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2017年 第28卷 第7期    刊出日期：2017-07-18

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两种荒漠生境条件下泡泡刺水分来源及其对降水的响应

周海, 赵文智, 何志斌

2017, 28(7):  2083-2092.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.021

摘要 ( 421 )   PDF (2036KB) ( 160 )  

泡泡刺通常以灌丛沙堆的形式存在,具有很强的生态适应性,在防风固沙、抗旱耐盐等方面具有独特的功能,但是水分条件仍然是限制其生存和发展的关键因素.为了明确泡泡刺在不同荒漠生境条件下的水分利用策略,研究了河西走廊临泽绿洲边缘沙质和砾质生境下泡泡刺的水分来源季节动态特征以及对不同降雨事件的响应程度.测定了两种生境下泡泡刺茎水和不同水源(降水、土壤水和地下水)的氧稳定同位素(δ¹⁸O)值,结合IsoSource模型计算了不同水源对泡泡刺水分来源的贡献比例.结果表明:两种生境下泡泡刺茎水δ¹⁸O值及其水分来源都存在显著的季节变化特征,沙质生境下泡泡刺在降水较少的春季和秋季主要利用地下水,其贡献率可达50%以上;而砾质生境下的泡泡刺无法利用深达11.5 m地下水,其水分来源受降水控制,具有较大的季节变异性.两种生境下的泡泡刺对降水响应显著,但是降水过后,随着土壤含水量的快速减小,沙质生境下的泡泡刺转而以丰富的地下水为主要水分来源,而砾质生境下的泡泡刺只能利用降水入渗至较深层土壤的较少水分.因此,两种生境下泡泡刺不同的水分利用策略是导致其生长特征差异的主要原因,同时也表明泡泡刺具有较强的自我调节和适应能力.

科尔沁沙地南缘主要固沙植物旱季水分来源

刘保清, 刘志民, 钱建强, 阿拉木萨, 张凤丽, 彭新华

2017, 28(7):  2093-2101.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.030

摘要 ( 508 )   PDF (912KB) ( 212 )  

探讨固沙植物水分来源以及物种间水分利用关系对揭示植物共存机理和固沙植被稳定机制具有重要意义.本研究选取科尔沁沙地南缘两种典型生境(固定沙丘和丘间低地)共12种固沙植物,通过测定植物水、同期降水、地下水和土壤水的稳定同位素比率(δD和δ¹⁸O),利用IsoSource模型计算植物对不同深度土壤水的利用比例,初步阐明半干旱沙区主要固沙植物旱季水分来源以及物种间的水分利用关系.结果表明:两种生境中不同生活型固沙植物水δD和δ¹⁸O差异显著,但丘间低地乔木和灌木差异不显著.在丘间低地从乔木到草本水分来源逐渐变浅,乔木和灌木主要利用50～150 cm或30～50 cm土壤水,半灌木主要利用10～30 cm土壤水,草本主要利用0～10 cm土壤水;固定沙丘灌木主要利用0～30 cm土壤水,半灌木则主要利用50 cm附近土壤水.表明旱季固定沙丘植物比丘间低地植物更依赖0～50 cm土壤水.固沙植物水分来源与植物生活型、根系分布范围有关,其中根系分布范围影响可能更大.

武夷山不同海拔植物水分利用效率的变化及其与养分变化的关系

孔令仑, 林捷, 黄志群, 余再鹏, 徐自坤, 梁艺凡

2017, 28(7):  2102-2110.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.008

摘要 ( 457 )   PDF (845KB) ( 223 )  

以武夷山不同海拔(600、900、1300、1500、1800、2000和2100 m)的乔木、灌木和草本3种生活型植物为研究对象,观测其水分利用效率和叶片氮、磷养分浓度随海拔的变化趋势,旨在探索海拔梯度间水分、养分变化与植物水分利用效率变化的关系.结果表明: 植物水分利用效率随海拔的增加呈显著上升趋势,乔木叶片δ¹⁸O随海拔变化不显著.总体上看,叶片氮浓度未观测到规律性的变化,高海拔地区的叶片磷浓度显著高于低海拔地区.水分利用效率与叶片磷浓度呈显著正相关,而与叶片氮浓度相关性不显著.不同海拔植物水分利用效率变化主要由光合速率的变化引起,水分状况对植物水分利用效率的影响不显著.海拔梯度间植物叶片磷浓度的差异对光合速率影响显著,进而影响水分利用效率.

基于稳定同位素和热扩散技术的张北杨树水分关系差异

苗博, 孟平, 张劲松, 何方杰, 孙守家

2017, 28(7):  2111-2118.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.037

摘要 ( 331 )   PDF (805KB) ( 225 )  

利用稳定氢同位素和热扩散技术研究张北防护林杨树的水分来源和蒸腾耗水,分析确定未退化与退化杨树的水分关系差异.结果表明:在生长季节中退化杨树主要利用0～30 cm土壤水分,未退化杨树主要利用30～80 cm土壤水分,两者的水分来源不同.旱季时,未退化杨树利用深层土壤水分和地下水的比例明显高于退化杨树.雨季中,杨树对0～30 cm土壤水分的利用比例增加,退化杨树增加幅度明显高于未退化杨树,对30～180 cm土壤水分的利用比例均减少.未退化杨树的液流速率大于退化杨树,不同天气中液流速率表现出相似的变化趋势,但未退化杨树液流的启动时间比退化杨树早.相关分析表明,未退化和退化杨树液流速率与土壤温度、风速、太阳辐射、相对湿度、空气温度均呈极显著的相关关系.退化杨树液流速率与土壤温度和空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素呈显著正相关,而未退化杨树仅与空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素均呈显著正相关关系,表明退化和未退化杨树蒸腾耗水易受环境条件的影响.退化杨树液流日累计量明显小于未退化杨树,表明其蒸腾耗水量较少;退化杨树水分来源浅,蒸腾耗水的减少并不能阻止林分退化.

基于树轮稳定碳同位素的张北杨树防护林退化原因解析

孙守家, 李春友, 何春霞, 张劲松, 孟平

2017, 28(7):  2119-2127.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.024

摘要 ( 466 )   PDF (1971KB) ( 334 )  

三北防护林是京津冀地区重要的生态屏障,但近十年来张北县4/5的杨树防护林出现退化现象,接近1/3的杨树濒临死亡或枯死,导致杨树防护林生态功能下降.本研究用稳定碳同位素方法追溯研究了退化与未退化杨树年轮中δ¹³C值和内在水分利用效率(WUE_i)的差异,分析导致杨树退化和死亡的原因及其来源.结果表明:相同年龄杨树的直径随着退化程度增加而下降,退化杨树树轮的δ¹³C值变化范围为-25.26‰～-22.97‰,未退化杨树为-26.15‰～-23.50‰,从1997年开始,退化杨树δ¹³C值高于未退化杨树.退化与未退化杨树WUE_i值从1997年开始出现差异但不显著,2002年后其差异达到显著水平,退化与未退化WUE_i的差值ΔWUE_i连续正值可能是退化与未退化杨树产生分化的重要原因之一.退化和未退化杨树WUE_i与降雨量、相对湿度和潜在蒸散量(ET₀)的相关关系均不显著,但与气温和地下水埋深呈极显著的线性关系.1997年极端干旱事件是杨树林退化的起点,随后土地利用方式的改变导致地下水的过度使用,加剧了干旱持续时间和强度,进而加速杨树防护林的退化和死亡.

