沙柳稳定碳同位素值的特点及其水分利用效率

通过对沙柳5个种源苗木叶片不同月份稳定碳同位素组成(1δ3C)的测定,研究不同种源沙柳δ13C值的特点,试图找出影响δ13C值季节变化的关键环境因子。结果表明:沙柳碳同位素值在-26.753‰~-29.915‰之间变化,其中,乌审旗和榆林种源1δ3C值较高,表明在该试验条件下具有较高的水分利用效率;叶片与枝条相比,δ13C值在6月和8月差异明显,达到0.930‰~2.469‰;而枝条的碳同位素值差异较小,为0.032‰~0.838‰;沙柳δ13C值在不同月份间有显著性差异,6月δ13C值明显高于8月;在将各环境因子分离开的情况下,主要研究了大气相对湿度对植物的1δ3C值季节变化的影响,结果显示,δ13C值随大气相对湿度的降低而偏重。     

黄河悬浮物及底泥的有机碳同位素研究

通过测定和分析一个水文年内黄河潼关段河流悬浮物和底泥中有机质的碳同位素组成,发现该断面河流悬浮物的δ13C值在-27.4‰~-23.5‰之间变化,平均值为-24.9‰,冬季样品的δ13C值要明显偏负,显示出高比例的C3植物来源。河流底泥的δ13C值相对稳定,在-24.5‰~-23.4‰之间变化,平均值为-24.0‰。研究结果表明:河流悬浮物δ13C值的组成变化可以反映流域内植被组成状况的季节性变化,而河流底泥的δ13C值则代表了流域内长期平均的植被分布状况,受流域内季节性植被变化的影响较小。     

太白山石生苔藓碳同位素分布特征及其环境指示意义

关于植物δ~(13)C值对海拔变化的响应特征及其机理的研究存在不同的认识,且很难找到一种出现在各个海拔高度的植物来减少种间出现的碳同位素分馏的差异。苔藓植物由于其结构相对简单,对环境变化的反应较为敏感,且随海拔梯度分布范围较广,因此,是一类良好的指示植物。通过对太白山南北坡不同海拔高度石生苔藓碳同位素组成(δ~(13)C)以及各环境因子和石生苔藓碳同位素随海拔关系的分析,结果显示:太白山南北坡石生苔藓δ~(13)C与海拔呈显著线性相关(南坡R2=0.45,P0.01;北坡R2=0.31,P0.01)。海拔每升高1 000 m,南北坡石生苔藓δ~(13)C值分别增加2.0‰和1.1‰。同时,大气CO_2浓度及其碳同位素组成、大气压、降水量、生物量等各因子对石生苔藓碳同位素组成记录的海拔效应影响较小,温度很可能是导致太白山石生苔藓δ~(13)C海拔效应的主要因素。     

准噶尔盆地早春短命植物碳同位素组成研究

通过对准噶尔盆地古尔班通古特沙漠南缘17科30属36种早春短命植物的稳定碳同位素分析,结果显示,准噶尔盆地早春短命植物的叶片稳定碳同位素值在-23.80‰～-29.71‰之间变化,平均值为-26.53‰.根据碳同位素比值可用来区分植物不同的光合途径类型,可判定本研究区内的早春短命植物均属于C3植物.准噶尔盆地早春一年生短命植物和多年生类短命植物均为草本,它们的稳定碳同位素(加权)平均值十分接近,分别为-26.55‰和-26.51‰.这或许是早春短命植物的两种生活型在长期进化过程中对准噶尔盆地这一特殊生境形成的趋同适应.     

水、盐胁迫下长穗柽柳和梭梭碳氮同位素组成的变化特征

了解干旱和盐胁迫下不同光合类型荒漠植物的响应特征,对预测气候变化下干旱区荒漠生态系统的植被组成和功能具有重要理论意义。碳氮稳定同位素组成能够指示植物对环境胁迫的响应和适应,可以作为许多植物生理整合过程的代用指标,以此分析不同水分和NaCl处理下新疆荒漠优势种C_3植物长穗柽柳(Tamarix elongata Ledeb)和C_4植物梭梭[Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge]一年生幼苗碳氮同位素组成的变化特征。结果表明:(1)梭梭和长穗柽柳叶片稳定性碳同位素组成(δ~(13)C)与盐度呈正相关关系;干旱处理下长穗柽柳的δ~(13)C值随水分的降低显著增大,而梭梭的变化不显著。2种植物的稳定氮同位素组成(δ~(15)N)与盐度呈负相关关系;干旱胁迫下,两者δ~(15)N值均显著减小。(2)随着处理时间的延长,梭梭δ~(13)C值减小而长穗柽柳δ~(13)C值增大;梭梭15N含量增加而长穗柽柳15N含量减少。(3)梭梭和长穗柽柳的δ~(13)C值与其他生理指标显著相关,表明δ~(13)C值对植物受环境胁迫的程度有较好的指示作用。     

