喀斯特峡谷区常见植物叶片δ13C值与环境因子的关系研究

通过对贵州花江峡谷喀斯特石漠化区4种典型石漠化植物群落中11种常见植物种叶片的δ¹³C值测定,研究了各植物种对影响植物碳同位素分馏的主要环境因子（土壤储水量、大气相对湿度、光照强度、土壤厚度）的响应,分析了石漠化梯度中不同土层土壤储水量、大气相对湿度、土壤有机质、年均气温、光照强度等环境因子梯度变化与植物叶片δ¹³C值的关系.结果表明,大部分物种的δ¹³C值对环境因子的变化趋势表现为随环境水分好转呈下降趋势,即水分利用效率下降;也有部分物种呈稳定不变或逆势上升趋势.相关性分析表明,清香木（Pistacia weinmannifolia）、石岩枫（Mallotus repandus）、红背山麻杆（Alchornea trewioides）的主导因子是土层储水量;肾蕨（Nephrolepis cordifolia）、野桐（Mallotus japonicus var.floccosus）的主导因子是土壤厚度;肾蕨、八角枫（Alangium chinense）、构树（Broussonetia papyrifera）的主导因子是光照强度;而广西密花树（Rapanea kwangsiensis）、圆叶乌桕（Sapium rotundifolium）和灰毛浆果楝（Cipadessa cinerascens）则分辨不出主导因子,即环境影响因素更为综合.总体而言,叶片高δ¹³C值是对低水分、高光、低资源环境的适应.     

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。     

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。     

喀斯特峡谷区常见植物叶片δ^13C值与环境因子的关系研究

通过对贵州花江峡谷喀斯特石漠化区4种典型石漠化植物群落中11种常见植物种叶片的δ13C值测定,研究了各植物种对影响植物碳同位素分馏的主要环境因子(土壤储水量、大气相对湿度、光照强度、土壤厚度)的响应,分析了石漠化梯度中不同土层土壤储水量、大气相对湿度、土壤有机质、年均气温、光照强度等环境因子梯度变化与植物叶片δ13C值的关系.结果表明,大部分物种的δ13C值对环境因子的变化趋势表现为随环境水分好转呈下降趋势,即水分利用效率下降;也有部分物种呈稳定不变或逆势上升趋势.相关性分析表明,清香木(Pistacia weinmannifolia)、石岩枫(Mallotus repandus)、红背山麻杆(Alchornea trewioides)的主导因子是土层储水量;肾蕨(Nephrolepis cordifolia)、野桐(Mallotus japonicus vat.floccosus)的主导因子是土壤厚度;肾蕨、八角枫(Alangium chinense)、构树(Broussonetia papyrifera)的主导因子是光照强度;而广西密花树(Rapanea kwangsiensis)、圆叶乌桕(Sapium rotundifolium)和灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens)则分辨不出主导因子,即环境影响因素更为综合.总体而占,叶片高δ13C值是对低水分、高光、低资源环境的适应.     

气体稳定同位素比质谱法分析本底大气CO2的δ13C和δ18O

将商用MAT253稳定同位素比质谱仪、Airtrap高效预浓缩气体捕集阱与自加工16口自动进样器集成,建立了高精度气体稳定同位素比质谱分析系统,用于程序化自动分析本底大气CO2的δ13C和δ18O.气样分析时用工作标气定量并穿插目标气测定,还定期用实验室上一级标气对工作标气和参比气进行标校,以保证分析结果的可靠和可比.结果表明,利用不同稳定同位素比范围的标气重复进样测试,发现该系统对δ13C和δ18O的分析精度分别优于0.03‰和0.06‰,能基本满足本底大气CO2的碳氧稳定同位素比分析需求和WMO/GAW质量目标.     