基于树轮δ¹³C的北京山区侧柏水分利用效率

路伟伟, 余新晓, 贾国栋, 李瀚之, 刘自强

2017, 28(7):  2128-2134.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.013

摘要 ( 423 )   PDF (778KB) ( 130 )  

树木水分利用效率特征存在地域及树种差异,北京山区作为华北土石山区典型森林生态系统,其主要树种侧柏水分利用效率(WUE)长期变化的研究未见报道.本研究通过测定侧柏树轮稳定碳同位素值(δ¹³C),计算年均水分利用效率(WUE_i),分析其长期变化趋势及对环境条件变化的响应,并结合树轮宽度,探究侧柏WUE_i与净固碳量的关系.结果表明: 1918—2013年期间,北京山区年均气温呈逐渐升高趋势,年降水量波动较大.在此期间,侧柏树轮δ¹³C逐渐减小,WUE_i呈逐渐增大趋势.侧柏WUE_i对气温变化的响应最为敏感,呈显著正相关关系,且WUE_i对气温升高的响应敏感性大于气温降低.侧柏WUE_i与年降水量的相关性不明显,该地区降水量不是影响侧柏WUE_i的主要因素.侧柏去趋势树轮宽度值呈现先上升后下降趋势,近20年下降趋势明显.结合WUE_i与环境因子的相关性分析,认为气温升高导致气孔导度(g_s)降低,蒸腾量减少,同时增加了呼吸损耗,结果导致WUE_i升高,但侧柏净固碳量减少,生长减缓.

北京土石山区典型植物水分来源

刘自强, 余新晓, 贾国栋, 李瀚之, 路伟伟

2017, 28(7):  2135-2142.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.012

摘要 ( 390 )   PDF (1406KB) ( 115 )  

在季节性干旱区,水分是限制植物生长的关键因子.为了分析比较北京山区群落植物的水分利用特征,本文利用稳定同位素(D/H、¹⁸O/¹⁶O)技术,探讨典型群落植物侧柏、荆条、构树和胡枝子的水分来源及其对各水源的利用比率.结果表明: 群落内4种植物的水分来源不同,侧柏主要吸收利用40～60、60～80和80～100 cm深度的土壤水,对这3层的利用率在23.3%～25.9%,对表层0～20和20～40 cm的利用率分别为12.3%和13.0%;荆条主要吸收利用60～80和80～100 cm深度的土壤水,利用率分别为51.9%和25.2%,对其他土壤水利用较少;构树主要吸收利用表层0～20 cm和20～40 cm土壤水,利用率分别为47.5%和36.8%;胡枝子对5个水源层水分均有利用,对0～20、20～40和40～60 cm深度土壤水的利用率在21.4%～22.8%,对60～80和80～100 cm深度土壤水的利用率分别为15.2%和18.3%.侧柏和胡枝子的水分利用深度相似,两个树种混交可能会造成较大的水分竞争;荆条和构树的水分利用深度恰好互补,适宜混交.研究结果可为恢复受损生态环境的最佳植物种组合方式提供参考.

北京西山侧柏林冠层不同高度处叶片水分利用效率

张永娥, 余新晓, 陈丽华, 贾国栋, 张祯尧, 孙立博, 张杰铭, 侯贵荣

2017, 28(7):  2143-2148.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.015

摘要 ( 424 )   PDF (717KB) ( 185 )  

以北京西山广泛分布的侧柏林为研究对象,综合考虑冠层不同高度处气象因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂中碳同位素组成的差异,对其冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率和短期水分利用效率分别进行了测定,以期为区域森林生态系统固碳与耗水研究提供理论依据,为区域森林生态系统经营与维护提供技术支撑.结果表明: 侧柏林冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率随冠层高度的变化规律表现为上层>中层>下层,多种气象因子协同影响气孔运动,使瞬时水分利用效率受气孔限制;侧柏林冠层不同高度处的环境因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂的δ13C均存在一定差异,导致了林冠各层叶片的短期水分利用效率的变化.林冠上层叶片通过提高水分利用效率适应环境.

不同土壤含水量下侧柏幼树叶片水分利用效率

张永娥, 余新晓, 陈丽华, 贾国栋, 赵娜, 李瀚之, 常晓敏

2017, 28(7):  2149-2154.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.020

摘要 ( 505 )   PDF (627KB) ( 216 )  

对植物水分利用效率的研究,可以揭示植物的内在耗水机制,为区域森林生态系统经营与维护提供依据.本研究以侧柏幼树为研究对象,通过室内控制试验设置不同的土壤水分梯度,分别用气体交换法和稳定同位素法对其不同土壤含水量条件下的瞬时水分利用效率(WUE_gs)和短期水分利用效率(WUE_cp)进行研究.结果表明:受气孔导度(g_s)的影响,叶片净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)随土壤含水量的增加呈现相同的变化趋势,均在土壤含水量为70%～80%田间持水量(FC)时达到最大值;叶片WUE_gs则在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).叶片可溶性糖、枝条韧皮部渗出液的δ¹³C都在土壤含水量最低(35%～45% FC)条件下达到最大值,且叶片可溶性糖的δ¹³C明显高于枝条韧皮部渗出液的δ¹³C,未产生明显分馏;而叶片WUE_cp也在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).相同条件下,叶片WUE_gs和WUE_cp存在一定差异(平均相差0.52 mmol·m^-2·s^-1),WUE_gs时空变异性较大,而WUE_cp更具有代表性.侧柏幼树通过降低生理生态活动和提高水分利用效率来适应干旱的土壤条件.

北京山区侧柏-荆条系统水分来源对降雨事件的响应

赵娜, 孟平, 何雅冰, 娄源海, 余新晓

2017, 28(7):  2155-2163.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.011

摘要 ( 401 )   PDF (943KB) ( 258 )  

分析了北京鹫峰山区侧柏、荆条枝条水及其潜在水分来源的氢氧同位素特征,运用IsoSource模型解析侧柏、荆条系统水分利用来源的季节变化及其对降雨事件的响应.结果表明:旱季初期(4月)研究区0～20 cm土层富集土壤水¹⁸O值,20 cm以下该值则随着土层深度增加逐渐减小,侧柏主要利用前2～3 d降雨补充的0～30 cm层土壤水;旱季末期(6月)侧柏和荆条分别利用当天雨水补充的0～10和10～30 cm层土壤水;雨季(7月)侧柏利用前期降水补给的0～40 cm层土壤水(59.3%)和近期降水(12.5%),荆条则利用近期降雨供给的0～30 cm层土壤水;侧柏的土壤水分来源逐月加深,至生长季末(11月)其主要利用60～80 cm层土壤水(前2～3 d降雨补给),而荆条枝条水δ¹⁸O值远离各水分来源δ¹⁸O值.两物种对水分的竞争压力小,适应本区域气候特征,尤其在应对特大暴雨等极端天气时,植物系统垂直分布的水分来源能够有效分流洪峰,减小暴雨瞬时破坏力.