氢氧稳定同位素指示的呼和浩特地区土壤水的补给特征

土壤水中的氢氧稳定同位素特征包含了水在包气带中的迁移信息,因此,分析土壤水中的氢氧稳定同位素的变化特征可以追踪土壤水的迁移过程.文中主要对呼和浩特地区西南部两个孔的包气带土壤剖面中氢氧稳定同位素随深度的变化特征进行了分析,并对呼和浩特地区降水、土壤水和地下水之间的同位素组成进行了比较.结果表明:该区土壤表层的水中的δ2H和δ18O受到降水中的δ2H和δ18O的直接影响,同时受到蒸发作用的影响,同位素值产生富集,之后变化幅度逐渐减小,逐渐接近地下水中的同位素值,显示出土壤底部的水分与地下水的交换比较活跃;通过对比该区降水、土壤水和地下水的同位素值,发现该区土壤水的补给来源主要为降水,且降水的补给为季节性补给,补给季节主要是秋季.     

树木年轮~(13)C/~(12)C比率记录的树木生长与生态环境关系的研究

树木年轮1 3C/1 2 C对气候的响应是一个复杂的过程 ,气候影响树木的光合作用、呼吸作用等生理过程 ,进而影响树木代谢物质的生成和流动及其同位素的分馏。对树木生长和树轮稳定碳同位素含量与生态环境之间关系的响应的全面分析研究 ,可以更为准确的获得树木年轮同位素1 3C/1 2 C比率与历史气候环境变迁关系的资料。本文在总结前人研究结果的基础上 ,得出以下几点结论 :1 .生态环境决定树木叶片的气孔导通度 ,而导通度又影响植物同化速率 ,进而影响树轮中稳定碳同位素的比率 ;2 .大气CO2 的浓度影响植物对水分的利用效率 ,而植物对水分的利用直接影响树木光合作用的速率 ,进而植物碳同位素比率记录了环境CO2的浓度的变化规律 ;3.植物同化速率和气孔导度与气候要素 ,如温度、湿度、降水、光照及风等气候要素有关 ;4.树木年轮1 3C/1 2 C比率与生态环境的响应的众多研究结果表明稳定碳同位素同环境的相关既存在空间差异也存在树种差异。     

准噶尔盆地南缘土壤水运移特征及其补给来源识别

在荒漠区,土壤水是一切陆生植物赖以生存的基础,识别荒漠区土壤水的补给来源,探索土壤水的运移机理,对于荒漠区生态修复非常必要。通过对荒漠区非饱和带剖面土壤水的含水率、易溶盐离子及稳定同位素(δD、δ~(18)O)的测定和分析,研究荒漠区土壤水的补给来源与运移机理。结果表明:荒漠区土壤含水率、易溶盐与土壤水氢氧同位素在垂向上呈现旋回变化,剖面中土壤Cl-含量与含水量成正相关;0~1.6 m为蒸发影响带,1.6~8.0 m为土壤水向下运移带,8.0 m以下为潜水影响带。从土壤水中氢氧同位素及Cl-含量信息来看,荒漠区土壤水来源于大气降水的补给。旋回中Cl-含量极低值与δD与δ~(18)O极贫值相对应,δD值贫化峰值为-124.10‰~-97.39‰,荒漠区土壤水来源于冬季大气降水或降雪的入渗补给。     

