稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机质的含量变化

同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析随着全球环境问题的日益突出，环境科学的发展成为当今最重要的研究领域之一。

其中，碳循环作为全球气候变化研究的核心，对了解地球系统的动态变化具有重要意义。

同位素示踪技术作为一种精确而灵敏的分析工具，日益被应用于环境科学中的碳循环解析，为我们深入了解碳循环机制和评估人类活动对环境影响提供了重要的手段。

首先，我们需要了解碳循环在环境科学中的重要性。

碳循环是指地球上碳元素在不同环境介质（如大气、水体、土壤等）之间的相互转化与平衡过程。

这种平衡是复杂而脆弱的，任何外界因素的干扰都会对地球系统产生重大影响。

例如，二氧化碳是温室气体的主要成分之一，其排放和吸收的不平衡将导致全球气候变化。

因此，准确地了解碳循环的机制和过程，对于评估和预测气候变化以及环境管理具有重要意义。

同位素示踪技术作为一种用来标记物质的方法，已经被广泛应用于环境科学领域。

其中，碳同位素示踪技术是研究碳循环的重要手段之一。

碳元素有两种主要的同位素：碳-12和碳-13。

这两种同位素在自然界中的丰度比例是稳定的，但由于环境变化和生物过程的影响，不同介质中同位素丰度的比例会发生变化。

通过测量碳同位素的丰度变化，我们可以推断出碳元素的来源和转化过程。

具体来说，同位素示踪技术将标记同位素（如放射性同位素碳-14）引入环境介质中，然后测量标记同位素与自然同位素的丰度比例变化。

通过对比不同介质中同位素丰度的差异，我们可以推断出碳的运动路径和转化过程。

例如，通过测量大气中二氧化碳中碳-14的丰度，可以估算出大气中二氧化碳的存活时间和源头，从而了解大气中二氧化碳的增长机制。

类似地，同位素示踪技术还可以揭示碳元素在土壤中的储存和释放过程，以及海洋中的碳沉积和迁移等。

同位素示踪技术在环境科学中的应用具有广泛的研究领域。

首先，它可以帮助我们了解全球碳循环过程。

通过对不同环境介质中同位素丰度的测量，可以追踪碳元素在大气、水体和陆地之间的相互转化和平衡过程。

土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述随着人类活动和气候变化的影响，土壤生态系统的健康与稳定性越来越受到关注。

其中，土壤中碳氮磷元素的含量和生态化学计量特征对土壤生态系统功能起着重要作用。

本文概述了土壤碳氮磷生态化学计量特征及其影响因素。

土壤中的碳、氮、磷元素是维持土壤生态系统健康的重要组成部分。

它们之间存在一定的生态化学计量特征，即它们的相对含量比例会影响土壤生态系统的结构与功能。

土壤中的碳氮磷比例通常用C：N：P的比值来表示。

研究表明，不同土壤种类、不同气候和地理条件下的C:N:P比例差异很大。

例如，在温带草原区，C：N：P比例通常为250：12：1左右；在热带雨林区，C：N：P比例则为330：14：1左右。

土壤中的C、N、P元素的相对含量比例对土壤生态系统功能起着重要作用。

不同的土壤中，这个比例的变化会导致不同程度的土壤氮磷限制和碳固定。

在总碳量不变的情况下，C:N:P比例越低，说明土壤中氮磷含量越低，土壤生态系统受到氮磷限制的程度越高，亚洲多数受氮限制，北美和欧洲变化较大；反之，则代表土壤中含有充足的氮磷，土壤生态系统趋于不被限制。