北京山区侧柏人工林内CO₂浓度及其δ¹³C值变化特征和影响因子

李瀚之, 余新晓, 贾国栋, 赵娜, 刘自强, 路伟伟, 张永娥

2017, 28(7):  2164-2170.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.014

摘要 ( 342 )   PDF (2731KB) ( 160 )  

本研究采用离轴积分腔输出光谱技术对北京山区侧柏人工林进行了大气CO₂浓度及其δ¹³C值的原位观测,在半小时尺度上对比了林内不同高度处大气CO₂浓度及其δ¹³C值的差异,并探究其对气象因子的响应.结果表明: 林内CO₂浓度自日出后经历先降低后升高的变化趋势,最低值出现在16:00—16:30,浓度为352.5 μmol·mol^-1,最大值出现在5:00左右,达到402.0 μmol·mol^-1,其δ¹³C值变化趋势微弱且较为复杂,呈现出近地层先降低后升高、林冠层先升高后降低的趋势;研究日期内,林内CO₂浓度随高度的升高而降低,林内0、2、5、8、12.5和18 m处的日均值为386.5、369.9、368.2、367.8、367.9和367.9 μmol·mol^-1,δ¹³C值呈现出随高度升高而升高的趋势,林内0、2、5、8、12.5和18 m处的日均值为-16.0‰、-13.7‰、-13.5‰、-13.5‰、-13.1‰和-13.3‰;逐步回归分析表明,温度和湿度是影响林内大气CO₂浓度及δ¹³C值的主要因子,饱和蒸汽压差(VPD)可以影响林内CO₂浓度变化,风速可以影响林冠层CO₂浓度变化,而土壤含水率、电导率和地面净辐射则是影响近地层CO₂浓度及δ¹³C值的环境因子.这些环境因子通过增强或减弱生态系统内光合作用和呼吸作用来影响林内CO₂浓度及其δ¹³C值的变化.

北京土石山区水分在土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的稳定同位素特征

邓文平, 章洁, 张志坚, 胡少昌, 郭锦荣, 刘苑秋, 孔凡前, 张 毅

2017, 28(7):  2171-2178.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.018

摘要 ( 394 )   PDF (738KB) ( 138 )  

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制.本研究在北京山区选取了两种主要的绿化树种——常绿针叶林侧柏和落叶阔叶林栓皮栎为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水、植物茎干水和叶片水同位素的变化特征进行分析,讨论了水分在大气-土壤-植物连续体中的运动过程.结果表明: 研究区大气降水线方程为δD=7.17δ¹⁸O+1.45(R²=0.93), 土壤蒸发线方程为δD=3.85δ¹⁸O-38.02(R²=0.76), 降水入渗补给土壤水的过程中存在一定程度的蒸发分馏.在不同季节,降水、土壤水和泉水δD和δ¹⁸O值变化规律不同;雨季,δD和δ¹⁸O平均值大小为降水>地下水>土壤水,降水和土壤水共同补充地下水;旱季,δD和δ¹⁸O值大小排序为降水> 土壤水>地下水,降水和地下水都对土壤水有贡献.侧柏和栓皮栎年内茎干水分δD和δ¹⁸O的拟合线性方程分别为δD=5.03δ¹⁸O-30.78 和δD=3.0δ¹⁸O-48.92,栓皮栎利用的土壤水分相对于侧柏更加富集,其水分来源深度更浅.栓皮栎叶片水分同位素变化特征相对于侧柏对大气微环境的反应更加敏感,且其叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强,但是它们对环境条件的变化反应一致.

蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO₂浓度升高的响应

孙建飞, 戴崴巍, 贺同鑫, 彭勃, 姜萍, 韩士杰, 白娥

2017, 28(7):  2179-2185.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.039

摘要 ( 431 )   PDF (612KB) ( 189 )  

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.

桂西北白云岩坡地典型土体构型石灰土水文特征

张兴, 王克林, 付智勇, 陈洪松, 张伟, 史志华

2017, 28(7):  2186-2196.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.028

摘要 ( 371 )   PDF (993KB) ( 179 )  

综合运用传统水文学、氢氧稳定同位素和原位模拟降雨等方法,研究了桂西北白云岩坡地典型土体构型石灰土微区(2 m×1.2 m)土壤水文功能.白云岩峰丛坡地沿坡向下表现出通体砂、上壤下砂、通体壤、上黏下砂4种典型石灰土土链格局,所有构型土体微区地表稳定入渗速率高达41～48 mm·h^-1,地表径流少,且表现为蓄满产流,壤中流和深层渗漏是重要水文过程;壤中流依据土壤发生层层次分为A、C层壤中流,对于A层壤中流,通体砂、上黏下砂以及上壤下砂构型土体微区以基质流为主,通体壤构型土体表现为优先流;对于C层壤中流,所有构型土体微区均表现为优先流特征.白云岩坡地土壤连续分布,虽土层浅薄但仍表现出沿坡向下的土链格局,不同土体构型土壤水文性质的差异主要体现在地表以下各界面产流过程,研究证实该区土壤水文功能的研究应具备三维立体视角,发展更加侧重地下水文过程观测和研究的新方法,才能全面揭示喀斯特坡地近地表水文过程.

喀斯特灌丛坡地土壤-表层岩溶带产流及氮素流失特征

朱晓锋, 陈洪松, 付智勇, 王克林, 张伟, 徐勤学, 方荣杰

2017, 28(7):  2197-2206.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.029

摘要 ( 404 )   PDF (808KB) ( 85 )  

喀斯特二元结构发育,地表水大量漏失,养分表现出快速流失的特点,然而养分流失的途径和机制尚不清楚.本研究从喀斯特关键带三维空间的视角,通过监测喀斯特灌丛坡地雨季典型降雨产流和氮素流失特征,基于氢氧稳定同位素技术对主要水文路径“新旧水”比例进行划分,并探讨氮素流失的主要途径和机制.结果表明:深层渗漏和壤中流是喀斯特灌丛坡地主要水文路径,两者分别占降雨量的71%和9%,地表径流仅占2%;深层渗漏、壤中流均以“旧水”为主,“旧水”比例分别为85%、61%;硝态氮浓度在深层渗漏中最高(1.97 mg·L^-1),铵态氮浓度在壤中流中最高(1.18 mg·L^-1),深层渗漏对氮素流失的贡献率达89.4%,显著高于地表径流和壤中流;“旧水”比例与硝态氮、铵态氮浓度和流失总量均表现出显著正相关关系,“旧水”可能是喀斯特坡地土壤-表层岩溶带系统携带氮素迁移的主要介质.以上研究能够为西南喀斯特地区坡地水资源合理配置和养分流失阻控技术研发提供理论支撑.

