青海云杉叶片稳定性碳同位素组成对水分温度变化的响应

于2005-07在祁连山北坡沿海拔梯度进行了青海云杉(Picea crassifolia) 叶片稳定性碳同位素组成(δ13C)的分析测定,以探讨青海云杉叶片δ13C随海拔变化特征及对水分、温度变化的响应.结果表明:不同海拔青海云杉叶片δ13C存在显著差异(F=3.94, p<0.01),δ13C平均值-24.69‰;随着水分、温度的变化,在海拔2 550～3 100 m,青海云杉叶片δ13C随海拔增加呈现降低趋势,在海拔3 100～3 350 m,δ13C值随海拔增加呈现升高趋势.青海云杉叶片δ13C与土壤水分在低海拔(2 550～3 100 m)呈显著负相关,在高海拔没有关系;与土壤温度之间则存在一种非线性关系.青海云杉叶片δ13C随海拔变化在低海拔主要受土壤水分、温度的控制,在高海拔则主要受温度的控制.     

植物叶片性状沿海拔梯度变化研究进展

由于在海拔梯度上各种环境因子表现出连续的梯度性变化,以海拔梯度为平台研究植物叶片性状的适应特征有助于揭示植物对气候变化的响应,进而可以为研究全球变化与陆地生态系统的关系提供研究基础。本文重点分析了植物的叶寿命、比叶面积、叶氮含量、叶绿素含量等叶片结构性状和气孔导度、叶片羧化效率、水分利用效率和叶片δ^18C等叶片功能性状随海拔梯度的变化规律和特点,探讨了植物叶片性状的研究不足及未来发展方向,以便为国内相关研究的开展提供参考。     

西部中国沙棘叶片稳定碳同位素组成的空间特征及其气候意义

分析了西部中国沙棘（Hippophate rhamnoides sinensis）叶片稳定碳同位素组成特征及其与环境因子之间的关系。结果表明,中国沙棘叶片δ13C值在-30.40‰~-24.91‰之间变化,平均值约为-27.62‰,属于C3植物。随纬度和经度的升高,中国沙棘叶片δ13C值明显升高,而随海拔的升高而降低,具有明显的空间分布特征。中国沙棘叶片δ13C值与温度没有明显的关系,随蒸发量和日照时间的升高而升高,随降水量的升高有降低趋势,具有明显的气候意义。表明中国沙棘具有较高的水分利用效率,水分是控制中国沙棘δ13C值变化或生长的主导因子。     

胡杨(Populus euphratica)叶片结构与功能关系北大核心CSCD

叶片形态特征与功能性状可以反映植物采取的协同或权衡策略。测定了塔里木河下游不同地下水埋深下荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)的叶片解剖结构、叶片水力导度、叶片δ13 C值,探讨了胡杨结构性状指标和功能指标对地下水埋深的响应,叶片水力传输能力与叶片解剖结构变化趋势,以及叶片水力参数、解剖结构与水分利用效率的相关关系。结果表明:(1)胡杨叶片结构指标(叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、气孔参数、叶脉密度、主脉导管直径)、功能指标(叶片最大水力导度、水分利用效率、比叶质量)在地下水埋深最深处与地下水埋深最浅处差异显著;(2)不同地下水埋深下胡杨水分传输能力变化有解剖结构基础,叶片水分传输能力与水分散失能力存在协同关系;(3)胡杨叶片水分利用效率与叶片解剖结构指标(叶片厚度、栅栏组织厚度、表皮厚度、气孔长度、气孔宽度、气孔密度)具有相关关系;(4)胡杨叶片水分传输与叶片碳投资具有协同关系。     

长汀水土流失区重建植被WUE及相关叶性状研究

对长汀水土流失区不同生态恢复程度生境马尾松(Pinus massoniana)与木荷(Schima superba)的叶片稳定碳同位素组成(δ13C)、比叶面积(specific leaf area,SLA)、叶N含量及C/N进行了分析,并以叶片δ13C值和C/N分别指示植物的水分利用效率(water use efficiency,WUE)和氮素利用效率(nitrogen use efficiency,NUE).研究发现:1)随着生境恢复程度的提高,马尾松与木荷的δ13C值均呈下降趋势,其中木荷对环境的响应比马尾松敏感.2)同一生境,马尾松的δ13C值高于木荷,植被恢复程度较高的生境两者差异更明显,δ13C值变幅为2.20‰.3)相同生境,马尾松的NUE高于木荷,SLA和叶N含量低于木荷,恢复程度较高的生境差异显著(P<0.05).4)树种间的NUE与WUE不存在权衡,SLA和叶N含量的变化趋势与WUE相反.研究结果表明:马尾松与木荷WUE对资源梯度变化的响应趋势相似,木荷的可塑性较强;在干旱贫瘠生境中,马尾松比木荷具有更保守的水分利用方式和氮素消费方式,适应能力更强,能起先锋树种作用,随着生态恢复程度的提高...     

