稳定同位素在流域生态系统水文过程研究中的应用

近几十年来,稳定同位素技术在流域生态水文研究中的应用日益广泛。文中重点综述了氢氧稳定同位素技术在大气降水水汽来源、径流分割、流域产流方式划分、非饱和带土壤水分运移、植物水分利用、不同水体相互转化及同位素水文模型等方面研究应用的最新进展,分析其存在的问题,展望该技术在流域生态系统水文过程研究中的应用前景和发展方向。     

环境同位素在森林生态系统水循环研究中的应用

环境同位素技术有较高的灵敏度与准确性, 为水循环研究提供了新的技术手段。文中综述了环境同位素概念、示踪原理及其在生态系统水循环过程, 包括大气降水、林冠穿透水、地表水、土壤水、地下水和植物水过程的应用现状, 同时展望了环境同位素在定量阐明森林生态系统"六水"转化关系和水循环机理研究中的应用前景。     

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。     

氢氧稳定同位素在淡水湿地森林水文过程研究中的应用

湿地森林在蓄洪防旱、净化水质等方面对区域水文过程起着重要的调控作用。以往对于淡水湿地森林水文的研究多集中在运用传统水文学方法研究单一水文过程,很少将各水文过程作为一个整体来研究,且各个过程对降水截留效应的影响程度也未全部量化。而利用水分子中天然存在的氢氧稳定同位素作为示踪剂可综合反映并量化植被和土壤对降水的截留能力。文中综述湿地森林对水文过程调控作用的国内外研究概况,探讨氢氧稳定同位素技术在湿地森林水文研究中的进展,包括大气降水、林冠穿透水、降雨径流、土壤水、地下水、蒸发水、植物水的水分来源及各水体的转化关系等。在全球变化背景下,运用氢氧同位素技术系统定量地分析降水在生态系统水文过程的分配比例对于揭示湿地森林植被结构对水文过程的调控机制等具有重要意义,同时也可为建立淡水湿地森林植被恢复模式和制定保护策略提供参考。     

稳定性同位素技术在森林生态系统碳水通量组分区分中的应用

生态系统碳水循环过程中的同位素分馏效应,为区分生态系统净碳交换过程中光合和呼吸通量,蒸散通量中植物蒸腾和土壤蒸发提供了理论依据.本文综述了稳定性同位素技术在这一领域的应用进展.研究结果显示,此方法切实可行,为进一步解释森林生态系统过程提供了广阔的前景.但由于森林生态系统结构复杂,不确定性因素多,国内外研究还处于尝试阶段.该方法在森林生态系统应用中还存在诸如Keeling图技术和涡度相关技术的假设条件难以满足等问题,期待今后在技术和理论上的突破.     

稳定同位素技术在森林生态系统碳水循环中的应用

碳水循环是森林生态系统养分循环的重要组成部分,稳定同位素技术因其准确、安全、灵敏等特点被广泛应用于生态、环境、林业等众多研究领域,已逐步成为了解森林生态系统养分循环的强有力工具.近年来,稳定同位素技术在构建森林生态系统碳水耦合模型、计算水分利用效率、量化植被蒸腾和土壤蒸发对森林蒸散量的贡献等方面研究较多.通过论述森林生...     

丛枝菌根真菌对岩溶区植物水分吸收利用的促进作用探讨

岩溶区季节性干旱频繁发生,植物生长受到限制。丛枝菌根真菌是岩溶生态系统中重要生物组份,对植物水分吸收与生长具有积极的效应,可促进植物生长和增强植物抗岩溶干旱的能力。文中通过分析岩溶干旱环境下植物水分利用策略,探讨丛枝菌根真菌对植物水分吸收利用的促进作用及其菌丝输水、改善土壤团聚体和植物营养、影响水通道蛋白基因表达等调控机制,指出今后在应用稳定同位素探索岩溶植物水分利用策略时尚需考虑植物类型、岩溶生境等因素影响,还需加强土著优势菌种的筛选及深入研究植物水分吸收利用的调控机制,以期为石漠化地区植被修复重建科学研究提供参考。     

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。     

稳定性碳同位素对植物水分利用效率的指示作用

碳同位素技术已在地质学、生态学和植物学等领域得到广泛应用。文章概述了稳定碳同位素的基本理论,从不同植物类型、空间尺度和抗旱节水植物材料选育等方面对稳定碳同位素对植物水分利用效率的指示作用进行了简要总结,对碳同位素技术进行评价,并就未来发展方向进行展望。碳同位素分辨率与植物水分利用效率高度相关,因而利用碳同位素分辨率来衡量植物水分利用效率必将有广阔的应用前景。     

