植物营养元素的含量和δ~(13)C值随海拔而变化的特征及营养元素相互作用对碳同位素分馏作用的影响

为了研究植物营养元素的含量和δ~(13)C值随海拔而变化的相关关系,沿着海拔450 m的贵州茂兰至海拔1330 m的贵州安顺一线,采集和分析研究了C_3植物——小果蔷薇(R.cymosa Tratt)的叶片。分析结果表明,植物叶片中营养元素含量随着海拔的上升而产生的变化是:氮、磷和钾的含量会在增高,而钙和镁的含量却会降低。植物叶片的δ~(13)C值会增大,其变幅为 2.4‰/1000m。     

青藏高原北部植物叶片碳同位素组成特征的环境意义

测定了青藏高原北部13个地点101份草本植物叶片碳同位素组成（δ 13 C值）。研究结果表明，与其它地区相比，青藏高原北部植物叶片δ 13 C值相对较高，并且在海拔 4161 m的西大滩仍有植物δ 13 C值落在C4植物区，说明青藏高原的地理特殊性以及植物适应环境的策略。随海拔的升高，植物叶片δ 13 C值也随之升高，但变化程度具有物种的依赖性。唐古拉山南边植物叶片δ 13 C值明显高于北边植物叶片δ 13 C值，分析表明植物叶片δ 13 C值南北分布的这种格局主要是由降水的差异决定的。     

影响C4草本植物C/N比值变化的因素与土壤有机C积累的关系

文章对采自贵州从低海拔的东部到高海拔的西部且大致平行的石灰岩和砂岩两地带均生长的3种C₄草本植物,即巴茅(Miscanthusfloridulus)、白茅(Imperatacylindrica)和类芦(Neyraudiareynaudiana),以及相对应的土壤表层样品,进行了营养元素和C同位素组成分析;研究营养元素含量随着海拔的不同而出现的变化趋势,以及这些元素之间的相互协变作用,尤其是Ca和N之间的相互协变作用对植物的N含量、C/N比值和^δ13C值的影响,以了解植物的C/N比值(指示植物残留物质量的一种标志)与土壤有机C积累的关系。研究结果表明,植物的N含量和^δ13C值具有随海拔的上升而显著增大趋势,而植物的C/N比值在砂岩地区虽有减小的趋势,在石灰岩地带则没有。对所研究的C4草本植物来说,在土壤pH值为5.8的中性条件下显示出Ca的最大吸收,因此,Ca与其他营养元素之间的协变模式在两种土壤类型中表现出相反的倾向,并存在土壤交换性Ca的边界浓度:当土壤可交换性Ca的含量为2.24mg/g,相应土壤的pH值在5.8以下时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量上升,而植物的C/N比值会显著降低;当Ca在边界浓度以上时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量下降,而植物的C/N比值有增加的趋势。由此可见,植物残留物的N含量和C/N比值受Ca元素含量的相     

喀斯特山区植物碳同位素组成特征及其对水分利用效率的指示——以贵州花溪杨中小流域为例

测定了贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13 C值,研究了植物叶片碳同位素组成特征,并分析了植物的水分利用效率。结果表明: 该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为- 26. 98‰～ - 29. 15‰ ,平均值为- 28. 14‰。研究区δ13 C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。此外,植物的碳同位素组成存在较大的种间差异,生境的变化对植物的碳同位素组成有着一定的影响,但不同植物种对生境的响应不同。植物的δ13 C值从生长初期到末期有降低的趋势,但不同植物种的变化趋势存在差异。植物δ13 C值随海拔的增加而增大,但不同植物种δ13 C值随海拔增加的程度存在差异。不同植物种之间的水分利用效率不同,相同植物种在不同的生境条件下其水分利用效率也有差异。植物生长初期的水分利用效率要比后期的高; 高海拔处植物水分利用效率要比低海拔处植物的高。      

岩溶断陷盆地不同海拔植物水分利用效率分析

为探讨不同海拔高度的养分、环境要素与植物水分利用效率变化的关系，以岩溶断陷盆地云南小江流域的乔木、灌木、草本为研究对象，分析水分利用效率和叶片养分浓度随海拔的变化情况。结果表明:（1）研究区内海拔2 000 m处的草本植物的叶片δ13C值最高，2 200 m处的乔木的叶片δ13C值最低；（2）海拔高度对乔木、灌木的植物水分利用效率影响大于草本植物，草本植物的水分利用效率随海拔高度的变化甚微，两者之间的拟合度较小；高值区出现在海拔为2 200 m处的乔木；低值区出现在海拔为2 000 m处的草本植物；（3）不同海拔水分利用效率与叶片N、P浓度的相关性较弱（与叶片的N浓度呈弱正相关，与叶片的P浓度呈弱负相关）；（4）不同海拔水分利用效率与各气候因子的相关性较弱，与多年平均气温、多年平均降雨量、多年平均日照时数均呈弱正相关。      

