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土壤呼吸 | 冬季增雪促进冻融期N2O排放机制

研究背景：被忽视的“冬季脉冲”释放一氧化二氮（N2O）作为一种高效温室气体，其单位质量对全球变暖的影响是二氧化碳的近300倍。特别是在寒冷草原地区，每年春季的“冻融期”会爆发剧烈的N2O“热时刻”，而这些短暂却强烈的排放事件，往往被全球温室气体模型忽略。研究目标：揭秘雪下土壤N2O的爆发机制中国科学院植物研究所的研究团队，首次结合“原位高频自动通量监测”与“区域土壤柱模拟实验”，系统揭示了加深的冬季积雪如何显著放大草地土壤N2O排放，并进一步明确了水分与微生物联动机制在这一过程中的核心作用。图1. 研究区概况实验一：原位自动监测，捕捉全年N2O变化趋势地点：内蒙古草原生态系统研究站（IMGERS）方法：在天然草地中布设雪围栏制造“深雪处理”，并使用SF-3500系列多通道土壤气体通量测量系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略），配合高精度激光光腔分析仪，实现全年不间断、每日高频率N2O通量监测。亮点数据：深雪下冻融期内最大N2O通量高达252μgNm⁻² h⁻¹，是自然雪层的近9倍；短短46天的冻融期贡献了全年的57%通量。实验二：12地土壤柱，揭示区域差异与机制区域：覆盖干旱、典型、湿润草甸草原，横跨1500公里方法设计：每个站点采集天然土壤柱，维持原始结构不扰动；设置4种模拟雪深处理（0、8、16、28cm），以冰替代雪后融化再冻融，重建真实的土壤温度与水分变化；用静态箱采气法共采集1920组数据，并配套土壤含水量、微生物碳氮、酶活性和基因丰度等指标分析。结果1.冬季增雪促进冻融期N2O排放图2. 冻融期N2O排放通量 2. 调控冻融期N2O排放因素图3. 气候、植物和土壤理化性质对生态区不同模拟雪深下冻融期N2O通量的影响图4. 生物因素对冻融期N2O排放的影响 3.水分-微生物层级调控机制图5. 生物与非生物因素的相对重要性图6. 水分-微生物对冻融期N2O排放的层级调控机制 4. 驱动不同生态区N2O排放热点的因素图7. 不同生态区域充水孔隙度和微生物属性变化的控制因素微生物机制揭秘研究发现当土壤含水率（WFPS）处于43%66%区间时，N2O排放受水分与微生物“联合作用”控制；而当含水率超过66%时，N2O释放完全由微生物主导，尤其是与氮循环相关的酶活性和功能基因表达。关键微生物因素narG、napA基因（硝酸还原）和nosZ基因（N2...

2025 - 08 - 18
ASD | 非洲草原上的“碳”秘密：放牧强度与土壤固碳的微妙关系

在应对气候变化的全球行动中，“土壤碳汇”这一关键词越来越频繁地出现在科学家们的研究中。在全球气候治理日益紧迫的今天，如何提升土壤碳汇能力，成为科学界关注的热点。近日，一项发表在国际期刊《Land Degradation & Development》的最新研究，聚焦非洲萨赫勒地区，通过实地采样与建模分析，揭示了不同放牧强度对草原土壤有机碳储量的影响机制。图1. 研究区域和实验地点的位置。研究背景非洲萨赫勒地区是全球典型的半干旱草原生态系统，牧业在当地生计中占据重要地位。然而，关于放牧对土壤碳储量的具体影响，尤其是在不同强度下的机制，一直缺乏系统的实地数据。研究方法§采用多点样方布设，覆盖不同放牧压力区域§采集0–30cm深度的土壤进行碳氮分析§结合ASDLabSpec4地物光谱仪进行快速土壤属性预测§使用结构方程模型（SEM）解析变量间直接与间接作用关系研究亮点团队在塞内加尔Dahra地区设置了四个不同放牧强度等级（重度、中度、轻度与禁牧）下的观测样地，结合近地遥感、土壤样品分析与结构方程建模，得出了颇具启发性的发现：1. 重度放牧区土壤碳储量反而最高？是的，你没看错！研究显示，重度放牧区域的表层土壤有机碳（SOC）储量明显高于其他区域。这是因为牲畜粪便的大量积累、踩踏导致植物凋落物更快混入土壤，以及植物多样性变化带来的间接影响，共同促进了表层土壤碳的积累。2. 放牧通过“植物多样性-碳氮比”间接调控土壤碳研究进一步发现，放牧不仅直接影响土壤碳储量，还通过影响植物物种多样性→改变植被的碳氮比→间接调控SOC积累路径。其中，重度放牧虽然会减少植物多样性，但这反而降低了碳氮比，使得有机质分解更快、更易积碳。3. 不放牧 ≠ 更好相比之下，长期禁牧地块的植物多样性虽然更高，但因缺乏动物粪便输入、植物竞争加剧、凋落物难以快速分解，反而造成土壤碳储量较低。这提醒我们：并非“越少干预越好”，而是要找到生态系统的动态平衡点。图2. 不同放牧强度（a）和土壤深度（b）土壤有机碳含量的变化。统计摘要和显著性结果如表1所示。（a）中，条形图显示平均值±标准误差，字母表示不同放牧强度水平之间的比较。图3. 放牧强度和草本植物多样性对土壤有机碳的相互作用。图4. 结构方程模型描绘了放牧强度、物种多样性、草本生物量、土壤碳氮...

2025 - 08 - 11
土壤呼吸 | 草原“微呼吸”的秘密：水与氮，如何撬动温室气体N2O的释放？

草原“微呼吸”的秘密近年来，全球变暖与温室气体排放问题引发了社会广泛关注。相比家喻户晓的二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4），一氧化二氮（N2O）这个“沉默杀手”常常被忽视。其实，它的温室效应是 CO₂的近300倍！而土壤，尤其是草原生态系统中的土壤，是N2O排放的关键源头。那么，自然界中的水和氮如何共同作用，影响N₂O的释放？这正是本文关注的焦点。研究背景草原土壤中的N2O释放机制依然模糊温带草原在全球陆地生态系统中占据重要地位。由于人类活动增强，氮沉降和气候变化正在改变草原的养分与水分格局，但我们对这些变化如何影响土壤 N2O 排放的理解仍不充分。为此，研究团队在内蒙古典型草原区开展了一项连续三年的现场实验，通过控制氮添加、水分添加以及两者联合作用，深入剖析水氮互作对N2O释放的驱动机制。图1. 2020年不同月份氮和水添加条件下土壤N2O通量的变化。处理：对照（CK）、氮添加（N4）、水添加（W1）、氮水结合（W1N4）。本研究中土壤N2O通量使用激光气体分析仪与LICA SF-3000多通道自动土壤通量测量系统联合进行长期观测。该系统配备自动开闭呼吸室和多通道切换器，支持无人值守连续监测，助力科研人员精准捕捉N2O日变化与季节动态。此外，土壤水分、温度等环境因子通过连接SR-21测量舱的探头实时监测，确保数据的高精度与一致性。图2. 2020年土壤温度和土壤湿度影响下N2O通量月变化。图中不同圈出的数字代表不同的月份。①：一月；②：二月；③：三月；④：四月；⑤：五月；⑥：六月；⑦：七月；⑧：八月；⑨：九月；⑩：十月；⑪：十一月；⑫：十二月。红色代表N2O通量高，蓝色代表N2O通量低。图3. (a) 2020年5月土壤N2O通量及土壤温度、湿度日动态。(b) 2020年8月土壤N2O通量及土壤温度、湿度日动态。处理：对照（CK）、氮添加（N4）、水添加（W1）、氮水结合（W1N4）。图5. 氮水添加条件下土壤N2O排放量的月变化。处理：对照（CK）、氮添加（N4）、水添加（W1）和氮水结合（W1N4）。不同小写字母表示同一月份不同处理间差异显著，不同大写字母表示同一处理不同月份差异显著（p 0.05）。主要发现：水+氮，协同“激活”微生物释放N2O研究表明：单独添加氮或水时，土壤 N2O 排放反应并不显著。但水与氮共同添加时，N2O 排放...

