有机物碳、氮和氧同位素

有机物碳、氮和氧同位素

碳、氮元素是主要的生命元素和自然组分,对生命体功能乃至整个生态系统的功能都起着非常 重要的作用。碳稳定同位素在地质、环境、生物、农业以及生态系统等各领域的研究中都有着越来越广泛的应用。利用稳定碳、氮同位素技术可以揭示植物中碳元素循环过程中所包含的物理、化学、代谢以及气候和环境等许多方面的信息。

植物、土壤、沉积物的碳、氮、氧同位素可以指示、示踪和整合不同时空尺度碳、水和氮循环的关键过程与功能。比如,光合判别过程引起叶片光合产物和大气δ13C的差异(△13C)与Ci/Ca线性相关。基于△13C推导的Ci/Ca即是陆地碳循环模型计算GPP的关键参数,还可计算光合固碳与蒸腾耗水的权衡(水分利用效率);另外,基于年轮或沉积物等长时间尺度样品中的δ13C可重建古环境CO2浓度。植物δ18O与源水的差值(△18O)与大气和叶片水汽压比值倒数相关,可表征一段时间内气孔导度的变化情况。结合叶片△13C和△18O可区分植物水分利用变异是由光合速率还是气孔导度主导的。

生态系统内共存物种的δ15N可表征植物对不同形态氮的分化利用。其理论基础是土壤氮周转过程中的同位素分馏过程使植物可利用氮,比如铵态氮、硝态氮和有机氮的δ15N存在差异。另外,生态系统尺度的叶片δ15N可表征土壤氮供给能力。其理论基础是土壤气态氮损失富集土壤中的残余氮。N供给能力强生态系统大量气态氮损失,导致土壤和植物中的δ15N富集;反之则贫化。

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