不同海拔祁连园柏树轮和叶片δ13C值的变化

测定了不同海拔的祁连园柏(Sabina przewalskii)树轮和叶片δ13C值以及叶片光合色素、可溶性糖和氮含量.结果表明: 树轮δ13C值重于叶片δ13C值, 并且没有明显的海拔趋势; 叶片δ13C值与叶片光合色素含量明显负相关, 但与叶片氮含量和可溶性糖含量没有相关关系; 近50 a来树轮δ13C值越来越低, 尽管不同海拔的树轮δ13C值的下降程度存在差异.叶片和树轮δ13C值的变化可能主要受气孔运动的影响, 近50 a来树轮δ13C值的下降是由于人类活动造成的.     

土壤、农作物中及家畜体内的微量营养元素

微量营养元素通常富集在表层土壤中,其含量随土层深度递减。尽管土壤中大多数微量元素的含量很高,但只有一小部分能被植物吸收。微量营养元素,也被称为痕迹元素,所需数量微小,但其缺乏会对农作物生产和动物健康造成严重影响。农作物对不同微量营养元素有着不同的反应。芸苔和豆类对Mo和B有较高的响应度,而玉米和其他谷类对Zn和Cu较为敏感。在温润和湿热地区,由于强降雨和强淋溶作用,微量营养元素缺乏较为普遍。土壤pH值是影响微量营养元素对植物有效性的重要因素之一。除Mo以外,微量营养元素的有效性随pH的增加而减小,Mo的有效性随pH的增加而增加。对于大多数植物来说,叶片中的微量营养元素含量高于植物的其他部分。因此,可以用叶片作为样品来测定农作物中微量营养元素的含量。大多数微量营养元素缺乏表现在植物顶部的新叶上,而过量则表现在老叶上。根据Deckers和Steinnes的结论,土壤较为贫瘠的发展中国家与土壤肥沃的欧洲及北美地区相比,微量营养元素缺乏现象较为普遍。许多营养元素缺乏区位于潮湿的热带地区,土壤极度贫瘠、高度风化和/或强淋溶,营养元素十分匮乏。此类其他土壤分部于半干旱及毗邻地区,这些地区的碱性和石灰性土壤条件严重限制了微量营养素对植物的供给。通常,可以满足草料作物生长的Cu、 Fe、Mn、 Zn 、Se含量水平,却不能满足家畜的需要。Se是植物生长所不需要的微量元素,因此草料作物中Se的含量很少。然而,如果动物所食农作物和草料中Se含量偏低,会造成严重的肌肉异常和其他疾病。白肌病是最常见的由于Se缺乏造成的疾病,在牛犊和羔羊中都有发现。本文讨论了与动物需求相关的农作物微量营养元素充足度。     

青藏高原北部植物叶片碳同位素组成的空间特征

测定了青藏高原北部13个地点101份草本植物叶片碳同位素组成(δ¹³C值), 结果发现, 植物叶片δ¹³C值的分布范围在-29.2‰～-23.8‰之间, 平均值约为-26.89‰, 明显低于全球高海拔植物叶片δ¹³C值(-2.6‰) ; 而植物叶片δ¹³C值随海拔和经、纬度的变化趋势与其它同类报道相似:随着海拔的升高和经、纬度的降低, 植物叶片δ¹³C值呈现升高趋势. 叶片δ¹³C值也随土壤含水量和土壤温度的变化而变化:土壤含水量越高, 土壤温度越低, 植物叶片δ¹³C值越小, 但它们之间的相关关系不具统计学意义. 初步分析表明, 大气压力 (CO₂分压)和温度的协同变化导致了叶片δ¹³C值随着海拔变化的分布格局, 而温度和相对湿度的变化是引起叶片δ¹³C值的经、纬度效应的主要因子.     

