亚热带地区常绿阔叶林SPAC系统水分的氢氧稳定同位素特征
发布时间：2021-08-15 07:25
森林的土壤-植物-大气连续体（SPAC）是陆地重要的水循环连续界面过程。本研究通过分析亚热带常绿阔叶林的降水、大气水汽、土壤水、叶片水的同位素组成,探讨森林SPAC系统水分的氢氧同位素组成特征以及植物蒸腾与叶片性状和环境因子的关系。结果表明:研究区大气降水、土壤水、竹柏枝条水、竹柏叶片水和大气水汽的δD-δ18O线性回归方程分别为:δDP=7.97δ18OP+12.68（R2=0.97）、δDS=4.29δ18OS-18.62（R2=0.81）、δDB=3.31δ18OB-29.73（R2=0.49）、δDL=1.49δ18OL-10.09（R2=0.81）、δDV=3.89δ18
【文章来源】：应用生态学报. 2020,31(09)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
降水(P)、大气水汽(V)、土壤水(SW)及竹柏植物水δD和δ18O的关系
竹柏枝条水δDB、δ18OB和dB的平均值在雨季分别为-47.8‰、-3.9‰和-16.6‰,在旱季分别为-31.6‰、-3.3‰和-5.1‰。与旱季相比,雨季枝条水同位素较为贫化,dB值更偏负。雨季和旱季竹柏枝条水δDB-δ18OB线性回归方程分别为: δDB=3.99δ18OB-32.22(R2=0.72)和δ18OB=2.59δ18OB-23.02(R2=0.73),其斜率均低于同期土壤水同位素方程的斜率。雨季竹柏枝条水δDB-δ18OB在图1中的位置整体分布在雨季土壤水δDS-δ18OS右侧,表明水分在植物体内输送过程中可能通过韧皮部或是树皮发生轻微蒸发或是木质部发生轻微蒸腾,使得枝条水同位素组成比源水富集[11-12]。结合表1可以看出,由于被根系吸收利用的土壤水同位素在旱季比雨季富集,使得竹柏枝条水同位素也存在旱季比雨季富集的季节性变化特征。因此,旱季竹柏枝条水δDB-δ18OB线性回归方程斜率比雨季低。竹柏的成熟期(1年、2年生叶)叶片水δDB、δ18OB和dB的平均值在雨季分别为21.3‰、24.0‰和-170.5‰,在旱季分别为6.5‰、9.3‰和-67.6‰。雨季竹柏叶片水同位素组成比旱季富集,且变化范围更广,dL平均值更偏负(图1)。雨季和旱季叶片水同位素方程分别为: δDL=1.73δ18OL-21.10(R2=0.95)和δDL=2.03δ18OL-13.16(R2=0.68)。前者的斜率和截距均比后者低。研究期间,雨季和旱季采样时间点的平均气温和相对湿度分别为30.1 ℃和52.8%及22.64 ℃和69.3%,表明高温、低湿的环境条件更利于植物蒸腾,植物叶片水的动力分馏作用更明显。表1 雨季、旱季不同深度土壤水的δDS、δ18OS、dS平均值Table 1 Mean values of soil water δDS , δ18OS, and dS-excess at different depths in rainy/dry seasons (‰) 土壤深度Soil depth (cm) 雨季土壤水 Soil water in rainy season 旱季土壤水Soil water in dry season δDS δ18OS dS δDS δ18OS dS 10 -46.8±16.7 -6.0±3.7 1.4±13.1 -28.1±9.5 -1.8±4.5 -13.9±27.2 20 -49.0±12.7 -6.7±2.6 4.9±9.6 -43.2±5.4 -4.8±1.4 -4.8±6.2 40 -50.8±11.4 -7.2±2.2 6.9±9.0 -50.1±5.5 -5.7±2.2 -4.2±13.2 60 -47.7±8.8 -7.1±1.3 9.4±4.1 -43.8±7.5 -5.4±1.8 -0.9±8.0 80 -48.6±1.7 -7.3±2.0 9.8±7.0 -42.0±6.7 -5.7±1.3 3.9±5.2 100 -44.6±4.4 -6.7±1.1 9.1±5.7 -42.7±2.4 -5.3±0.9 -0.0±4.6
与枝条水类似,旱季,灌木叶片水δDL-δ18OL在图3中的位置基本位于乔木植物的右上方。旱季灌木叶片水δDL、δ18OL和dL平均值分别为15.4‰、15.6‰和-109.5‰,δDL-δ18OL线性回归方程为: δDL=1.88δ18OL-14.00(R2=0.80)。乔木叶片水δDL、δ18OL和dL平均值分别为5.6‰、10.1‰和-75.0‰,δDL-δ18OL线性回归方程为: δDL=2.30δ18OL-17.63(R2=0.67)。叶片水蒸腾线能反映叶片水动力分馏效应的强弱。3种灌木和3种乔木的叶片水蒸腾线斜率分别在1.54～2.21和2.03～3.08,说明灌木的动力分馏效应比乔木明显。除了黄绒润楠,另外两种乔木的dL值明显高于灌木。