2025 - 07 - 08
荒漠草原的“呼吸密码”：一场关于碳汇与气候变化的秘密对话

当我们谈到气候变化时，总会关注北极冰川、碳达峰、绿色能源……但你是否知道，一片荒漠草原的土壤，也在悄然影响着全球碳循环？近期，内蒙古农业大学草地资源团队在《植物生态学报》发表研究成果，揭示了荒漠草原土壤在不同“冻融阶段”下，对气候变暖和氮沉降的响应机制。图1. 土壤不同冻融阶段对应的平均气温、降水量、土壤温度和含水量。A,平均气温和降水量。B, 0–10cm深度的土壤温度。C, 0–10cm深度的土壤含水量。D,不同处理下的土壤冻融阶段。黑色垂直线区分生长季(Gs)和非生长季节(Ngs), 灰色垂直虚线之间的区域是冬季冻结期(Sfw), 黑色垂直虚线之间的区域是秋季冻结期(Saf); Sst, 春季解冻期。CK, 对照; N, 氮添加; W, 增温; W+N, 增温+氮添加。Freezing, 秋-冬季冻结; Frozen, 冬季冻结; Thawed, 融化; Thawing, 冬-春季解冻。图2. 不同处理下土壤CH4全年和季节性累积吸收通量以及季节性吸收通量对全年通量的相对贡献。A, 土壤CH4累积吸收通量(平均值±标准误)。B, 土壤CH4季节性吸收通量对年吸收通量的相对贡献。CK, 对照；N, 氮添加；W, 增温；W+N, 增温+氮添加。Gs、Saf、Sfw和Sst分别指生长季、秋季冻结期、冬季冻结期和春季解冻期。不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(p 0.05)。*, p 0.05; **, p 0.01; ***, p 0.001。一年四季，草原土壤会“呼吸”出什么？本研究区域位于内蒙古自治区乌兰察布市西北部的四子王旗，本研究利用SF-3500多通道土壤气体通量测量系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略），在一年中不间断监测了内蒙古荒漠草原的土壤甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）通量。结果发现：荒漠草原是甲烷的“净吸收器”（即“碳汇”），全年吸收通量高达344–471mg C·m-2，其中非生长季贡献竟占了41%！CO₂则以排放为主，非生长季也贡献了9%的年度排放总量。特别是在“秋冻”“冬冻”和“春融”这些特定阶段，土壤的气体交换行为表现出不同的“性格”：秋季：土壤尚未完全冻结，微生物活跃，CH₄吸收最多。冬季：土壤进入低温沉寂，CH₄吸收虽少，但并未完全“停工”。春季：随着温度回升，CO₂排放“骤然苏醒”。表1. 增温、...

2025 - 06 - 17
土壤呼吸 | 森林中溶解有机物的移动在解冻期间影响下游土壤的二氧化碳通量

森林约占全球土壤碳库的70%，是调节大气CO2浓度的关键因素。湿地作为陆地和水生系统的过渡区，通常地下水位接近地表。全球变暖导致北方低地森林被湿地取代，造成景观破碎化，并可能改变碳通量。土壤CO2通量占大气碳的20-38%，其主要来源是土壤呼吸，包括自养和异养呼吸。异养呼吸受温度、湿度和溶解有机物（DOM）影响。低分子量化合物（LMW）更易降解，促进微生物活动和土壤呼吸。解冻期雨雪事件可将DOM输送至湿地，影响土壤CO2通量。本研究假设，解冻期森林湿地集水区的土壤CO2通量受DOM运动的影响，目标是分析CO2通量变化，确定DOM的影响，并探索微生物在其中的作用。图们江位于中国、朝鲜和俄罗斯的交界处，最终流入日本海，地处中高纬度地区，范围为北纬41.99°到44.51°（图1(a)）。布尔哈通河是图们江的重要支流，其上游流域面积为1560平方公里。该流域以山地森林为主，森林、农田和湿地的覆盖率分别为81.7%、12.0%和2.0%（图1(b)）。主要植被为蒙古栎、白桦、红松和苔草，分别分布在混交林和湿地中。土壤类型包括壤土、粉质黏壤土和黏土，深度分别为0–11、11–34和34–64厘米。水东森林湿地流域（SFWC）是布尔哈通河流域的一个子流域，面积为0.98平方公里，其中森林、农田和湿地面积比例分别为93.1%、0.7%和2.2%。此外，高地森林汇聚形成一条流经下游湿地的溪流。因此，该流域为研究融化期间森林湿地内DOM运动对土壤CO2通量变化特征的影响提供了一个理想的天然实验室（图1(c)）。图 1. 图们江流域地理位置（TRB，a）及BRW主要土地利用分布（b）。森林湿地流域内现场站点（▲）、土壤呼吸站点（●）、水体采样站点（▲）的空间分布及相应的场景图片（c）。上游水和下游水分别是流入湿地的上游水和流出湿地的下游水的简称。本研究使用便携式温室气体分析仪及PS-3010超便携CH4/CO2土壤呼吸系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）测量了低洼森林、湿地和农田的土壤呼吸速率。在每种土地利用随机选择的5m×5m区域内设置三个独立地块（1 m × 1 m），并将九个表面积为 78.5cm2 的土圈提前24小时插入土壤10 cm。分别于2021年4月18日至21日 8:00、12:00 和17:00 记录原位土壤呼...