土地利用变化对土壤水补给来源影响研究

为探究不同植被类型深剖面土壤水补给来源,以黄土区长武塬为研究区,采集两种土地利用方式(农地、18 a苹果园、26 a苹果园)下20 m深土壤剖面,测定土壤水及其稳定性和放射性同位素含量,基于同位素方法对不同土地利用类型下不同深度土壤水来源进行溯源分析。研究表明：(1)苹果园土壤水含量明显低于农地,说明果园耗水强度更大,对深层土壤水影响更为显著。(2)农地、18 a和26 a苹果园下降水偏移量分别为-22‰、-20‰和-6‰,说明降水补给土壤水后受到蒸发作用影响,且农地土壤水比果园受到的蒸发效应更强。(3)该区土壤水补给主要以活塞流为主;对于补给不同深度土壤的可能水源,6 m以下补给水的同位素组成(δ²H=-83.8‰,δ¹⁸O=-12.1‰)较0～6 m (δ²H=-68.8‰,δ¹⁸O=-10.1‰)更为贫化,且6 m以下补给水的氢氧稳定同位素组成与日降水量≥50 mm·d^-1的降水更相似。与农地(δ²H=-70.6‰,δ¹⁸O=-...     

滹沱河上游区地表水和地下水同位素特征

在滹沱河上游区采集了河水、地下水、泉水、水库水样品,分析了各类水的氢、氧、氮同位素和化学特征,并将氢氧稳定同位素与平原区大气降水进行了对比,分析了沿流程的变化,识别了硝酸盐来源。结果表明:滹沱河源区河水、地下水和泉水与平原区大气降水的同位素组成差别明显;滹沱河水进入水库以后,水库水受到明显的蒸发浓缩作用,也可区别于平原区大气降水;水样的NO3-含量变化在1.68~87.4 mg/L之间,大部分样品的1δ5N值大于8‰,指示水中NO3-来自污水或粪便。     

用洛川黄土中碳同位素重建140万年以来古气候

在洛川黄土剖面,通过密集采样,做出从第三纪红到整个第四纪黄土地层的碳同位素分析。1δ3C曲线可与大西洋深海钻孔DSDP607的氧同位素曲线及南极氘温度详细对比。S5上有一个特别突出的负高峰,1δ3C=-16.615‰,是气候最温湿的阶段。S0、S1、S4、S8、S9的δ13C峰值在-5.85—-10.00‰之间,是一般间冰期阶段。峰值在-8.72—-6.95‰的S2、S3、S6、S7等对应的是温干的间冰期。L1、L2、L5、L6、L8、L9的1δ3C在-3.7—-2.27‰之间,是一些极冷的冰期。因此,黄土1δ3C是一个灵敏的替代性古气候指标。     

西伯利亚落叶松树轮稳定碳同位素对气候的响应

利用采自阿尔泰山南坡东段正格采点的西伯利亚落叶松树轮样本,建立树轮宽度年表,对比宽度年表,按照树轮稳定碳同位素研究步骤,提取树轮稳定碳同位素序列（δ¹³C）和去趋势序列（DS）。分析表明：阿尔泰山南坡东部近160 a西伯利亚落叶松树轮δ¹³C变化于-22.8‰～-25.4‰,平均值为-24.0‰,变差系数-0.017。相关分析表明：正格采点树轮宽度序列对各气候要素相关不显著;树轮去趋势序列（DS）对前期气候因子的响应也不敏感;在生长季内（5~9月）,树轮去趋势序列（DS）与富蕴气象站平均气温、平均最高气温和平均相对湿度有较好的相关性,树木生长季内的平均气温、平均最高气温与树轮去趋势序列（DS）显著正相关,6~7月平均最高气温与去趋势序列（DS）相关达到0.611（P<0.000 001);与生长季内平均相对湿度呈负相关关系,其中6~7月相对湿度与去趋势序列（DS）相关最高(r=-0.493, P<0.001),与7月降水量呈负相关关系(r=-0.459, P<0.01)。生长季内的平均最高气温和相对湿度对阿尔泰山西伯利亚落叶松树轮δ¹³C的响应最为敏感,阿尔泰山西伯利亚落叶松树木碳同位素分馏的主要控制因子为6~7月的平均最高气温,降水对树轮稳定碳同位素影响不大,相对湿度对树轮稳定碳同位素没有直接影响。     

Source identification of nitrate in the upper aquifer system of the Wadi Shueib catchment area in Jordan based on stable isotope composition

