CO2和CH4排放增加是全球變暖的主要原因（IPCC，2013），人類活動(dòng)導(dǎo)致大約44%和60%的CO2和CH4排放到大氣中。人類活動(dòng)如攔河筑壩干擾濕地的結(jié)構(gòu)和功能，引發(fā)大量土壤CO2和CH4排放。然而，目前對(duì)濕地水庫(kù)CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影響機(jī)制知之甚少。基于此，為了填補(bǔ)研究空白，在本研究中，來(lái)自云南大學(xué)和中科院武漢植物園的研究團(tuán)隊(duì)在三峽消落區(qū)原位條件下調(diào)查了4個(gè)海拔梯度（即不同淹水狀態(tài)）（175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）飽和和排干狀態(tài)下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征，以及相關(guān)的控制因子。他們作出了如下假設(shè)：1）由于淹水下優(yōu)勢(shì)植物種的轉(zhuǎn)變，土壤條件（例如土壤基質(zhì)質(zhì)量，土壤水分和溫度）的變化將會(huì)改變CO2排放以及CO2的δ13C值；2）CH4排放模式及其同位素特征對(duì)淹水更敏感，反映了土壤厭氧環(huán)境的增加；3）不同淹水狀態(tài)下（例如飽和和排干狀態(tài)下）將會(huì)導(dǎo)致酶表達(dá)和微生物屬性的改變，進(jìn)而極大影響CO2和CH4排放。圖1 重慶忠縣研究區(qū)位置（a）；三峽消落區(qū)采樣地衛(wèi)星圖像及沿海拔梯度詳細(xì)的靜態(tài)通量室放置圖（b）。作者于2017年6-8月測(cè)量了土壤/水大氣界面CO2和CH4的交換率。利用ABB LGR CO2同位素分析儀分析CO2的濃度及δ13C，并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析儀分析CH4的濃度及δ13C?！窘Y(jié)果】高海拔地區(qū)CO2...
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生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和甲烷（CH4）通量是兩個(gè)重要的土壤-大氣碳交換過(guò)程，已經(jīng)在局地尺度上得到充分記錄。然而，在流域尺度上，對(duì)青藏高原多年凍土區(qū)這些過(guò)程的空間格局和控制因素尚不清楚?；诖?，為了填補(bǔ)研究空白，在本研究中，來(lái)自四川大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院和西南民族大學(xué)青藏高原研究所的研究團(tuán)隊(duì)在青藏高原風(fēng)火山（34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E；4580-5410 m a.s.l.；圖1a）測(cè)量了兩個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)（2017年和2018年）不同坡向（北向（陰坡）和南向（陽(yáng)坡））和不同海拔（低、中和高坡位）的生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和CH4通量，旨在闡明青藏高原草地流域尺度的Re和CH4通量模式并量化生物和非生物因子調(diào)節(jié)Re和CH4通量的相對(duì)貢獻(xiàn)。作者利用LGR UGGA便攜式溫室氣體分析儀+PS-3000便攜式土壤呼吸系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）+SC-11便攜式呼吸室（北京理加聯(lián)合科技有限公司）于2017年和2018年生長(zhǎng)季節(jié)（6-12月）每30天測(cè)量一次Re和CH4通量。同時(shí)，還測(cè)量了土壤溫度、體積含水量、地上生物量和地下生物量、土壤有機(jī)質(zhì)、pH、土壤全氮、土壤容重、溶解性有機(jī)碳、微生物量碳、微生物量氮、土壤蔗糖酶活性、NH4+-N和NO3--N濃度。...