内蒙古西鄂尔多斯荒漠区降水入渗氘同位素特征

陈婕, 徐庆, 高德强, 马迎宾, 张蓓蓓, 郝玉光

2017, 28(7):  2207-2214.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.003

摘要 ( 390 )   PDF (807KB) ( 130 )  

探讨我国干旱半干旱地区大气降水在土壤剖面中的时空分布特征将为西鄂尔多斯荒漠退化生态系统恢复和维持提供科学依据.本研究利用氘同位素技术研究了内蒙古西鄂尔多斯荒漠的大气降水、土壤水、地下水中的氘同位素值(δD),运用二元线性混合模型计算降水对各层土壤水的贡献率,并结合土壤含水量分析了不同降水条件下土壤剖面各层土壤水δD的时空分布特征.结果表明: 雨后9 d内,小雨(0～10 mm)影响0～10 cm土壤含水量和土壤水δD值,对表层土壤(0～10 cm)的贡献率在30.3%～87.9%;中雨(10～20 mm)影响0～40 cm土壤含水量和土壤水δD值,对0～40 cm土壤水的贡献率为28.2%～80.8%;大雨(20～30 mm)和特大暴雨(＞30 mm)影响0～100 cm土壤含水量和土壤水δD值.降水对100～150 cm深层土壤水δD值影响不显著.西鄂尔多斯荒漠土壤水δD介于大气降水δD与地下水δD之间,表明西鄂尔多斯荒漠土壤水主要来源于大气降水与地下水.在同一降水强度下,表层土壤水(0～10 cm)受降水的直接影响显著,随着土壤深度的增加,土壤水δD变化幅度降低,100～150 cm深层土壤水δD基本趋于稳定.降水强度越大,对土壤水δD影响的时间越长,影响的土壤深度也越深.

准噶尔盆地南缘荒漠区土壤碳分布及其稳定同位素变化

王娜, 许文强, 徐华君, 冯异星, 李超凡

2017, 28(7):  2215-2221.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.002

摘要 ( 371 )   PDF (705KB) ( 161 )  

以亚洲中部干旱区准噶尔盆地南缘荒漠区为研究区,根据荒漠距离绿洲的距离,分别在荒漠边缘、中部和腹地设置3条样带,并采集2 m深的土壤剖面样品,研究土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)含量及其稳定碳同位素的分布,探讨土壤碳变化与距绿洲距离的关系.结果表明: SOC含量随剖面土层深度增加而减少.受距绿洲距离的影响,SOC含量表现为荒漠边缘>荒漠中部>荒漠腹地.荒漠边缘SOC的δ¹³C值范围为-21.92‰～-17.41‰,且随深度增加而递减;荒漠中部和荒漠腹地的δ¹³C值范围为-25.20‰～-19.30‰,且随深度增加先增后减,由此推断准噶尔盆地南缘荒漠中部和腹地地表植被以C3植物为主,而绿洲边缘经历了从C3植物为主到C4植物为主的演替过程.荒漠边缘SIC平均含量为38.98 g·kg^-1,是荒漠腹地的6.01倍,表明0～2 m深度内大量SIC在荒漠边缘呈聚集趋势.SIC的δ¹³C值随深度增加先减后增,底层富集,主要受原生碳酸盐含量和剖面土壤CO₂的影响.

盐碱条件下刈割干扰对羊草的氮素分配策略及补偿生长的影响

郑聪聪, 王永静, 孙昊, 王新宇, 高英志

2017, 28(7):  2222-2230.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.040

摘要 ( 422 )   PDF (748KB) ( 171 )  

土地盐碱化和过度放牧是制约松嫩平原畜牧业发展的两大因素,羊草是松嫩平原上的优势种,被认为具有较强的耐牧及耐盐碱能力.本文通过田间原位试验,以叶面涂抹标记¹⁵N-尿素的方法,研究了不同盐碱条件下刈割干扰对羊草的氮素分配策略及补偿生长的影响.结果表明: 总体上叶面新吸收的氮60%以上保留在地上部分.与不施盐碱无刈割处理的对照相比,单纯的盐碱胁迫使新吸收的氮在细根中的分配率显著增加了5.1%;而盐碱胁迫下,中度刈割使叶面新吸收的氮在地上部分的分配率增加了11.6%,地上及总生物量发生超补偿生长,但是重度刈割使叶面新吸收的氮在茎基部的分配率显著增加了9.5%,地上、细根及总生物量均表现为欠补偿生长.上述结果表明盐碱胁迫下,中度刈割干扰时羊草采取积极的再生策略,促进其超补偿生长,但在重度刈割时羊草会采取增加氮素在茎基部存储的相对保守的氮素分配和生长策略.

典型滨岸草地生态系统碳稳定同位素组成及分布特征

吴健, 沙晨燕, 王敏, 吴建强, 谭娟, 齐晓宝, 黄沈发

2017, 28(7):  2231-2238.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.004

摘要 ( 403 )   PDF (736KB) ( 136 )  

通过测定上海市青浦区东风港百慕大、白花三叶草、高羊茅和白茅等4种典型滨岸草本植物各组织以及不同垂直深度土壤有机质δ¹³C值,对滨岸草地生态系统的植物-土壤碳稳定同位素特征进行了分析.结果表明: 白花三叶草、高羊茅属于C3植物,百慕大、白茅属于C4植物,其茎叶、凋落物和根系各组织间δ¹³C值无显著差异.C3和C4植物样带表层土壤有机质δ¹³C值随着土壤深度递增而呈现截然不同的变化特征,这与样带本底δ¹³C值以及碳稳定同位素分馏效应有关,同时还受植物根系分布深度的影响.植物输入是土壤有机碳(SOC)的最主要来源,植物有机体δ¹³C组成对土壤有机质δ¹³C值有直接影响,植物各组分δ¹³C值与土壤有机质δ¹³C值均存在极显著相关.4种草本植物样带SOC含量与δ¹³C值均呈极显著相关,其中,C3植物样带SOC含量与δ¹³C值呈线性负相关,C4植物样带SOC含量与δ¹³C值呈线性正相关.