稳定性碳同位素对植物水分利用效率的指示作用

碳同位素技术已在地质学、生态学和植物学等领域得到广泛应用。本文概述了稳定碳同位素的基本理论,从不同植物类型、空间尺度和抗旱节水植物材料选育等方面对稳定碳同位素对植物水分利用效率的指示作用进行了简要总结,对碳同位素技术进行评价,并就未来发展方向进行展望。碳同位素分辨率与植物水分利用效率高度相关因而利用碳同位素分辨率来衡量植物水分利用效率必将有广阔的应用前景。     

碳稳定同位素技术在林木遗传改良中的应用

在植物水分利用特征研究领域，以δ^13C值和△值为分析指标的稳定同位素技术以其快速、简便的特点已逐渐被人们所接受。测定林木的δ^13C值来鉴定林木水分利用效率应用于遗传育种和节水生理方面的研究是目前的一个主要研究方向；植物碳稳定同位素，虽然是由遗传控制的，但环境效应仍然存在，光照和水分的可利用性是控制植物叶片δ^13C值的主要环境因子，影响上述2个因子的其他环境因素则会对δ^13C值产生间接影响，研究环境对δ^13C值的影响对于我们了解不同树种的水分利用特点，并根据生境选择合适的树种具有指导意义。与在作物上应用相比，碳稳定同位素技术在林木上应用还处在探索时期，进一步加强对碳稳定同位素技术的应用研究，对于提高育种效率和水平具有重要意义。     

哈尼梯田水源区3种典型植被下不同水体的氢氧稳定同位素特征及相互关系

【目的】以全福庄小流域哈尼梯田核心区上方水源林区的3种植被类型(乔木林、灌木林、荒草地)为研究对象,对0～100 cm土层土壤水的运移过程和水分来源及其对浅层地下水的补给比例进行定量估算,揭示植被类型对土壤水分运移的影响,以期为定量研究哈尼梯田区森林-梯田复合生态系统水循环过程以及哈尼梯田的可持续发展提供科学依据。【方法】利用氢氧稳定同位素技术研究2015年4—12月期间3种植被类型下不同水体的氢氧稳定同位素特征,同时选取3次代表性降水事件(2015年7月24日、7月29日和8月3日)分析3种植被类型下土壤水δ¹⁸O值随土层深度的变化特征,分析比较土壤水与其潜在水源(大气降水、浅层地下水等)的δ¹⁸O值,判断林地土壤水分来源,运用二元线性混合模型计算降水和浅层地下水对土壤水及地表水和土壤水对浅层地下水的贡献率。【结果】不同水体氢氧稳定同位素均值表现为：地下水>地表水>乔木林地土壤水>灌木林地土壤水>荒草地土壤水>降水,降水的变异系数最大,地表水和浅层地下水的变异系数较小;荒草地土壤水以降水补给为主,占比67.02...     

稳定同位素技术在植物水分研究中的应用

五十年代,地球化学家在研究与生命有关的稳定同位素时发现,生物体中稳定同位素──特别是碳、氢、氧稳定同位素的含量与其自身特点、生存的环境条件密切相关,这就为生态系统中生物地球化学循环的研究奠定了基础,同时也为研究植物的生理生化活动、代谢机理以及环境因子对植物的影响提供了新的武器,在一定程度上满足了植物水分研究对新技术的需要。     