西藏急尖长苞冷杉与川滇高山栎叶片δ13C沿海拔梯度的变化

以青藏高原东南部亚高山暗针叶林的主要组成树种急尖长苞冷杉(Abies georgei var.smithii)和川滇高山栎(Quercus aquifolioides)为研究对象,分别在其自然分布海拔范围内采集叶片样品,测定其δ13C与单位面积的叶片重量(LMA),研究了急尖长苞冷杉和川滇高山栎叶片δ13C与单位面积的叶片重量(LMA)沿海拔梯度的变化趋势以及二者之间的差异.结果表明:急尖长苞冷杉叶片δ13C值的变化范围在-28.88‰～-27.06‰之间,平均值是-28.11‰;而川滇高山栎叶片δ13C值的变化范围在-29.11‰～-25.57‰之间,平均值是-27.63‰;与全球高海拔和青藏高原植物叶片的δ13C值相比,前者变化范围小且偏低,而后者变化范围及平均值相对比较接近.随着海拔的升高,急尖长苞冷杉叶片δ13C和LMA并不是线性增加,而是呈不规则的变化,而川滇高山栎叶片δ13C和LMA则显著线性增加,且δ13C和LMA之间呈显著线性正相关.这说明,在青藏高原东南部随着海拔梯度的变化,虽然常绿针叶林和落叶阔叶林叶片δ13C和LMA响应趋势不同,但是δ13C和LMA之间的正相关关系却不受树种种类影响而具有普遍性;这种差异可能是由群落内物种种内和种间竞争能力大小的差异,以及非生物环境因子如温度、降水等共同作用而造成的结果.     

两种圆柏属常绿植物叶片稳定碳同位素的季节变化及其指示意义

连续2a测定了祁连圆柏(Sabina przewalskii)和圆柏(Sabina chinensis)叶片δ13C值及叶片相对含水量、脯氨酸和硅(Si)含量的季节性变化,研究了叶δ13C值与环境因素之间的相关性(月总降雨量、月平均气温、月平均土温、月总日照时间、相对湿度、大气压、蒸汽压、风速以及潜在蒸发量).结果表明:叶片δ13C值与大气压成负相关,而与气温、降雨量、蒸汽压、潜在蒸发量、日照时间、风速及土温成正相关;13C值与相对湿度之间无显著关系,说明圆柏属植物叶13C值可以作为这些气象因素有效的指示指标.同时,叶片13C值与脯氨酸和Si含量负相关,与叶片含水量和MDA正相关,并且相对圆柏来说,祁连圆柏有更高的13C值、脯氨酸含量和Si含量,较低的叶片含水量和MDA含量,说明叶片13C值在一定程度上可以作为指证环境胁迫的抗逆指标.     

喀斯特与非喀斯特区土壤含水量与植物叶片δ13C关系的对比研究—— 以贵州清镇市王家寨小流域为例

通过测定贵州省清镇市王家寨小流域内不同背景区(喀斯特与非喀斯特)土壤的含水量以及16种植物叶片的δ13 C值,比较了不同背景区从退化生态到非退化生态过程中各样地之间,以及石漠化和土山样地不同坡位之间土壤含水量与植物叶片δ13 C值的相关关系。研究结果表明,不管是喀斯特背景区还是非喀斯特背景区从退化到非退化的过程中,随着土壤含水量的逐渐增大,植物叶片的δ13 C值与土壤含水量呈现显著的负相关关系,即土壤含水量越大,植物的水分利用效率就越低;而从不同坡位土壤含水量与植物叶片δ13 C值的相关关系分析表明,石漠化样地植物叶片δ13 C值并不随坡位土壤含水量的不同呈现出规律性的变化,而坡位自上而下土山样地植物叶片的δ13 C值则表现出随土壤含水量的增大而逐渐趋负。这些研究结果均反映了植物叶片的δ13 C值对不同生境土壤水分条件的适应机制,其中石漠化样地上的植物对土壤含水量变化的响应最迅速和最敏感。      

青藏高原不同生境中祁连圆柏叶片δ13C变化及其与环境和树高的关系

以分布于青藏高原东北缘的优势乔木祁连圆柏为研究对象,分析了叶片δ¹³C值变化及其与树高、土壤含水量、降雨量和叶片碳氮含量的关系.研究结果表明:研究区祁连圆柏叶片δ¹³C值的变化范围为-28.58‰~-23.95‰,平均值为-25.66‰,变化幅度为4.63‰,而同一生境不同个体之间的变化幅度为2.69‰和2.93‰,说明祁连圆柏叶片δ¹³C值的变化是植物自身遗传特性与环境因子共同作用的结果.叶片δ¹³C值与树高呈明显的负相关关系(p<0.01),并且这种关系不随采样位点的不同而改变;与叶片C和N含量不相关,而与土壤含水量和年平均降水量显著负相关(p<0.001).     

