氢氧碳稳定同位素在植物水分利用策略研究中的应用

综述了氢氧碳稳定同位素的概念、示踪原理及其应用于定量确定植物水分来源、水分利用格局和水分利用效率等方面研究进展。同时展望了全球气候变化条件下, 氢氧碳多种稳定同位素联合示踪先进技术在定量研究植物水分利用策略以及植被对全球气候变化的响应机制研究中的应用前景。     

荔波喀斯特森林4种木本植物水分来源的稳定同位素分析

中国南方喀斯特区气候湿润,但土层浅薄,土被不连续,储水能力差,水分成为限制因子,土层下广厚基岩为植物根系生长提供了空间,形成其独特的水分机制。采用氢氧稳定同位素技术与测定植物清晨水势的方法,选取贵州南部荔波茂兰国家级自然保护区内的喀斯特原生林、次生林及因人类砍伐退化的喀斯特灌丛,分析测定其中4种常见优势木本植物小枝木质部水分及土壤水、表层岩溶带水氢氧同位素值的相关性,确定植物水分来源,并通过相关模型计算水源贡献比;探讨喀斯特森林生态系统中植物水分利用策略。结果表明:无论雨季或旱季,表层岩溶带水是喀斯特植物的稳定水源。各植被类型都主要利用土壤水,在降水减少的10月,灌木林和原生林对表层岩溶带水的用量比例提升,而次生林对土表水的用量更高。不同物种有不同的水分利用策略,常绿小乔木香叶树利用表层岩溶带水比例最高,显示其较深的根系;而落叶乔木圆果化香表现为较浅的根系和干季表土水利用比例较高的特征。     

鼎湖山大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

[目的]鼎湖山自然保护区地处我国热带与亚热带交汇处,在全球气候变化研究中占居独特而重要的地位。全球气候变化背景下,降水格局变化将影响区域森林生态系统内部小气候。降水是森林生态系统水循环过程中重要的输入因子,研究鼎湖山大气降水氢氧稳定同位素特征和水汽来源,对探讨该地区森林生态系统水循环过程、森林群落演替动态及区域水资源合理利用和管理等具有重要理论和实践意义。[方法]运用氢氧稳定同位素技术,研究和分析鼎湖山2013年8月~2014年8月13个月108个大气降水的氢氧同位素组成及与环境因子的关系,并运用HYSPLIT模型后向轨迹法模拟大气降水气团传输途径和过程,判定该地区水汽来源。[结果]鼎湖山大气降水线方程为:δD=7.863δ~(18)O+9.664(R~2=0.975,n=108);δD和δ~(18)O值范围分别为-118.26‰~-15.52‰,-16.05‰~2.25‰,均值分别为-34.44‰,-5.58‰;大气降水过量氘(d)显示出冬高夏低的季节变化;鼎湖山降水量效应显著,温度效应不显著。[结论]鼎湖山大气降水氢氧稳定同位素特征存在明显的季节性变化;干季的气团主要来自局地蒸发、中国华北地区及寒冷干燥的亚欧大陆,湿季的气团主要来自温暖湿润的西太平洋、南海和印度洋。     

汤浦水库湿地森林区大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

[目的]研究汤浦水库湿地森林区大气降水中的氢氧稳定同位素特征及水汽来源,为定量阐明降水在会稽山-汤浦水库过渡带湿地森林生态系统水文循环过程中的分配和转化规律及绍兴饮水源水质的保护和管理提供科学依据。[方法]采集2015年7月至2017年7月2个水文年166个大气降水样品,利用稳定同位素技术,分析降水氢氧同位素组成,并阐明其与环境因子(温度、降水量)的关系;采用HYSPLIT模型中的后向轨迹法模拟追踪该地区降水气团的运输过程,判断气团的运移轨迹和水汽来源。[结果]汤浦水库湿地森林区大气降水δD与δ18O关系式:δD=8.36δ18O+14.92(R2=0.966,n=166,P0.01);大气降水中的δD值变化范围-147.52‰~2.71‰,均值-38.13‰±27.61‰;δ18O值变化范围-19.05‰-1.17‰,均值-6.34‰±3.24‰,且不同季节的大气降水氢氧同位素值明显不同;过量氘(d值)(12.61‰)高于全球d值的均值(10‰),呈现干季高湿季低的现象;大气降水δD、δ18O温度效应不显著,但降水量效应显著。[结论]汤浦水库湿地森林区大气降水线与全球及我国大气降水线有差异,降水中的δD、δ18O值有明显的季节变化;根据大气降水中的δD、δ18O值、d值及后向轨迹法模拟结果得出,汤浦水库湿地森林区干季(10月—次年4月)大气降水的水汽主要来源于内陆地区,湿季(5月—9月)的水汽主要来源于西太平洋和印度洋。     

基于~(18)O稳定同位素的银川平原北部4种灌木夏初水分来源的研究

在宁夏西大滩,通过测定不同种类及不同年龄盐生灌木木质部水分及不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18O),应用同位素线性混合模型估算了不同灌木对不同水源的利用率。结果表明:不同深度土壤水δ18O值存在较大差异,并呈现规律性变化,140 cm以上δ18O值波动较大,说明该土壤剖面土壤水δ18O受蒸发与井水灌溉的双重影响;140 cm以下δ18O值连续下降,说明该土壤剖面土壤水δ18O主要受井水影响。20年生多枝柽柳平均利用19.9%的地下水,3年生四翅滨藜平均利用15.5%的地下水,3年生枸杞平均利用15.1%的地下水,3年生多枝柽柳平均利用13.3%的地下水。20年生多枝柽柳对表层土壤水的依赖最低(5%),3年生多枝柽柳对表层土壤水的依赖最高(38.9%)。     

梵净山典型植被类型的根系真菌群落结构及功能类群特征研究

目的 解析世界自然遗产地梵净山地区典型植被类型对真菌群落结构及功能的影响,为深入探讨可见的地上植物群落和未知的地下真菌群落结构间的关联机制提供数据支撑。 方法 以梵净山常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和亚高山矮林3种植被类型为研究对象,高通量测序技术探讨根系真菌群落结构在植被类型间的差异,FUNGuild对真菌进行功能预测,并分析真菌群落与土壤性质、细根性状和叶性状间的关系。 结果 子囊菌门和担子菌门为优势真菌门,undefined saprotroph、丛枝菌根真菌、外生菌根真菌、植物病原菌、内生真菌、寄生性真菌和杜鹃花类菌根真菌为主要功能类群。常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和亚高山矮林的显著差异功能类群分别是丛枝菌根真菌、外生菌根真菌和杜鹃花类菌根真菌。真菌群落组成在植被类型间存在显著差异,常绿阔叶林真菌多样性和Shannon指数显著高于常绿落叶阔叶混交林和亚高山矮林,而Bray-Curtis相异性指数在亚高山矮林显著低于常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林。ABT分析表明,根碳含量是影响真菌丰富度的首要因子,叶干物质含量是影响真菌Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数的首要因子。冗余分析揭示植被类型、土壤pH、根碳含量和叶碳含量显著影响真菌群落;方差分解分析表明植被类型对真菌群落的影响最大,其次是细根性状和土壤性质,叶性状影响最小。差分解分析表明植被类型对真菌群落的影响最大,其次是细根性状和土壤性质,叶性状影响最小。 结论 植被类型能显著影响真菌群落结构,真菌功能类群与植被类型间存在某种特定联系,植物性状对根系真菌群落的构建具有重要意义。