同时，不同C:N:P比例下，土壤中有机碳资料的汇存速率也不同，因此相关元素比例的变化也会影响土壤碳汇的能力。

影响因素土壤中的C:N:P比例受到多个因素的影响，包括土壤类型、气候地理条件、土地利用方式、物种组成、土壤有效养分含量以及人类活动等。

1.土壤类型：不同土壤类型会影响土壤中的C:N:P比例。

例如，沙质土壤通常C:N:P比例较高，而黏土质和腐殖质土壤中的C:N:P比例较低。

2.气候地理条件：气候因素和地理环境也会影响土壤中C:N:P比例。

例如，高海拔、寒冷的地区，常年冻融交替和大量雨水的沼泽、湿地等区域，C:N:P比例较低。

3.土地利用方式：不同土地利用方式会影响土壤中C:N:P比例，进而影响土壤生态系统的结构和功能。

例如，耕地、林地、草地等土地类型的C:N:P比例差异较大。

浙江农业学报!"#$!%&'"()#(&$*+,*-'$.%*./'/!!"!#!#$"%#$&<(()&%"C *++,$--.../012345/62查贵超!孙向阳!李素艳!等/北京市通州区不同绿地类型的土壤有机碳及其组分特征&7'/浙江农业学报!!"!#!#$"%#$&<(()&%"C/89:$&";#(<(-1/=>>2/&""'?&$!';!"!!"C<%收稿日期 !""<?&!基金项目 科技部科技基础资源调查专项"!"!&A @&""C"!#作者简介 查贵超"&((%+#!男!安徽芜湖人!硕士研究生!研究方向为土壤生态,D ?E F =G $!#&&"<'!''IJJ/6H E !通信作者!孙向阳!D ?E F =G $>V243I51B V/W ^V/62北京市通州区不同绿地类型的土壤有机碳及其组分特征查贵超&孙向阳& !李素艳&于K 雷!岳宗伟&王晨晨&魏宁娴&徐浠婕&"&/北京林业大学林学院!森林培育与保护教育部重点实验室!北京&"""C#(!/北京市通州区园林绿化资源调查和监测中心!北京&"&&""#摘K 要 为探究北京市通州区绿地土壤有机碳"N9\#及其组分的含量与分布规律!以城市绿地%果园%苗圃%平原造林地'种典型绿地土壤为研究对象!基于化学组成和密度分组技术分析不同土层""M !"%!"M '"6E #N9\%富里酸碳"A O \#%胡敏酸碳"Y O \#%胡敏素碳"Y \#%轻组有机碳"P A 9\#和重组有机碳"Y A 9\#的含量及其分布特征!并结合相关性分析探究N9\与土壤理化因子的关系,结果表明$在"M '"6E 土层内!不同绿地的N9\%A O \%Y O \%Y \%P A 9\%Y A 9\含量分别为%;#"M &C;!(%&;%&M !;(<%&;$%M ';(!%#;(C M &";'&%!;!'M <;!#%';C$M &!;"<S -dS )&,在垂直分布上!N9\及其组分含量随土层深度的增加整体呈下降趋势,不同绿地"M '"6E 土层的土壤有机碳密度为'<;$"M CC;'&+-*E )!!以果园最高!且显著"G k ";"$#高于其他绿地类型,N9\及其组分含量与总孔隙度%田间持水量%碱解氮%有效磷和速效钾呈极显著"G k ";"&#正相关!与,Y 和土壤容重呈极显著"G k ";"&#负相关,总体而言!通州区上述'种绿地的N9\及其组分含量具有明显的表聚性!以果园的固碳潜力最大,关键词有机碳组分(通州区(绿地类型(有机碳密度中图分类号 N&$#;<文献标志码 O 文章编号&""'?&$!'"!"!##"%?&<((?&"O .,*,$%#*)&%)$&'"&')0'*1,+)$$,*8'+,+()%&$'6-'+#+%&)+()""#*#+%1*##+&-,$#%/-#&)+'+1L .'3])&%*)$%'"^#)S )+1!O .)+,e Y OZ V=6*F H &!NX TQ =F 2S 3F 2S &!!!P :NV3F 2&!@XP W =!!@X De H 2S .W =&!R O T Z\*W 26*W 2&!R D :T =2S 4=F 2&!Q X Q =1=W&"&/U *8V$S 1&$#1&821&4')7'"()#(&*$.A 91./*&7$#'1.123'.'/#&812M A("$#'1.!91))*%*12B 1&*/#&8!Q *'-'.%B 1&*/#&86N .'7*&/'#8!Q *'-'.%>;;;FE !9,'.$(!T V$.A/"$O '.%J */1(&"*/4(&7*8$.A 31.'#1&'.%9*.#*&12D 1.%:,1(@'/#&'"#!Q *'N -'.%9'#8!Q *'-'.%>;>>;;!9,'.$#78&%*,$%$:2H ]^W ]+H W 4,G H ]W +*W 6H 2+W 2+F 2^^=>+]=5V+=H 2H B >H =G H ]S F 2=66F ]5H 2"N9\#F 2^=+>6H E ,H 2W 2+>=2S ]W W 2>,F 6W =2[H 2S 0*H V 8=>+]=6+H B i W =1=2S !\*=2F !.W +H H d B H V]+3,=6F G S ]W W 2>,F 6W +3,W >H B V]5F 2S ]W W 2>,F 6W !H ]6*F ]^!2V]>W ]3F 2^,G F =2,G F 2+F +=H 2F >+*W]W >W F ]6*H 51W 6+/[*W6H 2+W 2+>F 2^^=>+]=5V+=H 2H B N9\!B VG `=6F 6=^6F ]5H 2"A O \#!*VE =6F 6=^6F ]5H 2"Y O \#!*VE =26F ]5H 2"Y \#!G =S *+B ]F 6+=H 2H ]S F 2=66F ]5H 2"P A 9\#F 2^*W F `3B ]F 6+=H 2H ]S F 2=66F ]5H 2"Y A 9\#=2^=B B W ]W 2+>H =G G F 3W ]>"")!"!!")'"6E #.W ]W F 2F G 30W ^5F >W ^H 26*W E =6F G 6H E ,H >=+=H 2F 2^^W 2>=+3S ]H V,=2S +W 6*2H G H S 3/[*W ]W G F +=H 2>*=,5W +.W W 2N9\F 2^=+>6H E ,H 2W 2+>.=+*>H =G ,*3>=6F G F 2^6*W E =6F GCopyright ©博看网. 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All Rights Reserved.候!全年平均气温&&;#c!年均无霜期&("^!年均降水量<!";(E E!年均日照时数!'#$;#*,全区地处冲积洪积平原!海拔高程在C;!M!%;<E,土壤以砂%壤质地为主!土壤类型主要包括潮土和褐土!部分地区还分布有沼泽土和风沙土,研究区主要植被类型为国槐"41O,1&$-$O1.'"$ P/#%紫叶李"G&(.(/"*&$/'2*&$D*]*F]B/#%油松"G'.(/#$S()'21&C'/\F]]= ]W#%毛白杨"G1O()(/#1N C*.#1/$\F]]= ]W#%海棠&3$)(//O*"#$S')'/"O=+/# i H]d*/'%五角槭&!"*&O'"#(C>V5>,/C1.1"g F4? =E/#Y/9*F>*='%白蜡"B&$5'.(/",'.*./'/ a H45/#%白皮松"G'.(/S(.%*$.$e V66/W4 D2^G/#%华山松"G'.(/$&C$.A''A]F26*/#%银杏"H'.b%1S')1S$P/#%碧桃"!C8%A$)(/O*&/'"$18V? ,G W42a W*^/#%樱桃&9*&$/(/O/*(A1"*&$/(/ "P=2^G/#Z/8H2'%苹果"3$)(/O(C')$g=G G/#%梨"G8&(/>,,/#%葡萄"K'#'/7'.'2*&$P/#等,&;!K土样采集土壤样品采集于!"!&年<月,选取通州区'种典型绿地类型"城市绿地%果园%苗圃%平原造林地#中具有代表性的样地各&"块"图&%表&#!土壤类型均为潮土,在每一样地按)N*形分布设置<个取样点"避开道路%施肥处等特殊位置#!清除地表枯落物后用土钻分层""M!"%!"M'"6E#采集土壤样品!将各样点同层次样品均匀混合!四分法保留约&dS混合土样!共计C"个,同时!在每一样地挖掘土壤剖面!按"M!"%!"M'"6E分层各取#个容积&""6E#的环刀样用于土壤容重%土壤孔隙度%田间持水量等指标的测定,将采集的土样自然风干%去杂"剔除石砾%根系等杂物#!分别研磨过孔径!E E%";&'(E E筛后装入密封袋中保存备用,&;#K测定指标与方法土壤容重%总孔隙度%田间持水量采用环刀法测定!,Y值采用电位法测定"水土体积质量比为!;$y&#!土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定!土壤有效磷含量釆用";$E H G-P)&T F Y\9#浸提钼锑抗比色法测定!土壤速效钾含量采用&E H G-P)&T Y'9O6浸提火焰光度法测定&&C',经测定!将不同绿地类型土壤的基本理化性状整理于表!,N9\含量采用重铬酸钾容量法外加热法测定&&C',P A9\和Y A9\含量的测定采用密度分组法&$'!简述如下$称取$S过!E E筛的风干土图;<样地分布=)1>;K8=>+]=5V+=H2H B>F E,G W,G H+>-&"%&-查贵超!等/北京市通州区不同绿地类型的土壤有机碳及其组分特征Copyright©博看网. All Rights Reserved.表;<样地基本概况,80#;Ki F >=6=2B H ]E F +=H 2H B >F E ,G W ,G H +>样地编号NF E ,G W ,G H +T H /绿地类型Z ]W W 2>,F 6W +3,W 地理坐标分布Z W H S ]F ,*=66H H ]^=2F +W ^=>+]=5V+=H 2植被覆盖率j W S W +F +=H 26H `W ]F S W -L 主要植被类型8H E =2F 2+`W S W +F +=H 2&M &"城市绿地X ]5F 2S ]W W 2>,F 6W &&<s #(o '$t M &&<s '%o "%t D !#(s 'Co $#t M #(s $<o #&t T #$M $$碧桃"!C 8%A$)(/O *&/'"$18V,G W 42a W *^/#%紫叶李"G &(.(/"*&$/'2N *&$D *]*F ]B /#%银杏"H '.b %1S ')1S $P /#%油松"G '.(/#$S ()'21&C '/\F ]]= ]W #&&M !"果园9]6*F ]^&&<s '&o '"t M &&<s $#o "#t D !#(s '"o '&t M #(s $(o !!t T <"M %$葡萄"K '#'/7'.'2*&$P /#%梨"G 8&(//O O T #%樱桃&9*&$/(/O /*(A1"*&$/(/"P =2^G /#Z /8H 2'%苹果"3$)(/O (C ')$g =G G /#%碧桃"!C 8%A$)(/O *&/'"$18V,G W 42a W *^/#!&M #"苗圃T V]>W ]3&&<s #(o #$t M &&<s $'o &(t D !#(s '&o #Ct M #(s '%o !<t T<$M C"海棠&3$)(//O *"#$S ')'/"O =+/#i H ]d*/'%油松"G '.(/#$S ()'21&C '/\F ]]= ]W #%五角槭&!"*&O '"#(C >V5>,/C 1.1"g F 4=E /#Y /9*F >*='%紫叶李"G &(.(/"*&$/'2*&$D *]*F ]B /#%白蜡"B &$5'.(/",'.*./'/a H 45/#%白皮松"G '.(/S (.%*$.$e V66/W 4D 2^G /#%华山松"G '.(/$&C $.A''A ]F 26*/##&M '"平原造林地_G F =2,G F 2+F +=H 2&&<s #<o &'t M &&<s $'o !Ct D !#(s #%o $(t M '"s ""o $Ct T<"M ("国槐"41O ,1&$-$O 1.'"$P /#%海棠&3$)(//O *"#$S ')'/"O =+/#i H ]d*/'%五角槭&!"*&O '"#(C >V5>,/C 1.1"g F 4=E /#Y /9*F >*='%碧桃"!C 8%A$)(/O *&/'"$18V,G W 42a W *^/#%白蜡"B &$5'.(/",'.*./'/a H 45/#%油松"G '.(/#$S ()'21&C '/\F ]]= ]W #%毛白杨"G 1O ()(/#1C *.N #1/$\F ]]= ]W #样于$"E P 离心管中!加入!$E P 质量浓度为&;C S -E P )&的e 2i ]!溶液!振荡"!""]-E =2)&#&*%离心"#"""]-E =2)&#&"E =2后弃去管内上清液!重复此操作#次后加入体积分数($L 的乙醇洗涤管内残留的e 2i ]!溶液!将分离出的重组组分烘干!研磨过";&'(E E 筛后采用重铬酸钾氧化容量法测定Y A 9\含量!并通过差值法求得P A 9\含量,土壤腐殖质碳的测定采用腐殖质组成修改法&&('!简述如下$利用";&E H G -P )&T F !_!9%和";&E H G P )&T F 9Y 混合液提取可溶性腐殖质"富里酸b 胡敏酸#!提取液经酸化沉淀分离出胡敏酸!并测定各组分含碳量!即为A O \和Y O \!同时结合总有机碳含量利用差值法求得Y \含量,&;'K 数据处理任意土层的土壤有机碳密度">H =G H ]S F 2=66F ]5H 2^W 2>=+3!N9\8#&!"'按式"&#计算$ N9\a9e e[e "&) #e &"d &,"&#式"&#中$ N9\为土壤有机碳密度!+-*E )!(9为土壤有机碳含量!S -dS )&( 为土壤容重!S -6E )#([为土层厚度!6E ( 为粒径'!E E 的石砾含量占比!由于调查区基本无石砾!故该值可忽表@<不同绿地类型的土壤基本理化性质,80#@KNH =G ,*3>=6F G F 2^6*W E =6F G ,]H ,W ]+=W >H B ^=B B W ]W 2+S ]W W 2>,F 6W +3,W >绿地类型Z ]W W 2>,F 6W+3,W土层深度NH =G^W ,+*-6E ,Y土壤容重NH =G 5VG d^W 2>=+3-"S -6E )##总孔隙度[H +F G,H ]H >=+3-L 田间持水量A =W G ^6F ,F 6=+3-L 碱解氮O G dF G =?*3^]H G 30W ^2=+]H S W 2-"E S -dS )&#有效磷O `F =G F 5G W,*H >,*H ]V>-"E S -dS )&#速效钾O `F =G F 5G W,H +F >>=VE -"E S -dS )&#城市绿地"M !"C;##m ";"$&;#<m ";"#'C;%(m &;"<!(;%!m &;%C $&;&"m <;$'&#;%<m &;%"&$";C#m &&;<%X ]5F 2S ]W W 2>,F 6W!"M '"C;#%m ";"#&;$$m ";"''&;<$m &;#%!!;"<m &;'&'";$<m ';(<%;<'m &;&!&#<;!$m C;(C 果园"M !"C;"'m ";"<&;!C m ";"$$&;$<m &;%<#&;<&m !;!&&"";(<m &!;(<&&!;%!m &&;#"!'%;"C m &%;$$9]6*F ]^!"M '"C;&#m ";"$&;$'m ";"%'&;(C m !;$!!#;&$m !;!%$$;!"m C;#C $C;$!m %;$'&%$;&#m &';"$苗圃"M !"C;!'m ";"'&;#'m ";"$'(;#<m &;%%!(;%$m &;C(<<;C'm <;"%!<;C<m %;$$&'%;$"m %;(&T V]>W ]3!"M '"C;#%m ";"$&;<<m ";"'#%;'%m &;'&&(;&&m &;!"'';<C m ';%%&#;$%m ';!'&!%;"C m C;%%平原造林地"M !"C;#"m ";"#&;'&m ";"!'<;<!m ";("!%;&$m ";%!$$;''m $;!<!#;('m ';&!&$!;"C m &C;!#_G F =2,G F 2+F +=H 2!"M '"C;#C m ";"'&;<$m ";"##%;<"m &;!!&(;C!m &;#''#;$'m ';$C&";(%m !;"&&!(;$C m &#;##表中数据为各指标的平均值m 标准误!.h &",下同,8F +F =2+*W F 5H `W +F 5G W F ]W +*W E W F 2m>+F 2^F ]^W ]]H ]B H ]W F 6*=2^W 4/.h &"/[*W >F E W F >5W G H ./-!"%&-浙江农业学报K 第#$卷K 第%期Copyright ©博看网. All Rights Reserved.略不计,利用D46W G!"&<%N_NN!';"和O]6Z:N&";%软件进行数据整理%统计分析和制图,利用单因素方差分析比较不同绿地类型和不同土层间N9\及其组分含量的差异!对差异显著"G k";"$#的!采用P N8法进行多重比较,利用皮尔逊"_W F]>H2#相关性分析探究N9\及其组分与土壤理化因子间的相关关系,!K结果与分析!;&K不同绿地类型的土壤有机碳及其组分分布特征不同绿地类型的N9\及其组分含量在水平与垂直分布上存在一定的空间异质性"图!#,各样地之间!"M'"6E土层的N9\含量均以果园最高!且显著"G k";"$#高于其他#种地类,各绿地类型的A O\%Y O\%Y\%P A9\%Y A9\含量分别为&;%&M!;(<%&;$%M';(!%#;(C M&";'&%!;!'M<;!#%';C$M&!;"<S-dS)&,从'种绿地类型N9\及其组分含量的垂直分布来看!整体随土层深度的增加而递减!具有较为明显的表聚特征!其中!尤以果园的Y\%苗圃的A O\和平原造林地的Y O\表现最为明显!