重庆地区石笋δ13C记录的全新世气候环境变化

本文利用重庆市青木关镇狮子洞石笋QM09铀系测年数据和氧碳稳定同位素数据,重建了研究区9.4~0 ka BP的古气候环境演化历史。依据狮子洞石笋δ~(13)C记录变化趋势,将其划分为2个阶段:(1)9.4~3.0 ka BP期间,狮子洞石笋δ~(13)C记录除了在4.2 ka BP附近发生一次短暂的偏重事件外,整体变化比较平缓,石笋δ~(13)C值比较偏轻;同时石笋δ~(18)O值在该期也较为偏轻,暗示了此时段季风强盛,气候温暖湿润,地表植被变化稳定。此时人类活动比较弱,对自然环境的影响小,植被变化主要受自然气候环境的影响;(2)3.0~0 ka BP期间,石笋δ~(13)C记录不再呈现如第一阶段般平稳变动的趋势,在3.0 ka BP时开始波动下降,在经历1.7 ka BP大幅下降后,δ~(13)C便频繁波动大幅升降。石笋δ~(18)O记录显示该时段季风减弱,气候变干,植被退化,土壤水中溶解的CO_2含量减少。加之该期人类活动剧烈,地表自然植被遭到破坏,当地无机环境更多的参与到地下水循环体系中来,使得石笋δ~(13)C逐渐加重。     

生态系统转换区土壤有机质动力学特征的δ^13C方法研究

对土壤有机质的动力学过程的研究是评价区域土壤质量、合理开发利用土壤以及全球碳循环一气候交化研究的基础性工作。系统分析了生态系统转换区土壤有机质动力学特征的δ^13C方法研究的理论基础和应用现状,包括影响土壤有机质δ^13C值的各种内外因素;土壤有机质不同化学组成、不同粒径组分、不同比重组分的δ^13C特征值域;土壤微生...     

应用δ~(13)C值探讨土壤中有机碳的迁移规律

C3 植物与C4 植物具明显的δ13C值差异 ,利用这种特性 ,选取荔波茂兰喀斯特森林边缘处这个C3植物—C4 植物转换生长的地点 ,分别采集森林与农田各三个剖面的土壤样品 ,根据测定其土壤总有机碳、不同粒径及不同比重组分的δ13C值间的相互关系来推导土壤有机碳的若干迁移规律     

福建千年桐种源叶片δ13C与环境及叶碳氮含量的关系

选取福建省不同千年桐种源在同一条件下人工培育,通过测定千年桐叶片稳定碳同位素比率(δ¹³C),分析千年桐叶片δ¹³C的特征及其种源差异,以及环境因素和种源生长对其的影响。结果表明,千年桐种源叶片δ¹³C的变化范围在-26.06‰~-24.46‰之间,平均值为-25.54‰,其中莆田、顺昌和沙县种源δ¹³C值较大。千年桐种源叶片δ¹³C值与经纬度之间相关性不显著,与年均温度呈显著正相关,与年均降水量呈显著负相关,年均温度和年均降水量是千年桐δ¹³C值变化的主要限制因素。千年桐种源叶片δ¹³C值与叶N含量以及C/N呈现二次曲线相关性。结合叶片δ¹³C及其对环境因素的响应,莆田、顺昌、沙县千年桐种源具有较高的δ¹³C值,对应较高的水分利用效率,可以考虑栽植在较干旱、贫瘠环境中作为先锋树种,其落叶阔叶的特性也有助于养分回归、改良地力;而政和、尤溪、建阳种源的δ¹³C值相对较小,建议栽植在水分条件较好的湿润地区,充分发挥对水分的摄取能力,提高其生长量。     

三峡库区蓄水175m对汉丰湖不同生物类群δ13C、δ15N值的影响

于2010年蓄水前(7月)和蓄水后(12月)应用稳定碳、氮同位素方法对汉丰湖食物网中初级生产者和消费者δ13C、δ15N值变化规律进行了调查分析.结果显示:汉丰湖初级生产者颗粒有机物(POM)、固着藻类和水生植物δ13C、δ15N值分别为-28.45‰~-24.78‰、3.72‰~5.76‰,-25.81‰~-21.22‰、3.23‰~4.81‰,-27.99‰~-23.74‰、8.06‰~12.48‰.从蓄水前到蓄水后初级生产者(POM、固着藻类、水生植物)δ13C、δ15N(除水生植物)值均呈现贫乏趋势;消费者δ15N值变化规律与初级生产者一致,但其δ13C值无明显变化;汉丰湖鱼类食物网营养级长度均为3级,消费者中杂食性鱼类居多其碳源主要来源于固着藻类.新形成的汉丰湖水生生态系统已经形成了相对稳定的食物网结构.     