供氮水平对不同砧穗组合苹果叶片衰老及¹³C、 ¹⁵N分配利用的影响

陈倩, 丁宁, 朱占玲, 彭玲, 葛顺峰, 姜远茂

2017, 28(7):  2239-2246.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.005

摘要 ( 415 )   PDF (517KB) ( 202 )  

砂培条件下,以2年生烟富3/八棱海棠(乔化)、烟富3/M7(半矮化)和烟富3/M26/八棱海棠(矮化)为试材,采用C、N双标记示踪技术,研究供氮水平(0N、25%N和100%N,100%N为Hoagland完全营养液中的N量)对不同砧穗组合苹果叶片衰老及¹³C、 ¹⁵N分配利用的影响.结果表明:在秋梢停长期,在同一氮素胁迫(0N和25%N)下植株叶片的叶绿素、氮含量和光合速率均以烟富3/八棱海棠最大,其次是烟富3/M7,烟富3/M26/八棱海棠最小,而正常氮素处理(100%N)均以烟富3/M26/八棱海棠最大,其次是烟富3/M7,烟富3/八棱海棠最小;在同一氮素胁迫水平下叶片的SOD和CAT活性均为烟富3/八棱海棠>烟富3/M7>烟富3/M26/八棱海棠,而正常氮素水平均为烟富3/M26/八棱海棠>烟富3/M7>烟富3/八棱海棠;在同一氮素水平下,3种砧穗组合苹果植株根和叶片的¹⁵N、¹³C分配率存在显著差异,氮素胁迫处理植株根的¹⁵N、¹³C分配率最高,表现为烟富3/八棱海棠>烟富3/M7>烟富3/M26/八棱海棠,而正常氮素处理植株叶片的¹⁵N、¹³C分配率最高,表现为烟富3/M26/八棱海棠>烟富3/M7>烟富3/八棱海棠.在不同氮素水平下,3种砧穗组合苹果植株氮肥利用率存在显著差异,且均以烟富3/八棱海棠植株最大,分别为44.3%、37.5%和31.4%,其次是烟富3/M7,分别为38.8%、30.7%和 26.6%,烟富3/M26/八棱海棠最小,分别为32.0%、27.2%和22.5%.

供氮水平对矮化苹果¹⁵N-尿素吸收、利用、损失及产量和品质的影响

陈倩, 丁宁, 彭玲, 葛顺峰, 姜远茂

2017, 28(7):  2247-2253.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.001

摘要 ( 400 )   PDF (457KB) ( 196 )  

以7年生烟富3/M26/平邑甜茶为试材,采用¹⁵N同位素示踪技术,研究不同供氮水平[低氮(100 kg N·hm^-2,N₁₀₀)、中氮(200 kg N·hm^-2,N₂₀₀)和高氮(300 kg N·hm^-2,N₃₀₀)]对烟富3/M26/平邑甜茶¹⁵N-尿素吸收、利用、损失及产量和品质的影响.结果表明: 不同供氮水平植株的生长状况及氮素吸收、利用和损失特性差异显著.N₂₀₀处理植株叶绿素含量(SPAD)、光合速率(P_n)、叶片全氮含量和生物量显著高于N₁₀₀和N₃₀₀处理,植株根冠比也显著增加.不同供氮水平下植株各器官对氮的吸收能力(Ndff值)存在显著差异,各测定时期果实(花)、叶片、一年生枝、多年生枝和中心干的Ndff值均为N₁₀₀>N₂₀₀＞N₃₀₀;而根的Ndff值在盛花期和春梢缓长期为N₁₀₀ >N₂₀₀＞N₃₀₀,在秋梢生长期、果实膨大期和果实成熟期为N₂₀₀ >N₁₀₀＞N₃₀₀.在果实成熟期,N₂₀₀处理¹⁵N肥料利用率为23.6%,显著高于N₁₀₀(16.3%)和N₃₀₀处理(14.4%),而¹⁵N损失率为56.4%,显著低于N₁₀₀(60.6%)和N₃₀₀处理(66.1%).不同供氮水平植株的平均单果质量、单株产量、可溶性固形物、硬度、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比均存在显著差异,且均以N₂₀₀处理最高,其次是N₃₀₀处理,N₁₀₀处理最低.

不同供钾水平对平邑甜茶幼苗生长及NO₃^-吸收利用特性的影响

田歌, 王芬, 彭玲, 何流, 姜远茂, 葛顺峰

2017, 28(7):  2254-2260.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.009

摘要 ( 424 )   PDF (564KB) ( 178 )  

研究平邑甜茶幼苗NO₃^--N吸收和利用特性对不同供钾水平的响应,旨在明确钾肥对氮肥吸收利用的影响,从而为果园科学施肥提供理论依据.以平邑甜茶幼苗为材料进行砂培试验,设置K₀、K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆ 7个钾浓度处理,分别相当于0、2、4、6、8、10、12 mmol·L^-1 K⁺,运用¹⁵N同位素示踪技术和非损伤扫描离子选择电极技术,测定了不同供钾水平下平邑甜茶的氮素吸收和利用情况.结果表明: K₃处理平邑甜茶幼苗根系活力、硝酸还原酶活性以及根系形态指标均显著高于其他处理.与其他处理相比,K₃处理根、茎、叶从肥料中吸收分配到的¹⁵N 量对该器官全氮量的贡献率(Ndff)均达到最高,分别为K₀处理的1.36、1.33和1.47倍.随供钾水平的增加,植株氮素利用率呈现先增高后降低的趋势,且在K₃处理时最大,为23.3%,是K₀处理的3.04倍.非损伤微测技术结果显示,K₃处理时,平邑甜茶根系对NO₃^-有强烈吸收且内流速度达到最大,为19.34 pmol·cm^-2·s^-1;在缺钾(K₀)和高钾(K₆)处理时有明显外排趋势.因此,钾的亏缺或过量均抑制氮素的吸收和利用,适当供钾能够促进幼苗根系生长,增强硝酸还原酶活性,从而促进平邑甜茶对氮素的吸收.

施氮对关中还田玉米秸秆腐解和养分释放特征的影响

黄婷苗, 王朝辉, 侯仰毅, 顾炽明, 李晓, 郑险峰

2017, 28(7):  2261-2268.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.010

摘要 ( 468 )   PDF (917KB) ( 197 )  

在陕西关中平原的冬小麦-夏玉米轮作区,采用尼龙网袋田间填埋与¹⁵N同位素标记玉米秸秆相结合的方法,设置不施氮和施氮200 kg·hm^-2两个处理,研究施氮对小麦生长期内还田玉米秸秆腐解的影响以及腐解过程中秸秆碳、氮、磷、钾的养分释放.结果表明: 从小麦播种到越冬期,施用氮肥对秸秆碳和干物质分解无显著影响,但可促进秸秆中磷的释放,抑制氮和钾的释放.灌浆到成熟期,氮肥对秸秆腐解及其N、P、K养分的释放无显著影响,但秸秆碳的释放显著增加.不同生育期,玉米秸秆碳的释放与干物质分解变化趋势一致,C/N逐渐下降.种植一季小麦后,秸秆干物质累计腐解率不足50%;秸秆碳释放率为47.9%～51.1%,不施氮和施氮处理的秸秆C/N分别由32.2降低到20.2和17.9.小麦收获时,秸秆氮、磷、钾均为净释放,氮释放量为7.2～9.4 kg·hm^-2,占秸秆氮的12.7%～16.6%;磷释放量为1.29～1.44 kg·hm^-2,占29.0%～32.4%;钾的释放量大、释放快,越冬前超过80%,成熟时释放量为51.8～52.5 kg·hm^-2,占90.5%～91.7%.在秸秆还田条件下,应考虑秸秆归还的钾,减少小麦钾肥用量,适量补充氮、磷.