2024 - 12 - 02
2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

高纬度苔原和针叶林、中纬度阔叶林和草原、高山和高原地区普遍存在季节性、昼夜性甚至持续数小时的冻融循环。北半球近55%的陆地面积经历季节性冻融，土壤冻融循环持续时间从几天到150天不等。频繁的冻融循环改变了土壤微生物群落结构和代谢，加速土壤有机质的分解，并以温室气体（如CO2、CH4和N2O）或溶解有机碳（DOC）的形式排放。这些过程已成为生态学、冻土学和生物地球化学研究的重点。冻融循环对地表土壤CO2和CH4通量的影响备受关注。一项研究发现，积雪对冬季土壤呼吸的影响是短暂的，厚度变化对CO2通量影响小。了解活动层过程对多年冻土区土壤CO2和CH4动态的响应和反馈至关重要。冻融循环频率和持续时间对高寒地区土壤碳通量具有重要调控作用。不同生态系统在融化期具有较高的CO2和CH4通量，研究表明，在近地表土壤冻结期间CO2通量达到峰值，随后显著下降。春季融化期（20-30天）的甲烷通量占全年总量的11%。本研究在内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外观测研究站（NFORS-DXAE）进行。该地区具有典型的大陆性季风半干旱气候，多年平均气温为-4.4°C，年蒸发潜力800-1200毫米，年降水量450-550毫米，其中60%集中在7月和8月，降雪期为9月至次年5月，平均降雪厚度约30厘米。实验地块位于海拔820米的北坡落叶松林，主要乔木为兴安落叶松和白桦，平均胸高10 cm，平均树高10±4.90 m。主要灌木为杜香，平均株高0.31±0.07 m，平均植被盖度39±8%。土壤为棕色针叶林土，土层厚度30-40 cm（包括10 cm的腐殖质层），有机质含量42.74±0.92 g·kg−1。根据2009-2011年地温数据，活动层厚度为0.5至2.0 m。图1. 内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外科学观测研究站研究区位于中国东北大兴安岭北部。由于测量系统配套设施通道数量和长度有限，样地被划分为4个子区。为保证测量的可靠性和代表性，样地被划分为16个5×5 m的子区。每个子区随机选择4个子样。在每个子区放置一个点来测定土壤呼吸速率。为此，将一个高10 cm、直径20 cm的PVC土环的一端压入土壤5cm深，并清除表面废弃物。PVC土环在土壤呼吸测量前一周铺设，整个测试过程中PVC土环保持静止。由于...

2024 - 10 - 21
Picarro | 淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用

微塑料是指直径小于5毫米的塑料颗粒，它们主要来源于塑料制品的磨损、降解和破碎，对环境和生态系统产生了不容忽视的影响。微塑料广泛分布在河流、湖泊、海洋等水体中，对水环境会造成污染，也可被水生生物摄取，进而在食物链中传递，最终影响到人类健康。此外，微塑料还可能影响浮游动物的摄食、生长和繁殖，从而影响整个生态系统的功能。针对微塑料是否会影响生物扰动活动，国外的一组团队展开了研究。淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用微塑料（粒径≤5mm）是塑料废物中的一部分，会通过沿海径流和河流进入到海洋。根据其密度差异，或漂浮在水中或进入沉积物中。沉积物-水界面是水中生物主要活动区，通过生物地球化学过程在生态系统功能中发挥着重要作用。这些生物地球化学过程主要由微生物活动驱动，而底栖无脊椎动物生物扰动作用明显，可凭借进食、排泄、推土、掘穴以及建造洞穴、土堆和坑等行为影响各界面间的养分动态及微生物过程。但目前尚不清楚微塑料的存在是否会影响生物扰动者在沉积物中的生理和活动。基于此，为填补研究空白，国外的一组研究团队在法国东南部Lone des Pêcheurs河床收集沉积物，过筛后，于-20℃储存以杀死微生物。然后测量了沉积物样品的颗粒物粒径分布、总有机碳（TOC）和总氮含量（TN）。将沉积物和微塑料在玻璃瓶中混合以形成4个微塑料浓度（0 颗粒物/kg沉积物干物质（对照）；700 颗粒物/kg沉积物干物质（低）；7000 颗粒物/kg沉积物干物质（中）；70000 颗粒物/kg沉积物干物质（高））。水丝蚓在淡水底栖生物栖息地的生物地球化学和生态学中具有关键作用，选择其作为生物扰动者进行研究。试验共8个处理（4个微塑料浓度×有无水丝蚓），5次重复。沉积物和微塑料混合一周后转移到2L玻璃培养瓶中，然后上覆10 cm合成淡水，将180个长度为1-3 cm的水丝蚓放入培养瓶中，进行77天培养试验。在试验最后4周，分析了水丝蚓的生物扰动活动（沉积物重建和生物灌溉）和地球化学过程（CO2、CH4（Picarro G2201-i同位素和气体浓度分析仪）和养分通量）。试验结束时（77天），确定每种处理下水丝蚓的存活率，并将其分成两部分，一部分用来评估其生理状态（能量储存和氧化应激），另一部分用来确定水丝蚓摄入的微塑料数量。旨在评估微塑料对水丝蚓及生态系统服务功能...

2024 - 02 - 28
Picarro | 青藏高原中部冰芯气泡δ18O指示晚全新世冰川变化

在青藏高原的腹地，巍峨的唐古拉山脉伫立于世界之巅，其冰川如同大自然的年轮，默默记录着地球气候的每一次微妙变化。冰川之中，那些被冰封的气泡，就像是时间的容器，保存着过去气候的密码。冰芯气泡，是冰川积累过程中空气被困于冰层之中形成的。它们不仅仅是简单的空气囊泡，而是携带着过去气候信息的宝贵资源。当雪花飘落并逐渐积累成冰时，其中的空气被封存，形成了气泡。这些气泡中的空气成分，包括温室气体如二氧化碳和甲烷，以及它们的浓度，都是反映当时大气成分的重要指标。科学家们通过分析这些冰芯中的气泡，揭示了气候变化的历史，而冰芯中的δ18O值更是成为了解这一历史的关键线索。青藏高原中部冰芯气泡δ18O指示晚全新世冰川变化冰芯中的气泡是冰初形成时的地球大气，蕴含了关于过去的无穷讯息，是研究古大气环境最直接的方法，且已广泛用于区域或全球气候重建。极地和高山冰川冰芯中空气含量的变化除了与积雪速率和气温变化有关，主要与太阳辐射强度有关，已用于建立冰芯年代学。冰芯气泡的氧同位素比率（δ18Obub）可以指示气温高低的变化。然而，由于缺乏长期连续的数据记录，人们对其在山地冰川中的气候影响知之甚少。基于此，在本文中，来自中国科学院青藏高原研究所的研究团队在青藏高原中部的唐古拉冰山（33°06'36.6' N，92°04'24.4' E）钻取了190.3 cm长的冰芯。通过描述和分析其物理特性（例如密度、积雪厚度、空气含量和污染层）、检测放射性核素-β活度、检测β粒子数并计算冰芯放射性强度、测量不溶性微粒浓度和可溶性无机离子浓度、测量冰芯δ18O值（利用Picarro L2130-i水同位素分析仪）以及δ18Obub值来调查δ18Obub的气候影响及其所包含的气候信息。唐古拉冰川地理图【结果】唐古拉冰川10m冰芯层数定年结果全新世晚期以来唐古拉冰芯δ18Obub的变化结果【结论】基于年层数法，对比冰芯中空气含量的变化与太阳总强度，重建了冰芯年代学。结果表明，该冰芯的年龄跨度约为3600年(公元前1610年至公元2004年)。因为冰芯和冰芯气泡之间没有明显的年龄差异，冰芯年代学也可作为冰芯气泡年代学来讨论其千年变化。通过对唐古拉冰川表面成冰过程的分析和冰芯δ18Obub影响因素的探讨，作者发现唐古拉冰芯δ18Obub的...