植物13C标记对生物质炭理化性质的影响

研究了未标记和¹³C脉冲标记的水稻和杨树在不同温度下制备得到的生物质炭理化性质的差异.以水稻和杨树为原料,进行¹³C脉冲标记,分别在300℃和500℃下裂解,得到8种不同的生物质炭,即300℃和500℃未标记水稻生物质炭、300℃和500℃¹³C标记水稻生物质炭、300℃和500℃未标记杨树生物质炭及300℃和500℃¹³C标记杨树生物质炭,分析植物¹³C标记、裂解温度和原料对生物质炭主要理化性质的影响.结果表明,植物¹³C标记后,制备得到的生物质炭TC含量降低,固定碳含量增加,水稻生物质炭的NO₃^--N含量增加.随着裂解温度从300℃升高到500℃,¹³C标记生物质炭的灰分、pH、固定碳含量增加,DOC、TN和NH₄⁺-N含量减少,C/N有所增加.三因素方差分析表明,制备原料是影响生物质炭的灰分、TC和固定碳含量的最重要因素,对变异的解释程度分别...     

土地利用变化对贵州印江喀斯特小流域水体DIC含量及δ~(13)C_(DIC)的影响

以印江流域水体为研究对象,分别于2014年夏季和冬季采集印江河主干与支流表层水样品,测定并分析其基本物理化学参数、主量离子浓度和溶解性无机碳(DIC)含量及其碳同位素组成(δ~(13)C_(DIC)),结合流域内不同的气候条件和土地利用强度与方式等生态环境条件,对表层水体中DIC的来源及其时空变化特征进行探讨。结果表明:印江河流域表层水p H值呈中性到碱性,水化学组成主要受碳酸盐岩风化的控制,阳离子主要以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,阴离子主要以HCO-3为主,而且主量离子在冬夏季表现出较为显著的差异。印江河流域干、支流水体DIC和主量离子含量向下游总体呈现递增趋势,并随季节呈现夏低冬高的变化趋势,可能与研究区水体上游土地利用强度低而下游存在大量的农耕用地以及当地冬夏季降雨量差异有关。相比之下,印江河流域干流水体δ~(13)C_(DIC)均值为-10.39‰、支流水体δ~(13)C_(DIC)均值为-8.29‰,差异相对显著,反映了作为源头支流水体主要受碳酸盐岩风化影响,支流汇入干流水体过程周边土地利用强度增大、方式多样,影响较为明显。而且该流域干、支流水体δ~(13)C_(DIC)的季节性差异显著,支流水体DIC主要由于水-岩交换在冬季更加富集13C,而干流水体DIC则主要由于生物量效应在夏季相对富集13C,极有可能与当地土地利用强度和方式的季节性变化有关。     

青奥会期间基于δ13C观测的大气CO2来源解析

开展城市冠层大气CO_2及其δ~(13)C的观测有助于解析自然源与人为源在区域碳循环中的作用.本研究于南京青奥会期间开展了大气CO_2及其δ~(13)C高频原位观测,在小时尺度至日尺度上对比了有无临时排放管制期间大气CO_2及其δ~(13)C的差异.研究发现,短期减排对降低区域尺度大气CO_2浓度有明显的短期效应(21×10-6),在整个青奥会临时管控期间长三角地区实际削减燃煤排放5%.本研究进一步采用Miller-Tans方法确定了长三角地区的CO_2排放源同位素组分;基于文献调查,提供了长三角地区主要人为源和自然源的δ~(13)C信息;量化了长三角夏季CO_2地表净通量、植被通量及人为排放通量.结果表明,水泥工业过程排放是长三角地区夏季大气δ~(13)C富集的主要人为原因(2.36‰).夏季长三角地区植被作用可以抵消23%~39%的人为CO_2排放.本文旨在通过采用自上而下的观测数据与传统IPCC的排放源清单相结合的方案,为城市区域碳源解析提供新的拆分方案.     