不同灌溉量对华北平原菜地N₂O排放及其来源的影响

丁军军, 张薇, 李玉中, 林 伟, 徐春英, 李巧珍

2017, 28(7):  2269-2276.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.026

摘要 ( 428 )   PDF (696KB) ( 210 )  

以华北平原菜地为研究对象,通过控制灌溉量设置不同的土壤水分对照,利用稳定同位素¹⁵N自然丰度法,结合传统的乙炔抑制试验,对不同土壤水分条件下的N₂O排放、N₂O同位素特征值以及同位素异位体位嗜值(SP值)变化规律进行分析,以阐明不同水分条件下N₂O的排放规律及其来源.结果表明:水分条件显著影响N₂O排放,相比于50%土壤孔隙含水率(WFPS),70%WFPS的水分条件下N₂O的排放较高.N₂O的排放集中在施肥前期,在施肥中后期迅速减弱.50%WFPS条件下,N₂O的排放最初以硝化作用为主,占比约为90%,随后硝化作用迅速下降,反硝化变成主导作用,施肥7 d后即达到80%以上;而70%WFPS条件下初期则以反硝化为主,占比约为70%,随后下降至40%左右,施肥10 d后逐渐升高至80%.整体上,N₂O的排放主要以反硝化作用为主,不同水分处理对土壤硝化、反硝化作用的影响主要体现在施肥前期,后期均以反硝化为主.综上,建议华北地区的菜地生产应适当降低灌溉量,以减少N₂O排放.

土壤pH对玉米与微生物竞争吸收氨基酸的影响

马庆旭, 王峻, 曹小闯, 孙燕, 孙涛, 吴良欢

2017, 28(7):  2277-2384.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.033

摘要 ( 505 )   PDF (875KB) ( 303 )  

化学合成肥料的大量使用导致土壤pH发生显著变化,但其对植物与根际微生物竞争吸收氨基酸的影响机制尚不明确.本试验通过电解法调节杭州红壤和铁岭棕壤两种土壤pH, 采用外源添加¹⁵N标记甘氨酸短期吸收4 h的方法,研究了pH对玉米及根际微生物竞争吸收氨基酸的影响.结果表明:土壤pH对玉米根和地上部生物量有显著影响,对于红壤,pH为6.48最适宜玉米生长,且玉米地上部¹⁵N丰度和¹⁵N-甘氨酸吸收量也显著高于其他处理;对于棕壤,pH为7.65最适宜玉米生长,其玉米地上部和根系¹⁵N丰度显著低于pH为5.78处理,但¹⁵N-甘氨酸吸收量显著高于其他处理.红壤pH为6.48条件下,其微生物生物量碳相对较高,而棕壤pH为7.65条件下,其微生物生物量碳相对较低.综合根系吸收、转运及微生物竞争吸收的结果,推断红壤在pH为6.48条件下虽然面临着微生物的竞争吸收,但生长于其上的玉米通过提高吸收速率和转移比率提高了氨基酸的吸收量;在pH为7.65的棕壤中,微生物活性较低,降低了与玉米竞争吸收氨基酸的能力,从而增加了玉米对氨基酸的吸收量.

黄土塬区不同土层土壤水分对旱作冬小麦耗水的贡献

程立平, 刘文兆

2017, 28(7):  2285-2291.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.007

摘要 ( 362 )   PDF (569KB) ( 32 )  

通过采集长武塬区旱作冬小麦拔节期和抽穗期土壤水、小麦茎秆水,测定其氢氧稳定同位素组成,分析不同深度土壤水分对冬小麦耗水的贡献.结果表明:与大气降水相比,黄土塬区小麦茎秆水和土壤水均富集氢氧稳定同位素;无土壤干层条件下,冬小麦拔节期和抽穗期0～30 cm土层土壤水对其耗水的贡献率仅为5.4%和2.6%,60～90 cm土层土壤水贡献率为73.4%和67.3%,是冬小麦的主要水源,120 cm以下土层贡献率为7.9%和13.5%;随着生育期的推进,90 cm以下土层贡献率持续增加.研究时段内土壤物理蒸发水分主要来自于30 cm以上土层,而小麦蒸腾则主要由60 cm以下土壤水分提供.生产实践中需要做好夏闲期的雨水蓄存与合理的氮磷配施,以增加小麦底墒、促进根系深扎,提高深层土壤水分的利用率.

基于稳定同位素技术的海州湾海洋牧场食物网基础及营养结构的季节性变化

谢 斌, 李云凯, 张 虎, 张 硕

2017, 28(7):  2292-2298.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.019

摘要 ( 476 )   PDF (593KB) ( 201 )  

基于稳定同位素技术对2015年春季海州湾海洋牧场海域采集的中小型生物消费者,包括鱼类、虾类、蟹类、头足类、螺类和双壳类等与其潜在碳源样品进行分析,利用IsoSource模型计算该海域消费者碳源贡献率,并对2014年夏季生物学样品与2015年春季样品比较,分析食物网营养结构的季节性变化,根据稳定同位素测定结果绘制二维双标图,计算出6种营养结构的量化指标.结果表明: 2015年春季海州湾海洋牧场海域消费者的δ¹³C值范围为-18.9‰～-17.1‰,3种潜在碳源[浮游植物、悬浮颗粒有机物(POM)、沉积物(SOM)]的δ¹³C值范围为-18.1‰～-23.4‰,根据模型计算得出浮游植物对消费者的平均碳源贡献最大,为80.8%,其余依次为SOM和POM,分别为10.8%和8.4%.2014年夏季生物样品与2015年春季样品的δ¹³C值存在显著差异,而δ¹⁵N值无显著性差异;6种量化指标表明群落营养结构存在季节性差异, 2014年夏季的δ¹³C比值范围(CR)、总面积(TA)、平均最邻近距离(NND)和平均最邻近距离标准差(SDNND)均大于2015年春季,δ¹⁵N比值范围(NR)和平均离心距离(CD)无明显变化,夏季群落营养结构冗余度小于春季,且食源多样性水平高于春季,存在季节差异.

哈尼梯田区优势景观类型对泉水氢氧同位素效应的影响

角媛梅, 刘澄静, 刘歆, 刘志林, 丁银平

2017, 28(7):  2299-2306.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.022

摘要 ( 297 )   PDF (914KB) ( 170 )  

氢氧稳定同位素是示踪流域水循环过程的有效手段,流域景观类型及其格局对泉水同位素效应的影响是景观生态学与同位素水文学的全新交叉领域.本文以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为研究对象,在2015年3月—2016年3月间,逐月在海拔1500 m的梯田、1700 m的梯田和1900 m的森林景观类型下分别采集78个泉水样和39个大气降水样进行氢氧稳定同位素分析.结果表明:小流域的优势景观类型是森林和梯田,两者面积分别占总面积的66.6％和22.1％,并具有森林在上、梯田在下的垂直格局.相关分析表明,泉水除受降水补给外,还受到景观内其他同位素值偏正的水源补给,景观位置较高的森林区泉水主要由降水补给,位于森林之下的梯田泉水受大气降水、河水、梯田水、地下水等多种水源补给,其同位素混合作用强烈;泉水δ¹⁸O和δD值整体海拔效应明显,其海拔梯度分别为-0.125‰·(100 m)^-1和-0.688‰·(100 m)^-1;研究区氘盈余值随海拔升高而增大与景观格局和同位素循环过程有关.总之,优势景观类型对泉水氢氧同位素效应具有显著影响,泉水氢氧同位素可作为景观水文过程对景观格局的响应指标.