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【摘要】森林的長(zhǎng)期生產(chǎn)力和固碳能力受氣候變化影響，已成為全球關(guān)注的問(wèn)題。本研究中，我們提供了一種簡(jiǎn)單且無(wú)損的方法來(lái)研究多時(shí)間尺度上樹(shù)木CO2同化率。這種新的方法結(jié)合了樹(shù)干液流和穩(wěn)定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我們通過(guò)分析變異性并進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，比較了氣體交換測(cè)量和新方法測(cè)得的CO2同化率，以驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和適用性。氣體交換和同位素測(cè)量都表明早晨CO2同化率高于下午，峰值在10-11 am左右出現(xiàn)，可能是由于夜間的水儲(chǔ)存和早晨的高氣孔導(dǎo)度。側(cè)柏日，月，年尺度上CO2同化率的變異性與供水條件有關(guān)。與以往的研究相比，我們利用穩(wěn)定碳同位素分辨率（Δ13C）和樹(shù)干液流測(cè)量估算的年CO2同化率的結(jié)果與傳統(tǒng)方法結(jié)果相一致。側(cè)柏對(duì)供水可以有效的響應(yīng)，這就解釋了為什么它可以很好地適應(yīng)半干旱區(qū)環(huán)境。估算CO2同化率的新方法是準(zhǔn)確的，且適用于北京周邊的半干旱地區(qū)?！狙芯繀^(qū)域】位于燕山鷲峰國(guó)家森林生態(tài)系統(tǒng)研究站（NFERS，40°03′N，116°05′E）?！咎纪凰販y(cè)定】利用碳同位素分析儀（CCIA-36d-EP，LGR）結(jié)合廓線系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期野外觀測(cè)。研究區(qū)域的地理位置（a）研究區(qū)域2013年-2016年三個(gè)土壤深度（30cm，60cm和90cm）的月土壤含水量（SWC）；（b）月降水量（P）和平均氣溫（Ta）；（c）月平均飽和水汽壓差（VPD）和光合有效輻射（PAR）。（a）...
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【摘要】正確理解地下水循環(huán)模式及其可更新能力對(duì)地下水資源的評(píng)估、合理開(kāi)發(fā)和利用至關(guān)重要。在干旱或半干旱地區(qū)地下水補(bǔ)給量少且變異性高，因此難以估算。同位素研究和混合模型相結(jié)合可以直接估計(jì)含水層的可更新性。本文利用環(huán)境同位素方法研究了中國(guó)西北半干旱地區(qū)—銀川盆地的潛水循環(huán)模式以及更新能力，主要研究了不同水體的同位素特征，潛水同位素年齡，水循環(huán)模式以及更新速率。結(jié)果表明，銀川盆地主要有兩個(gè)補(bǔ)給源，即局部大氣降水（占13%）和黃河（占87%）。銀川盆地潛水的平均滯留時(shí)間是48年，平均更新速率是3.38%/a。潛水具有較強(qiáng)的更新能力，更新速率與同位素年齡一致?！狙芯繀^(qū)域】位于中國(guó)西北地區(qū)的銀川平原。圖1 銀川盆地位置圖【樣品收集和測(cè)量】收集了來(lái)自全球大氣降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的30組降水?dāng)?shù)據(jù)，并收集了11個(gè)黃河水樣品，47個(gè)潛水樣品。利用LGR的液態(tài)水同位素分析儀測(cè)量所有水體的δ18O，δD和δT以分析其同位素特征?！窘Y(jié)果：地下水補(bǔ)給來(lái)源的確定】根據(jù)1988到2000的降水觀測(cè)，地區(qū)大氣降水線（LMWL）為δD = 7.22δ18O + 5.50（圖2）。降水δD和δ18O加權(quán)平均值分別為-45.59‰和-6.93‰。δ18O變異性范圍為-19.97‰~3.86‰，δD變異性范圍為-147.70‰~5.10‰。LMWL的斜率為7.22，略低于全球平均值8（δD = 8δ18O...