降幅分别达#!;'!L%'";<#L和#%;("L!城市绿地N9\及其各组分的含量在"M!"%!"M'"6E土层间无显著差异,!;!K不同绿地类型土壤有机碳组分占比柱上无相同大%小写字母的分别表示同一土层不同绿地类型和同一绿地类型不同土层间差异显著"G k";"$#,下同,i F]>E F]dW^.=+*H V++*W>F E W V,,W]6F>W F2^G H.W]6F>W G W++W]>=2^=6F+W>=S2=B=6F2+^=B B W]W26W>.=+*=2S]W W2>,F6W>+3,W>=2+*W>F E W>H=G G F3W] F2^^=B B W]W26W>.=+*=2>H=G G F3W]>B H]+*W>F E W S]W W2>,F6W+3,W F+G k";"$!]W>,W6+=`W G3/[*W>F E W F>5W G H./图@<不同绿地类型土壤有机碳及其组分的分布特征=)1>@K8=>+]=5V+=H26*F]F6+W]=>+=6>H B>H=G H]S F2=66F]5H2F2^=+>6H E,H2W2+>=2^=B B W]W2+S]W W2>,F6W+3,W>-#"%&-查贵超!等/北京市通州区不同绿地类型的土壤有机碳及其组分特征Copyright©博看网. All Rights Reserved.KK N9\组分占比反映土壤各有机碳组分在N9\中所占的比例,同一绿地类型不同土层间!A O\%Y O\%Y\%P A9\%Y A9\所占比例"即A O\-N9\%Y O\-N9\%Y\-N9\%P A9\-N9\%Y A9\-N9\#!除平原造林地的A O\所占比例随土层深度增加显著"G k";"$#上升外!其他各组分的占比在不同土层间并无显著差异"表##,同一土层不同绿地类型间!均以Y\和Y A9\所占比例最高!分别为$";C&L M$%;!CL和<";%#L M %";'$L,在"M!"6E土层$各绿地类型的Y\% P A9\%Y A9\所占比例均无显著差异(在Y O\所占比例上!果园和平原造林地显著"G k";"$#高于其他地类!苗圃最低!显著"G k";"$#低于其他地类(在A O\所占比例上!果园最低!苗圃最高!二者差异显著"G k";"$#,在!"M'"6E土层$在Y\所占比例上!各绿地类型间并无显著差异(在A O\所占比例上!果园最低!且显著"G k";"$#低于其他#种绿地类型(在Y O\所占比例上!城市绿地与苗圃显著"G k";"$#低于果园(在P A9\所占比例上!平原造林地显著"G k";"$#高于其他地类(在Y A9\所占比例上!平原造林地显著"G k";"$#低于其他绿地类型,表A<不同绿地类型各有机碳组分占比,80#A K_]H,H]+=H2H B H]S F2=66F]5H26H E,H2W2+>=2^=B B W]W2+S]W W2>,F6W+3,W>绿地类型Z]W W2>,F6W+3,W 土层深度NH=G^W,+*-6E"A O\-N9\#-L"Y O\-N9\#-L"Y\-N9\#-L"P A9\-N9\#-L"Y A9\-N9\#-L城市绿地"M!"!!;!&m&;&C O i F!#;"'m";(&i F$';%$m&;##O F#!;<&m!;#!O F<%;#(m!;#!O FX]5F2S]W W2>,F6W!"M'"!';<'m&;%&O F!&;$$m&;$(i F$#;C&m!;!$O F#";%<m&;'%i F<(;!'m&;'%O F 果园9]6*F]^"M!"&<;&%m";<%\F!<;$$m&;&!O F$%;!C m&;&$O F#';#&m&;$!O F<$;<(m&;$!O F!"M'"&C;&<m&;#&i F!%;%&m!;$!O F$';&!m#;%C O F!(;$$m!;''i F%";'$m!;''O F 苗圃T V]>W]3"M!"!$;<"m!;#<O F&C;(!m&;$'\F$$;'C m&;C"O F##;!!m#;#$O F<<;%C m#;#$O F!"M'"!#;C$m!;'&O F!&;&&m&;#!i F$$;"'m!;&%O F#&;$"m!;$C i F<C;$"m!;$C O F 平原造林地"M!"&C;C"m&;!C i\5!%;#C m";((O F$#;C!m&;"!O F#(;!%m&;((O F<";%#m&;((O F_G F=2,G F2+F+=H2!"M'"!#;%#m&;'%O F!$;'$m&;CC O i F$";C&m$;"!O F#%;'$m!;$&O F<!;$$m!;$&i F A O\-N9\!富里酸碳占土壤有机碳的比例(Y O\-N9\!胡敏酸碳占土壤有机碳的比例(Y\-N9\!胡敏素碳占土壤有机碳的比例(P A9\-N9\!轻组有机碳占土壤有机碳的比例(Y A9\-N9\!重组有机碳占土壤有机碳的比例,同列数据后无相同大%小写字母的分别表示同一土层不同绿地类型和同一绿地类型不同土层间差异显著"G k";"$#,A O\-N9\!_]H,H]+=H2HB B VG`=6F6=^6F]5H2=2>H=G H]S F2=66F]5H2(Y O\-N9\!_]H,H]+=H2H B*VE=6F6=^6F]5H2=2>H=G H]S F2=66F]5H2(Y\-N9\! _]H,H]+=H2H B*VE=26F]5H2=2>H=G H]S F2=66F]5H2(P A9\-N9\!_]H,H]+=H2H B G=S*+B]F6+=H2H]S F2=66F]5H2=2>H=G H]S F2=66F]5H2(Y A9\-N9\! _]H,H]+=H2H B*W F`3B]F6+=H2H]S F2=66F]5H2=2>H=G H]S F2=66F]5H2/i F]>E F]dW^.=+*H V++*W>F E W V,,W]6F>W F2^G H.W]6F>W G W++W]>=2^=6F+W>=S2=B=6F2+ ^=B B W]W26W>.=+*=2S]W W2>,F6W>+3,W>=2+*W>F E W>H=G G F3W]F2^^=B B W]W26W>.=+*=2>H=G G F3W]>B H]+*W>F E W S]W W2>,F6W+3,W F+G k";"$!]W>,W6+=`W? G3/[*W>F E W F>5W G H./!;#K不同绿地类型的土壤有机碳密度分布特征在"M'"6E土层内!'种绿地类型的N9\8均值在'<;$"M CC;'&+-*E)!"图##!以果园最高!且显著"G k";"$#高于其他地类!分别为城市绿地的&;("倍%苗圃的&;$(倍%平原造林地的&;$#倍!而苗圃与城市绿地和平原造林地的N9\8无显著差异,从各绿地类型N9\8的垂直分布来看!整体均随土层的深入而呈递减趋势!相较于"M!"6E土层!苗圃和平原造林地!"M'"6E的N9\8分别显著"G k";"$#减少了$;!&%<;$C+-*E)!!降幅分别为&%;&$L%!";'$L!而城市绿地和果园不同土层间的N9\8并无显著差异,!;'K土壤有机碳及其组分与土壤理化性质的相关性相关性分析的结果"表'#表明!N9\及其组图A<不同绿地类型的土壤有机碳密度分布特征=)1>A K8=>+]=5V+=H26*F]F6+W]=>+=6>H B>H=G H]S F2=66F]5H2 ^W2>=+3=2^=B B W]W2+S]W W2>,F6W+3,W>-'"%&-浙江农业学报K第#$卷K第%期Copyright©博看网. All Rights Reserved.表B<土壤有机碳及其组分与土壤理化性质的相关性,80#B K\H]]W G F+=H2H B>H=G H]S F2=66F]5H2F2^=+>6H E,H2W2+>.=+*>H=G,*3>=6F G F2^6*W E=6F G,]H,W]+=W>指标=2^W4N9\A O\Y O\Y\P A9\Y A9\A O\";%""!!Y O\";("!!!";'C'!!Y\";(%&!!";<#"!!";C"!!!P A9\";C<!!!";$%'!!";<($!!";C(#!!Y A9\";($'!!";<C$!!";("C!!";C(#!!";<%"!!,Y)";<#$!!)";#(<!!)";$%(!!)";<!$!!)";'C'!!)";<'#!!土壤容重NH=G5VG d^W2>=+3)";$#!!!)";'C#!!)";'#"!!)";$&<!!)";'&'!!)";$##!!总孔隙度[H+F G,H]H>=+3";$#'!!";'C'!!";'#!!!";$&C!!";'&<!!";$#$!!田间持水量A=W G^6F,F6=+3";'%"!!";'#"!!";'""!!";'''!!";#<(!!";'%"!!碱解氮O G dF G=?*3^]H G30W^2=+]H S W2";<C'!!";$CC!!";$$#!!";<%!!!";<#(!!";<!#!!有效磷O`F=G F5G W,*H>,*H]V>";%'&!!";'(<!!";<C#!!";%&<!!";$C"!!";%'!!!速效钾O`F=G F5G W,H+F>>=VE";$'(!!";#'#!!";$"(!!";$#<!!";'##!!";$'C!!N9\!土壤有机碳(A O\!富里酸碳(Y O\!胡敏酸碳(Y\!胡敏素碳(P A9\!轻组有机碳(Y A9\!重组有机碳,)!*和)!!*分别表示相关性达到显著"G k";"$#或极显著"G k";"&#水平,N9\!NH=G H]S F2=66F]5H2(A O\!A VG`=6F6=^6F]5H2(Y O\!Y VE=6F6=^6F]5H2(Y\!Y VE=26F]5H2(P A9\!P=S*+B]F6+=H2H]S F2=66F]5H2( Y A9\!Y W F`3B]F6+=H2H]S F2=66F]5H2/)!*F2^)!!*]W,]W>W2+>=S2=B=6F2+6H]]W G F+=H2F+G k";"$F2^G k";"&G W`W G!]W>,W6+=`W G3/分"A O\%Y O\%Y\%P A9\%Y A9\#两两之间存在极显著"G k";"&#的正相关关系,总体来看!N9\及其组分对不同理化因子的响应基本一致!即与总孔隙度%田间持水量%碱解氮%有效磷和速效钾呈极显著"G k";"&#正相关!而与,Y和土壤容重呈极显著"G k";"&#负相关,其中!碱解氮和有效磷与有机碳及其各组分的关系最为密切!相关系数最高的可达";<C'和";%'!,#K讨论#;&K不同绿地类型间土壤有机碳含量的差异自然因素"气候%成土母质%地形%水文条件等#与人为因素"土地利用%覆被%农业管理措施等#的共同作用造成了不同土地利用类型N9\含量在空间尺度上的差异&!")!!',本研究结果显示!不同绿地类型表层""M'"6E#N9\含量和N9\8整体表现为果园最高!且显著"G k";"$#高于其他#种绿地类型!而平原造林地和苗圃高于城市绿地,一方面!由于地表植被覆盖不同!不同绿地类型土壤中凋落物的产量与组成%林木根系分布%微生物的群落结构存在显著差异&<',朱浩宇等&&''研究了缙云山$种植被下N9\的含量特征!发现针叶树种的N9\含量普遍低于阔叶树种,研究区内平原造林地%苗圃和城市绿地上大量分布着油松%白皮松等针叶林木!凋落物少!且富含不易降解的木质素%纤维素等物质!生物归还量极为有限!而果园中的多年生落叶乔木"苹果%梨%桃%樱桃#郁闭度高!林下凋落物丰富!可提供充足的外源有机物料,另一方面!人为活动的干扰也会不同限度地影响N9\库的动态变化,大量研究发现!针对果园开展的施肥%翻耕松土%有机覆盖等一系列培肥改土措施!均可有效提高N9\储量&&"!&$!!#',吕晓菡等&!''在浙西一带柑橘园上的施肥试验表明!相较于不施肥的对照组!绿肥配施有机肥!年后!N9\含量增幅高达(';'<L,此外!果园日常管理中的采摘%修枝等农事活动产生的踩踏行为还会导致土壤紧实!破坏水稳性团粒结构!降低土壤通透性和微生物活性!从而抑制N9\的矿化分解&&!!!$'(而苗圃中针对苗木的移栽和连续种植!城市绿地由于翻土%市政活动造成的土层错位!以及环卫清洁对地表凋落物的清除!平原造林地因养护管理不到位导致的林木死亡%水土流失等!都会不同限度地造成N9\库的损失&&%!!<',#;!K土壤有机碳分布特征及其组分占比从N9\及其组分的垂直分布来看!'种绿地类型N9\及其组分含量整体随土层的深入而递减!存在明显的表聚性,这与许多研究得出的分布规律一致&#!<!(',这主要是由于植被凋落物%林木根系的分布多集中于土壤表层,同时!凋落物的分解!以及根系分泌物的生物富集作用也有利-$"%&-查贵超!等/北京市通州区不同绿地类型的土壤有机碳及其组分特征Copyright©博看网. All Rights Reserved.于表层N9\的积累&!%',此外!浅层施肥!以及降雨%灌溉的淋溶作用也是导致N9\呈现逐层递减分布的重要原因&&"!!#',相关性分析结果表明!N9\与各组分"A O\%Y O\%Y\%P A9\%Y A9\#均呈极显著"G k";"&#正相关!说明各有机碳组分有着与总有机碳高度一致的变化规律!同时也揭示了各有机碳组分间相互依赖%转换的内在联系,本研究中!不同绿地N9\组分占比随土层的深入呈现出不同的响应趋势!其中!平原造林地的A O\占比显著"G k";"$#提升,这主要与土壤矿化与腐殖化的进程有关,不同绿地类型因地表植被和土壤环境条件的差异!土壤矿化底物和腐殖物质的合成与分解速率各不相同&<!&'',随着土层的深入!植物根系数量%分泌物减少!低温厌氧的环境条件使得土壤生物活性减弱!进而导致腐殖化进程受阻&&'!!%)!C',此外!人为活动的干扰也会影响N9\的周转过程$一方面!松土%灌溉等管理措施为土壤动物%微生物的活动创造了良好的水热条件!有利于对大分子Y O\的分解转化&&"!!('(另一方面!针对果园%苗圃采取的有机无机肥配施%秸秆还田和生草覆盖等技术!可为土壤腐殖质的形成提供丰富的碳源和稳定的环境!有利于A O\进一步团聚缩合!同时!人为的机械翻耕%踩踏等活动还会破坏土壤结构及其内在生境!从而抑制N9\的活化与更新&&$)&<!!#',本研究发现!在不同分组方法所得的有机碳组分中!均以Y\和Y A9\在N9\总量中的占比最高!且其在"M!"%!"M'"6E土层间无显著变化!说明在上述土层中!N9\多以惰性碳"Y\%Y A9\#的形式存在!且表现出对环境变化%人为干扰更高的抗性和稳定性,A O\%Y O\%P A9\作为有机碳库中较为活跃的组分&'!<'!对土地利用和土层变化的响应更为灵敏!可作为反映N9\分布规律及其动态变化的敏感指标,#;#K土壤有机碳与其他土壤理化因子的相关性N9\对土壤理化性质具有重要的调节作用,同时!因土地利用和土层深度变化引起的土壤理化性质和养分条件的改变也会影响N9\的含量与分布&#"',本研究显示!N9\及其组分含量与,Y%土壤容重呈极显著"G k";"&#负相关,这与Y VF2S等&#&'得出的研究结论相同,随着土层深入!上层土壤的覆实使得土壤容重增加!导致水分和养分的入渗性能受阻,同时!通透性的减弱还会抑制土壤酶活和土壤生物的代谢活动!不利于N9\的形成&#!',土壤,Y的变化会直接影响土壤微生物的数量与活性,有研究表明!起分解作用的细菌%放线菌的最适,Y为中偏碱性&##',研究区土壤多呈弱碱性!,Y的升高活化了土壤微生物菌群!促进了N9\的分解,NV2等&#''研究发现!土壤,Y的降低还会促使铝-腐殖酸络合物含量提升!进而加速土壤碳的积累,本研究中!N9\及其各组分的含量与田间持水量%总孔隙度%碱解氮%有效磷和速效钾呈极显著"G k";"&#正相关!且与碱解氮%有效磷的关系最为密切,祖元刚等&#"'在探究东北地区N9\含量与土壤理化性质的相关性时也得出了相似结论,T%_%U 作为土壤养分循环的核心!是植物生长发育所必需的营养元素!对林木生长和土壤微生物群落组成具有重要影响&#!!!',有效养分供应的提升可促进林木根系的生长,同时!根系分泌物作为良好的土壤胶结剂还有利于土壤团聚体的形成!因而对N9\的积累具有积极的正效应,此外!张昆等&#$'研究发现!土壤水分与N9\之间存在着密切的有机耦合关系!水分含量的增加有助于N9\的积累!对提高土壤持水性能和土壤碳汇功能的发挥具有重要意义,参考文献 H#"#*#+$#&&&'K P O Pa/NH=G6F]5H2>W JVW>+]F+=H2=E,F6+>H2S G H5F G6G=E F+W 6*F2S W F2^B H H^>W6V]=+3&7'/4"'*."*!!""'!#"'"$<%%#$&<!#)&<!%/&!'KR:P P:O g N a Z!U O[O j9X[O O!Z998R:T_/\F]5H2?636G W B W W^5F6d>H,W]F+=2S=2+*W6G=E F+W>3>+W E&7'/9(&&*.#9)'C$#*9,$.%*J*O1&#/!!"&(!$"'#$!C!)!($/&#'K安申群!贡璐!李杨梅!等/塔里木盆地北缘绿洲'种土地利用方式土壤有机碳组分分布特征及其与土壤环境因子的关系&7'/环境科学!!"&C!#("%#$##C!)##("/O TN n!Z9T ZP!P:@g!W+F G/NH=G H]S F2=66F]5H26H E,H?2W2+>F2^+*W=]6H]]W G F+=H2.=+*>H=G,*3>=6H6*W E=6F G B F6+H]>=2B H V]^=B B W]W2+G F2^V>W+3,W>H B+*W2H]+*W]2[F]=E i F>=2&7'/M.7'&1.C*.#$)4"'*."*!!"&C!#("%#$##C!)##("/"=2\*=?2W>W.=+*D2S G=>*F5>+]F6+#&''K董玉清!官鹏!卢瑛!等/猫儿山不同海拔土壤有机碳组分构成及含量特征&7'/土壤通报!!"!"!$&"$#$&&'!)&&$&/K-<"%&-浙江农业学报K第#$卷K第%期Copyright©博看网. 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一、论述不同生态、耕作管理条件下土壤有机碳的含量、组成和性质特征一、论述不同生态、耕作管理条件下土壤有机碳的含量、组成和性质特征。