基于Pb稳定同位素分析的海岸带生态保护关键区域识别

钱庆腾, 历成伟, 赵萌, 方淑波

2017, 28(7):  2307-2314.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.032

摘要 ( 368 )   PDF (1139KB) ( 172 )  

Pb稳定同位素分析可以精确确定Pb的来源,揭示Pb在空间上的潜在迁移过程,从而对目标区域实行精确的污染管理.研究采集了盐城海岸带12个样方点的表层(0～10 cm)土壤样品,每个样方点3～5个重复,采用等离子光谱质谱仪测定各土壤样品Pb的含量及Pb同位素组成(²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb、²⁰⁸Pb).结果表明:研究区域土壤Pb含量平均值是背景值的1.7倍,参考国家土壤环境质量标准GB 15618—2008,研究区域受到较严重的Pb污染.分析表明,盐城海岸带土壤Pb污染源主要为局地污染源,包括江苏省射阳电厂、双灯纸业芦苇基地污水处理厂和王港闸华丰工业园.采用归一化植被指数(NDVI)和距离分析,通过计算筛选出了盐城海岸带应对主要压力源的关键格局.

食物资源的枯竭对丹顶鹤营养位的影响

罗金明, 王永洁, 王文锋, 高忠燕

2017, 28(7):  2315-2320.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.038

摘要 ( 461 )   PDF (647KB) ( 172 )  

随着扎龙湿地生物资源的迅速减少,在该地栖息的丹顶鹤种群的营养关系可能发生显著的变化.本文使用稳定同位素(δ¹⁵N和δ¹³C)监测食物资源的枯竭对丹顶鹤营养位的影响.结果表明:丹顶鹤种群的δ¹⁵N和δ¹³C的丰度范围分别为6.9‰～8.1‰和-17.8‰～-18.5‰.扎龙湿地系统以大型水禽为食物顶端的食物链长度为3.8±0.2,其中丹顶鹤种群所处的平均营养位为3.1(范围在2.9～3.3).丹顶鹤的δ¹⁵N的丰度近年波动范围为7.4‰～8.8‰(波动幅度1.4,小于营养位发生显著变化的阈值3.4),这说明在该地区活动的丹顶鹤的营养位并没有随着大面积的栖息地和食物资源的消失而发生显著变化.然而,随着本地区生物资源的枯竭,丹顶鹤种群规模迅速减少,当前必须合理解决当地居民从湿地获取生活资源的需求与丹顶鹤觅食之间的矛盾,从而更好地保护这种濒危种群.

马鞍列岛海洋牧场褐菖鲉的摄食习性

王凯, 李朝文, 汪振华, 赵静, 章守宇

2017, 28(7):  2321-2326.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.035

摘要 ( 412 )   PDF (635KB) ( 305 )  

海洋牧场是近岸渔业资源保护和恢复的有效途径,为评估海洋牧场建设对岩礁性鱼类的影响,本文基于马鞍列岛海洋牧场建设前后资源调查数据,利用胃含物分析和稳定同位素测试,研究了褐菖鲉的摄食习性.结果表明:海洋牧场建设前褐菖鲉主要摄食端足类、蟹类和头足类,优势饵料生物种类为麦秆虫、日本枪乌贼、日本蟳、日本岩瓷蟹和滩栖阳遂足等.随体长的增大,蟹类的比例增加,而端足类的比例减少.洋牧场建设后褐菖鲉主要摄食蟹类、端足类和鱼类,优势饵料生物种类为双斑蟳、日本蟳、麦秆虫和赤鼻棱鳀等.随体长的增大,鱼类和蟹类的比例增加,而端足类的比例先增加后减少.根据稳定同位素分析结果,海洋牧场区褐菖鲉可以划分为体长<10.0 cm、10.0～13.9.0 cm和≥14.0 cm 3个摄食群体,平均营养级为3.40级.

应用碳氮同位素技术研究重金属在大亚湾食物网中的累积

杜森, 周岩岩, 张黎

2017, 28(7):  2327-2338.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.016

摘要 ( 456 )   PDF (1339KB) ( 197 )  

大亚湾是受人类活动影响严重的典型亚热带半封闭海湾,长期受到重金属污染的压力,但是重金属在大亚湾生态系统中的累积情况尚不清楚.于2015年夏、冬两季(6月和12月)分别采集海水、沉积物和生物样品(包括浮游生物、游泳生物、底栖生物),在通过稳定同位素(δ¹³C和δ¹⁵N)构建大亚湾食物网结构的基础上,分析重金属(Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Cd和Pb)在大亚湾食物网中的累积和传递特征.结果表明:大亚湾生物体的主要物质来源于海洋,但也受到淡水输入的影响;大亚湾生态系统的食物链长度较短,最高营养级为3.48;高级捕食者鱼类在夏季摄食广泛,而冬季偏向于底栖食性.大亚湾环境和生物体内重金属浓度整体符合国家标准,仅发现个别站位海水中Zn和Pb超出第一类海水水质标准,口虾蛄和断脊口虾蛄体内Cd超过农产品安全标准.Cr、Co、Ni、Zn、Cd、Pb在夏、冬两季沿着食物链的传递其生物累积水平显著降低;Cu在夏季沿着食物链的传递其生物累积水平显著降低,冬季有降低趋势但不显著;Ag与营养级之间并没有显著相关性,但在甲壳动物中有生物放大的潜能.研究表明大亚湾生态系统中重金属基本处于正常状态,而Zn、Ag、Cd、Pb等重金属需要进一步关注.

四川裂腹鱼耳石碳、氧稳定同位素特征

何勇凤, 吴兴兵, 王旭歌, 朱永久, 杨德国

2017, 28(7):  2339-2343.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.023

摘要 ( 326 )   PDF (441KB) ( 142 )  

为探讨耳石碳(δ¹³C)、氧(δ¹⁸O)稳定同位素在淡水鱼类群体识别中的作用,本研究以养殖条件下不同年龄组四川裂腹鱼为对象,采用稳定同位素质谱仪进行碳、氧同位素测定,揭示耳石中碳、氧稳定同位素特征,探讨其与环境间的关系. 结果表明:1⁺龄四川裂腹鱼δ¹³C和δ¹⁸O值均与耳石质量无显著相关关系,但在微耳石和星耳石之间存在显著差异;不同年龄四川裂腹鱼微耳石δ¹³C和δ¹⁸O平均值分别为(-9.58±0.06)‰、(-8.33±0.17)‰,其在雌雄个体之间均无显著性差异,但在不同年龄组间存在显著差异. 耳石δ¹⁸O和δ¹³C的关联分析能有效区分四川裂腹鱼不同养殖年龄群体,可作为一种识别淡水鱼类养殖群体的手段.