Groundwater forms the main freshwater supply in arid and semi-arid areas,and contamination of this precious resource is complicated by the slow rate of recharge in these areas.Nitrate contamination of groundwater is a global water quality problem,as it entails threat to human health as well as aquatic ecosystems.Source identification of contamination is the cornerstone and a prerequisite for any effective management program of water quality.Stable isotope composition of the dissolved nitrate(δ¹⁵N-NO₃-andδ¹⁸O-NO₃-)has been applied to identify NO₃-sources and the main transformation processes in the upper aquifer system(A1/2,A4,and B2/A7 aquifers)in the Wadi Shueib catchment area,Jordan.Moreover,the stable isotope compositions of the groundwater(δ²H-H₂O andδ¹⁸O-H₂O)in conjunction with the groundwater hydrochemistry were integrated to investigate the origin and evolution of the groundwater.Results revealed that groundwater in the study area is fresh and hard-very hard water,and mainly a Ca-Mg-Cl type.NO₃-concentration was in the range of 7.0-74.0 mg/L with an average of 37.0 mg/L.Most of the samples showed concentration higher than the natural background concentration of NO₃-(5.0-10.0 mg/L).Theδ²H-H₂O andδ¹⁸O-H₂O values indicated that the groundwater is meteoric,and of Mediterranean origin,with a strong evaporation effect.Theδ¹⁵N-NO₃-values ranged between 6.0‰and 11.3‰with an average of 8.7‰,and theδ¹⁸O-NO₃-values ranged between 1.6‰and 5.9‰with an average of 3.4‰.These values are in conformity with the stable isotope composition of nitrate derived the nitrification of wastewater/manure,and soil NH4.Nitrification and denitrification are the main transformation processes affecting nitrogen species.Statistical analysis revealed no significant differences in theδ²H-H₂O andδ¹⁸OH₂O values,andδ¹⁵N-NO₃-andδ¹⁸O-NO₃-values for the three aquifers(A1/2,A4,and B2/A7),indicating that the groundwater of these aquifers has the same origin,and a common source of pollution.     

The influence of cyst nematodes and drought on potato growth. 3. Effects on carbon isotope fractionation

A good agreement was found between drought induced water-use efficiencies and carbon isotope fractionation of potato plants of the same age. Discrimination of¹³Carbon isotope increased with plant age and with the rank order of the distinguished plant organs. In young plants, nematode infection (contrary to drought) reduced¹³C discrimination but also reduced the water-use efficiency, leading to the conclusion that nematode infection, by slowing down the plant metabolism may have reduced the extrusion of¹³C. Towards senescence both nematode infection and drought reduced¹³C discrimination and increased water-use efficiencies indicating that then nematode caused water stress in the plants.     

Application and verification of simultaneous determination of cellulose δ13C and δ18O in Picea shrenkiana tree rings from northwestern China using the high-temperature pyrolysis method

Stable isotopes in tree-ring cellulose provide important data in ecological, archaeological, and paleoenvironmental researches, thereby, the demand for stable isotope analyses is increasing rapidly. Simultaneous measurement of cellulose δ¹³C and δ¹⁸O values from tree rings would reduce the cost of isotopic commodities and improve the analytical efficiency compared with conventional separate measurement. In this study, we compared the δ¹³C and δ¹⁸O values of tree-ring α-cellulose from Tianshan spruce (Picea schrenkiana) in an arid site in the drainage basin of the Urumqi River in Xinjiang of northwestern China based on separate and simultaneous measurements, using the combustion method (at 1050°C) and the high-temperature pyrolysis method (at 1350°C and 1400°C). We verified the results of simultaneous measurement using the outputs from separate measurement and found that both methods (separate and simultaneous) produced similar δ¹³C values. The two-point calibrated method improved the results (range and variation) of δ¹³C and δ¹⁸O values. The mean values, standard deviations, and trends of the tree-ring δ¹³C obtained by the combustion method were similar to those by the pyrolysis method followed by two-point calibration. The simultaneously measured δ¹⁸O from the pyrolysis method at 1400°C had a nearly constant offset with that the pyrolysis method at 1350°C due to isotopic-dependence on the reaction temperature. However, they showed similar variations in the time series. The climate responses inferred from simultaneously and separately measured δ¹³C and δ¹⁸O did not differ between the two methods. The tree-ring δ¹³C and δ¹⁸O values were negatively correlated with standardized precipitation evapotranspiration index from May to August. In addition, the δ¹⁸O was significantly correlated with temperature (positive), precipitation (negative), and relative humidity (negative) from May to August. The tree-ring δ¹³C and δ¹⁸O values determined simultaneously through the high-temperature pyrolysis method could produce acceptable and reliable stable isotope series. The simultaneous isotopic measurement can greatly reduce the cost and time requirement compared with the separate isotopic measurement. These results are consistent with the previous studies at humid sites, suggesting that the simultaneous determination of δ¹³C and δ¹⁸O in tree-ring α-cellulose can be used in wide regions.     