2024 - 02 - 26
LI-2100 |利用同位素技术解析植物水分来源的不确定性

水是地球上最丰富的天然资源之一，它是所有生物体的基本需求。水在地球上循环的过程中，植物水分吸收与蒸腾演绎着重要的角色。植物通过根系吸收水分，并将水分输送到植物的各个部位。植物通过蒸腾作用释放水分到大气中，形成了大气中的水蒸气。植物水分的来源和分配是植物生长和发育过程中的重要环节，也是相关科研的重点，水同位素技术成为科研过程中十分重要的一种科研手段。今天推荐给大家的优秀文章与此相关。利用同位素技术解析植物水分来源的不确定性因为蒸腾占据了61%-65%的陆地生态系统蒸散量，植物水分吸收在全球水循环中发挥着重要作用。植物是土壤和大气水文过程的纽带，这就是实施植物恢复可以改善区域环境的原因之一。在此背景下，研究植物水源划分为如何提高植被生产力和水资源可持续管理提供重要信息。因为植物和环境条件相互作用，水分吸收是一个复杂的过程，这使得植物水源分配变得复杂。近几十年来，同位素广泛应用于植物水源划分，因为它可以标记不同水源，且激光光谱技术使其测量更容易。然而，植物水分来源解析存在很大的不确定性（如示踪剂选择、修正方法及混合模型选择）。基于此，来自西北农林科技大学的研究团队以陕西省长武黄土塬区苹果树（18和26年树龄）为研究对象，在6月至10月的生长季节，每月采集0~6 m（20 cm间隔）的土壤样品及土壤采样点周围四棵苹果树的1年生枝条（n=50），快速剥离树皮和韧皮部以避免同位素分馏。同时收集降水。利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，要玩就玩最好的5197新蔺攻略）提取植物和土壤中的水分，并利用水同位素分析仪测定水体δ2H、δ17O、δ18O值。考虑示踪剂、修正方法和混合模型的不确定性，选择4种示踪剂（2H、3H、18O、17O），2种木质部水同位素修正方法（2H-SWexcess和2H-SRWC)和4种混合模型（IsoSource、SIAR、MixSIR和MixSIAR），产生124种组合后，量化了不同来源的不确定性。植物水源划分的不确定性分析框架。(a)考虑的不确定性因素；(b)不确定性分析；(c)方法优化。本研究创新点（a）量化每个不确定性成分对总不确定性的贡献，以确定影响植物水源分配准确性的主导因素；（b）为研究植物水源分配选择适当方法提供了框架。该研究为评估和选择植物水源分配方法提供了技术支持，并有助于更好地了解植物水分利用机制。2020年降水(a)、木质部水(b)...

2024 - 01 - 30
土壤呼吸 | 中国北方寿光设施蔬菜生产系统高土壤氧化亚氮排放

当今社会，人们越来越关注气候变化和环境保护，而农业生产对这些问题有着重要的影响。GVP系统（Greenhouse Vegetable Production System）作为一种新型的蔬菜生长系统，被认为是减少化肥使用、提高农作物产量、减少温室气体排放的有效途径。那么，在GVP系统下蔬菜生长过程中产生的一氧化二氮（N2O）的排放量是怎样的呢？对环境又会造成什么影响呢?下面这篇相关论文，一起来探讨下。中国北方寿光设施蔬菜生产系统高土壤氧化亚氮排放中国的设施蔬菜生产（GVP）系统正在迅速发展，其面积已超过4百万公顷，占全球的80%以上。山东省是中国蔬菜主产区，其中寿光地区被誉为“中国设施蔬菜之乡”， GVP面积超过当地土地面积的四分之一（图1b）。为了实现产量及利润的最大化， GVP系统通常过量灌水和施肥，年灌水量约2000mm，年氮肥施用量通常在2000 kg N ha-1以上，是露天菜地的2～5倍，谷类作物的4～5倍。大量的灌水和施肥能够促进硝化和反硝化作用的发生，有利于土壤氧化亚氮（N2O）的释放。已有一些研究关注到GVP系统中N2O的排放，发现常规施肥条件下N2O的年排放量在3.9～63 kg N ha-1yr-1之间。这种差异一方面反映了GVP系统中N2O排放的空间异质性，另一方面也反映了对于频繁灌溉的GVP系统，低频率采样可能带来的不确定性。此外，先前多数研究只关注了作物的生长季，缺少对闷棚时期N2O排放的监测，导致N2O排放量的低估。基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学团队依托该所位于山东寿光的设施农业中心建立了高频连续自动采样和测定系统（图1c, d），对该典型GVP地区土壤N2O的排放通量（SF-3000多通道土壤气体通量自动测量系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）+温室气体分析仪）进行了为期一年的监测，包括非生长季的闷棚时期，以更加准确全面地量化N2O的排放。该系统包含16个自动采样的呼吸室，充分考虑了GVP系统的空间异质性。图1.供试大棚与土壤N2O排放速率自动采样和监测系统【结果】1.环境和土壤条件的变异性图2.观测期（2020年7月至2021年7月）畦上（红色）和垄上（蓝色）土壤N2O日通量和与相关的环境因素。a)5cm土壤温度日均值。b)0-10cm土壤孔隙含水率（WFPS）日均值。c）土壤N2O日平均排放率。d、e）0–10cm...

2024 - 01 - 22
LI-2100 | 内陆山区径流稳定同位素的气候与景观控制

水，我们生活中无处不在的重要元素。它润泽着大地，孕育着生命。然而，水的旅程并不仅仅局限于地表，它通过蒸发和降水，与大气、植被形成了紧密的互动。而这种互动的背后隐藏着一系列的谜题，需要科学家们通过不断研究来揭示。水同位素研究便是一种重要的手段，通过分析水中的同位素元素，科学家们能够了解水的来源、循环和变化。水同位素研究为科研人员提供了一种宝贵的工具，帮助他们更好地了解水、植被和气候之间的复杂关系。一起来了解一下，来自西北师范大学的研究团队，用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，要玩就玩最好的5197新蔺攻略）做的相关研究。水资源是制约干旱区社会发展的主要自然资源，山区是内陆干旱区重要的水源涵养区，山区冰川积雪融水对干旱区淡水供应至关重要。随着气候变暖，冰川积雪融化加速，地表蒸散发增强，降水变异性加剧，气候变化将增强山区河流水文过程的复杂性。水稳定同位素是深入了解区域水文过程的有效方法，研究内陆山区径流同位素时空变化的主要控制因素，对认识内陆山区水文过程变化，合理调配干旱区水资源至关重要。基于此，在本研究中，来自西北师范大学的研究团队监测了中亚干旱区典型的内陆山区流域-西营河流域不同水体同位素数据（地表水、降水、地下水以及积雪融水）和相关水文气象数据，结合相关气象观测数据及植被覆盖指数（NDVI)，评估气候和景观对内陆山区径流稳定同位素的影响。研究可以为厘清内陆山区径流稳定同位素的控制机制提供更全面的参考。01 不同水体稳定同位素组成西营河流域不同景观区域气象要素和水体稳定同位素特征。(a)不同景观区域气温、相对湿度以及降水量的变化；(b)不同水体稳定同位素在不同景观区域的组成特征，P为降水，R为径流，M为积雪融水，G为地下水；(c)~(e)不同水体δ2H与δ18O的关系，(c)为冰川-灌丛区，(d)为中高覆盖度草地-森林区，(e)为低覆盖草地-裸地区。02 不同景观区域的径流同位素组成西营河流域不同景观区域径流同位素随NDVI指数以及海拔的变化特征。03 气候对山区径流同位素的影响西营河不同景观区域气象要素与降水稳定同位素的相关性分析，（a）降水δ18O与温度，（b）降水δ18O与相对湿度，（c）降水δ18O与降水量04 自然和人为景观变化对径流稳定同位素的影响西营河流域不同景观区域LEL的变化，LELs为局地蒸发水线。（a）冰川-灌丛区（...

