

由于喀斯特区生态环境的脆弱性加上人为活动的影响，使生境恶化现象尤为严重，对植物的生存和繁衍影响极大，使得贵州喀斯特地区种子植物物种多样性受到严重威胁。根据有关资料分析，贵州客斯特地区种子植物目前受威胁的种类已达３４２种，约占全省种子植物受威胁物种的８５％。     

贵州荔波喀斯特与非喀斯特地区土壤水运移的对比研究

以我国西南地区典型的喀斯特与非喀斯特样地为研究对象,采集大气降水和土壤水,根据其δD值、δ18O值和水量特征探讨土面生境非植物主根区土壤水的运移特征。结果表明:喀斯特样地土壤基质流的混合作用较弱,非喀斯特样地表层(0～20 cm)土壤基质流的混合作用也较弱,但随深度增加基质流的混合作用增强;喀斯特与非喀斯特样地土壤基质流都可能存在活塞流运移机制,尤其是喀斯特样地,活塞流很可能是基质流的一种重要运移机制;喀斯特样地土壤介质中存在优先流,优先流空间异质性较大;蒸发作用对非喀斯特样地表层土壤基质孔隙水影响较大,而对喀斯特样地土壤水的影响较小。这为喀斯特区水资源的管理和合理利用,以及区域植物水分利用和营养元素循环利用等研究奠定基础。     

重碳酸盐胁迫下3种能源的生理特性及无机碳利用能力对比研究

以诸葛菜、芥菜型油菜和续随子为研究对象,通过模拟喀斯特高浓度HCO-3(10mmol/L)逆境,将植物生理生化、地球化学技术应用生物质能源领域,用于喀斯特边际土地能源植物的筛选。在210d的实验期内,定期测定三种植物叶片中脯氨酸、丙二醛、叶绿素、叶绿素荧光、光合日变化、碳酸酐酶活力、叶片稳定碳同位素组成和生物质产出。通过对比发现,HCO-3胁迫条件下,诸葛菜、芥菜型油菜较续随子更为敏感,但续随子的生长易受低温影响。结果表明,诸葛菜以较高的喀斯特适生性、高碳酸酐酶活力而表现出最高的无机碳利用能力,综合诸葛菜适宜的生物质产出可推荐其作为喀斯特边际土地生物质能源植物。     

季节性干旱下喀斯特次生林不同树种水分利用效率变化

植物叶片水分利用效率(WUE)对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。为探讨季节性干旱下喀斯特次生林中不同植物的WUE变化,以普定次生林通量观测站内的喀斯特次生林为例,在连续干旱背景下分别对8种常见植物的叶片WUE进行了测定分析。结果表明:(1)研究区常见植物的叶片WUE日间主要在0.65～7.73μmol/mmol之间变化。8种植物的叶片WUE均以上午9点最大,厚果崖豆藤(Millettia pachycarpa)、朴树(Celtis sinensis)和马桑(Coriaria nepalensis)的WUE均在下午3点就降到最低,而铁线莲(Clematis florida)、木通(Akebia quinata)、石岩枫(Mallotus repandus)、梓树(Catalpa ovata)和构树(Broussonetia papyrifera)的WUE则在下午5点才降到最低。厚果崖豆藤、铁线莲、石岩枫、朴树、构树的WUE日间变化均较显著。(2)研究区植物叶片的WUE以藤本植物最高。上午9点、11点和下午3点,植物叶片WUE的种间差异均不显著,而在下午1点、5点,植物叶片WUE在种间均存在显著差异。(3)石岩枫和木通的叶片WUE与环境光照强度均呈显著正相关关系。朴树和铁线莲的叶片WUE与环境相对湿度均呈极显著正相关关系。厚果崖豆藤的叶片WUE与环境空气温度间也呈现出极显著的正相关关系。朴树、构树、马桑、石岩枫、铁线莲、厚果崖豆藤的叶片WUE与净光合速率均显著正相关,木通的叶片WUE与蒸腾速率显著负相关。研究区8种植物叶片WUE与叶面水汽压亏缺间的相关性均不显著。(4)植物种和外部环境对研究区植物叶片的WUE均有显著影响,木通、厚果崖豆藤、铁线莲在遭遇连续干旱后叶片WUE均较高,对生境恶劣的喀斯特环境具有较强的适应能力。     