13CO2示踪臭氧胁迫对水稻土壤微生物的影响

本研究采用具有日变化的熏蒸方式,利用13C同位素示踪方法,结合PLFA技术,模拟分析了臭氧浓度升高对水稻土壤微生物结构的影响.实验设置2个臭氧浓度处理,即空气对照(CF,臭氧浓度约4~10 nL·L-1),臭氧浓度升高处理(O3,8 h平均浓度为110 nL·L-1).分别在水稻熏气1个月和2个月时进行13C同位素标记实验.结果发现,臭氧熏蒸一个月的时候对土壤微生物生物量碳没有影响,但此时输入到土壤微生物的即时光合产物13C已经显著低于对照;随臭氧熏蒸时间的延长,无论是总的土壤微生物量碳还是即时光合产物13C对土壤微生物的输入都显著低于对照处理.PLFA主成分分析结果表明,熏蒸一个月时臭氧对13C-PLFA的结构组成并没有显著影响,但熏蒸两个月后则臭氧明显改变了13C-PLFA的组成,但两次标记后PLFA单体的Δδ13C‰值已受到臭氧的影响.臭氧胁迫前期,只有细菌脂肪酸的13C分配(13C%)受到臭氧的明显影响,而胁迫后期则臭氧主要影响的是分配给放线菌和真菌的13C.     

岩溶泉水化学性质及δ13CDIC影响因素

为了深入研究岩溶泉水水化学性质与溶解无机碳同位素(δ13CDIC)的变化特征及其影响因素,在雨季(2014年6月~2014年10月)对柏树湾泉、兰花沟泉、后沟泉进行监测,并与旱季进行对比分析.结果表明,3个岩溶泉在雨季的碳酸盐岩溶蚀量大于旱季,但消耗的CO2量却小于旱季,其中兰花沟泉和后沟泉的CO2消耗量为负值.相对于雨季其它月份,7月与旱季一样,岩溶作用减弱但消耗的CO2量增加.因为受到水动力条件影响,7月H2CO3对碳酸盐岩溶蚀的贡献增加,而HNO3与H2SO4对碳酸盐岩溶蚀的贡献则降低.另外,HNO3与H2SO4溶蚀碳酸盐岩及其对HCO-3产生的脱水作用都会导致δ13CDIC偏正,因此δ13CDIC与NO-3+SO2-4浓度呈现出正相关性,而与HCO-3浓度呈现出负相关性.这说明水动力条件以及HNO3与H2SO4的参与对岩溶泉水化学性质及δ13CDIC的变化具有重要影响.     

北京市和厦门市大气 CO2 浓度及 δ13C 值变化特征

本文对北京市和厦门市大气CO_2及δ~(13)C进行观测,研究内陆城市和沿海城市CO_2浓度及δ~(13)C的季节和昼夜变化规律及影响因素,以期为政府制定碳减排政策提供科学依据。北京市和厦门市CO_2浓度均呈现秋冬季高于春夏季,而δ~(13)C秋冬季低于春夏季,季节差异原因可能是秋冬大气边界层降低,化石燃料消耗增加,贫13C的CO_2气体大量排放。观测期间,两个城市日变化模式均表现为CO_2夜间高于白天,δ~(13)C夜间低于白天;且在早晚交通高峰时段,两地CO_2浓度均有不同程度升高,而δ~(13)C有不同程度降低。冬季,北京市由于受西、北部高山阻挡,在东南风条件下使得其夜间大气CO_2浓度显著增高,δ~(13)C值则显著降低。根据两地新增CO_2的δ~(13)C值(δs)推测,北京市受到煤炭燃烧贡献较大,厦门市季节差异较大,推测受植物排放CO_2速率及气象条件等共同影响。     