贵州安龙县耕地表层土壤营养元素地球化学特征

在安龙县耕地质量地球化学调查评价的基础上,通过对不同成土母岩、不同土壤类型和不同耕地地类表层土壤中有机质、N、P、K、Mn、B、Cu、Mo、Zn等营养元素进行分析研究。研究结果表明:(1)营养元素平均含量由高到低依次为:有机质＞K＞N＞Mn＞P＞Zn＞B＞Cu＞Mo,其中P、Mn、Mo、Cu、Zn平均含量高于贵州和全国背景值;有机质、N、B平均含量高于全国背景值、低于贵州背景值;K平均含量低于贵州和全国背景值。有机质、N、P、K、B 、Cu变异系数小于060,含量变化幅度相对较小; Mn、Mo、Zn变异系数在091110间,含量变化幅度相对较大。(2)不同成土母岩土壤表层营养元素中,有机质与N、B,N与B,Mn与Zn在 001 水平上显著正相关。P与K在 001 水平上显著负相关;Cu与有机质、N、B在 005 水平上显著负相关。(3)不同土壤类型营养元素主要呈微-弱富集或微-弱贫化,仅石灰土中Mn为中等富集、红壤中Cu为中等贫化。耕地表层土壤营养元素富集与贫化受成土母岩、土壤类型和耕地地类影响,成土母岩为主要影响因素。     

青藏高原现生禾本科植物的δ13C与海拔高度的关系

文章通过分析青藏高原4种C3禾本科植物碳同位素值随海拔高度的变化,发现穗三毛(Trisetumspicatum),垂穗鹅观草(Roegnerianutans),紫花针茅(Stipapurpurea),垂穗披碱草(Elymusnutans)的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势明显,平均每增高1km变重1.37‰,其中Trisetumspicatum和Roegnerianutans的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势更为显著。研究认为温度和大气CO₂分压是引起C3植物碳同位素值随海拔高度变化的主要因素。另外,研究发现一些C4植物的生长高度可以达到海拔4000m以上,最高可达海拔4520m。     

浙江省龙游县北部土壤中植物营养元素动态变化研究

土壤中植物营养元素含量及其平衡状况对作物生长有重要影响。识别判断土壤中营养元素的时空变化趋势是土地质量地球化学监测的重要任务。利用浙江省龙游县北部地区2008年与2014年两期区域土壤地球化学调查数据,在对分析测试系统误差进行校正之后,采用统计分析与空间分析的方法,研究土壤中重要营养元素含量与空间分布的变化特征。结果表明,整体上大量营养元素N、K2O的含量有所降低,其净相对累积率分别为-4.40%和-13.81%;营养元素B和P的含量变化幅度很小;土壤中植物营养元素累积变化受土壤类型和土地利用类型的影响,不同土壤类型和土地利用现状下,营养元素相对累积率存在差异。如水田土壤N呈明显的富集趋势,林地、菜地、旱地等土地利用方式下土壤N呈贫化趋势;菜地、园地、旱地土壤P具有较明显的富集趋势,而水田土壤P呈贫化趋势。     

青藏高原腹地现代植物δ 13 C空间分异反映的环境信息

对研究区植被碳同位素组成进行分析，该区高山嵩草样δ 13 C值在－25．63‰～－27．95‰之间，平均值－26．63 ‰；高寒草原区混合样δ 13 C值于－26．29‰～－27．73‰之间，平均－27．04‰。高山嵩草样总体呈现由南东往北西方向正偏趋势，与高原夏季风运移方向一致（ r＝ 0．44603， n＝29， p＜0．05）；研究区北部高寒草原区混合植物样则更明显的指示了研究区由南向北干旱化的趋势（ r＝0．8112， n＝5， p＜0．1）。现代植物碳同位素组成是特定环境影响的结果，在研究区内的变化趋势，则被认为是主要受降水环境影响的结果。成规律展布的区域降水条件与地理位置耦合，建立高原腹地地表植物碳同位素组成与其地理位置的相关。同时通过对该区碳同位素组成的研究反映控制植被生长发育的环境信息。     