胡杨(Populus euphratica)叶片结构与功能关系

叶片形态特征与功能性状可以反映植物采取的协同或权衡策略。测定了塔里木河下游不同地下水埋深下荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)的叶片解剖结构、叶片水力导度、叶片δ13 C值,探讨了胡杨结构性状指标和功能指标对地下水埋深的响应,叶片水力传输能力与叶片解剖结构变化趋势,以及叶片水力参数、解剖结构与水分利用效率的相关关系。结果表明:(1)胡杨叶片结构指标(叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、气孔参数、叶脉密度、主脉导管直径)、功能指标(叶片最大水力导度、水分利用效率、比叶质量)在地下水埋深最深处与地下水埋深最浅处差异显著;(2)不同地下水埋深下胡杨水分传输能力变化有解剖结构基础,叶片水分传输能力与水分散失能力存在协同关系;(3)胡杨叶片水分利用效率与叶片解剖结构指标(叶片厚度、栅栏组织厚度、表皮厚度、气孔长度、气孔宽度、气孔密度)具有相关关系;(4)胡杨叶片水分传输与叶片碳投资具有协同关系。     

黑河下游不同生境胡杨(Populus euphratica)叶片碳同位素组成特征

植物中稳定碳同位素组成不但与植物的水分利用效率密切相关,而且反映环境因子对植物的影响。选择黑河下游额济纳旗为研究区,以优势物种胡杨(Populus euphratica)为研究对象,利用稳定碳同位素组成分析研究区胡杨受干旱胁迫程度。结果表明:胡杨叶稳定碳同位素组成(δ13 C)处于-25.51‰~-30.21‰,平均值为-28.28‰。随干旱胁迫程度增加,δ13 C值有明显偏正趋势,植物(叶片)碳同位素组成对胡杨成熟木长期适应不同水分胁迫程度有明显的体现。分析δ13 C与胡杨生长状态发现,δ13 C与种群密度相关性不明显,与枯枝比呈显著正相关关系,枯枝比可成为碳同位素组成的替代指标,指示胡杨受干旱胁迫的程度。     

甘肃省摩天岭北坡木本植物叶性状变异及关联

调查了摩天岭北坡以常绿阔叶林带与落叶阔叶混交林为主的低海拔区(700~1 500m)和针阔叶混交林与亚高山针叶林为主的高海拔区(2 100~3 400m)的21个木本植物群落组成,测定了104种植物的比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶片全磷含量(TPC)、叶片全氮含量(TNC)、叶片全碳含量(TCC)以及叶片厚度(LT)等6个植物功能性状。采用相关性分析对6个植物功能性状的变异和关联进行分析。结果表明:(1)SLA、LT和TCC在高海拔区明显高于低海拔区,而LDMC和TNC表现出高海拔区低于低海拔区;(2)SLA均随海拔的升高表现出降低的趋势,而LDMC和LT都随海拔的升高呈现增加的趋势。低海拔区TCC和高海拔区TCC都随海拔的升高呈增加的趋势;低海拔区TNC和TPC随海拔的变化与高海拔区相反,TNC和TPC在低海拔区随着海拔的升高表现出增加的趋势,而在高海拔区随海拔的增加呈现降低的趋势。(3)在高、低海拔区,SLA与LDMC、LT和TCC均呈极显著的负相关关系(P<0.01),LDMC与LT和TCC呈极显著的正相关关系(P<0.01)。摩天岭北坡不同海拔区木本植物叶片功能性状与海拔的关系,反映了该区域木本植物的不同叶片功能性状对海拔决定的环境异质性的协同响应和适应。     