土壤有机碳(SOC)包括植物、动物及微生物遗体、排泄物、分泌物及其部分分解产物和土壤腐殖质。

土壤有机碳量是进入土壤的植物残体量以及在土壤微生物作用下分解损失的平衡结果。

土壤有机碳量(1500Pg)约为陆地生物量碳(620Pg)的2.4倍，其动态平衡不仅直接影响土壤肥力和作物产量，而且其固存与排放对温室气体含量、全球气候变化也有重要影响。

然而，不同生态系统的土壤有机态组成和转化有所差别。

（一）森林生态系统森林生态系统作为陆地生物圈的主体，不仅本身维持着大量的碳库(约占全球植被碳库的86%以上)，同时也维持着巨大的土壤碳库(约占全球土壤碳库的73%)。

森林植被下，进入土壤的有机物质主要为地表的凋落物。

因此，其表土层很薄，一般仅2~7 cm，此层中有机碳含量可达到368mg/kg，其下虽有一深厚的腐殖质层(约40~70cm)，但其含量已较上层急剧减少。

森林土壤中的有机碳主要来自于森林凋落物的分解补充与累积，是进入土壤中的植物残体量以及在土壤微生物作用下分解损失量的平衡结果。

（二）草地生态系统在草地生态系统中，草地植物通过光合作用吸收大气中的CO2，合成有机物质，植物枯死后凋落于土壤表面，形成凋落物层进入土壤库，其中一部分凋落物经腐殖化作用，形成土壤有机碳固定在土壤中,这部分有机碳经土壤动物和微生物的矿化作用，部分分解产物被植物再次利用，构成了生态系统内部碳的生物循环。

此外，植物光合作用固定的有机碳还有一部分通过植物自身的呼吸作用(自养呼吸)、草原动物呼吸、凋落物层的异养呼吸以及土壤的呼吸代谢作用将碳以CO2的形式重新释放到大气中，构成了草地植被-土壤-大气间的生物地球化学循环。

在草地生态系统中，植物、凋落物、土壤腐殖质构成了系统的三大碳库。

（三）湿地生态系统全球变化背景下陆地生态系统碳循环研究是其中重要的核心内容之一。

陆地碳循环研究进展一、本文概述随着全球气候变化问题的日益严峻，陆地碳循环研究已成为地球科学研究领域的热点之一。

本文旨在综述近年来陆地碳循环研究的最新进展，包括碳源、碳汇、碳通量及其影响因素等方面的研究。

通过系统地梳理和分析相关文献，本文旨在揭示陆地碳循环的内在机制，评估其对全球气候变化的响应与反馈，为应对气候变化和制定碳减排政策提供科学依据。

本文将首先介绍陆地碳循环的基本概念和研究背景，阐述其在全球碳循环中的重要地位。

接着，从碳源和碳汇的角度，分别探讨植被、土壤和大气等陆地生态系统中碳的循环过程及其影响因素。

在此基础上，本文将重点关注近年来关于陆地碳通量、碳储量和碳循环动态变化的研究，分析这些变化对全球气候变化的潜在影响。

本文将对未来陆地碳循环研究的方向和挑战进行展望，以期为推动全球碳循环研究的深入发展提供参考。

通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面、系统的了解陆地碳循环研究进展的视角，为应对全球气候变化和促进可持续发展贡献智慧与力量。

二、陆地碳循环的基本过程陆地碳循环是地球碳循环的重要组成部分，涉及大气、植被、土壤和水体等多个系统之间的碳交换和转化过程。

其基本过程主要包括光合作用、呼吸作用、分解作用以及碳的输入输出等。

光合作用是陆地碳循环的起点，通过绿色植物的光合作用，大气中的二氧化碳被转化为有机碳，固定在植物体内。

这一过程是陆地生态系统生产力的重要体现，也是全球碳循环中最重要的碳汇之一。

呼吸作用则是碳从有机体释放回大气的过程。

植物和动物通过呼吸作用将体内的有机碳分解为二氧化碳和水，从而释放碳回到大气中。

植物根系和土壤微生物的呼吸作用也是土壤碳释放到大气的重要途径。

分解作用主要由土壤中的微生物完成，它们将死亡的植物和动物残体分解为二氧化碳和水，以及形成稳定的土壤有机碳。

这一过程对于维持土壤碳库的稳定和减缓大气二氧化碳浓度的上升具有重要意义。

除了上述基本过程外，陆地碳循环还包括碳的输入输出过程。

同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析概述碳循环是指在地球上，碳元素在不同的生物圈、大气圈、水圈和地球圈之间的交换过程。

了解碳循环对于全球气候变化和环境健康至关重要。

同位素示踪技术是一种广泛应用于环境科学领域的方法，通过分析特定同位素在不同环境中的含量与分布，揭示了碳循环的运动和转化机制。

本文将以同位素示踪技术在环境科学中的碳循环解析为话题，探讨其原理、应用和未来发展方向。

原理同位素是指具有相同质子数但中子数不同的元素，根据同位素在自然界中存在的丰度差异，可以利用同位素比值变化揭示碳循环过程中的运动和转化。

其中，碳同位素主要分为^12C和^13C两种，其丰度差异可通过质谱仪进行精确测定。

同时，同位素示踪技术还可以利用放射性同位素如^14C，在环境中追踪碳元素的动态变化。

应用1. 碳源解析：通过分析环境中不同来源的碳同位素比值，可以确定不同碳源在碳循环中的相对贡献，进而了解碳的来源与汇的关系。

例如，利用同位素示踪技术，研究人类活动对大气中CO2浓度的影响，识别化石燃料燃烧和生态系统呼吸等自然过程的贡献，可以提供准确的碳排放评估。

2. 消失过程解析：利用同位素示踪技术可以示踪有机碳的生物降解和无机碳的催化转化等过程。

例如，通过分析^13C同位素在土壤中的分布，研究土壤有机质的分解速率和机制，可以深入了解土壤呼吸作用对全球碳循环的影响。

3. 季节性变化研究：同位素示踪技术可以帮助科学家揭示季节性碳循环的特征和机制。

通过对季节性的植物生长和呼吸过程进行同位素分析，可以确定不同季节中植物对大气中CO2的吸收和释放情况，为气候模型提供可靠的参数。

未来发展同位素示踪技术在环境科学中的应用已取得了令人瞩目的成果，但仍有一些挑战和未解之谜需要进一步研究和探索。

以下是一些可能的未来发展方向：1. 多同位素组合：同时使用多种碳同位素进行示踪分析，可以提供更全面的碳循环信息。

比如，将^13C同位素与氧同位素（^18O和^16O）组合应用于水体中的碳循环研究，可以揭示陆地-海洋碳交换的机制。

稳定同位素示踪技术的研究与应用稳定同位素示踪技术（Stable isotope tracing technology）是一种先进的科学技术，可以追踪物质在生物、环境、地球化学等方面的运动和转化，为科学研究和工程应用提供了重要的手段和方法。

本文将从稳定同位素的基础知识、技术原理、应用领域等方面进行探讨，以期让读者对该技术有更深入的了解。

一、稳定同位素的基础知识稳定同位素是指具有相同元素核数目和化学性质，但核外电子的数目不同的同一元素。

例如，氢原子的核外电子数量不同，分别具有1个普通氢原子（1H）和1个重氢原子（2H或D）；碳原子的核外电子也不同，分别具有12个普通碳原子（12C）和1个稳定同位素碳原子（13C）。

由于稳定同位素与普通同位素化学性质相同，可以在相同的物理条件下使用现代仪器分离出。

在区别分析和追踪研究方面，稳定同位素具有很好的应用前景。

二、技术原理稳定同位素的示踪技术是基于稳定同位素的微量区别而建立起来的。

因为生物体内、地球环境中许多化学反应的发生，涉及到各种原子、离子、分子的转换，例如，光合作用、呼吸作用、氮素循环、水循环和地下水运动以及大气气体交换等，这些化学反应都涉及到同位素的组成及其分布情况，而稳定同位素示踪技术就是利用微小的稳定同位素在自然界中分布差异来标记物质的经过过程。

由于稳定同位素数量极小，其分析方法涉及比较复杂的技术手段，包括传统的稳定同位素分析技术（IRMS）和新兴的标记化学方法，如GC-IRMS、LC-IRMS、EA-IRMS、Raman光谱等。

稳定同位素示踪技术可以分别应用于生态、医学、工业、矿物、水文等多个领域，为从基础科学研究到工程应用提供了重要帮助。

三、应用领域3.1 生态领域稳定同位素示踪技术在生态领域中的应用主要包括了食物链、动物迁徙、养殖环境、陆地生态、湖泊生态等领域的研究。

因为稳定同位素分析技术可以准确地刻画物质在生态系统中的流动和转化，因此可以用以分析动物食物链中各种有机和无机化合物的分布规律和稳态结构，推断生态系统底层物质循环路径和食物链的稳定状态等。

土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述土壤是地球表层的重要组成部分，其化学计量特征对土壤生态系统的功能和稳定性具有重要影响。