绍兴淡水湿地人工林优势树种水分利用策略

【目的】以浙江省绍兴市汤浦水库库区3种15～20年生湿地人工林(阔叶林、针阔混交林、针叶林)中的优势树种美洲黑杨、北美枫香、柳叶栎、河桦和池杉为研究对象,分析3次不同量级降水后9天内各树种植物水δD组成,定量阐明不同量级降水对各树种植物水的贡献率及各树种的水分利用策略,为该地区湿地人工林生态系统水循环过程的定量研究、水资源合理利用及管理提供理论依据。【方法】利用氢氧稳定同位素技术,分析植物茎(木质部)水δD随采样时间(雨后9天内)的动态变化,并将植物水δD与潜在水源(大气降水、雨前土壤水和浅层地下水等)的δD值进行比较,判断各树种水分来源,并运用贝叶斯混合模型(MixSIAR)计算不同量级降水对各树种植物水的贡献率。【结果】汤浦水库库区淡水湿地人工林优势植物水主要来源于大气降水、雨前土壤水和浅层地下水;降水事件是影响植物水δD以及该次降水对植物水贡献率的主要因子;降水后9天内,小雨(7. 5 mm)对阔叶林中各树种植物水的贡献率表现为北美枫香(45. 2%～1. 5%)美洲黑杨(38. 0%～0. 6%)柳叶栎(31. 2%～0. 8%),小雨对针阔混交林中各树种植物水的贡献率表现为河桦(39. 0%～0. 6%)池杉(32. 4%～0. 8%)柳叶栎(25. 5%～0. 6%);中雨(14. 5 mm)和大雨(35. 0 mm)对阔叶林中各树种植物水的贡献率表现为美洲黑杨柳叶栎北美枫香,中雨和大雨对针阔混交林中河桦植物水的贡献率皆最高;小雨、中雨和大雨对针叶林中池杉植物水的贡献率分别为40. 2%～2. 6%,58. 2%～2. 7%和67. 4%～20. 9%。【结论】汤浦水库库区淡水湿地人工林各优势树种能够快速吸收利用当次降水;小雨对浅根(0～20 cm)树种植物水的贡献率较高,而中雨和大雨对根系分布较深树种植物水的贡献率更高,该库区针阔混交林和阔叶林中的深根和浅根树种具有不同的水分利用策略,有利于该湿地人工林群落的稳定和各树种共存。建议今后在我国长三角地区进行淡水湿地植被恢复过程中,应考虑选择根系分布不同的树种混种,以合理利用水资源、维持湿地森林生态系统的稳定性。     

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。     

全球气候变化研究的新技术——稳定碳同位素分析的应用

文中主要从植被动态研究、植物水分利用效率研究、树木年轮的δ^13C值对环境变化预测的研究以及利用^13C标记应用于碳循环的研究几方面，阐述了稳定碳同位素分析在全球气候变化研究中的应用。     

湿地挺水植物凋落物分解研究概述

挺水植物凋落物的分解会对湿地水质产生一定程度的影响。文中从挺水植物凋落物分解的研究方法、凋落物分解速率和元素释放以及分解与水体营养化水平的相互关系等几个方面,分析了挺水植物凋落物的分解特征。指出除了传统的分解袋法之外,一些新的技术和方法如近红外反射光谱（NIRS）法、同位素13C和15N示踪法也应用到植物凋落物的分解研究中;不同挺水植物凋落物的分解速率是不相同的,分解速率的不同致使凋落物元素释放的不同,且在分解过程中受到挺水植物凋落物特性和外界环境的影响。还分析了挺水植物凋落物独特的分解方式——立枯分解,指出挺水植物凋落物的分解可能会对水体造成二次污染,且不同植物的影响也是不同的。为了更好地保护环境,进一步提高水体质量,提出对挺水植物凋落物采取的相应措施,包括在植物生长末期清除部分植物凋落物,减少对水体的影响。还展望了今后在该领域研究的重点。     

植物水势研究与应用综述

植物水势是植物水分生理研究最常用的指标之一。作者对植物水势的研究与应用状况进行了综述,提出利用植物水势,结合气孔导度、相对含水量、水分利用效率等生理指标,对我国主要物种,特别是森林树种的等水/变水行为特征进行深入研究,为确定合理灌溉指标、人工林营造及生态系统保护等提供理论依据。     

水分胁迫对冷蒿种子萌发和幼苗生长的影响

种子萌发和幼苗生长对水分胁迫的响应是植物种群在干旱、半干旱生态系统中分布和延续的重要决定因素之一.冷蒿(Artemisia frigida)常在退化草地上成为优势种群,在防风固沙、防止干旱区草地进一步退化等方面发挥重要作用.为探讨冷蒿在干旱、半干旱生态系统中成为优势种群的原因,采用主成分分析法,研究水分胁迫对其种子萌发...     

3S技术在草地研究中的应用现状

目前,草地研究成为国际生态学与环境科学研究的热点问题之一。3S技术的发展为草地研究提供了新的方法和强有力的技术支持。文章主要论述了3S技术在草地资源调查、草地景观变化、草地资源管理等方面的应用概况;并概述了3S技术在草地研究应用中存在的主要问题和解决方案以及发展前景。提出应加大3S技术集成的深度,加强在草地保护及资源管理等方面的应用,对草地资源信息进行分析处理并延伸到研究草地空间规划和决策方面,以便科学利用和管理草地资源。