将叶片水同位素值与枝条水同位素相减可得到植物蒸腾过程的同位素富集(Δ)值。乔木和灌木叶片水富集Δ18OL平均值分别在11.5‰～19.2‰和11.3‰～17.2‰(表2)。灌木与乔木叶片水的δD和δ18O均存在显著差异,且旱季灌木叶片水同位素组成比乔木富集,叶片水过量氘更偏负,原因是在旱季灌木更倾向于吸取浅层土壤水,使进入到灌木枝条和叶片水分的同位素比进入到乔木的水分富集。表2 旱季不同植物枝条水δ18OB和叶片水δ18OL、dL和Δ18OL以及叶片性状的平均值Table 2 Mean values of branch water δ18OB and leaf water δ18OL, dL, Δ18OL and leaf traits of different plants in dry season 植物种类Plant species 枝条水δ18OB、叶片水δ18OL、dL和Δ18OL Branch water δ18OB and leaf water δ18OL, dL, Δ18OL (‰) 叶片性状 Leaf trait δ18OB δ18OL dL Δ18OL LWC(%) WL(mol·m-2) SLA(m2·kg-1) LDMC(mg·g-1) 竹柏 P. nagi -3.3±2.6 9.3±0.6 -70.5±23.7 12.6±0.7 64.8±6.8 12.74±2.31 8.98±3.93 350.68±67.21 黄绒润楠 M. grijsii -1.2±1.7 17.6±2.6 -121.9±14.7 19.2±2.3 53.1±2.1 6.43±0.71 9.95±1.42 469.00±21.21 云南山茶花C. reticulate -5.5±0.7 8.7±1.7 -66.8±10.6 11.5±1.7 60.4±5.2 13.21±1.32 6.59±1.20 395.62±51.74 木犀O. fragrans -0.9±2.0 16.6±4.8 -115.5±30.7 16.9±5.0 50.4±3.3 7.44±1.17 7.84±1.59 495.98±33.08 红枝蒲桃S. rehderianum -1.6±1.7 9.9±1.4 -74.9±9.8 11.2±1.1 61.6±4.5 6.74±0.74 13.64±2.95 384.25±45.13 簕杜鹃 B. glabra -1.2±2.7 16.1±3.3 -111.9±18.4 17.2±3.3 79.5±3.3 7.64±1.61 29.78±5.78 205.32±32.69 LWC: 叶片含水量 Leaf water content; WL: 叶片水分浓度 Leaf water concentration; SLA: 比叶面积 Specific leaf area; LDMC: 叶干物质含量 Leaf dry matter content..
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 邓文平,章洁,张志坚,胡少昌,郭锦荣,刘苑秋,孔凡前,张毅. 应用生态学报. 2017(07)
[2]兰州城区绿化植物稳定氢氧同位素特征[J]. 周盼盼,张明军,王圣杰,王杰,赵培培,刘雪梅. 生态学杂志. 2016(11)
[3]森林生态系统碳水关系及其影响因子研究进展[J]. 宋春林,孙向阳,王根绪. 应用生态学报. 2015(09)
[4]黄土塬区土壤水分运动的氢氧稳定同位素特征研究[J]. 王锐,刘文兆,宋献方. 水土保持学报. 2014(03)
[5]浙江天童常绿植物当年生与往年生叶片性状的变异与关联[J]. 黄海侠,杨晓东,孙宝伟,张志浩,阎恩荣. 植物生态学报. 2013(10)
[6]气孔导度对空气湿度的反应的数学概括及其可能的机理[J]. 陈骎,梁宗锁. 植物生理学报. 2013(03)
[7]植物叶片水稳定同位素研究进展[J]. 罗伦,余武生,万诗敏,周平. 生态学报. 2013(04)
[8]氢氧稳定同位素技术在生态系统水分耗散中的应用研究进展[J]. 张玉翠,孙宏勇,沈彦俊,齐永青. 地理科学. 2012(03)
[9]利用原位连续测定水汽δ18O值和Keeling Plot方法区分麦田蒸散组分[J]. 袁国富,张娜,孙晓敏,温学发,张世春. 植物生态学报. 2010(02)
[10]Stable Isotope Studies of Crop Carbon and Water Relations:A Review[J]. ZHANG Cong-zhi1, 2, ZHANG Jia-bao1, ZHAO Bing-zi1, ZHANG Hui1, 2 and HUANG Ping1, 2 1 State Experimental Station of Agro-Ecosystem in Fengqiu/State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, P.R.China 2 Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P.R.China. Agricultural Sciences in China. 2009(05)