贵州SJJ-1石笋δ~(13)C与δ~(18)O的不同步性及原因

为研究石笋δ~(13)C与δ~(18)O在千年尺度随时间的变化关系,通过对比贵州石将军洞SJJ-1石笋的δ~(13)C与δ~(18)O变化发现二者之间既有相似性又不完全同步。千年尺度两者之间的相似性主要由δ~(13)C与δ~(18)O共同受太阳辐射驱动的东亚季风强度变化所致。通过中国地层孢粉反演的植被空间格局变化,碳氧同位素的滞后期与太阳辐射相对于植被变化的滞后时间一致。因植被中δ~(13)C随年降水量增加具有变轻趋势,因此,两者的不同步性更大可能是太阳辐射驱动的季风强度变化与植被变化的不同步性引起。     

基于EEMD方法的全新世亚洲季风石笋氧碳同位素对比研究

采用集合经验模态分解方法(EEMD),对贵州省董哥洞全新世石笋δ~(18)O、δ~(13)C记录进行多尺度分解,分别获得8、9个本征模分量。在254 a以下尺度上,石笋δ~(13)C和δ~(18)O的本征模分量基本一致,其中254 a和116 a两个周期都类似于大气Δ~(14)C表征的太阳活动周期,表明植被生产力和低纬水汽都受控于太阳活动。同一周期对应的δ~(13)C振幅几乎是δ~(18)O的2倍,说明洞穴地点的土壤生产率放大了太阳活动的初始信号。526 a周期对石笋δ~(13)C贡献最大(~20%),与北大西洋深层水体550 a周期一致,可能的机制是北半球高纬气候通过西风带影响了东亚大陆的环境变化。石笋δ~(13)C的趋势分量变化平稳,明显不同于δ~(18)O的趋势分量,表明洞穴地点的土壤生产率并不直接响应于轨道尺度的太阳辐射变化。     

环境因子与植物体δ13C值关系的研究

通过总结主要环境因子对植物体δ^13C值影响,认为大气CO2浓度增加时,植物体δ^13C值会下降;光照增强,植物δ^13C值增大;UV-B增强时,植物体的δ^13C值降低;温度、水分条件与植物体δ^13C值的关系,至今还没有形成一致的意见,作者认为可能与其研究区域、研究的植物种数量、种类、植物部分及叶片成熟度、采样时间的不同有关。     

三江平原毛薹草沼泽中螺类的碳、氮稳定同位素特征及其食物来源结构

螺类作为淡水沼泽中无脊椎动物的重要类群,是淡水沼泽食物网的重要环节。为了确定三江平原毛薹草(Carex lasiocarpa)沼泽螺类的营养级特征和食物来源结构,测定了毛薹草沼泽中的6种植物、水体中颗粒有机物(particle organic matter,POM)和18种螺的δ~(13)C和δ~(15)N特征。结果表明,毛薹草沼泽水体中颗粒有机物的δ~(13)C值范围为-30.9‰~-28.5‰,δ~(15)N值范围为-0.60‰~2.86‰;6种植物的δ~(13)C值范围为-28.5‰~-25.22‰,δ~(15)N值范围为-0.60‰~0.44‰;螺类的δ~(13)C值范围为-32.93‰~-25.73‰,δ~(15)N值范围为-0.46‰~2.99‰;18种螺的δ~(13)C值的变化幅度为7.2‰,表现出其食物来源的差异。同位素混合模型分析结果表明,水体中颗粒有机物是大部分螺的食物基础,一部分螺的食物直接来源于沼泽中的植物;不同属的螺的食物来源存在显著差异。沼泽中18种螺的营养级为1.02~2.04,除了梯旋萝卜螺(Radix plicatula)外,其它都为初级消费者。螺的碳、氮同位素特征能够反映出螺的食性和营养级水平。     