黑岱沟露天矿区排土场2种典型植物的水分来源及利用策略

论文利用稳定性同位素示踪技术,分析排土场2种典型植物水分来源的差异及水分利用策略.结果表明,黑岱沟矿区大气降水的氢,氧同位素含量均落在中国大气降水的变化范围之内,不同月份大气降水的δD(δ¹⁸Ο)值表现出明显的降水量和季节效应.旱季小叶杨主要利用10 cm土层以下的水分,对100~150 cm土层水分利用率最高,达25.6%;沙棘对各层次土壤水分的利用比例接近,差异不明显,对表层土壤水分的利用最高,达26.5%;为了避免种间竞争,小叶杨很少利用表层(0~10 cm)土壤水分.雨季小叶杨主要利用表层和浅层土壤水分,利用比例高达70.9%,沙棘主要利用30~60 cm土层的水分,达73.5%,其次是10~30 cm土层,达17.4%.两种不同生活型植物通过不同策略合理利用旱季有限的水分,而在雨季水分供给充分时,均优先利用浅层水源,使其组成的生态系统更好地适应矿区排土场脆弱的生态环境.     

我国西南地区喀斯特森林树木年轮对气候变化的响应

利用贵州省2个典型喀斯特地区与1个非喀斯特地区的6个优势树种(化香树Platycarya strobilacea为重复树种)的树轮宽度资料,建立了6个树轮宽度年表,研究了不同地区不同树种的树木年轮对近50年来气候变化的响应异同,探讨了影响6个优势树种生长的气候限制因素。结果表明,季风期前的水热条件是喀斯特地区针叶树和阔叶树径向生长的最主要的气候限制因素。季风期前降水减少、月均温升高,导致土壤水分蒸发加快,加强了水分胁迫,不利于喀斯特地区针叶树和阔叶树的生长。帕尔默干旱指数虽表明喀斯特地区未达到干旱胁迫程度,但实际上水分渗漏加剧了喀斯特地区针叶树和阔叶树生长的水分胁迫。非喀斯特地区采样点的高海拔导致的低温,减少了春冬季节土壤水分蒸发。并且非喀斯特地区土壤和地形有利于水分涵养,同时,较高海拔的地形改变了季风期前的降水格局,消除了季风到来前树木生长的降水限制,因此,降水并不是喀斯特地区树木生长的限制因子;但其针叶树的径向生长受到上一年12月的温度控制,产生正响应信号,阔叶树径向生长仅受到生长季温度、降水增加带来的较小促进。     

黔中木本植物叶功能性状对退化喀斯特土壤特性的响应

研究不同退化背景下优势木本植物功能性状的适应机制,有助于从功能生态学的角度来解释喀斯特山区的群落演替过程。本研究以贵州普定不同退化背景样地优势木本为研究对象,测定LT、LA、SLA、LDMC、LTD、Chlc6个叶片功能性状指标,分析土壤特性对区域内植被叶片功能性状的作用及影响,揭示喀斯特山区植物对不同环境的适应策略及其演替过程。结果表明:①喀斯特区退化环境下植被叶片向增大化趋势发展,以退耕地经济林最显著;火烧、火烧砍伐、退耕下植被性状差异显著,以LA、LTD、SLA变化范围最大,在相应样地可分别高达121.9%、118.08%、86.00%。②退化样地内叶片性状在乔木、灌木和藤本物种间差异显著,总体上灌木与藤本物种种间变异高于乔木物种,群落处于演替前中期阶段。③不同退化背景下土壤特性差异较大,与植被叶功能性状间具有显著相关性,其中土层深度、土壤养分与土壤含水率是植被叶功能性状的关键土壤特性因子。④退化区域植被叶性状表现出LA大、LT较小、SLA和LTD低、LDMC高、Chlc较低,趋向于发展贫瘠干旱性状组合。揭示了黔中退化喀斯特次生林内在差异性的演替规律,为喀斯特次生林的管理和生物多样性保护提供科学依据。     