本文编号：3344092
【文章来源】：应用生态学报. 2020,31(09)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
降水(P)、大气水汽(V)、土壤水(SW)及竹柏植物水δD和δ18O的关系
竹柏枝条水δDB、δ18OB和dB的平均值在雨季分别为-47.8‰、-3.9‰和-16.6‰,在旱季分别为-31.6‰、-3.3‰和-5.1‰。与旱季相比,雨季枝条水同位素较为贫化,dB值更偏负。雨季和旱季竹柏枝条水δDB-δ18OB线性回归方程分别为: δDB=3.99δ18OB-32.22(R2=0.72)和δ18OB=2.59δ18OB-23.02(R2=0.73),其斜率均低于同期土壤水同位素方程的斜率。雨季竹柏枝条水δDB-δ18OB在图1中的位置整体分布在雨季土壤水δDS-δ18OS右侧,表明水分在植物体内输送过程中可能通过韧皮部或是树皮发生轻微蒸发或是木质部发生轻微蒸腾,使得枝条水同位素组成比源水富集[11-12]。结合表1可以看出,由于被根系吸收利用的土壤水同位素在旱季比雨季富集,使得竹柏枝条水同位素也存在旱季比雨季富集的季节性变化特征。因此,旱季竹柏枝条水δDB-δ18OB线性回归方程斜率比雨季低。竹柏的成熟期(1年、2年生叶)叶片水δDB、δ18OB和dB的平均值在雨季分别为21.3‰、24.0‰和-170.5‰,在旱季分别为6.5‰、9.3‰和-67.6‰。雨季竹柏叶片水同位素组成比旱季富集,且变化范围更广,dL平均值更偏负(图1)。雨季和旱季叶片水同位素方程分别为: δDL=1.73δ18OL-21.10(R2=0.95)和δDL=2.03δ18OL-13.16(R2=0.68)。前者的斜率和截距均比后者低。研究期间,雨季和旱季采样时间点的平均气温和相对湿度分别为30.1 ℃和52.8%及22.64 ℃和69.3%,表明高温、低湿的环境条件更利于植物蒸腾,植物叶片水的动力分馏作用更明显。表1 雨季、旱季不同深度土壤水的δDS、δ18OS、dS平均值Table 1 Mean values of soil water δDS , δ18OS, and dS-excess at different depths in rainy/dry seasons (‰) 土壤深度Soil depth (cm) 雨季土壤水 Soil water in rainy season 旱季土壤水Soil water in dry season δDS δ18OS dS δDS δ18OS dS 10 -46.8±16.7 -6.0±3.7 1.4±13.1 -28.1±9.5 -1.8±4.5 -13.9±27.2 20 -49.0±12.7 -6.7±2.6 4.9±9.6 -43.2±5.4 -4.8±1.4 -4.8±6.2 40 -50.8±11.4 -7.2±2.2 6.9±9.0 -50.1±5.5 -5.7±2.2 -4.2±13.2 60 -47.7±8.8 -7.1±1.3 9.4±4.1 -43.8±7.5 -5.4±1.8 -0.9±8.0 80 -48.6±1.7 -7.3±2.0 9.8±7.0 -42.0±6.7 -5.7±1.3 3.9±5.2 100 -44.6±4.4 -6.7±1.1 9.1±5.7 -42.7±2.4 -5.3±0.9 -0.0±4.6
与枝条水类似,旱季,灌木叶片水δDL-δ18OL在图3中的位置基本位于乔木植物的右上方。旱季灌木叶片水δDL、δ18OL和dL平均值分别为15.4‰、15.6‰和-109.5‰,δDL-δ18OL线性回归方程为: δDL=1.88δ18OL-14.00(R2=0.80)。乔木叶片水δDL、δ18OL和dL平均值分别为5.6‰、10.1‰和-75.0‰,δDL-δ18OL线性回归方程为: δDL=2.30δ18OL-17.63(R2=0.67)。叶片水蒸腾线能反映叶片水动力分馏效应的强弱。3种灌木和3种乔木的叶片水蒸腾线斜率分别在1.54～2.21和2.03～3.08,说明灌木的动力分馏效应比乔木明显。除了黄绒润楠,另外两种乔木的dL值明显高于灌木。将叶片水同位素值与枝条水同位素相减可得到植物蒸腾过程的同位素富集(Δ)值。乔木和灌木叶片水富集Δ18OL平均值分别在11.5‰～19.2‰和11.3‰～17.2‰(表2)。灌木与乔木叶片水的δD和δ18O均存在显著差异,且旱季灌木叶片水同位素组成比乔木富集,叶片水过量氘更偏负,原因是在旱季灌木更倾向于吸取浅层土壤水,使进入到灌木枝条和叶片水分的同位素比进入到乔木的水分富集。