土壤中的碳、氮、磷元素在土壤生态系统中起着重要的生物地球化学循环作用，影响着土壤的生物多样性、养分循环、能量流动等重要生态过程。

土壤碳氮磷的化学计量特征是指土壤中碳、氮、磷元素的含量与它们在土壤有机质中的质量比之间的关系。

研究发现，土壤中的N、P含量与C含量呈现明显的线性关系，即碳氮磷的化学计量特征通常可以用一个化学计量比来描述，常用的比值为C/N和N/P比。

不同的土壤类型和土壤管理方式会导致土壤碳氮磷的化学计量特征存在差异。

土壤碳氮磷的化学计量特征对土壤生态系统功能和稳定性具有重要影响。

它影响着土壤微生物的活性和多样性。

C/N比和N/P比的增大会限制土壤中微生物对碳、氮、磷等养分的利用和转化能力，从而降低土壤微生物的活性和多样性。

它影响着土壤有机质的稳定性和分解速率。

低的C/N比和N/P比会促进土壤有机质的分解，释放出更多的碳、氮、磷元素，而高的C/N比和N/P比会降低土壤有机质的分解速率，增加土壤有机质的稳定性。

它还影响着土壤养分的供应和植物生长。

适当的C/N比和N/P比有利于土壤养分的供应，促进植物的生长和发育。

土壤碳氮磷的化学计量特征受多种因素的影响。

土壤类型是影响土壤碳氮磷的化学计量特征的主要因素之一。

不同的土壤类型在碳氮磷的含量和分布上存在差异，从而导致其化学计量特征的差异。

土壤管理方式也会对土壤碳氮磷的化学计量特征产生重要影响。

农田施肥和农药使用会改变土壤中氮磷的含量和C/N、N/P比，进而影响土壤生态系统的功能和稳定性。

气候因素也是影响土壤碳氮磷的化学计量特征的重要因素之一。

长期干旱和湿润环境会影响土壤中碳氮磷的含量和化学计量特征。

植物群落的组成和特征也会对土壤碳氮磷的化学计量特征产生重要影响。

土壤碳氮磷的化学计量特征对土壤生态系统具有重要影响，其研究可以为改善土壤质量、保护生态环境提供理论依据。

第４７卷㊀第２期２０２３年３月南京林业大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２０２３㊀收稿日期Ｒｅｃｅｉｖｅｄ：２０２１⁃０７⁃１１㊀㊀㊀㊀修回日期Ａｃｃｅｐｔｅｄ：２０２２⁃０３⁃２２㊀基金项目：国家自然科学基金项目（４１８７７１５２）；北京林业大学大学生创新创业训练计划（Ｓ２０２０１００２２２０３）㊂㊀第一作者：林雯淇（１０４０９６４１４９＠ｑｑ．ｃｏｍ）㊂∗通信作者：贾国栋（ｊｉａｇｕｏｄｏｎｇ＠ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ），副教授㊂㊀引文格式：林雯淇，贾国栋．基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０２３，４７（２）：２３４－２４２．ＬＩＮＷＱ，ＪＩＡＧＤ．ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｏｆｗａｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎ⁃ｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ），２０２３，４７（２）：２３４－２４２．ＤＯＩ：１０．１２３０２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０２１０７０１６．基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展林雯淇１，贾国栋１，２∗（１．北京林业大学水土保持学院，北京㊀１０００８３；２．水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京㊀１０００８３）摘要：大气⁃土壤⁃植被连续体（ｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ，ＳＰＡＣ）系统水分转化过程是生态水文学重要的研究内容㊂稳定同位素作为天然的示踪剂能有效示踪㊁整合和指示ＳＰＡＣ系统中的水分输入㊁输出以及转化过程㊂笔者在简述稳定同位素应用原理的基础上，以垂直方向上ＳＰＡＣ系统水分运移的视角，阐释基于稳定同位素技术的土壤⁃根系界面水分运移㊁植物传输水分中存在的分馏和植物冠层⁃大气界面水分交换的研究进展，探讨了ＳＰＡＣ系统水分转化研究中稳定同位素技术在分馏机制㊁时间分辨率与空间异质性方面的局限性㊂认为未来基于稳定同位素的ＳＰＡＣ水分转化研究还需着重在以下３个方面进行：①借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种同位素水池同位素组成进行原位观测；②结合多种同位素分析水体同位素组成来分析土壤⁃根系界面水分运移过程，进一步确定树木水分来源，提高识别和划分的准确性，并以此完善稳定同位素应用模型；③利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源，高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间；④结合控制性同位素标记实验并利用离心技术提取木质部导管中的汁液水，对比分析各水池同位素偏差，以深入开展同位素分馏机制的研究㊂关键词：大气⁃土壤⁃植被连续体（ＳＰＡＣ）；稳定同位素；水分来源；叶片吸水；同位素分馏中图分类号：Ｓ７１５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１０００－２００６（２０２３）０２－０２３４－０９ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｏｆｗａｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍＬＩＮＷｅｎｑｉ１，ＪＩＡＧｕｏｄｏｎｇ１，２∗（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＤｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｂａｔｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ（ＳＰＡＣ）ｓｙｓｔｅｍｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｐｉｃｉｎｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｈｙｄｒｏｌｏｇｙ．Ｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓ，ａｓｎａｔｕｒａｌｔｒａｃｅｒｓ，ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｔｒａｃｅ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｗａｔｅｒｉｎｐｕｔ，ｏｕｔｐｕｔａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄｏｎａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｔｈｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｔｈｅｓｏｉｌ⁃ｒｏｏｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｉｎｐｌａｎｔｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ；ａｎｄｗａｔｅｒｅｘｃｈａｎｇｅａｔｔｈｅｐｌａｎｔｃａｎｏｐｙ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｅｘｐｌｏｒｅｄｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｅｌｕｃｉｄａｔｉｎｇｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｔｅｍｐｏｒａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｓｐａｔｉａｌｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｉｎｗａｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｏｆＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅｃｏｎｃｌｕｄｅｂｙｐｒｏｖｉｄｉｎｇｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ，ｗｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄｔｈａｔｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｔｈｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｓｐａｃｗａｔｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｓｈｏｕｌｄｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ：（１）Ｉｎｓｉｔｕｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｉｓｏｔｏｐｉｃｐｏｏｌｓｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃａｎａｌｙｚｅｒｓ．（２）Ｍｕｌｔｉｉｓｏｔｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｏｌｉｓｏｔｏｐｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓａｔｔｈｅｓｏｉｌｒｏｏｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｏｆｕｒｔｈｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｏｆｔｒｅｅｓ，ａｎｄｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｏｕｒｃｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｉｖｉｓｉｏｎ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．（３）Ｕｓｉｎｇｉｓｏｔｏｐｅｌａｂｅｌｅｄｐｏｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｏｆｌｅａｆｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｔｉｍｅｏｆｌｅａｆｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｔａｍｏｒｅｆｉｎｅｌｅｖｅｌ．（４）Ｕｓｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｉｓｏｔｏｐｅｌａｂｅｌｉｎｇａｎｄｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｅｘｔｒａｃｔｊｕｉｃｅｆｒｏｍｘｙｌｅｍｖｅｓｓｅｌｓ，ｔｈｅｉｓｏｔｏｐｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｐｏｏｌｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｔｈｅ㊀第２期林雯淇，等：基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展ｉｓｏｔｏｐｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ（ＳＰＡＣ）；ｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅ；ｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅ；ｆｏｌｉａｒｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅ（ＦＷＵ）；ｉｓｏｔｏｐｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｓ㊀㊀植物作为大气⁃土壤⁃植物连续体（ｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔ⁃ｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ，ＳＰＡＣ）系统水分循环中的重要纽带，能通过蒸腾作用将土壤水从地表内转移到大气，通过获取和转移地表与深层地下之间的元素驱动地球的养分循环［１］㊂植物水分通量受土壤和大气间水分梯度驱动，植物通过树木根系吸水㊁木质部运输水分和气孔蒸腾失水在调节ＳＰＡＣ系统的水量平衡方面发挥着重要作用［２－５］㊂自然界稳定同位素间丰度范围较大，质量差异明显，导致各界面同位素组成有差别，使得在ＳＰＡＣ系统中能够以稳定同位素为 示踪剂 分析各个界面的同位素特征，反映各界面间的水分转化过程，并由此理解生态系统中植物的生理活动［６］㊂降水作为ＳＰＡＣ系统的水分输入来源，其同位素组成差异较大，原因是来自不同大洋的水汽受温度㊁海拔等因素影响，在蒸发过程中的同位素分馏和水汽由沿海到内陆的同位素贫化都标记了不同场次降雨的同位素信息，进一步标记不同水体（如地表水㊁地下水㊁植物水和土壤水等）成为示踪水分转换的基础㊂其中，土壤水因降雨㊁蒸发以及土壤本身存在的水分运移标记了不同层次土壤水的氢㊁氧同位素值［７］㊂从ＳＰＡＣ各个生态系统的角度，稳定同位素技术广泛应用于森林［４］㊁灌草地［８］㊁沙地［２］㊁农田［９］㊁农林混合［１０］㊁沿海红树林［１１］等生态系统，包括植物水分利用策略与水分竞争㊁系统蒸散发拆分㊁干旱胁迫下水分传输机制等诸多领域；从ＳＰＡＣ系统各个界面角度，稳定同位素技术也广泛应用于水分在ＳＰＡＣ系统传输过程中途经的植被冠层㊁土壤包气带与饱和带［１２］㊁植物根系［７］㊁植物茎干与枝条［３］㊁叶片［１３］等各个部位的监测㊂然而，稳定同位素技术如何有效应用于ＳＰＡＣ系统水分转换的各个界面，该技术目前取得的成果与存在的局限性等尚缺少系统的梳理和总结，因此，沿着ＳＰＡＣ系统由下及上的视角，笔者系统阐述稳定同位素技术在土壤⁃根系土界面㊁植物体㊁冠层⁃大气界面的应用研究成果，总结当前的研究进展，分析技术应用的局限，以期为未来稳定同位素技术应用的发展提供相应建议㊂１㊀土壤⁃根系界面水分运移１．１㊀植物利用水分的季节性变化分布在土壤中的植物根系主要吸收土壤水以支持植物各项生理活动㊂降水是土壤水的主要来源，在气候变化大背景下，降雨的季节性变化会引起如旱期延长㊁降雨量减少和汛期洪水频发等现象［１４－１５］，都对土壤含水量产生深刻影响㊂一般情况下，植物更倾向于从相对饱和或含水量较高的土层中吸收水分［１６］，土壤含水量的季节变化使植物根系吸水深度发生季节性变化，可能会对植物生长的可持续性和生产力产生影响㊂大多数植物雨季利用浅层土壤水，旱季利用更为稳定的深层土壤水，这种随外界环境转变水分利用条件的现象得益于根的 二态性 ［１７］㊂Ｍｅｉｎｚｅｒ等［１８］评估了巴拿马热带森林中１２种冠层树种的水分利用时空变化，结果发现树木倾向于吸收大于８０ｃｍ的土壤水，且随着旱季缺水情况的加剧，树木从土壤剖面的更深处汲取水分㊂在中国黄土高原中部干旱半干旱地区，Ｗａｎｇ等［１９］发现长芒草（Ｓｔｉｐａｂｕｎｇｅａｎａ）主要利用０ １２０ｃｍ的土壤水，由于在生长季需水量大对深层土壤水的利用从５月的１４ ５０％增加到８月的４２．