贵州喀斯特山区植物叶片碳同位素组成研究

通过测定贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13C值,研究了该区植物叶片碳同位素组成特征,以及种间、生境差异和时空变化特征。研究结果表明:该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为-26.98‰--29.15‰,平均值为-28.14‰。研究区δ13C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。研究结果还表明,种间碳同位素组成存在较大的差异。生境的变化对蕨的碳同位素组成影响较大,而对渐尖毛蕨、盐肤木、火棘、马桑影响较小。盐肤木、渐尖毛蕨、云南鼠刺、火棘叶片的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势,但降低的幅度存在差异。植物的δ13C值随小尺度海拔的变化规律与随大尺度海拔变化的规律一致,都是随着海拔的增加δ13C值增大,但不同植物种间变化的幅度是不一样的。     

采矿对山西水资源破坏过程的同位素示踪研究

综合应用水文地质勘察、同位素示踪、水化学信号等研究方法,揭示采矿活动对山西水资源的破坏过程机理.结果表明:山西矿区矿坑水为Na-Ca-SO4型水,δ18O和δD为-9.34×10-3~-9.78×10-3,-66.14×10-3~-68.91×10-3,矿区矿坑水、孔隙水、河水和浅层岩溶水聚集,存在显著的补给排泄关系,矿坑水主要由浅层岩溶水、孔隙裂隙水和河水混合补给形成.采矿活动对浅层岩溶水、孔隙裂隙水以及河水的破坏甚为严重,而对深层岩溶水与水库水影响甚微,以上示踪得出结论与实际情况及物探结论基本吻合,研究可为类似矿区水资源安全利用等提供参考.     

喀斯特高原区5种常见灌木叶片δ~(13)C值的季节变化及其对石漠化程度的响应

测定了贵州高原喀斯特石漠化小流域内5种灌木叶片δ13C值的季节变化,旨在探讨季节及石漠化等级对植物叶片δ13C值的影响。结果表明:不同季节间植物叶片δ13C值呈显著差异,生长初期(4月)叶片的δ13C值显著高于生长中后期(7月、9月及12月);5种灌木种种间差异显著,火棘的叶片δ13C值最负,荚蒾的叶片δ13C值最正,粉枝莓,鼠李和竹叶椒的叶片δ13C值居中;7月不同石漠化等级间植物叶片δ13C值存在显著差异,而在其余月份(即4月、9月及12月)不同石漠化等级间植物叶片δ13C值不存在显著差异,但基本呈现无、轻度石漠化植物叶片小于中度石漠化植物叶片δ13C值的格局;整个生长季中,叶片δ13C值与土壤含水量的相关关系研究表明大多数种在大多数时间随土壤水分的减少其δ13C值增高。     

不同岩溶环境条件下岩溶地下水中δ~(13)C_(DIC)特征

岩溶地下水的δ13 CDIC值主要是受土壤碳库和碳酸盐岩碳库的δ13 C所制约。本研究选取两个气候条件完全不同的南方广西桂林、北方山西汾阳为对比研究对象,通过取样测试分析两个地区岩溶地下水的δ13 CDIC值,发现北方汾阳岩溶地下水的δ13 CDIC范围为-7.53‰～-12.25‰,平均为-9.84‰;南方桂林岩溶泉水的δ13 CDIC范围为-9.22‰～-15.99‰,平均为-13.06‰;北方岩溶水比南方偏重3.22‰。结合两个地区所处的气候环境条件分析,北方暖温带干旱半干旱大陆性季风区,C4植被发育,C3/C4比例低,土壤碳库的δ13 C重;南方亚热带湿润季风区C3植被发育,C3/C4比例高,土壤碳库的δ13 C轻。因此气候条件不同引起生态条件的差异而造成南北方地下水δ13 CDIC的不同。这为利用同位素方法研究地下水对气候条件变化的响应提供了理论依据。     