滇西南地区NDVI变化及其对不同时间尺度干湿变化的响应

利用2001—2013年MODIS/NDVI归一化植被指数时间序列,采用变异系数、一元线性趋势变化等多项指标,结合SPEI指数和DEM分级数据提取不同高程地区的NDVI变化信息,分析滇西南地区不同海拔梯度NDVI时空变化规律及对不同时间尺度干湿变化的响应,结果表明:(1)研究区不同海拔梯度四季和年NDVI波动变化较小,NDVI变化趋势随海拔梯度变化存在一定的差异性,但总体上升趋势明显,四季和年NDVI改善区域占研究区46.9%~74.0%。(2)各海拔梯度NDVI变化百分率多集中在-10%~10%范围;以1500 m为界,变化百分率超过(小于)10%(-10%)的区域在高于(低于)1500 m的3个海拔梯度上。(3)各海拔梯度NDVI与2~8个月时间尺度SPEI指数相关性最为密切,表明研究区NDVI对降水及蒸散发导致的水分盈亏的响应具有滞后效应和累积效应;1—5月及春、冬季NDVI对SPEI指数的响应较强,7—9月和夏季NDVI与SPEI指数呈负相关。(4)2个典型干旱年中,NDVI负距平像元主要分布在1000~1750 m的3个海拔梯度上,受干旱影响较小的植被集中于NDVI≥0.6的高植被区。     

准噶尔盆地荒漠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个科、41个属的53种荒漠植物的稳定碳同位素分析,结果显示准噶尔盆地荒漠植物的叶片稳定碳同位素值在-7.77‰~-30.10‰之间变化,其稳定碳同位素比值分布范围较广,C3和C4植物资源丰富。其中,C3植物有34种,δ13C值分布区间为-23.27‰~-30.10‰,平均值为-26.77‰;C4植物有19种,δ13C值的变化范围为-7.77‰～-14.90‰,平均值为-13.04‰。研究区内木本植物和草本植物的δ13C平均值分别为-16.74‰和-19.81‰,说明木本植物的水分利用效率明显高于草本植物,这种现象可能是全球荒漠生态系统的一种共性。但是一年生草本植物的δ13C平均值（-19.54‰）却高于多年生草本植物的δ13C平均值（-20.07‰）,由于植物叶片δ13C可以用来间接指示植物的长期水分利用效率,即δ13C值越大,植物的水分利用效率越高;也就是说在该地区,相对于多年生草本植物而言,一年生草本植物对环境的适应能力较强。     

天目山柳杉树轮δ13C序列所反映的植物水分利用率对大气CO2浓度变化的生理响应

工业化以来,由于大量化石燃料CO₂排入大气,引起大气CO₂浓度的持续升高。研究表明,植物的光合作用、水分利用率及作物生物量等均对周围大气CO₂浓度的增加产生明显的正响应,而植物叶片的气孔导度及蒸腾速率对CO₂浓度增加产生负响应。对采自浙江西天目山地区的三株柳杉树盘交叉定年后,测定了三株树轮的δ¹³C年序列,并利用3株柳杉树轮δ¹³C序列探讨了天目山地区树木生长对大气CO₂浓度增加的生理响应——水分利用率的变化状况。结果是,三株树轮δ¹³C序列反映的水分利用率均是增加的,且增长趋势基本一致。研究结果反映了工业革命前后,树木生长对大气CO₂浓度增加所产生的明显正响应。     

短期乔木林灌木林和草地演替的土壤剖面13C分布特征

以短期的植被更替如何影响土壤剖面的13C富集以及这些富集现象揭示的土壤碳循环机理为目的,采集云南省曲靖地区发生植被演替的山地土壤剖面5组,分别测定了稳定碳同位素比值(δ13C)、总有机碳含量(TOC)和碳密度,并比较了它们之间的差异。研究发现:短期植被改变(约10年)对土壤剖面中0~30 cm层的δ13C值具有显著影响,其中对0~10 cm层土壤影响最大。灌木更替为森林和草地后土壤有机质的δ13C变化分别达2.28‰和5.08‰。30~50 cm层土壤δ13C值对植被改变不敏感,该层可以作为土壤剖面的基准剖面层。大气δ13C值变化不是森林土壤0~50 cm剖面层中13C随深度减小而富集的主要原因。10年间,植被从灌木演替为人工种植的麻栎乔木或从灌木植被退化为草本植被,0~30 cm层土壤剖面的有机碳密度改变量分别为2.30 kg/m2和-1.00 kg/m2。而植被从灌木到人工种植麻栎的碳密度改变率为0.230 kg/m2/a,这对改变山地土壤的碳密度、短期增加碳储量具有重要意义。δ13C在C3植被的短期演替过程中具有很好的辨识力,可以作为土壤碳库更替和碳循环的研究工具。     