４０％㊂相反，Ｍｕñｏｚ⁃Ｖｉｌｌｅｒｓ等［２０］在墨西哥的热带森林中发现，乔木在旱季增加对０ ３０ｃｍ浅层土壤水的利用，可能与夜间 水力提升 以及树木的其他资源，如营养的可利用性有关㊂Ｗａｎｇ等［１５］发现研究区入侵物种通过特殊的形态㊁生理反应或短暂的生活史来避免干旱或暂时性洪水造成的水分胁迫，无论是旱季还是雨季都主要利用浅层（０ ３０ｃｍ）土壤的水分㊂同时，由于生活型差异，同一生境下植物的水分利用方式也存在明显差异㊂由此可知，植物利用水分的季节变化是一个普遍的现象，既存在于各生态系统的植物中，也存在于各生活型的植物中，但植物如何在季节间转变水分利用方式，以及相应的季节性水分利用方式会对植物产生什么影响等仍需进一步研究㊂１．２㊀植物水力再分配中的水分转化植物根系受环境条件影响转变水分利用方式，选择更为稳定的潜在水分来源时，也存在利用根系再分配水分，反向改善土壤水分条件或者邻木的情况㊂植物根系水分吸收过程的水力再分配（ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＨＲ），是指根系在水势梯度驱动下将湿润土层的水分释放至干燥土层的被动过５３２南京林业大学学报（自然科学版）第４７卷程［２１－２２］，包括水力提升（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｆｔ，ＨＬ）［２３］㊁逆向水力提升（ｉｎｖｅｒｓｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｆｔ，ＩＨＬ）［２４］和侧向再分配（ｌａｔｅｒａｌｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＬＲ）［２５］３种类型㊂２０２１年ＢａｒｒｏｎＧｒｆｆｏｒｄ等［２６］观察到一种水力再分配类型，即收敛水力再分配（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ㊀ｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＣＨＲ）㊂水力再分配通常发生在蒸腾停止或蒸腾较慢的夜间［２７］，而景天酸代谢植物（Ｃｒａｓｓｕｌａｃｅａｎａｃｉｄｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ）存在水分白天重新分配的现象［２８］，以及在较高的饱和水汽压差下，一些树种的气孔于日间闭合也可能导致水力再分配［２９］㊂对于ＨＲ，常利用同位素（如Ｄ和１８Ｏ）局部标记根系或土壤，并通过监测根系的其他部分或根系周围土壤同位素值的变化来判断是否发生水力再分配［３０］㊂ＨＲ已经在超过１１０种树木中得到验证［３１］，如：非洲南部草原的木本植物和草本植物［３２］，中国西北部沙漠的木本植物［３３］，欧洲西南部的灌木丛［３４］，亚马逊中东部的阔叶林［３５］和欧洲㊁北美西部的针叶林［３６－３７］㊂现阶段的ＨＲ研究多集中在温带和（半）干旱气候区［３８－３９］，ＨＲ作用普遍存在于该类区域的树木中㊂但是，在某些生物群落中，如土壤湿度高而且相当均匀的非盐碱湿地群落，或者是根的深度不足以使植物到达不同含水量土壤层的草原群落，可能不会发生ＨＲ［４０］㊂ＨＲ虽然普遍存在，但是其水文和生态意义取决于ＨＲ发生时间及其通量大小［４１］㊂就个体水平而言，ＨＲ可以促进植物蒸腾［４２－４３］；ＨＲ导致根系中额外增加的水分能够改善干燥土壤层的水势条件，在一定程度上维持根系的水力传导，且当ＨＲ发生时，根系栓塞往往可以恢复，延长了根系的生长期［４４－４５］，使根系更加充分地吸收水分和养分㊂而对于生态系统水平而言，如果ＨＲ只贡献了很小的一部分蒸腾水，可能不会产生直接的水文效应㊂此外，ＨＲ有助于基岩淋溶，增加磷和金属离子等的养分含量，促进深层土壤养分流动和植物吸收［４６］，还对表层土壤的保水性有积极影响［４７］㊂对邻近植物，在干旱情况下，树木利用邻木所释放的８０％的水分来支持生长，增强抗旱性［４８－４９］㊂相反，Ｍｕｌｅｒ等［５０］发现，在野外实验和温室实验中作为源植物的山茂樫（Ｂａｎｋｓｉａａｔｔｅｎｕａｔａ）带给附近植物的影响并不具有普遍的积极意义㊂但是，即使在干燥条件下，ＨＲ也并不会对附近植物带来负面影响［５１］㊂关于ＨＲ通量的大小，在Ｈａｆｎｅｒ等［５２］的模型中，干燥条件下的植物吸收邻木再分配水的数量取决于其根长以及根长和茎尖数量的交互作用，并且较高的黎明前水势梯度㊁水力传导率和较大的导管能够显著增加ＨＲ通量㊂同时，随着根系密度的增加，ＨＲ的通量也会增加［５３－５４］㊂此外，根系的其他特征如水通道蛋白也可能调控再分配水的通量大小［５５］㊂综上可以看出，ＨＲ普遍存在于各种生态系统中，且就个体水平而言ＨＲ能够产生较积极的影响，但ＨＲ对群落水平和生态系统水平所产生的影响尚缺乏深入研究㊂１．３　植物利用水分的滞后性关于植物对不同空间水分来源的利用如植物利用水分的季节性变化和植物的水力再分配过程的研究较多，植物对不同时间水分来源利用方面的研究尚不多见㊂由于水分来源的补给需要时间，包括降水㊁河水㊁地下水补给土壤水的过程和土壤水被植物吸收利用的过程［５６］，因此在时间尺度植物往往存在利用前几场降雨或前几个季节水分来源的情况，造成了植物吸水的滞后性㊂受温度㊁海拔等因素影响，源于不同大洋的水汽同位素组成不同，且存在季节性动态变化，使各潜在水分来源呈现时间异质性㊂通常来说，来自海洋性气团的降水重同位素含量较低，而局地蒸发形成的降水重同位素含量较高［６］；雨季降水量充沛且同位素较贫化，而旱季的同位素则较雨季富集；来自冰雪融水的河水同位素偏贫化，来自上游地下水出流的河水同位素偏富集［５６］；同时，地下水同位素也存在一定的动态变化㊂土壤水受降水㊁地下水㊁地表水补给，往往以优先流的形式流经大孔隙，同时将水储存在较细的基质中，因此可能会保留混合多个降水事件［５７－５８］㊂鉴于土壤水的同位素组成在不同季节㊁不同深度表现出明显的异质性，可将土壤水视作能够划分为多个不同水龄的混合水池㊂但是，植物根系无规则的分布特性，使植物并不会按照时间顺序逐个利用各潜在水分来源㊂因此，植物根系分布和土壤水入渗规律的相互作用导致植物不均衡地利用前几个季节的降水而不是最近的降水［５９］，造成了植物吸水的滞后性㊂如在干旱或地中海气候下，植物主要利用过去的降水［６０－６１］㊂Ｂｒｉｎｋｍａｎｎ等［５８］发现两个常见的共生物种欧洲云杉（Ｐｉｃｅａａｂｉｅｓ）和欧洲水青冈（Ｆａｇｕｓｓｙｌｖａｔｉｃａ）吸收的水分中分别有４５％和３９％是来自前一个秋冬（即１１月至次年４月）的降水，有１１％和８％甚至来自１２个月前或更早的降水事件㊂Ｇóｍｅｚ⁃Ｎａｖａｒｒｏ等［６２］以北美犹他州５个城市公园树木为研究对象，利用Ｄ与１８Ｏ同位素标记发现，城市公园树木依赖灌溉用水的同时似乎也依赖于前一个冬季的６３２㊀第２期林雯淇，等：基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展降水㊂另外，土壤水被植物根系吸收并运送到木质部需要时间，因此受标记的土壤水需要一定时间才能在木质部中检测到㊂在Ｄａｗｓｏｎ［６３］设计的实验中，不同的生活型和物种间，氢同位素组成标记的水在木质部中出现所需要的时间均有差异，如单子叶植物绒毛草（Ｈｏｌｃｕｓｌａｎａｔｕｓ）需要４０ ６０ｍｉｎ，草本植物北美桃儿七（Ｐｏｄｏｐｈｙｌｌｕｍｐｅｌｔａｔｕｍ）需要２ ０４ ５ｈ，灌木北美山胡椒（Ｌｉｎｄｅｒａｂｅｎｚｏｉｎ）需要７．５ １１ ０ｈ，乔木美洲椴（Ｔｉｌｉａｈｅｔｅｒｏｐｈｙｌｌａ）则需要３０ ３７ｈ㊂Ｇａｉｎｅｓ等［６４］开始实验后的１ ７ｄ，在槭㊁山核桃和栎的树冠中监测到了氘的标记水㊂２㊀植物传输水分中存在的分馏同位素分馏（ｉｓｏｔｏｐｉｃｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）一般用来衡量同位素差异大小，是同位素效应的一种表现，同位素间的质量差异，使其表现出不同的物理化学性质，是同位素在物理㊁化学和生物过程中发生同位素分馏的基础［６５］㊂其中，同位素在两种物质（或物相）之间的分馏程度可用同位素分馏系数α定量表达，反映了两种物质之间同位素相对富集或亏损的大小㊂其中，由于根部内皮层的径向细胞壁上具有高度发达的凯氏带，阻碍了水的非胞质运动，迫使水分流经共质体（由胞间连丝或水通道蛋白连接的连续介质），使其与流经根部质外体相比，发生更明显的同位素分馏，且更倾向于发生氢同位素而不是氧同位素的分馏［６６－６８］㊂Ｐｏｃａ等［６７］研究发现，丛枝菌根可能通过阻碍水分流经质外体迫使水分流经共质体，引起同位素分馏㊂但在包括半干旱灌丛［１９］㊁针叶林［６９］㊁阔叶林［７０］和热带雨林［４，７１］等不具有高度发达的凯氏带的树木中都发现了同位素分馏，这与以往的研究结论有所出入，需要进一步的研究㊂同时，在一定条件下，植物体内导管水和组织水以及土壤的自由水和束缚水中［３，７２］也存在同位素分馏㊂如，Ｃｈｅｎ等［７３］利用经验公式量化了吸附水和非束缚水之间存在的同位素分馏；Ｂａｒｂｅｔａ等［３］在染色的基础上利用特殊的离心技术分离植物木质部汁液水和木质部组织水并对比二者同位素特征，发现组织水相对汁液水表现出明显的同位素分馏㊂有研究认为木质部组织水中贫化的同位素可能是细胞形成过程中水通道蛋白介导转运造成的，但是没有直接的证据［７２，７４］㊂在未来的研究中可以进一步验证水通道蛋白介导转运是否为一个分馏过程㊂３㊀植物冠层⁃大气界面的水分交换过程３．１㊀叶片吸水中的水分交换一般，研究者们假定叶片内部的水汽压在所有条件下接近饱和［７５］，而大气水汽压不饱和，则水分在水势的驱动下由叶片净流出（即蒸腾作用）㊂但是，由于环境㊁树木内部条件的改变，叶片水汽压降低至比叶片周围的大气水汽压更负或大气水汽压接近饱和时，水势驱动梯度逆转，叶片直接吸收水分［７６］，这一植物生理活动称为叶片吸水（ｆｏｌｉａｒｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅ，ＦＷＵ），常伴随着树木体内水分逆向运移的过程［７７］㊂研究发现，当空气湿度饱和至叶片表面截留液态水，如薄雾㊁浓雾和露水时期，树木通过叶片吸收水分或凝结水［７８－８２］㊂但是，叶片对截留水分的吸收不仅存在雾㊁露期间，也发生在降雨期间［８１］㊂在全球范围内，能够湿润叶片的降水（＞０．１ｍｍ）平均每年超过１００ｄ，在热带和亚热带生态系统中甚至能达到１７４ｄ，即使在沙漠和旱生灌丛生态系统中也有２９ｄ［８３］，其中大部分降雨无法接触根区土壤和根系，因此在以往的研究中往往忽略这些小量级降雨㊂Ｂｅｒｒｙ等［８１］总结认为，至少有７７科２３３个种表现出叶片吸水的能力；在Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ等［８４］的研究中，８５％的物种具有叶片吸水的能力㊂也有证据表明，在空气没有凝结成液态水（即水仍以蒸汽形式存在）时，存在对水蒸气形态的叶片吸水过程［７５］㊂毫无疑问，树木叶片频繁且长时间持续地暴露在湿润条件下，对包括云雾林㊁沿岸和干旱半干旱地区在内大部分树木的水分利用方式产生了普遍的关键意义［８５－８７］㊂研究证明，叶片可通过多种途径在叶表进行水分吸收，与盐离子相结合的凹陷气孔㊁表皮（发生在气孔大部分关闭的晚上）㊁特殊结构（毛状体㊁鳞片等）都被认为是叶片吸水的路径，同时角质层中的某些化合物（如多糖）以及细菌和内生细菌能够促进叶片吸水［７６，７９，８８－９４］㊂因此，叶片边界层对树木叶片吸水的影响十分明显㊂叶片表面特性，如角质层特性能改变边界层特性，造成叶片吸水的差异［７６］；叶片表面的结构，如表皮的组成与结构受叶片水势降低影响，可能会增强进入叶片的水势梯度［９５］㊂并且，只要给定一个足够的水势梯度，如较高的木质部水势和较低的土壤水势，叶片吸收的水分就可能释放至土壤中㊂如Ｃａｓｓａｎａ等［９２］证明，在水分胁迫下，暴露在雾中的巴拉那松（Ａｒａｕｃａｒｉａ７３２南京林业大学学报（自然科学版）第４７卷ａｎｇｕｓｔｉｆｏｌｉａ）发生水流逆向流动，其根际可释放出叶片所吸收的雾水至土壤㊂Ｅｌｌｅｒ等［１３］以巴西药用植物巴西林仙（Ｄｒｉｍｙｓｂｒａｓｉｌｉｅｎｓｉｓ）为研究对象，发现叶片吸水对于叶片含水量的贡献率达到了４２％，叶片吸水可以在很大程度上缓解土壤水分亏缺㊂车力木格等［９６］以科尔沁沙地常见植物差不嘎蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｈａｌｏｄｅｎｄｒｏｎ）㊁小叶锦鸡儿（Ｃａｒａｇａｎａｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａ）和猪毛菜（Ｓａｌｓｏｌａｃｏｌｌｉｎａ）为研究对象，发现三者均存在叶片吸水现象，且降雨后的茎叶水势值分别相比降雨前升高了约６６．７％㊁５９．５％和８７．９％，且都呈现先上升后稳定的趋势㊂张欢［７７］以北京山地侧柏（Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）为研究对象，发现侧柏长期处于干旱胁迫状态时，叶片可以利用绝大多数降雨，并能从中获益来缓解叶片的干旱胁迫状态㊂Ｄａｗｓｏｎ等［８３］分析Ｄａｗｓｏｎ和Ｊａｃｏｂｓ的数据得出，降水事件的季节性变化导致了加利福尼亚州海岸红杉（Ｓｅｑｕｏｉａｓｅｍｐｅｒｖｉｒｅｎｓ）生态系统和荷兰草地生态系统的叶片湿润，使两个生态系统在冬天都受到雾㊁露的 额外补贴 ，并在干燥的夏季产生很大的影响㊂Ｃａｖａｌｌａｒｏ等［９７］以巴塔哥尼亚大草原的树木为研究对象，发现所有树木在湿润后都表现出叶片吸水，使叶片水势增加０ ６５ １ ６７ＭＰａ㊂杨利贞等［８９］以干旱荒漠区柠条（Ｃａｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ）㊁油蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｏｌｅｉｆｅｒａ）和花棒（Ｈｅｄｙｓａｒｕｍｓｃｏｐａｒｉｕｍ）为研究对象，发现三者均有叶片吸水现象，且不同种植物间㊁不同建植年限的植物叶片吸水潜力有所差异㊂有关叶片吸水的实验方法很多，主要包括液流法［７７，９１］㊁染料示踪法㊁质量法［９８］和水势法［９９］，但较为广泛使用的是稳定同位素法［７７，９２，１００］㊂稳定同位素法主要是利用人工降雨㊁超声雾化器等手段，将叶片暴露在以富集或贫化氢氧同位素标记水模拟的湿润环境中，一段时间后再测量叶片中是否出现这种标记水，并与木质部水的同位素值进行对比㊂值得注意的是，在关于叶片吸水的同位素标记实验中，往往不能忽视叶片的水分交换过程㊂由于叶片水分交换会改变叶片水分的同位素比值，却不一定使叶片含水量和水势发生改变，因此关于叶片吸水（净获得Ｈ２Ｏ）的研究不能仅观察叶片同位素比值是否改变［８４］㊂稳定同位素技术在叶片吸水过程研究的应用十分广泛㊂Ｌｅｈｍａｎｎ等［１０１］以干湿土壤条件下的夏栎（Ｑｕｅｒｃｕｓｒｏｂｕｒ）树苗为研究对象，将树木暴露在相对湿度高且１８Ｏ同位素贫化的水汽中来示踪水汽经叶片吸收后的运输过程㊂Ｓｃｈｗｅｒｂｒｏｃｋ等［１００］通过在５种温带林地蕨类植物叶表面施加氘水（Ｄ２Ｏ）示踪实验，探究蕨类植物的叶片吸水过程㊂Ｅｍｅｒｙ［１０２］基于稳定同位素标记实验，探究了加利福尼亚州主要灌木树种叶片吸水能力的差异，并认为这种叶片吸水能力将在气候变化下影响物种生理耐受性及分布㊂Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ等［１０３］认为虽然稳定同位素技术在标记水汽并探究叶片吸水机制的研究中具有良好的应用效果，但需要重新审视其计算叶片吸水率的问题，因为即便是叶片内外水汽浓度平衡的条件下，也能监测到叶片内外水同位素组成的交换过程㊂３．