2024 - 01 - 15
土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响

在这银装素裹的世界里，下雪不仅带来了诗意的画卷，还为大地覆盖了一层白色的绒毯，守护着生命的源泉，对土地土壤的呼吸也产生着影响。在漫长的冬季里，积雪和大地度过了一个又一个宁静的时光。积雪不仅保护了土地的水分，还防止了土地温度的剧烈变化；当春回大地，雪慢慢融化，雪水还会滋润着大地。在这些过程中，积雪下土壤中的微生物是一场狂欢还是一片沉寂呢？接下来跟随一篇优秀的文章来了解一下这些过程~积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响永冻层和季节性积雪区域占全球陆地表面的60%左右，占全球土壤有机碳（C）储量的70%以上。积雪直接影响表土和大气之间的热交换，减少土壤温度波动的影响。在严寒条件下，较厚的积雪可防止土壤结霜，为地下微生物活动提供相对稳定的生活环境。然而，在全球气候变化背景下，北半球春季陆地积雪面积正逐年减少，预计本世纪末将减少25%。季节性积雪模式对全球气候变化具有复杂且多样的响应，可能会通过光、热、水和养分等资源再分配来影响森林生态系统的地上和地下过程。土壤呼吸作为土壤C循环的重要过程，占据森林生态系统呼吸的60%以上，气候变化导致的土壤呼吸的微小变化甚至会引起森林生态系统呼吸的重大变化。积雪和气温升高之间的相互作用影响土壤冻融循环，导致土壤性质和土壤CO2排放的变化。作者认为冬季积雪会影响不同季节土壤微生物呼吸及其δ13C值，且会随着林分和凋落物的存在而变化，然而，目前，关于该方向的研究十分有限。基于此，为尽可能降低其他环境因素的影响，研究者们在长白山森林生态系统国家野外科学观测研究站附近的温带森林林地（温带红松阔叶混交林（BKPF）和白桦林（WBF））采集带有凋落物的土柱带回实验室，一半去除凋落物，一半保留。人工雪（轻/重）覆盖，根据野外土壤温度和气温的全年变化，利用低温培养箱进行长期培养实验，合理设置不同季节的模拟温度水平变化。利用SF-3000+碳同位素分析仪测定土柱中的CO2排放量及土壤呼吸CO2的δ13C以研究人工积雪和凋落物的存在对中国东北长白山地区典型温带森林土壤异养呼吸及其δ13C值的影响。不同阶段加雪量及加雪时间研究结果不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱的CO2排放量不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱的平均CO2排放量箱线图不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱释放CO2 的δ13C...

2024 - 01 - 08
LI-2100 | 内陆河下游生态输水区白刺灌丛的水分利用策略：基于稳定同位素数据

一般说来，丘陵起伏的地形，造成河水不能外泄，常在河口低洼处停蓄起来成湖，也就是河口湖。河口湖又称为“终点湖”、“尾闾湖”。指处于内流河河口、尾闾、终点的湖泊。由于气候变化、人口增多、工农业发展，加之水资源总量不足、时空分布不均等因素，导致不少地区的尾闾湖出现地下水位下降、绿洲面积减少、沙尘暴天气增加等问题。湖泊周边的生态系统发生变化，植被的多样性和数量减少，生态环境面临严重破坏。为了改善尾闾湖的现状，加强水资源管理，人工输水成为首要选择。基于此，生态输水对湖区植被的影响成为不少科研团队的研究方向。内陆河下游生态输水区白刺灌丛的水分利用策略：基于稳定同位素数据在干旱地区，内陆河流域的尾闾湖通常是绿洲边缘阻止风沙侵袭的天然屏障，其生态水文效应普遍表现为以地表水、地下水和天然降水为特征的植被水分关系。水分是尾闾湖周边沙地植被稳定的关键制约因子，植物-土壤水分关系是沙地生态水文过程的重要组成部分。沙生植物通过根系吸收有限的水分之后通过根—茎—叶逐层向上传输，以满足植物叶片光合和蒸腾等生理活动的需求，维持植物的正常生长。为适应持续干旱的生境条件，植物通过调节其生理特性等形成特定的抗旱机制。基于此，在本研究中，来自西北师范大学的研究团队于2019年植物生长季在中国西北石羊河流域尾闾湖青土湖区收集了0–10，10–20，20–30，30–40，40–50和50–60 cm层的土壤、植物茎部、降水、地下水和湖水。利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）提取土壤和植物茎中的水分。并测定了不同水体同位素数据（δ2H和δ18O）和相关水文气象数据，以揭示尾闾湖区典型植被对生态输水的响应机制。研究结果有助于我们了解干旱内陆河流域下游人工输水背景下植物的适应机制，为水资源的合理利用和生态建设提供参考。研究区概况【结果】不同水体稳定同位素组成的时空动态2019年青土湖(a)降水、温度、相对湿度和(b)不同水体δ2H和δ18O的时间变化。土壤剖面中SWC、δ2H、δ18O和Lc-excess的时空动态。不同水体中δ2H与δ18O的关系青土湖周边地区不同水体中δ2H与δ18O的关系（a、c分别为不同月份土壤水的δ2H和δ18O 箱体图）。人工输水期植被水分来源不同距离的白刺灌丛潜在水源的贡献率【结论】本研究利用稳定同位素对石羊河尾闾青土湖白刺灌丛的水分利用策略进行了研究...