西藏雨季主要水体氢、氧同位素特征

通过对2014年雨季西藏境内63处水体中δD和δ~(18)O值的测定,分析其中氢、氧稳定同位素组成特征。结果表明:水体δD和δ~(18)O的取值范围分别为-152.06‰~-19.05‰和-16.96‰~4.66‰,δD较δ~(18)O的标准差大,平均值分别为-101.38‰和-9.67‰;3种水体的δD和δ~(18)O值关系为湖泊δD相对河流δD富集,河流δD相对沼泽δD富集,湖泊δ~(18)O相对河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O富集,河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O无差异;蒸发趋势方程分别为δD湖泊=6.14δ~(18)O-45.48(n=22,R2=0.855),δD河流=7.83δ~(18)O-26.22(n=32,R2=0.858),δD沼泽=5.93δ~(18)O-52(n=9,R2=0.723),河流相比湖泊和沼泽水体的δD与δ~(18)O更易受大气降水的影响;氘过量参数特征为湖泊-79‰~-17‰,河流-40‰~-5‰,湿地沼泽-34‰~-7‰,表现出蒸发强烈的水体特征;沼泽水体δ~(18)O与纬度的一元线性回归方程为y=1.67x-63.23。     

高寒沙地不同林龄中间锦鸡儿的水分利用策略

中间锦鸡儿是青海共和盆地高寒沙地的主要造林灌木树种之一。文中利用稳定同位素技术,测定共和盆地不同林龄(5a,9a,25a)中间锦鸡儿枝条木质部和土壤各层(10,20,30,50,100,150,200cm)水分的δD值、δ18O值,分析它们是否随林龄变化而选择性地利用不同深度的土壤水分;并通过测定不同林龄中间锦鸡儿叶片的δ13C值,分析比较它们的长期水分利用效率。结果表明:5a,9a和25a中间锦鸡儿均主要利用源自降雨的土壤浅层10-50cm的水分。3个林龄中间锦鸡儿的水分利用效率差异显著(P<0.05),5a中间锦鸡儿明显高于9a和25a中间锦鸡儿,9a和25a中间锦鸡儿水分利用效率类似。水分利用策略的分析结果表明,中间锦鸡儿在发育低龄期,采取提高水分利用效率的方法来应对干旱胁迫。25a中间锦鸡儿未发生明显退化。     

包头地区大气降水δD和δ~(18)O变化特征浅析

大气降水中氢氧稳定同位素包含着水循环演化过程中的历史信息,对揭示水资源的形成及演化机制具有重要的意义。文中根据包头站大气降水中稳定同位素和气象资料,分析了包头地区(1986-1992年)大气降水的氢氧稳定同位素的变化特征及其与气温和降水之间的关系,发现该区氘盈余值(d)具有冬季高夏季低的特点,且d值接近全球大部分地区降水的d值(10‰)。该区大气降水中δ18O值具有夏季高冬季低,δ18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏半年(4-9月)间显著。同时提出了包头地区当地大气降水线方程为δD=6.4δ18O-4.07,与全国及全球降水线方程相比,反映出干旱的气候特征。     

风成沉积物环境敏感粒度指标的提取及意义

采用SPSS11.5软件中的主成分分析方法,对黄土高原西部末次冰期沉积的宁夏中卫冰沟剖面和兰州沙金坪剖面的粒度进行了环境敏感粒度指标的提取,沙金坪剖面和冰沟剖面的环境敏感粒级分别为24.70-27.90μm、62.47-68.97μm,冰沟剖面的阈值基本是砂粒级标准(>63μm),冰沟剖面由于距沙漠源区更近,受物源影响更大而使敏感组分更粗,不同地区的环境敏感粒度指标存在差异。另外,不同数学方法提取的指标也存在差异,数学方法的运用必须考虑其数值所表示的物理机制和环境意义。