２㊀植物冠层存在的同位素分馏植物冠层通过参与光合作用㊁蒸腾作用以及叶片吸水过程与大气进行频繁的水汽交换，改变了叶片的同位素值㊂在蒸腾作用下，较轻的同位素相比较重的同位素优先扩散到大气中，形成明显的同位素分馏［１０４］㊂而在光合作用中存在的ＣＯ２吸收和同化过程中的分馏是影响叶片１３Ｃ同位素组成的主要因素［１０５］，且光合作用后的分馏（包括Ｒｕｂｉｓｃｏ羧化后的同位素分馏）也可能影响１３Ｃ的同位素组成㊂但是，光合作用中的生化分馏对氢氧同位素组成产生的影响还不清楚，尚需进一步地研究㊂４㊀结㊀语稳定同位素已经普遍应用于量化ＳＰＡＣ系统的水分转化研究，用于阐明ＳＰＡＣ系统中水分在植物和土壤间的双向运移机制㊁分馏机制以及冠层和大气间的水分交换机制㊂但稳定同位素在ＳＰＡＣ系统水分转化中的应用还存在诸多限制：①在基于稳定同位素识别和划分植物水分来源的研究中，多采用传统的 采集样品⁃抽提水分⁃上机分析 方法分析植物及其潜在水分来源的同位素组成，这种方法破坏性较大，对同位素组成的确定造成了很大程度的不确定性㊂②当前研究大多集中利用单一同位素来确定树木水分来源，但是不同的同位素对同一水体的同位素组成分析存在差异，如Ｄ和１８Ｏ间分馏速率存在差异，基于Ｄ和１８Ｏ确定植物水分利用来源由此也存在差异，因此利用单一同位素分析水池同位素增加了研究的不确定性㊂③叶片吸水发生在能使叶片湿润的天气条件下，如降雨事件㊁雾事件㊁露事件时，但成熟树木的冠层往往呈现复杂的空间异质性，树木叶片湿润的时间参差不齐，单个叶片的湿润特征只能代表某一特定区域而无法代表整体，使得难以准确测量叶片吸水发生的时８３２㊀第２期林雯淇，等：基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展间和地点，并且水分进入叶片细胞或细胞间隙后的去向，以及是否进一步参与树木的生理活动尚未可知㊂④受现有技术限制，对植物生理活动中存在的同位素分馏机制尚不清楚㊂未来基于稳定同位素的ＳＰＡＣ水分转化研究还需重点在以下３个方面进行：①借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种水分来源同位素组成进行原位观测，有利于高效解析同位素组成的短期动态变化，统一各水分来源的时间分辨率以分析ＳＰＡＣ系统水分移动过程㊂②结合多种水分来源同位素组成，来分析土壤⁃根系界面水分运移过程，从而进一步确定树木水分来源，提高识别和划分的准确性，并以此完善多元混合模型（ＩｓｏＳｏｕｒｃｅ）㊁贝叶斯混合模型（ＭｉｘＳＩＲ㊁ＳＩＡＲ㊁Ｍｉｘ⁃ＳＩＡＲ）等稳定同位素应用模型㊂③利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源，高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间㊂同时，由于树冠湿润事件在各类型生态系统的频繁发生，叶片吸水很可能成为各生态系统中的一般性事件，因此是否将叶片吸水纳入各地尤其是干旱地区的水文循环模型也需要进一步讨论㊂④结合控制性同位素标记实验并利用离心技术［１０６］提取木质部导管中的汁液水，对比分析各水分来源同位素偏差，以深入开展同位素分馏机制的研究㊂参考文献（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）：［１］ＤＡＷＳＯＮＴＥ，ＨＡＨＭＷＪ，ＣＲＵＴＣＨＦＩＥＬＤ⁃ＰＥＴＥＲＳＫ．Ｄｉｇｇｉｎｇｄｅｅｐｅｒ：ｗｈａｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｚｏｎｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅａｄｄｓｔｏｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｐｌａｎｔｅｃｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌ，２０２０，２２６（３）：６６６－６７１．ＤＯＩ：１０．１１１１／ｎｐｈ．１６４１０．［２］ＰＡＮＹＸ，ＷＡＮＧＸＰ，ＭＡＸＺ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏ⁃ｓｉｔｉｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｅｒｔｐｌａｎｔｓａｎｄｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｉｎａｎａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＣＡＴＥ⁃ＮＡ，２０２０，１８９：１０４４９９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃａｔｅｎａ．２０２０．１０４４９９．［３］ＢＡＲＢＥＴＡＡ，ＢＵＲＬＥＴＴＲ，ＭＡＲＴÍＮ⁃ＧÓＭＥＺＰ，ｅｔａｌ．Ｅｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｄｉｓｔｉｎｃｔｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｓａｐａｎｄｔｉｓｓｕｅｗａｔｅｒｉｎｔｒｅｅｓｔｅｍｓ：ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓｆｏｒｐｌａｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌ，２０２２，２３３（３）：１１２１－１１３２．ＤＯＩ：１０．１１１１／ｎｐｈ．１７８５７．［４］ＢＲＵＭＭ，ＶＡＤＥＢＯＮＣＯＥＵＲＭＡ，ＩＶＡＮＯＶＶ，ｅｔａｌ．ＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｃｈｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｄｅｆｉｎｅｓｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｒｏｕｇｈｔｔｏｌｅｒａｎｃｅｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｉｎａｓｅａｓｏｎａｌＡｍａｚｏｎｆｏｒｅｓｔ［Ｊ］．ＪＥｃｏｌ，２０１９，１０７（１）：３１８－３３３．ＤＯＩ：１０．１１１１／１３６５－２７４５．１３０２２．［５］贾国栋．基于稳定氢氧同位素技术的植被⁃土壤系统水分运动机制研究［Ｄ］．北京：北京林业大学，２０１３．ＪＩＡＧＤ．Ｗａｔｅｒｍｏｖｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｌａｎｔ⁃ｓｏｉｌｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉ⁃ｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３．［６］李雨芊，孟玉川，宋泓苇，等．典型林区水分氢氧稳定同位素在土壤⁃植物⁃大气连续体中的分布特征［Ｊ］．应用生态学报，２０２１，３２（６）：１９２８－１９３４．ＬＩＹＱ，ＭＥＮＧＹＣ，ＳＯＮＧＨＷ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｏｆｗａｔｅｒｉｎｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ（ＳＰＡＣ）ｓｙｓｔｅｍｏｆａｔｙｐｉｃａｌｆｏｒｅｓｔａｒｅａ［Ｊ］．ＣｈｉｎＪＡｐｐｌＥｃｏｌ，２０２１，３２（６）：１９２８－１９３４．ＤＯＩ：１０．１３２８７／ｊ．１００１－９３３２．２０２１０６．０２０．［７］ＲＯＴＨＦＵＳＳＹ，ＪＡＶＡＵＸＭ．Ｒｅｖｉｅｗｓａｎｄｓｙｎｔｈｅｓｅｓ：ｉｓｏｔｏｐｉｃａｐ⁃ｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｒｏｏｔｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅ：ａｒｅｖｉｅｗａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１７，１４（８）：２１９９－２２２４．ＤＯＩ：１０．５１９４／ｂｇ－１４－２１９９－２０１７．［８］ＺＨＵＷＲ，ＬＩＷＨ，ＳＨＩＰＬ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄｉｎｔｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｃｏｍ⁃ｐｅｔｉｔｉｏｎｆｏｒｗａｔｅｒａｆｔｅｒａｆｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｗｉｔｈＲｏｂｉｎｉａｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａｉｎｔｏａｎａｔｉｖｅｓｈｒｕｂｌａｎｄｉｎｔｈｅＴａｉｈａｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓ，ｎｏｒｔｈｅｒｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ，２０２１，１３（２）：８０７．ＤＯＩ：１０．３３９０／ｓｕ１３０２０８０７．［９］吴友杰．基于稳定同位素的覆膜灌溉农田ＳＰＡＣ水分传输机制与模拟［Ｄ］．北京：中国农业大学，２０１７．ＷＵＹＪ．ＷａｔｅｒｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳＰＡＣｉｎｉｒｒｉｇａｔｅｄａｎｄｆｉｌｍ⁃ｍｕｌｃｈｉｎｇｆａｒｍｌａｎｄｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｇ⁃ｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１７．［１０］ＭＵÑＯＺ⁃ＶＩＬＬＥＲＳＬＥ，ＧＥＲＩＳＪ，ＡＬＶＡＲＡＤＯ⁃ＢＡＲＲＩＥＮＴＯＳＭＳ，ｅｔａｌ．Ｃｏｆｆｅｅａｎｄｓｈａｄｅｔｒｅｅｓｓｈｏｗｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｕｓｅｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒｉｎａｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｇｒｏｆｏｒｅｓｔｒｙｅｃｏｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＨｙｄｒｏｌＥａｒｔｈＳｙｓｔＳｃｉ，２０２０，２４（４）：１６４９－１６６８．ＤＯＩ：１０．５１９４／ｈｅｓｓ－２４－１６４９－２０２０．［１１］梁杰．红树林叶和冠层的水同位素分馏机制及其应用研究［Ｄ］．北京：清华大学，２０１９．ＬＩＡＮＧＪ．Ｓｔｕｄｉｅｓｏｎｗａｔｅｒｉｓｏｔｏｐｉｃｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｓｉｎｌｅａｆ⁃ｃａｎｏｐｙｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｆｏｒｅｓｔｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａ⁃ｔｉｏｎｓ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９．［１２］ＨＡＨＭＷＪ，ＲＥＭＰＥＤＭ，ＤＲＡＬＬＥＤＮ，ｅｔａｌ．Ｏａｋｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｄｒａｗｎｆｒｏｍｔｈｅｗｅａｔｈｅｒｅｄｂｅｄｒｏｃｋｖａｄｏｓｅｚｏｎｅｉｎｔｈｅｓｕｍｍｅｒｄｒｙｓｅａｓｏｎ［Ｊ］．ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒＲｅｓ，２０２０，５６（１１）：ｅ２０２０ＷＲ０２７４１９．ＤＯＩ：１０．１０２９／２０２０ＷＲ０２７４１９．［１３］ＥＬＬＥＲＣＢ，ＬＩＭＡＡＬ，ＯＬＩＶＥＩＲＡＲＳ．Ｆｏｌｉａｒｕｐｔａｋｅｏｆｆｏｇｗａｔｅｒａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄａｌｌｅｖｉａｔｅｓｄｒｏｕｇｈｔｅｆｆｅｃｔｓｉｎｔｈｅｃｌｏｕｄｆｏｒｅｓｔｔｒｅｅｓｐｅｃｉｅｓ，Ｄｒｉｍｙｓｂｒａｓｉｌｉｅｎｓｉｓ（Ｗｉｎｔｅｒａｃｅａｅ）［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌ，２０１３，１９９（１）：１５１－１６２．ＤＯＩ：１０．１１１１／ｎｐｈ．１２２４８．［１４］ＺＨＡＮＧＢＢ，ＸＵＱ，ＧＡＯＤＱ，ｅｔａｌ．ＡｌｔｅｒｅｄｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＰｏｐｕｌｕｓｄｅｌｔｏｉｄｅｓｉｎｍｉｘｅｄｒｉｐａｒｉａｎｆｏｒｅｓｔｓｔａｎｄｓ［Ｊ］．ＳｃｉＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎ，２０２０，７０６：１３５９５６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０１９．１３５９５６．［１５］ＷＡＮＧＰＹ，ＬＩＵＷＪ，ＺＨＡＮＧＪＬ，ｅｔａｌ．Ｓｅａｓｏｎａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｗａｔｅｒｕｓｅａｍｏｎｇｒｉｐａｒｉａｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｔｒｏｐｉｃａｌｍｏｎ⁃ｓｏｏｎｒｅｇｉｏｎｏｆＳＷＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｃｏｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，２０１９，１２（４）：ｅ２０８５．ＤＯＩ：１０．１００２／ｅｃｏ．２０８５．［１６］ＭＡＹ，ＳＯＮＧＸＦ．Ｕｓｉｎｇｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅｏｆｓｕｍｍｅｒｍａｉｚｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉ⁃ｚａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＳｃｉＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎ，２０１６，５５０：４７１－４８３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０１６．０１．１４８．［１７］刘自强，余新晓，贾国栋，等．北京山区侧柏利用水分来源对降水的响应［Ｊ］．林业科学，２０１８，５４（７）：１６－２３．ＬＩＵＺＱ，ＹＵＸＸ，ＪＩＡＧＤ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｐｏｎｓｅｔｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒＰｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓｉｎＢｅｉｊｉｎｇｍｏｕｎｔａｉｎａｒｅａ［Ｊ］．ＳｃｉＳｉｌｖａｅＳｉｎ，２０１８，５４（７）：１６－２３．［１８］ＭＥＩＮＺＥＲＦＣ，ＡＮＤＲＡＤＥＪＬ，ＧＯＬＤＳＴＥＩＮＧ，ｅｔａｌ．Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒａｍｏｎｇｃａｎｏｐｙｔｒｅｅｓｉｎａｓｅａｓｏｎａｌｌｙｄｒｙｔｒｏｐｉｃａｌｆｏｒｅｓｔ［Ｊ］．Ｏｅｃｏｌｏｇｉａ，１９９９，１２１（３）：２９３－３０１．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ００４４２００５０９３１．［１９］ＷＡＮＧＪ，ＦＵＢＪ，ＬＵＮ，ｅｔａｌ．Ｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓｐｅｃｉｅｓｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｉｎｔｈｅｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ［Ｊ］．ＳｃｉＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎ，２０１７，６０９：２７－３７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０１７．０７．１３３．［２０］ＭＵÑＯＺ⁃ＶＩＬＬＥＲＳＬＥ，ＨＯＬＷＥＲＤＡＦ，ＡＬＶＡＲＡＤＯ⁃ＢＡＲＲＩ⁃９３２。