2023 - 10 - 18
Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

青藏高原是全球最大的高原，也是世界上最大的冰川聚集地之一。然而，近年来，随着全球温室气体排放的增加和降水量的减少，青藏高原的冰川融化速度加快，引起了广泛关注。青藏高原的冰川融化对环境和人类社会产生了广泛的影响。不仅导致水资源供应不稳定，还加剧了洪水和干旱的风险。同时，冰川融化减少了冰川的蓄水功能，使得干旱时期的水资源供应更加困难。此外，冰川融化还会影响有机/无机碳和CO2之间的碳平衡，但其中缘由，目前尚不清楚，科研学者对此进行了相关研究。青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征河流、湖泊、湿地和水库等内陆水域被认为是大气中温室气体 (GHG) 的重要来源。内陆水域排放的二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 会影响当地大气中的温室气体水平，并影响不同生态系统之间的热交换。冰冻圈融化产生的温室气体排放在全球范围内引起了广泛关注，但目前对冰川化地区的研究有限。青藏高原 (TP) 的冰川面积在低纬度和中纬度最大，平均海拔高于 4000 m，由于快速变暖和降水模式的变化，TP的冰川正在经历严重的融化和迅速退缩。这就导致了大量冰川湖的形成和发展。从2008年到2017年，TP中的冰川湖数量以306个/年的速度增加，2017年有15,348个湖泊。在TP的冰川化地区进行的多项研究表明，冰川大量融化期间，会释放CH4并主要吸收CO2，这对全球碳预算具有重要影响。但是，目前尚不清楚冰川湖的形成会如何影响有机/无机碳和CO2之间的碳平衡，以及CH4和CO2的产生和消耗途径。基于此，研究人员于2022年5月首次对青藏高原13个冰川湖温室气体特征进行了调查。通过顶空平衡法测量了CO2和CH4浓度及其同位素组成（δ13C）（ Picarro G2201-i碳同位素分析仪），估计了CO2和CH4通量，并计算了CO2和CH4的碳同位素分馏（ac），利用贝叶斯混合模型（MixSIAR）确定CO2源分配。收集水面下10 cm深度的水样，测定溶解有机碳（DOC）和溶解无机碳（DIC）浓度及其碳同位素组成和主要阳离子。原位测量了水pH、电导率、DO，TDS、温度、222Rn以及气温和风速。旨在了解青藏高原冰川湖CO2和CH4的排放特征，探索其潜在的生产和消耗途径。每个冰川区域所研究的冰川湖的位置。【结果】CH4 (a) 和 CO2 (b) 通量。CO2 和 C...

2023 - 09 - 13
Picarro L2140-i水同位素分析仪功能升级—新增“快速”和“调查”模式

随着激光测量技术的发展，氢氧稳定同位素已广泛应用于植物水分利用来源、树木年轮或叶蜡烷烃中记录的气候或生理生态过程信息、降水水汽来源、土壤水运移和补给机制、地下水机制、水体蒸发、水体的营养动态和停留时间、植物蒸腾和土壤蒸发的区分、径流的形成和汇合、岩盐地质年龄、重建古气候、水文循环过程与机制等各方面研究。其中，17O-盈余可用于重建空气质量轨迹、确定水源区、重建过去湿度、识别大气中注入平流层的水汽、在树叶尺度上的蒸散收支限制、了解热带地区的云对流等方面研究。基于光腔衰荡光谱（CRDS）技术的L2140-i水同位素分析仪是Picarro的旗舰产品，操作快速、简单且无需样品转换，可准确同步测量固体、液体或气体中的δ18O、δD、δ17O和17O-盈余。Picarro L2140-i水同位素分析仪新增的快速和调查模式可满足高通量测试需求（适用于δ18O和δD测量模式）。. 快速模式：每天测量多达50个样品，同时保持出色的精度。通过将样品测量分为两个阶段来实现通量的加倍：记忆效应减少阶段和样品分析阶段。. 调查模式：可对大批样品水同位素值进行快速测量（每天多达900次进样）。使用户能进行快速调查，以按同位素值对样本进行排序。最大限度地减少相邻样品之间的同位素差异，在记忆效应减少阶段避免不必要的注射。

2023 - 06 - 05
Picarro | 基于Picarro G2201-i碳同位素分析仪研究天然气水合物释放对青藏高原永冻层湿地甲烷排放的影响

青藏高原是地球上海拔最高的高原，被称为“世界屋脊”、“第三极”。青藏高原光照和地热资源充足。高原上冻土广布，植被多为天然草原。它扮演着重要的生态角色，影响着全球气候变化。这个区域的碳循环系统尤其引人注目。随着全球气候变暖，青藏高原的永冻层正在消融，导致大量的甲烷和其他温室气体被释放到大气中，从而影响了全球气候变化的速度。这种现象对人类社会和生态系统都产生了深远的影响，今天想向大家介绍的文章，正好与此相关。基于Picarro G2201-i碳同位素分析仪研究天然气水合物释放对青藏高原永冻层湿地甲烷排放的影响湿地甲烷排放是全球CH4收支中最大的自然来源，在推动21世纪气候变化方面发挥着日益重要的作用。多年冻土区碳库是受气候变化影响的大型储层，对气候变暖具有正反馈作用。在与气候相关的时间尺度上，融化的永久冻土中的甲烷排放是温室气体收支的关键。因此，多年冻土区湿地甲烷排放过程与湿地碳循环密切相关，对理解气候反馈、减缓全球变暖具有重要意义。青藏高原是地球上最大的高海拔永久冻土区，储存了大量的土壤有机碳和天然气水合物中的热生烃。湿地甲烷排放源识别是了解青藏高原湿地甲烷排放和碳循环过程与机制的重要问题。基于此，来自中国地质调查局的研究团队于2017年测量青藏高原木里永冻层近地表和天然气水合层钻井（DK-8）的CH4和CO2排放量及其碳同位素组成（Picarro G2201-i碳同位素分析仪）。并计算CH4和CO2碳同位素分馏（ ԐC：δ13CCO2- δ13CCH4 ）。旨在为木里多年冻土湿地甲烷排放的重要来源-天然气水合物释放提供新的证据，揭示天然气水合物释放对湿地甲烷季节性排放的影响，进一步揭示钻井等人为活动对青藏高原多年冻土湿地甲烷排放的影响。研究区域位置【结果】DK-8中CH4含量、δ13CCH4 及ԐC土壤层中CH4含量、δ13CCH4 及ԐC【结论】热成因天然气水合物分解是湿地甲烷排放重要的源季节性湿地甲烷排放受人类钻井活动的影响天然气水合物释放的甲烷特征：【δ13CCH4】 -25.9±1.4‰~-26.5±0.5‰，【ԐC】-25.3‰~ -32.1‰δ13CCH4和ԐC值可以区分复杂环境中的热成因和微生物成因甲烷秋冬季节以热成因甲烷为主导，春夏季节微生物成因甲烷贡献较大随着天然气水合物资源的进一步探索和...

