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LI-2100 | 叶片水氢氧同位素的控制因素

日期: 2023-11-13
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太白山,是秦岭山脉最高峰,也是青藏高原以东第一高峰,如鹤立鸡群之势冠列秦岭群峰之首,以高、寒、险、奇、富饶、神秘的特点闻名于世、称雄华中。

李白的“西上太白峰,夕阳穷登攀”,“西当太白有鸟道,可以横绝峨眉巅”,形象地将太白山的雄峻高耸烘托而出。如今,更是有不少中外游客慕名前来,一览拔仙绝顶和云海奇观,领略太白峰的险峻神秘。

2020年,来自中国科学院地球环境研究所的研究团队分别于5月、7月和9月登上太白山,在奇观景象之中收集土壤和植物,开启了叶片水氢氧同位素的相关研究。

叶片水氢氧同位素的控制因素

LI-2100 | 叶片水氢氧同位素的控制因素

氢氧稳定同位素(δ2H和δ18O)常被用作示踪剂来跟踪水从降水输入运移到土壤,最终通过土壤蒸发和叶片蒸腾释放的过程。叶片水蒸腾对于调节各种尺度的水平衡至关重要。陆地植物叶片水通过气孔蒸发分馏导致重同位素富集,这在很大程度上取决于等大气条件(温度和相对湿度等)以及生物生理过程。叶片水同位素信号整合到植物有机物中,例如纤维素和叶蜡,成为研究古气候重建的新方法。然而,尽管叶片水同位素在生态水文学和有机生物合成中很重要,但人们对叶片水同位素的控制因素以及源水和水文气候在确定叶片水同位素中的作用仍然缺乏了解且叶片内同位素分馏所涉及过程的复杂性使得准确预测和测量变得困难。

基于此,在本研究中,来自中国科学院地球环境研究所的研究团队于2020年5、7和9月在太白山(33.96°N,107.77° E)收集了土壤和植物(枝条和叶片)样品,同时获取了温度、相对湿度和降水量等相关气象参数。利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统(北京理加联合科技有限公司)提取土壤和植物中的水分。利用Picarro L2130-i水同位素分析仪确定土壤水稳定同位素组成。并测定其他水体的稳定同位素组成。通过对土壤水、枝条水和叶片水的δ18O和δ2H测量值与叶片水的δ18O和δ2H C-G模型预测值进行综合分析,确定δ18OLeaf和δ2HLeaf值的控制因素,以增进我们对与叶片水相关的植物有机生物标志物中提取的δ18O和δ2H中所保存的环境信号的理解。

【结果】

LI-2100 | 叶片水氢氧同位素的控制因素

叶片水δ18O和δ2H值与潜在源水δ18O和δ2H值(枝条水、土壤水和降水δ18O和δ2H)以及气象参数(例如、MAP、MMP、MAT、MMT、MARH、MMRH)相关性(r)热图。

LI-2100 | 叶片水氢氧同位素的控制因素

叶片水同位素测量值与C-G模型预测值比较。

LI-2100 | 叶片水氢氧同位素的控制因素

叶片水δ18O和δ2H值的结构方程模型(SEM)。

【结论】

沿黄土高原高程样带,对降水、土壤水、枝条水和叶片水进行重复采样,探索δ18OLeaf和δ2HLeaf值与气象参数和源水的控制关系。气象参数和源水对δ18OLeaf和δ2HLeaf值的影响不同,δ18OLeaf和δ2HLeaf双图生成同位素线。作者发现δ2HLeaf值与源水同位素的相关性比δ18OLeaf更密切,而高程样带沿线δ18OLeaf和δ2HLeaf值与气象参数具有相似的相关性。观测结果表明,源自δ18OLeaf和δ2HLeaf值的植物有机同位素(例如叶蜡和纤维素)可以提供中国黄土高原相对的气候信息。此外,双同位素分析表明δ18OLeaf和δ2HLeaf值由于相似的海拔和季节响应而密切相关。源水(即降水)主导δ18OLeaf和δ2HLeaf值,气象参数对δ18OLeaf和δ2HLeaf值的影响相当,且随黄土高原样带海拔和季节的变化而变化。未来,作者将研究交叉角与水文气候和生化因素的关系。

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