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【摘要】氫氧穩(wěn)定同位素可用于追蹤土壤水分的運(yùn)移。盡管我們對(duì)土壤剖面滲透的水的追蹤及其在徑流和地下水補(bǔ)給中運(yùn)移過(guò)程的研究已經(jīng)很完善了，但土壤水的運(yùn)動(dòng)也包括蒸發(fā)分餾。迄今為止，土壤水的分餾因子主要是基于經(jīng)驗(yàn)性的。與開(kāi)放型水分蒸發(fā)（溫度，濕度，蒸氣壓梯度定義的分餾）不同的是，土壤水蒸發(fā)包括土壤基質(zhì)效應(yīng)的分餾。我們對(duì)這些效應(yīng)特征的理解仍然很差。在這里，我們使用ABB LGR的水汽同位素分析儀（IWA-45-EP）提供了一個(gè)初步結(jié)果，實(shí)驗(yàn)使用了4種土壤混合物，粒度從砂粒到粉粒和黏粒。結(jié)果表明土壤張力可能控制著土壤水分的同位素分餾。土壤張力與平衡分餾的關(guān)系與土壤質(zhì)地?zé)o關(guān)，且得到熱力學(xué)理論的充分支持。雖然結(jié)果是初步的，認(rèn)為未來(lái)的工作應(yīng)該關(guān)注作為土壤水和水蒸氣分餾可能解釋因素的土壤張力的影響。插圖（a）顯示了4種添加土壤混合體的水分釋放曲線。在萎蔫點(diǎn)到吸著水范圍內(nèi)，2個(gè)石英砂樣品的重量含水量保持在0.05 g/g。但在同一范圍內(nèi)，粉砂的重量含水量高達(dá)0.15 g/g。在毛細(xì)管水范圍內(nèi)，黏土的最高重量含水量可達(dá)0.2 g/g。土壤張力為106 hpa時(shí)，砂土樣品I和II的重量含水量分別為0.01和0.005 g/g。在相同的土壤張力下，粉砂的重量含水量為0.05 g/g。重量含水量在0.05和0.005 g/g的粘質(zhì)土在105 hpa以上獲得了更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。（b）圖表明平衡分餾因子（aP/Q）與土壤...
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【基本原理】硝酸鹽水溶液（NO3?）的氮氧穩(wěn)定同位素組成（δ15N，δ18O，δ17O）以及亞硝酸鹽（NO2?）的δ15N值是土壤、雨水、地表水、地下水以及海水養(yǎng)分來(lái)源和動(dòng)態(tài)變化的重要示蹤劑。硝酸鹽同位素還用于評(píng)估水生生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)N的能力以及通過(guò)地下細(xì)菌反硝化等過(guò)程修復(fù)被硝酸鹽污染的含水層。用疊氮化鎘還原法將NO3?或NO2?轉(zhuǎn)為N2O，用N2O激光光譜法進(jìn)行N和O同位素分析。將激光頂空同位素分析法與同位素比質(zhì)譜法進(jìn)行比較。激光法可直接測(cè)量17O異常，有助于追蹤大氣N來(lái)源?；诖?，在所附的文章中“N and O isotope (δ15Nα，δ15Nβ，δ18O，δ17O) analyses of dissolved NO3? and NO2? by the Cd‐azide reduction method and N2O laser spectrometry”，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）同位素水文學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任Leonard I. Wassenaar及其團(tuán)隊(duì)利用N2O同位素分析儀（N2OIA‐23e‐EP Model 914‐0060；Los Gatos Research，Mountain View，CA，USA）開(kāi)展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)?！痉椒ā坑茂B氮化鎘法和頂空N2O激光光譜法將其轉(zhuǎn)化為N2O，在N/O穩(wěn)定同位素標(biāo)準(zhǔn)物（IAEA，USGS）上測(cè)量δ15N，δ18O，δ17O。15N示蹤...