综合评述

稳定同位素技术在土壤N₂O溯源研究中的应用

林伟, 房福力, 张薇, 丁军军, 李玉中, 徐春英, 李巧珍

2017, 28(7):  2344-2352.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.031

摘要 ( 530 )   PDF (599KB) ( 267 )  

氧化亚氮(N₂O)作为三大温室气体之一,追溯其来源已经成为研究热点,稳定同位素技术在土壤N₂O来源追踪方面已得到广泛应用.本文概述了产生N₂O的微生物、产生过程及其主要影响因素,综述了国内外关于利用N₂O同位素特征值δ¹⁵N、δ¹⁸O和SP值(N₂O分子内¹⁵N在不同位置上的位嗜值)分析其来源的研究进展,以期为今后相关研究提供参考.其中关于SP的研究在国内尚属初级阶段,因此本文重点介绍国外SP在其溯源上的研究情况,并对今后国内相关研究提出一点看法.

铵盐和硝酸盐稳定同位素丰度测定方法及其应用案例

刘冬伟, 图影, 方运霆

2017, 28(7):  2353-2360.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.036

摘要 ( 525 )   PDF (593KB) ( 283 )  

综述了过去几十年来铵盐和硝酸盐稳定同位素丰度测定方法的历史发展变化,分析了各种方法的优缺点,并对新方法作了介绍和推荐.目前铵盐稳定同位素丰度的最新测定方法为次溴酸盐氧化结合羟胺还原法,硝酸盐氮氧同位素丰度主流的测定方法为反硝化细菌法和镉粉叠氮酸还原化学法.这些方法的主要共同特点是以N₂O为分析物,分析精度高,对样品的含氮量需求小,一般只需要10～60 nmol N,适用于低浓度样品.新方法的建立对于国内外开展氮素循环研究将起到极大的推动作用.

采用稳定同位素技术判定喀斯特地区植物水分来源的挑战与可能应对方案

聂云鹏, 陈洪松, 王克林, Schwinning Susanne

2017, 28(7):  2361-2368.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.017

摘要 ( 316 )   PDF (1898KB) ( 191 )  

占全球陆地面积约15%的喀斯特地区,有着不同于绝大多数非喀斯特地区的水文地质结构,使得许多在非喀斯特地区行之有效的研究方法难以直接用于喀斯特地区,而且这种限制在植物水分来源的研究上体现得尤为明显.本文从为什么要在喀斯特地区开展植物水分来源的研究、为什么一定要用稳定同位素的方法、使用该方法在喀斯特地区有何挑战,以及应对这些挑战的可能解决方案是什么等4个方面,综述了喀斯特地区植物水分来源研究普遍关注问题的由来和可能应对方案.文中重点阐述了与其他方法相比,稳定同位素技术在喀斯特地区植物水分来源研究中的优势以及难以完全满足其前提条件的挑战,结合现有相关研究的有益探索,提出在喀斯特地区的研究不必过分追求对各水源在具体深度上的细致划分,从水源特性的角度进行区分是更为适宜的途径.

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

徐晓梧, 余新晓, 贾国栋, 李瀚之, 路伟伟, 刘自强

2017, 28(7):  2369-2378.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.025

摘要 ( 605 )   PDF (571KB) ( 258 )  

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.

基于稳定碳同位素技术研究大气CO₂浓度升高对植物-土壤系统碳循环的影响

张蕊, 赵钰, 何红波, 张旭东

2017, 28(7):  2379-2388.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.034

摘要 ( 465 )   PDF (730KB) ( 302 )  

大气CO₂浓度升高影响植物光合作用过程和生物量积累,改变植物地上和地下生物量的动态分配.土壤有机质的形成和周转依赖于植物组分的输入,因此,CO₂浓度升高所造成的植物生理和代谢的变化对土壤碳库收支平衡具有重要影响.采用稳定碳同位素(¹³C)技术研究土壤-植物系统的碳循环可阐明大气CO₂浓度升高条件下光合碳在植物各器官的分配特征和时间动态,明确光合碳在土壤中的积累、分解与迁移转化过程以及对土壤有机碳库周转的影响.本文综述了基于¹³C自然丰度法或¹³C示踪技术研究大气CO₂浓度升高对土壤-植物系统碳循环的影响,主要包括:1)对植物光合作用的同位素分馏的影响;2)对植物光合碳(新碳)分配动态的影响;3)对土壤有机碳新老碳库动态以及微生物转化过程的影响.明确上述过程及其调控机制可为预测CO₂浓度升高对陆地生态系统碳循环及源汇效应的长期影响奠定基础.

基于稳定同位素的湿地食物源判定和食物网构建研究进展

陈展彦, 武海涛, 王云彪, 吕宪国

2017, 28(7):  2389-2398.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.027

摘要 ( 580 )   PDF (780KB) ( 243 )  

湿地生物营养动力学是湿地生态系统结构和功能评价研究的基础.碳、氮稳定同位素作为识别营养关系的方法,已在湿地生态系统食物来源、组成和食物链传递研究中得到广泛运用.本文系统综述了稳定同位素食物贡献度计算模型和营养级确定的基本方法和理论;讨论了动物营养分馏值和基线的选择依据;概括了湿地生态系统典型食物源及其稳定同位素变化特征;总结了草食、杂食和肉食等不同营养级动物的食物来源.指出了稳定同位素在湿地食物源溯源和食物网研究中的不足;基于国内外研究现状和发展趋势及需求,展望了未来同位素技术在湿地食物网生态学研究中的运用前景和研究重点,提出需要加强稳定同位素营养分馏和基线的影响因素、样品处理和保存方式研究以及胃含物、分子标记物和多元素同位素结合分析.

海洋生态系统稳定同位素基线的选取

贡艺, 陈玲, 李云凯

2017, 28(7):  2399-2404.  doi:10.13287/j.1001-9332.201707.006

摘要 ( 464 )   PDF (447KB) ( 92 )  

稳定同位素技术在海洋食物网研究中得到了广泛的应用,但在分析海洋生物食性和营养级时,需要选择某种生物或物质的稳定同位素值作为基线.本文综述了河口和海湾、浅海、大洋及深海4类典型海洋生态系统稳定同位素基线的选取,分析了影响稳定同位素基线选择的因素,以及特定化合物稳定同位素在消除基线时空异质性中的潜在价值,并对目前存在的问题以及今后的研究方向进行了展望,以期为国内学者进一步深入开展海洋生态系统的稳定同位素生态学研究提供有益参考.