氧化作用对气态烃组成和碳同位素组成的影响

通过加水模拟实验,揭示了气态烃在被矿物氧化过程中分子组成和碳同位素组成的变化.实验结果表明,随着反应时间的延长,气态烃、非烃 (H2、 CO2、 H2S)组成及碳同位素组成发生了明显且很有规律的变化.气态烃碳数越高,氧化速率越快,碳同位素变化 (增重 )越大.当氧化剂为赤铁矿或赤铁矿 硫酸镁时, CH4含量没有明显降低,δ 13C值增重 1‰～ 2‰; C2H6含量最后 (288h)降低了约 20%,δ 13C值增重约 3‰; C3H8含量最后降低了约 50%,δ 13C值增重约 5‰; Ic4h10含量在 72 h时即降低了约 80%,氧化速率远高于 Nc4h10.非烃 CO2的含量增加了 1.26～ 1.71倍.当氧化剂为硫酸镁时, CH4含量明显增高,最多时增加了 34.7%,δ 13C值增重约 8‰; C2H6含量在 72 h时降低了约 14%,在 144 h时降低了约 85%,δ 13C值增重约 24‰; C3H8含量在 72 h时降低了约 65%,在 144 h时降低了 98%以上; Ic4h10和 Nc4h10在 72 h时即降低了 90%以上.非烃 CO2含量最多增加了 1.86倍, H2S最多增加了 9.62倍.这些实验结果对认识天然气藏在矿物氧化过程中分子组成和碳同位素组成的变化具有重要意义.     

马先蒿属(Pedicularis L.)植物稳定碳同位素组成与环境因子之间的关系

分析了马先蒿属 (PedicularisL .)植物叶片稳定碳同位素组成 (δ13C值 )特征以及δ13C值与环境因子之间的关系 .结果表明 ,所有样品的δ13C值属于C3植物的范围 ,最大值是碎米蕨叶马先蒿 (Pedic ularischeilanthifoilia) ,- 2 2 .4‰ ,最小值属于黄花鸭首马先蒿 (Pedicularisanasvar .xanthantha) ,- 31.5‰ ,平均值为 - 2 7.1‰ .相关分析表明 ,马先蒿植物叶片的δ13C值与年降水量和湿润度的相关性没有达到显著水平 (P >0 0 5 ) ,与年平均温度和≥ 10℃的总积温呈显著负相关 (P <0 0 5 ) .随着海拔的升高 ,δ13C值增大 (P <0 0 5 ) ,与经度的变化呈负相关 (P <0 0 5 ) ,而与纬度呈现弱的正相关 (P <0 0 5 )关系 .     

C、O、Sr同位素及微量元素组成在生物礁礁体环境研究中的应用

分析生物礁灰岩中C,O,Sr同位素及微量元素组成有助于研究生物礁体的形成环境.研究表明:δ 13C值的变化与生物埋藏量、埋藏速率、海平面的变化有着很密切的关系;海平面上升,δ 13C值增大,同时表明造礁生物大量繁殖;δ 18O值的变化反映古环境的温度变化,δ 18O升高,温度降低; 87Sr/ 86Sr的比值与海平面的升降变化表现一种负相关性,海平面上升, 87Sr/ 86Sr的比值降低.Sr, Mn等微量元素可以间接指示礁体环境变化,并且验证了所采集的样品数据的准确性.环境变化是决定生物礁发育的重要影响因素.     

不纯碳酸盐碳氧同位素组成的在线分析

利用 GV IsoPrime(R)Ⅱ型稳定同位素质谱仪测量不纯碳酸盐样品的碳氧同位素组成,这些样品是用国家碳酸盐碳氧同位素一级标准物质 GBW04406与去除了碳酸盐的沉积物混合配制而成的, CaCO3含量在 2%～ 90%之间.结果显示 ,δ 13C内部精度为 0.002‰～ 0.005‰ (1σ ),δ 18O内部精度为 0.003‰～ 0.009‰ (1σ ),与测量所得的纯 CaCO3国际国内标准物质结果的内部精度范围一致,且外部精度达到仪器的指标要求,同时 ,不同 CaCO3含量样品的δ 13C和δ 18O的测量值 (测量平均值:δ 13C =-10.932‰± 0.021‰,δ 18O=-12.483‰± 0.054‰; 1σ )也在误差允许范围之内与 GBW04406推荐值 (δ 13C=-10.85‰± 0.05‰, δ 18O =-12.40‰± 0.15‰ ; 1σ )一致.可见碳酸盐的含量并不影响其碳氧同位素组成的分析结果,所以在线分析不纯碳酸盐的碳氧同位素组成是可行的,在线分析不纯碳酸盐样品的碳氧同位素组成之前应先对样品中碳酸盐含量进行大致估计,根据碳酸盐含量高低来确定样品用量以达到最佳分析效果.