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北極苔原位于北半球，是多風(fēng)無(wú)樹(shù)的平原。因其溫度低，生長(zhǎng)季短，在冬季土壤下層（向下25-90 cm）被永久凍結(jié)（“多年凍土層”），阻礙了樹(shù)木的生長(zhǎng)。在夏季，多年凍土層融化僅足夠用于植物的生長(zhǎng)和繁殖，由于下層土壤凍結(jié)，水分無(wú)法下沉并形成湖泊和沼澤。苔原凍土地區(qū)占世界土壤結(jié)合碳的很大一部分（是當(dāng)今大氣中碳的1.5倍），湖泊和濕地中植被腐爛會(huì)產(chǎn)生CH4。過(guò)去幾十年，人們認(rèn)為北極苔原是碳匯，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)光合作用捕獲大氣中大量的CO2，而如今受氣候變化的影響，它已經(jīng)成為重要的碳源，將溫室氣體釋放到大氣中。因此，對(duì)環(huán)境科學(xué)家而言，理解該生態(tài)系統(tǒng)中季節(jié)，植被，氣候因子對(duì)CH4排放的影響至關(guān)重要。大量研究表明，由于多年凍土層的季節(jié)性融化，在北極地區(qū)夏季CH4從大量不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)中排放。然而，很少有研究去理解秋季，冬季和春季（代表了北極地區(qū)一年中的70-80%）的CH4排放現(xiàn)象。以往的幾個(gè)研究表明秋季甲烷通量高，而春冬季節(jié)無(wú)甲烷通量。在所附的文章中“ Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget”，一組國(guó)際跨學(xué)科的科學(xué)家們報(bào)道了全年CH4排放，包括從沿著阿拉斯加北坡300公里緯度樣帶上的5個(gè)阿拉斯加北極苔原渦度協(xié)方差（EC）站點(diǎn)測(cè)得的通量數(shù)據(jù)，旨在理解CH4通量的季節(jié)性變化。此項(xiàng)目中，EC塔上安裝了開(kāi)路分析儀和閉路LGR...
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摘要：了解再生物種的水分利用特征對(duì)于理解土壤與植物之間的相互作用機(jī)制以及指導(dǎo)水資源受限生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)恢復(fù)策略具有深遠(yuǎn)的意義。盡管植樹(shù)造林是改善退化生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的重要途徑，但對(duì)不同人工林類型中優(yōu)勢(shì)種的水分利用特征的了解甚少。作者調(diào)查了黃土高原三種代表性人工林（三種落葉樹(shù)種刺槐、山杏和臭椿組成的混合人工林，純刺槐人工林，純山杏人工林）的植物水分利用特征。作者測(cè)量了每種人工林中優(yōu)勢(shì)種葉片的δ13C以及木質(zhì)部和土壤（400 cm）水分的δ2H和δ18O。結(jié)果表明，混合人工林中三個(gè)主要樹(shù)種在水源貢獻(xiàn)比例上表現(xiàn)出顯著的差異（P＜0.05），表明植物具有水源隔離作用。與純山杏人工林相比，混合人工林中的山杏利用更大比例的淺層土壤水，相應(yīng)地減少了對(duì)深層土壤水的消耗。然而，在不同人工林中，刺槐水分吸收比例未表現(xiàn)出顯著差異?；旌先斯ち种兄参锶~片的δ13C顯著高于純?nèi)斯ち值?。不同人工林中，刺槐葉片的δ13C與SWC呈正相關(guān)關(guān)系，而山杏中未觀察到這種關(guān)系。結(jié)果表明人工林類型會(huì)影響植物水分利用特征，具有對(duì)人工林類型的物種特異性響應(yīng)，以及種間競(jìng)爭(zhēng)和種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)之間不同的水源競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。研究區(qū)域該研究是在陜西省羊圈溝流域進(jìn)行的（36°42′45″ N，109°31′45″）。該流域是黃土高原中部的黃土丘陵溝壑區(qū)。樣品采集作者于2016年植物生長(zhǎng)季節(jié)5-9月采集了植物葉片樣品用于δ13C的測(cè)定...