表2 旱季不同植物枝条水δ18OB和叶片水δ18OL、dL和Δ18OL以及叶片性状的平均值Table 2 Mean values of branch water δ18OB and leaf water δ18OL, dL, Δ18OL and leaf traits of different plants in dry season 植物种类Plant species 枝条水δ18OB、叶片水δ18OL、dL和Δ18OL Branch water δ18OB and leaf water δ18OL, dL, Δ18OL (‰) 叶片性状 Leaf trait δ18OB δ18OL dL Δ18OL LWC(%) WL(mol·m-2) SLA(m2·kg-1) LDMC(mg·g-1) 竹柏 P. nagi -3.3±2.6 9.3±0.6 -70.5±23.7 12.6±0.7 64.8±6.8 12.74±2.31 8.98±3.93 350.68±67.21 黄绒润楠 M. grijsii -1.2±1.7 17.6±2.6 -121.9±14.7 19.2±2.3 53.1±2.1 6.43±0.71 9.95±1.42 469.00±21.21 云南山茶花C. reticulate -5.5±0.7 8.7±1.7 -66.8±10.6 11.5±1.7 60.4±5.2 13.21±1.32 6.59±1.20 395.62±51.74 木犀O. fragrans -0.9±2.0 16.6±4.8 -115.5±30.7 16.9±5.0 50.4±3.3 7.44±1.17 7.84±1.59 495.98±33.08 红枝蒲桃S. rehderianum -1.6±1.7 9.9±1.4 -74.9±9.8 11.2±1.1 61.6±4.5 6.74±0.74 13.64±2.95 384.25±45.13 簕杜鹃 B. glabra -1.2±2.7 16.1±3.3 -111.9±18.4 17.2±3.3 79.5±3.3 7.64±1.61 29.78±5.78 205.32±32.69 LWC: 叶片含水量 Leaf water content; WL: 叶片水分浓度 Leaf water concentration; SLA: 比叶面积 Specific leaf area; LDMC: 叶干物质含量 Leaf dry matter content..
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 邓文平,章洁,张志坚,胡少昌,郭锦荣,刘苑秋,孔凡前,张毅. 应用生态学报. 2017(07)
[2]兰州城区绿化植物稳定氢氧同位素特征[J]. 周盼盼,张明军,王圣杰,王杰,赵培培,刘雪梅. 生态学杂志. 2016(11)
[3]森林生态系统碳水关系及其影响因子研究进展[J]. 宋春林,孙向阳,王根绪. 应用生态学报. 2015(09)
[4]黄土塬区土壤水分运动的氢氧稳定同位素特征研究[J]. 王锐,刘文兆,宋献方. 水土保持学报. 2014(03)
[5]浙江天童常绿植物当年生与往年生叶片性状的变异与关联[J]. 黄海侠,杨晓东,孙宝伟,张志浩,阎恩荣. 植物生态学报. 2013(10)
[6]气孔导度对空气湿度的反应的数学概括及其可能的机理[J]. 陈骎,梁宗锁. 植物生理学报. 2013(03)
[7]植物叶片水稳定同位素研究进展[J]. 罗伦,余武生,万诗敏,周平. 生态学报. 2013(04)
[8]氢氧稳定同位素技术在生态系统水分耗散中的应用研究进展[J]. 张玉翠,孙宏勇,沈彦俊,齐永青. 地理科学. 2012(03)
[9]利用原位连续测定水汽δ18O值和Keeling Plot方法区分麦田蒸散组分[J]. 袁国富,张娜,孙晓敏,温学发,张世春. 植物生态学报. 2010(02)
[10]Stable Isotope Studies of Crop Carbon and Water Relations:A Review[J]. ZHANG Cong-zhi1, 2, ZHANG Jia-bao1, ZHAO Bing-zi1, ZHANG Hui1, 2 and HUANG Ping1, 2 1 State Experimental Station of Agro-Ecosystem in Fengqiu/State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, P.R.China 2 Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P.R.China. Agricultural Sciences in China. 2009(05)
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