川中丘陵区小流域土地利用变化和泥沙来源示踪的δ~(13)C技术

在2010年和2011年,采集长江上游川中丘陵区万安沟小流域塘库沉积泥沙、河床沉积泥沙、不同土地利用类型的表层土壤,应用δ13C技术研究小流域土地利用变化和泥沙来源。结果表明:森林坡地、弃耕坡地和耕种梯田的表层土壤δ13C值分别是-26.40‰,-25.91‰和-25.81‰,非常相近,说明土壤有机物δ13C主要是占主导地位C3植物的残留物,而C4植物玉米对土壤有机物δ13C值几乎没有影响。结合δ13C值和土地利用变化分析,土壤和沉积泥沙δ13C值是土地利用状况的良好指示因子,较低δ13C值(-26‰)表明丘陵坡地森林覆盖率较高,而较高δ13C值(-24.30‰)则说明森林覆盖率较低。δ13C技术只有在沉积泥沙主要来源是土壤有机物的条件下,才能定量评价沉积泥沙的不同来源。由于当地沉积泥沙有机物是土壤有机物、生物碎屑和生活污水的混合物,采用δ13C指标示踪泥沙来源的可靠性受到影响,但可以肯定地说,δ13C技术对定量评价沉积泥沙的来源是有帮助的。     

极端干旱条件下胡杨叶片气孔导度模拟

植物叶片气孔是控制水分和CO_2出入通道,是植物水分蒸腾和气体交换门户。在对气孔的环境响应机理认识不足时,模拟成为最有效和适宜的工具而受到广泛关注。基于Li-COR 6400便携式光合作用测定系统,采集了2014年6~9月额济纳绿洲荒漠河岸胡杨林生长季内实测叶片气孔导度数据,运用学术界广泛用于估算气孔导度对环境因子响应的两个模型:Jarvis模型和BWB模型,分别对胡杨叶片的气孔导度进行了模拟,并将模拟结果与实测数据进行比较。研究结果发现:由Jarvis模型模拟的气孔导度值其均方根误差、相对误差和平均绝对误差(0.047、0.011、0.002)均小于BWB模型各值(0.075、0.447、0.061),而决定系数Jarvis模型(0.665)大于BWB模型(0.365)。说明对于极端干旱条件下的中幼龄胡杨林,Jarvis模型的模拟精度较高,由其模拟的叶片气孔导度值更接近基于Li-COR 6400便携式光合作用系统测定的真实值。分析其原因在于:在干旱半干旱气候条件下,土壤含水量和气温决定了植物气孔的开闭,进而限制了CO_2的同化速率,这与BWB模型的构建前提不一致。     

气候成因、要素与气候变化

P4672006010009兰州与江汉平原有机碳同位素的古气候指示意义对比研究=Paleocli matic i mplication of Lanzhou and Jianghan plain:acli mate proxy study of organic carbonisotope/杨桂芳,彭红霞…∥长江流域资源与环境.—2005,14(4).—486~490研究结果表明:在兰州地区,δ13Corg值波动反映C3/C4植物比例的改变,指标温度变化.δ13Corg值偏正时,表明C4植物含量较大,反映温度较高.而δ13Corg值偏负时,表明气候较冷;汉江平原δ13Corg值主要反映降水信息,δ13Corg值偏负时指示相对暖湿气候,δ13Corg值偏正反映气候偏干.δ13Corg等指标…     

梭梭(Haloxylon ammodendron)叶片气孔导度与气体交换对典型降水事件的响应

C4植物以其较高的水分利用效率而表现出较强利用荒漠环境有限降水的能力,但对其气孔行为和气体交换对降水响应的理解并不深入。本研究选择荒漠区沙丘上6~7年生的梭梭(Haloxylon ammodendron),利用自制的降水拦截设施,将每次降水事件后样地中接受的降水量分别减少和增加10%、20%和30%,形成包括对照在内的7个降水梯度,研究梭梭气孔导度(Gs)与净光合速率(Pn)对典型降水事件的响应。结果表明:6~12mm的降水对土壤水分的补给集中在50cm土壤深度范围内。降水量每增加10%,Gs和Pn分别增加9.17%和4.17%;Gs和Pn在降水前后呈现先增加后降低的单峰型趋势,峰值出现在降水后第1天,两者与土壤水分含量(SVWC)、空气相对湿度(RH)以及水汽压差(VPD)显著相关。降水后梭梭黎明前叶水势在-2.08~-2.74 MPa时叶片气体交换主要受气孔因素影响,而当叶水势降至-3.16MPa以下时主要受非气孔因素控制。