2023 - 05 - 06
LR1601 | 评估潮沟对滨海盐沼植被空间分布及其地上生物量的影响

盐沼是地表过湿或季节性积水、土壤盐渍化并长有盐生植物的地段。滨海盐沼以草本植物为主，沿潮间带延伸，可忍受高盐条件和因涨潮引起的周期性淹水。盐沼植被生产力高，可为许多物种提供繁殖、觅食和越冬的场所。盐沼植被地上生物量（AGB）的估算为监测盐沼生态系统时空稳定性、生产力和地上碳储量提供了有用信息。然而，以往关于AGB的估算研究主要局限于站点水平，且通常基于单一植被类型。与野外地面调查方法相比，遥感（RS）卫星成本低、速度快、范围广，在盐沼植被结构和生物物理指标的空间估计方面更具优势。其中，UAV-LiDAR数据具有较高的时空分辨率，在滨海盐沼三维结构监测中具有很大潜力。然后目前，利用UAV-LiDAR数据估算盐沼植被AGB的研究有限。为了确定滨海盐沼潮沟对植被群落空间分布及其生物量的影响，来自复旦大学的研究团队在上海崇明东滩滨海湿地（121°54′-121°55′E，31°27′-31°28′N）进行了研究，主要目的为：（1）探索UAV-LiDAR数据估算盐沼植物AGB的潜力；（2）研究潮沟对盐沼植物群落空间格局及其地上C储量的影响。作者于2019年9月基于DJI M600平台，利用LR1601-IRIS LiDAR传感器（要玩就玩最好的5197新蔺攻略，北京依锐思）收集UAV-LiDAR数据。于2019年9月27日和28日获取光学图像数据。于2019年10月和2020年10月收集植被样品，测量其高度和地上生物量，同时收集土壤样品，测量其土壤含水量和土壤盐分。基于盐沼植被群落所有样本，利用线性回归模型（多元线性回归，MLR）和5个机器学习回归模型，包括广义线性模型（GLM）、梯度提升机（GBM）、人工神经网络（ANN）、基于核正则化最小二乘（KRLS）和随机森林回归（RFR）建立预测模型。通过R2和RMSE评估模型性能。研究区和采样点位置。【结果】滨海盐沼植被AGB实测值和预测值之间的关系。（a）MLR；（b）KRLS；（c）ANN；（d）GBM；（e）RFR；（f）GLM不同盐沼群落AGB的空间分布、验证和比较。（a）利用UAV-LiDAR数据和随机森林模型进行盐沼植被AGB制图。（b）不同盐沼群落AGB平均值。（c）AGB实测值和预测值的回归拟合。（d）AGB预测值的密度分布曲线。与潮沟不同距离的盐沼AGB的比较。（a）代表整个...

2022 - 12 - 06
2100 | 干旱区戟叶鹅绒藤生长期水分吸收的稳定同位素定量示踪

植被根系水分吸收在水分运移过程中发挥着重要作用，且在土壤-植物-大气界面具有多重影响，尤其是半干旱和干旱生态系统中。具有高生态可塑性的各种荒漠物种的根系水分吸收模式适应了有效水资源，从而产生了物种特异性抗旱机制。因此，测量根系活动和量化每个贡献者大小的定性和定量方法，特别是在（半）干旱地区，尚未得到广泛研究，并且仍然是当前研究工作的挑战。已有许多研究应用水稳定同位素方法研究了植物的吸水模式，但研究对象多集中在树木和灌木上，且许多文献提到干旱地区不可预测的降水事件对最常见的植物吸水模式的显著影响。基于此，在本研究中，来自中国地质科学院水文地质环境地质研究所和自然资源部地下水科学与工程重点实验室的研究团队以戟叶鹅绒藤-一种常见的荒漠共生藤本植物为研究对象，采用基于水稳定同位素的多源线性混合模型识别和量化了其在生长期的水分吸收模式，同时消除了脉冲降水事件对根系吸水显著的短期影响。旨在深入了解戟叶鹅绒藤和其他荒漠藤本物种的吸水模式，从而加深对干旱区生态水文地质循环中水分运移过程的理解，并为可持续发展以及荒漠植被的管理和维护提供科学依据。民勤县数字高程模型和河网，青土湖的相对地理位置（即研究区，五角星）和采样位置。作者于2019年8月12日收集了降雨。并于2019年8月20日、2019年8月22日和2019年8月24日收集了3个不同地点的戟叶鹅绒藤茎部和不同层土壤（0-10 cm、10-30 cm、30-50 cm和50-70 cm）样品。利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，要玩就玩最好的5197新蔺攻略）提取土壤和植物茎中的水分。【结果】当降水事件的影响最小化时，0~10 cm土壤水是戟叶鹅绒藤生长阶段的主要水源，该物种对降雨的相对吸收与10~70 cm土壤水的相对吸收成正比，与0~10 cm土壤水的相对吸收成负比。戟叶鹅绒藤依靠其活性根系横向延伸，从浅层土壤中汲取水分以在极端干旱条件下生存，与其他深根植物形成的共生关系密不可分。降雨（浅绿色）、土壤水（蓝色）和木质部水（红色）δ18O和δD之间的关系。3个地点和5个水源相对吸收箱线图（由IsoSource估计）。不同水源对生长期戟叶鹅绒藤的相对贡献。【结论】西北干旱区常见降水的最大入渗深度在50 cm左右，其周期性强作用持续5~10天。与深根系荒漠植被相比，戟叶鹅绒藤的抗旱机制涉及到利用其广泛的近地表活性根系提取浅层...

2022 - 08 - 04
土壤呼吸 | 增雪削弱了植物和微生物氮利用的季节耦合关系并导致生态系统氮流失

植物和微生物生长繁殖均需要氮。尽管这通常导致两者对氮的竞争，但在数百万年的共同进化中，植物和微生物已发展成了互利共生的相互关系。微生物固定和植物吸收之间的时间耦合在氮循环维持中起着关键作用。植物和微生物生物量的不同季节动态很大程度上决定了不同生态系统组分间的氮流动。值得注意的是，冬季微生物氮固定可能直接影响生长季植物氮供应。气候变化极大地改变了全球降雪格局，进而改变土壤温度、土壤水分和冻融频率，这不仅会影响覆雪期氮循环，还会影响冻融期氮流失。最终，在冬季气候变化下，植物和微生物之间氮交换的时间耦合可能会重塑。然而，目前尚不清楚积雪深度的变化是否会影响植物和微生物氮利用之间的时间联系以及如何影响。在过去的40年，北极涛动和大气环流的变化增加了中国东北地区冬季积雪深度。为了探索冬季气候变化下植物和微生物氮循环之间季节内和季节间相互作用如何影响生态系统氮固持，中科院植物所刘玲莉研究团队在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站（IMGERS，43°38′N，116°42′E；1200 m a.s.l.）依托长期降雪控制实验平台，结合15N示踪试验以及N2O高通量监测手段，旨在检验以下假设：1）微生物在冬季有较强的氮获取能力，而植物则在生长季表现出更高的氮竞争能力；2）生长季植物氮吸收与非生长季土壤微生物氮固定量呈正相关，以及3）冻融阶段增雪通过增加气态氮排放和淋溶流失来降低生态系统氮固持量。作者于2018年1月23日和2019年1月28日测量了每个地块的冬季积雪深度。每小时记录了每个地块10 cm深度的土壤温度。于2017年11月1日至2019年1月28日，每隔30 min测量10 cm土壤深度的土壤含水量。15N标记实验之前，采集土壤（0-20 cm）、根系、凋落物和地上植物，并测量其15N自然丰度。15N标记实验之后，于2018年1月、3月、5月、8月和2019年1月进行五次采样。在非生长季节，采集所有凋落物。在生长季节，采集地上植物生物量、凋落物和土壤样品。并分析每个新鲜土壤样品的微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）和微生物15N/14N比率。利用SF-3000-8多通道土壤温室气体通量自动测量系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）+SC-22自动测量室（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）于2018年4月16日至2019年12月31日测量N2O排放...