碳同位素技术在陆地土壤碳循环中的应用一、碳同位素技术概述碳同位素技术是指利用不同碳同位素的分布和变化规律来进行研究和分析的技术手段。

碳同位素是指碳元素在原子核内的质子数不变，但中子数不同的同种异构体，其中最常见的有碳-12（12C）、碳-13（13C）和碳-14（14C）。

在自然界中，碳元素主要以12C和13C 为主，而14C只存在于放射性同位素中。

通过测定不同环境中不同碳同位素的比例和分布，可以揭示出生物体、土壤和大气等中碳元素循环的过程和规律。

二、碳同位素技术在土壤有机碳研究中的应用土壤有机碳是土壤中最重要的碳资源之一，其含量和循环过程对于土壤肥力、环境质量和生态系统健康具有至关重要的影响。

利用碳同位素技术可以对土壤有机碳的来源、通量和稳定性等进行深入研究。

碳同位素技术可以用来追踪土壤有机碳的来源。

不同植被类型、土地利用方式和气候条件下，土壤有机碳中不同碳同位素的比例和分布会有所差异。

通过测定土壤有机碳中不同碳同位素的比例，可以推断土壤有机碳的来源和积累过程。

这为研究土壤有机碳的形成机制和演化过程提供了重要依据。

碳同位素技术可以用来评估土壤有机碳的稳定性。

土壤有机碳中不同碳同位素的分布和比例可以反映土壤有机碳的降解和积累速率，从而评估土壤有机碳的稳定性和循环速率。

这为预测土壤有机碳的储存和释放过程提供了科学依据，并为土壤碳储量估算和土地利用规划提供了重要参考。

碳同位素技术还可以用来研究土壤有机碳的通量。

通过测定土壤有机碳中不同碳同位素的比例和分布，可以追踪土壤有机碳的输入和输出过程，并揭示土壤有机碳在不同生态系统中的循环路径和通量大小。

这为评估土壤有机碳的来源和去向提供了重要依据，也为生态系统的碳平衡和土壤有机碳管理提供了科学依据。

三、碳同位素技术在土壤呼吸研究中的应用土壤呼吸是土壤中微生物和植物根系等呼吸作用释放的二氧化碳，是土壤碳通量的重要组成部分。

利用碳同位素技术可以对土壤呼吸的速率和来源进行研究和评估。

稳定同位素示踪技术在农业中的应用稳定同位素示踪技术（Stable isotope tracer technology）是近年来发展起来的一种现代分析技术，在农业领域中有着广泛的应用。

这种技术基于同位素比例分析的原理，通过将标记同位素引入试验样品中，计算稳定同位素之间的比例变化，以揭示其代谢和运动方式，从而进一步探究作物养分吸收利用规律等问题。

本文将重点详细介绍稳定同位素示踪技术在农业中的应用。

一、稳定同位素示踪技术的原理稳定同位素示踪技术的基本原理是利用同位素比值测定物质在代谢过程中的分布、转化、运动等过程的信息。

同位素是一种原子量相等、电子结构相同但质量不同的物质，例如同一元素的质子数不同的核素。

稳定同位素是指不放射性的同位素。

稳定同位素示踪技术可以通过添加稳定同位素标记化合物或利用大气中稳定同位素示踪元素的比例变化等方法，重点考察同位素比值的变化，以推断样品组分的代谢和运动情况。

从而完成对指定物质在生物体内转化过程的定量研究。

其最大特点是可以使用生物体内的代谢物质作为稳定同位素示踪元素，没有放射性污染问题。

而同位素比例分析技术可以快速分析、高效定量，有较高的分析灵敏度和准确性。

二、稳定同位素示踪技术在农业领域中的应用1.养分吸收利用规律的探究稳定同位素示踪技术可以应用于农业领域中的养分吸收利用规律的探究。

例如，利用氮（N）示踪可定量测定作物与环境中不同形态的氮利用效率，进而评估作物对氮的利用高效性以及肥料利用率。

利用碳（C）同位素示踪，可以回溯作物的光合作用过程及其与土壤碳循环和有机碳贮积之间的关系。

稳定同位素示踪技术主要应用于稻田、果树、小麦、玉米等重要农作物的营养动态及其土壤养分与生物循环的研究。

2.土地污染及其影响因素研究稳定同位素示踪技术也可应用于农业领域中的土地污染及其影响因素研究。

例如，利用稳定同位素示踪指标可以对土壤中的重金属、放射性元素等进行监测评价及来源确认。

同时可以通过稳定同位素技术跟踪其与植物生长之间的关系，以评估土壤污染对植物生产和环境质量的影响。

⼟壤有机质与⼟壤固碳作者郑聚锋陈硕桐编者按为提⾼公众对农业温室⽓体减排的科学认知，了解⼟壤管理在农业碳中和中的重要作⽤，增强全社会对⼟壤资源保护和⽓候变化缓解的责任感和迫切感，我刊特别策划“⼟壤与农业碳中和”专题，邀请南京农业⼤学潘根兴教授领衔的⼟壤学研究团队撰写系列科普⽂章，以此迎接12⽉5⽇“国际⼟壤⽇”的到来。

⼟壤有机质是⼟壤的关键组分和肥⼒基础，构成了巨⼤的有机碳库，对⽓候变化有重要的调节作⽤。

提升⼟壤固碳潜⼒对碳中和与农业可持续发展具有重要意义。

全球地表以下⾄1⽶深的⼟层储存碳约25 000亿吨（15 500亿吨有机碳和9500亿吨的⽆机碳）[1]。

其中有机碳库为⼤⽓碳库（7500亿吨）的2倍，接近陆地植被⽣物量碳的1.8倍。

⼟壤有机碳库是地球表层系统中最⼤、最具有活性的⽣态系统碳库，其微⼩变化将对⼤⽓⼆氧化碳浓度产⽣巨⼤影响。

据统计，全球每年因⼟壤呼吸(包括⼟壤⽣物呼吸和⼟壤中植物根系呼吸)释放的⼆氧化碳为500亿~760亿吨，占陆地⽣态系统与⼤⽓间碳交换总量的2/3，接近于⼤⽓碳库的1/10 [2]。

可见，⼟壤有机碳的保持与稳定对全球⽓候变化起着重要的调节作⽤，并影响着陆地⽣态系统的分布、组成、结构和功能。

⼟壤有机碳库主要集中在植物根系分布的表层。

由于⽓候、植被和⼟壤类型等不同，⼟壤有机碳储量地理差异较⼤。

例如，⼲旱区农⽥⼟壤有机碳密度较低，仅为30吨/公顷，⽽在⾼纬度草原地区可⾼达80吨/公顷以上。

据估算，全球⼟壤表层（20厘⽶以内）有机碳储量约为6150亿吨，占⼟壤剖⾯（1⽶）有机碳总储量的40%。

⼟壤表层碳密度易受到⼈为活动的强烈⼲扰，因⽽⼟壤碳管理在全球环境管控中具有重要地位。

⼟壤有机质与⼟壤碳库⼟壤有机质及其类型⼀般来说，⼟壤有机质主要来源于植物残体、根系及其分泌物，以及⼟壤微⽣物及其代谢产物，是不同分⼦⼤⼩和碳链结构的糖类、单宁、脂质、⽊质素、蛋⽩质和芳⾹族化合物等类群的有机物质的集合体。

稳定同位素示踪技术在生态环境研究中的应用稳定同位素示踪技术是一种用稳定同位素所标记的物质来追踪物质在生物体系中的流向和转化的技术。

这项技术具有高精度、高可靠性的特点，已被广泛应用于生态环境研究中。

本文将介绍其应用与优势。

一、稳定同位素示踪技术的基本原理稳定同位素示踪技术利用不同同位素相对丰度的差异来追踪物质在生态系统中的流向和转化。

稳定同位素是指质子数不变、中子数不同的同种元素。

在自然界中，同种元素的不同同位素存在着一定的相对丰度，其比值可以通过质谱等仪器测定。

通过分析生态系统中物质的同位素比值的变化，可以揭示其在生态系统中的流动规律、生物、化学转化过程等信息。

二、稳定同位素示踪技术在生态环境研究中的应用1. 碳同位素示踪技术碳是生物体系中最常见的元素，也是地球上最常见的元素之一。

稳定同位素示踪技术中，以13C、14C为代表的碳同位素被广泛应用于生态系统中的有机物质的碳循环研究。

通过13C标记的有机物质可以推断出在生态系统中的有机物质的生产来源和转化过程，如光合作用中CO2的转化能力、土壤中有机物的来源等。

2. 氮同位素示踪技术氮是生物体系中不可或缺的营养元素，通过稳定同位素示踪技术，可以研究氮在生态系统中的流向和转化过程，如鱼类食物中的氮成分、原生动物对有机物的初始分解、土壤中化学、生物反应过程的变化等。

3. 氢同位素示踪技术氢是水分子的成分之一，在稳定同位素示踪技术中，利用氢同位素分析水的运移情况、水-土壤-植物系统的异质同位素内循环、动物饮水水源等信息。

4. 氧同位素示踪技术在生态系统中，氧同位素示踪技术可用于水的来源及其质量的研究，如大气水湿滞过程中的同位素分布。

三、稳定同位素示踪技术的优势1. 非放射性示踪：与放射性示踪技术相比，稳定同位素示踪技术不会产生放射性废物和辐射污染，对人体和环境无害。

2. 高精度：稳定同位素示踪技术样品处理比较简单，并且稳定性较高，测量精度高。

3. 应用广泛：稳定同位素示踪技术在生态环境研究中可应用于不同类型的生物体系和环境领域。

农田生态系统土壤碳循环中稳定同位素分析技术的应用研究摘要：农田生态系统土壤碳动态改变流程与制度调控，对于深化认知陆地生态碳循环系统与全球碳平衡的明确评估意义重大。

稳定碳同位素属于天然性示踪物，与放射性同位素比较，优势包括易控、无污染、安全性高，正广泛用于农田生态系统的土壤碳循环研究流程。

故此，本文就稳定碳同位素的研究模式，分析稳定同位素分析技术在农田生态系统土壤碳循环中的实践运用，仅供参考。

关键词：农田生态系统；土壤碳循环；稳定同位素分析技术；实践应用引言因人类活动与化石燃烧应以二氧化碳为首，这样大气之中的温室气体浓度就会增加，造成全球逐渐变暖。

要想解决大气的温室效应，作为全球环境中急需处理的一大难题，陆地生态体系的土壤学碳循环和大气之中的温室气体浓度改变密切相关，农田土壤的固碳潜力较大，但受到人们灌溉、施肥、耕种等管理方面的影响，农田土壤中的碳库质量会加速改变，不仅会让土壤肥力和作物产量发生变化，还会严重影响到全球环境。

所以对农田土壤碳动态的变化流程与制度调控加强认知，掌握土壤周转模式，深层认知陆地生态系统的碳循环流程与全球碳平衡的明确估算意义重大。

一、稳定碳同位素的研究模式当前稳定碳同位素（见图1）的常用检测方法包括光谱法、核磁共振、质谱法。

其中通用的稳定同位素分析中，质谱法属于最明确且最通用的方法。

稳定同位素的质谱法先让样品内部分子或原子进行电离，产生相似的同位素离子，而后在磁场及电场作用下，让不同质量和电荷之比离子流进行分开测量。

稳定同位素质谱仪不仅可以用来研究气体、固体，还能用来分析全部稳定同位素元素。

近几年，伴随化学生物元素的循环发展，借鉴同位素质谱，通常采用气体制备以及导入同位素质谱设备、痕量气体预浓缩同位素质谱设备联用技术的涌现，碳稳定同位素分析实现了飞速发展。

稳定同位素质谱仪测量同位素比率大概可以分成三个步骤（可见图2）。

图1 稳定碳同位素示意图图2 稳定碳同位素样品分析流程图二、稳定同位素技术在农田生态系统土壤碳循环中实践运用（一）土壤有机碳的来源以及周转规律（1）稳定碳同位素的示踪法。