北京上甸子站大气CO2及δ13C(CO2)本底变化

基于北京上甸子站(SDZ)2007~2013年大气CO_2及2009~2013年大气δ13C(CO_2)瓶采样观测资料,筛分获得混合均匀且未受局地污染影响、具代表性的大气CO_2及δ13C(CO_2)本底数据.2007~2013年SDZ站大气CO_2年均本底浓度变化范围为385.6×10-6~398.1×10-6,年均增长率为2.0×10-6a-1;2009~2013年其大气δ13C(CO_2)年均本底值变化范围为-8.38‰~-8.52‰,年均增长率为-0.03‰·a-1.SDZ站2007~2013年的7~9月月均浓度最低水平均出现在2008年,且2007~2008年增长率仅为0.3×10-6a-1,推测主要源于2008年奥运期间北京及其周边省市节能减排措施实施导致碳排放量减少.SDZ站大气CO_2本底浓度季节变化最低值出现在8月,最高值出现在3月,季节振幅达到23.9×10-6;大气δ13C(CO_2)与CO_2季节变化特征大致呈镜像关系,其季节振幅为1.03‰.对SDZ站CO_2源汇的碳同位素"signature"(δs)研究表明,供暖季Ⅰ(01-01~03-14)和Ⅱ(11-15~12-31)的δs分别为-21.30‰和-25.39‰,推测主要源自化石燃料与生物质燃烧的影响;其植物生长季的δbio值为-21.28‰,推测主要来自植被活动的贡献.     

利用Rb/Sr值、有机碳氮同位素及14C重建贵州喀斯特地区古环境变化

本文利用碳酸盐岩风化剖面土壤中Rb/Sr值、有机碳氮的稳定同位素值(δ~(13)C_(org)和δ~(15)N_(org))并结合~(14)C定年结果,讨论了贵州黔西南喀斯特地区晚更新世以来的植被和气候变化情况。结果表明:(1)晚更新世以来,研究区气候在千年尺度上经历了多个冷热、干湿循环过程,植被以C4植物为主;(2)研究区在14 750 a BP时期可能发生过较为极端的气候事件;(3)Rb/Sr值和δ~(13)C_(org)值可以用来指示古环境变化情况,高Rb/Sr值和高δ~(13)C_(org)值指示湿热气候,低Rb/Sr值和低δ~(13)C_(org)值指示干冷气候。     

生物炭的13C标记方法及对镉、铜的吸附性能探究

生物炭施入土壤后很难分离和检测，因而难以直观研究生物炭在土壤中的环境行为.本文采用稳定同位素标记法制备¹³C标记的生物炭，研究了¹³C标记生物炭的制备方法，以及标记前后生物炭的基本理化性质及其对Cd²⁺和Cu²⁺的吸附效果和吸附机理.结果表明，脉冲标记法可有效提高玉米植株的δ¹³C值，经过550℃限氧热解法制备的¹³C玉米秸秆生物炭（¹³C BC）的δ¹³C值为249.3‰，显著高于土壤（-23.5‰）及未标记的玉米秸秆生物炭（-25.7‰），具有显著的生物炭示踪效果.¹³C标记的生物炭的pH、CEC、比表面积、表面官能团种类及数量等理化性质与未标记生物炭相似，说明脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭不改变生物炭的基本理化性质.吸附动力学和吸附热力学实验结果表明，¹³C标记生物炭与未标记生物炭对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程，且吸附平衡时间、最大吸附量基本相同，表明¹³C标记生物炭不改变生物炭对Cd²⁺、Cu²⁺的吸附效果和吸附特征.XRD、FT-IR结果表明，¹³C标记生物炭和未标记生物炭具有相同的吸附机理，均为离子交换作用、静电吸附作用和阳离子-π键作用.因此，脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭具有与生物炭相同的基本理化性质和对镉、铜的吸附行为，同时具有显著高于土壤背景的δ¹³C值，可为土壤中生物炭迁移、生物炭与重金属相互作用行为的研究提供一条途径.     

利用黑松树轮δ13C 重建山东塔山地区近七十年来冬春季节的平均气温

对采自山东塔山的黑松(Pinus thunbergii Parl) 树芯样本进行交叉定年后建立树轮稳定碳同位素序列（δ¹³C 序列）。将得到的树轮δ¹³C 序列进行校正以去除大气CO₂的影响,提取其高频部分分析与气候要素的响应关系,发现黑松树轮δ¹³C 的高频序列与对应年份平均气温的响应比对降水量的响应显著。气温和降水对树轮δ¹³C 的影响均有滞后效应,即塔山地区树轮δ¹³C 能记录冬季气候变化。在相关分析基础上用回归方程重建了山东塔山地区近七十年冬春季节（即上年12 月— 当年5 月）的平均气温,分析发现重建序列有明显的冷暖交替上升的变化趋势。