广西崇左某厂址岩溶发育特征及工程地质评价

通过对崇左地区地质调查及厂址岩土工程勘察,围绕厂址主要工程地质问题——岩溶,从发育条件、发展历史、岩溶形态的分布特点等分析研究厂址区岩溶发育特征,对建厂工程地质条件及岩溶工程的一般规律进行了评价和归纳。     

植物利用碳酸氢根离子的特征分析

以构树、椿树、金银花、盆肤木等植物为材料,分析植物的碳酸酐酶活力与δ13 C的关系,结果表明,碳酸酐酶的活力与δ13C值呈显著的正相关.以甘蓝型油菜、诸葛菜、构树、桑树为实验材料,通过测定植物叶片稳定碳同位素组成以及光合速率来获得植物利用碳酸氢根离子的信息,结果表明,构树和诸葛菜碳酸氢根离子的利用能力明显地大于桑树和甘...     

岩溶生态系统中的碳循环特征与碳汇效应

碳酸盐岩是岩溶生态系统的物质基础,而碳酸盐岩的形成过程对大气CO2浓度的降低产生重要的作用,目前地球上99.5%的碳被封存在碳酸盐岩中;岩溶生态系统具有富钙、偏碱性的地球化学背景,制约其碳循环特征:碳酸盐岩是在清洁海洋环境中、以生物化学沉积为特征形成的沉积岩,其酸不溶物含量低,通常小于10%,意味着岩溶区土壤资源短缺,土壤总碳库量偏小,同时石灰土的富钙性导致石灰土缓效性碳库和惰性碳库大,土壤碳库的稳定性提高;土壤资源短缺,植被生长发育受到养分、水分的胁迫,使植被的地上、地下生物量的比例发生变化,岩溶区植被地上/地下生物量的比例可占30%～50%,高于非岩溶区的;岩溶水中的高HCO3-浓度,刺激水生植物的光合作用,并将无机碳转化为有机碳,提高碳迁移过程中的稳定性;本文的目的是根据最近的研究成果,揭示岩溶生态系统中碳酸盐岩-土壤-植被-水中碳赋存的状态和转化过程,提出促进岩溶碳汇效应的技术途径。     

喀斯特地区坡地土壤可溶性有机碳的分布特征

以广西喀斯特地区2个不同退化程度的典型坡地作为研究对象,测定了坡地表层和不同地形部位(坡肩、坡背、坡腰和坡脚)剖面土壤可溶性有机碳(DOC)含量和δ13CDOC值,分析了土壤中DOC的迁移变化规律及影响因素.结果表明,DOC含量主要受到有机质输入?地形和土壤质量等因素影响.灌丛坡地表层土壤中DOC含量要高于草丛坡地,2个坡地表层土壤中DOC含量均随坡面向下而升高,与土壤有机碳(SOC)变化呈相反趋势.而在坡地各个地形剖面中,除灌丛坡地的坡肩和坡背2个剖面土壤中DOC含量随土层深度表现出一定的升高趋势,其他剖面中DOC含量均随土层深度增加而降低.灌丛坡地表层土壤中δ13CDOC值变化幅度明显高于草丛坡地,范围在-15.1‰~-22.1‰,与坡地植被和δ13CSOC值变化密切相关;而草丛坡地表层土壤δ13CDOC值范围在-19.98‰~-20.96‰,其变化幅度很小,与土壤δ13CSOC值变化相似,但与地表植被变化关系不明显,表明了DOC来源主要受到SOC的影响;而各个地形剖面中δ13CDOC值变化较为复杂,但灌丛坡地各剖面变化幅度明显高于草丛坡地相应剖面.剖面中有机质分解程度和输入量决定了δ13CDOC值变幅大小,因此土壤剖面中δ13CDOC值随深度变化的趋势,能够很好地反映剖面土壤中DOC迁移转化过程.     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。