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摘要：氣候變化和人類活動(dòng)的加劇使管理農(nóng)業(yè)水資源變得更為困難，特別是與作物類型和生長(zhǎng)階段有關(guān)的水吸收模式的變化。因此，在華北平原，作者利用全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100）將植物木質(zhì)部和土壤樣品中的水分提取出來(lái)，利用LGR水同位素分析儀（WIA-35d-EP，912-0026）測(cè)量各水體中δ18O和δ2H以研究冬小麥和夏季玉米輪作田的水分吸收模式。根據(jù)土壤含水量，利用層次聚類分析將土壤層分為0-20 cm，20-40 cm，40-120 cm和120-200 cm。夏季玉米在三葉期（77.8%）和拔節(jié)期（48.6%）主要吸收0-20 cm土壤水，孕穗期（33.6%）和抽雄期（32.6%）主要吸收20-40 cm土壤水，吐絲期（32.0%）和乳熟期（36.7%）主要吸收40-120 cm土壤水，成熟（35.0%）和收獲期（52.4%）轉(zhuǎn)為吸收0-20 cm土壤水。冬小麥在越冬期（86.6%），幼苗期（83.7%），拔節(jié)期（45.2%），孕穗期（51.4%），抽穗期（28.8%）和成熟期（67.8%）主要吸收0-20 cm土壤水，在開(kāi)花期（34.8%）和乳熟期（25.2%）主要吸收20-40 cm土壤水。冬小麥干根重密度與水分吸收的貢獻(xiàn)呈正相關(guān)。然而，夏季玉米中未發(fā)現(xiàn)類似相關(guān)性?；貧w分析表明冬小麥（CWU=-2.03×SVWC+92.73）和夏季玉米（CWU=-0.91&...
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摘要：氫氧穩(wěn)定同位素作為水分子的組成部分，可以用來(lái)描述區(qū)域水循環(huán)，因?yàn)樗麄兛梢越沂鞠嚓P(guān)水文過(guò)程的信息，包括降水，滲透，蒸發(fā)和蒸騰作用。盡管自然豐度低，但其重同位素對(duì)氣候和水文變化敏感。不同水體的穩(wěn)定同位素可用于研究水汽輸送，植物水源和水分利用模式，土壤水輸送和補(bǔ)給機(jī)制，徑流的形成和匯合，補(bǔ)給源和地下水機(jī)制等。因此，穩(wěn)定同位素在水文和氣候研究中很受關(guān)注。水文過(guò)程會(huì)對(duì)內(nèi)陸多山地區(qū)的水資源產(chǎn)生影響。為全面調(diào)查水循環(huán)的重要部分，作者以祁連山為研究對(duì)象，于2016年植物生長(zhǎng)季（5-9月）采集降水，植物，土壤，河水和地下水。每次降雨事件后采集降水，其他樣品每月采集一次。利用全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100）將植物和土壤樣品中的水分提取出來(lái)，利用LGR液態(tài)水同位素分析儀DLT-100測(cè)量δ18O和δ2H以追蹤干旱山區(qū)水循環(huán)的一系列關(guān)鍵參數(shù)，提取基線信息，以及研究降水和其他水同位素特征的變化。結(jié)果表明：“溫度效應(yīng)”很明顯，說(shuō)明氣候干燥；表層土壤水δ18O變化很大，深層土壤水趨于相似，隨著土壤深度的增加同位素值逐漸減小。土壤水同位素對(duì)降水脈沖的響應(yīng)具有不同邊界。在無(wú)降水發(fā)生的月份，檸條主要水源為0-30 cm的土壤水，發(fā)生降水事件時(shí)吸收水源則不同。總之，穩(wěn)定同位素的研究結(jié)果為認(rèn)識(shí)水文過(guò)程提供了新的見(jiàn)解，并為了解干旱地區(qū)山區(qū)的水循環(huán)提供了新的手段。1.本研究的目標(biāo)（1）與最常用的方法（普通最小二...
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