2022 - 08 - 01
同位素 | 青藏高原东北部高寒沙地沙蒿根系在沙丘不同地貌部位的吸水策略

位于青藏高原东北部的青海湖，拥有着丰富的自然景观，既优美壮丽又独具特色。然而，在气候变化和人类过度开垦畜牧等因素的影响下，青海湖的环境逐渐恶化，生态遭到破坏，沙漠化面积也日益扩大。据统计，青海湖周边地区现有沙化土地170.7万亩、占区域土地总面积的11.7%。在植被恢复的过程中，青海湖地区的典型固沙植物沙蒿、沙棘和乌柳等对土壤养分及土壤有机质的提高发挥了较大的作用，其中自然植被沙蒿对土壤养分的改良效果最明显。沙蒿 (学名:Artemisia desertorum)是菊科蒿属多年生半灌木状植物，天然生长在沙漠地区，分布甚广。在我国主要分布在黑龙江、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、四川、西藏等地，多生长于草原、草甸、森林草原、高山草原、荒坡、砾质坡地、干河谷、河岸边、林缘及路旁等。沙蒿枝条匍匐生长，有利于防风阻沙，具有适应性强、耐干早、抗风蚀、喜沙埋、生长快、固沙作用强等特点，为固沙先锋植物。接下来我们来了解一篇关于青藏高原东北部高寒沙地沙蒿根系在沙丘不同地貌部位的吸水策略的论文。沙漠化是青藏高原东北部的主要土地退化问题之一。青海湖位于青藏高原东北部，属于高寒半干旱气候影响下的生态脆弱区和全球气候变化敏感区，青海湖周边土地沙漠化严重。以前针对本区固沙植物的研究主要集中在植物的防风固沙机理与生态功能上，对植物与水分关系的关注较少，尤其是本土物种在不同微地貌导致的不同供水条件下。基于此，青海大学的研究团队以青海湖的自然固沙植物沙蒿作为研究对象，评估高寒半干旱沙地乡土树种的水土利用来源。本研究聚焦于三个关键科学问题：1）本土植物的季节性水源是什么？2) 控制不同沙漠地貌部位用水差异的关键是什么？3）根系分布及立地条件对植物的用水模式有什么影响？基于以上科学问题，本研究的假设如下：1）不同沙丘地貌部位的植物在不同季节使用不同的水源，2）植物会倾向于在水有限的情况下使用深层土壤水或地下水。本研究结果将有助于指导高寒沙地植物种的筛选，以确保生态适应和结构优化。本研究中作者收集了0-120 cm土层样品，利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，要玩就玩最好的5197新蔺攻略）提取土壤中的水分，并利用ABB LGR液态水同位素分析仪（Model DLT-100）测定水样中的氢氧稳定同位素组成（δ2H和δ18O）。同时，于生长季节在采样点测定植物的群落结构特征、根系分布及土壤机械组成...

2022 - 06 - 20
同位素 | 利用稳定同位素研究亚高山生境植物水源差异

水分是植物生长不可或缺的因素，水分有效性的波动直接影响植物的生长、数量和空间分布。在全球气候变化下，区域降水格局已经发生了改变。植物不同水源的贡献率反映了生态系统对气候变化的响应程度。因此，追踪和分析植物水源可以为研究全球气候变化提供参考。祁连山位于青藏高原东北缘，是中国西北地区重要的生态屏障。因此，研究亚高山生境植物水源对于理解祁连山生态和水文过程具有重要意义。已有很多学者利用氢氧稳定同位素（δ2H和δ18O）进行了诸如此类的研究，但关于亚高山生境不同坡向植物水源的研究鲜少报道。基于此，在本研究中，来自西北师范大学和中科院西北生态环境资源研究所的研究团队监测了青藏高原东北缘祁连山东段冷龙岭北坡的上池沟（37°38′10″N，101°51′9″E，3080 m a.s.l.，图1）的降水、土壤水、木质部水、降水和泉水的稳定同位素组成以及相关环境变量（气象和土壤水变量），利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）提取土壤和木质部中的水分，并利用ABB LGR T-LWIA-45-EP液态水同位素分析仪测定所有水样的δ2H值和δ18O值。基于这些数据，分析了不同水体稳定同位素的变化，并利用多源线性混合模型（IsoSource）计算不同水源对植物的相对贡献率。本研究目标是：（1）观察相同和不同生境下亚高山灌木的水源以及（2）研究亚高山灌木对水源变化的适应性。图1 研究区和采样点位置。【结果】图2 不同水体δ2H和δ18O之间的关系。图3 半阳坡和半阴坡不同亚高山灌木的水源。表1 亚高山灌木主要水源及其贡献率。图4 5-12月半阳坡不同亚高山灌木的植物水源。图5 5-12月半阴坡不同亚高山灌木的植物水源。【结论】青藏高原东北缘的亚高山生境中灌木的水分吸收特征相似。特别是灌木木质部水分主要来源于0-30cm土壤水。在降水量少或需水量大的月份，同一生境的亚高山灌木争夺浅层土壤水。在此期间，为了满足生长所需的水分，一些亚高山灌木增加了对深层土壤水的利用，导致同一生境中亚高山灌木水源存在明显差异。同样，在旱季或生长季，半阳坡或半阴坡的亚高山灌木对深层土壤水的利用增加，导致不同生境中同一亚高山灌木物种水源存在显著差异。与其他亚高山灌木相比，杯腺柳（Salix cupularis），山生柳（Salix oritrepha），金露梅（Pote...

2022 - 06 - 02
同位素 | 三种不同气候下露水的稳定同位素变化

全球变暖增加了当地大气对水分的需求，导致许多地区降水减少，两者都会导致干旱。水汽可以在辐射冷却到露点温度以下的表面凝结成露水。露水因其对地表水平衡的重要贡献而被认为是一个重要水源，尤其是在半干旱和干旱地区。干旱地区，年露水量占降雨量的9%-23%。在热带岛屿旱季，露水可以作为一种替代水源。露水对干旱地区或干旱期植物的生存、生长和发育十分重要，例如带来夜间水分以及通过植物气孔或特殊的物理特征（如气生植物）直接被叶片吸收利用。因此，露水可以增加叶片的净光合产物积累，提高植物水分利用效率。露水还参与了大气中的化学过程，例如亚硝酸盐氧化物的昼夜（和夜间）循环。从1961-2010，中国露水频率降低了5.2天/10年，这主要是因为近地表增温和相对湿度（RH）下降。此外，中国干旱区露水频率下降率（50%）高于半湿润和湿润地区（40%和28%）。因此，随着全球气候变化，不同地区露水具有不同的趋势，需了解不同气候区域的露水特征以更好地预测未来露水动态变化。δ2H和δ18O是天然和传统的水文示踪剂，在追踪与不同类型水（例如降雨、降雪、露水、雾、地表水、植物水和冰芯）相关的不同水文气象过程中发挥着重要作用。两种质量分馏过程，平衡分馏和动力学分馏，是水相变过程中同位素差异的根本原因。它们分别由饱和水汽压和不同同位素的扩散速率决定。17O-excess（17O-excess = ln（δ17O + 1）-0.528×ln (δ18O + 1）），作为一种新的示踪剂，可用来提供有关水分输送、降雨和蒸发的额外限制，以探测水文和气象过程。与传统的依赖于温度和RH的同位素相比，17O-excess主要对10-45℃的RH敏感。δ′18O（δ′18O = 1000×ln（δ18O + 1））和 δ′17O（δ′17O = 1000×ln （δ17O + 1））之间的关系可用来更好的解释自来水和降水形成机制，区分干旱类型和纳米布沙漠不同类型的凝结。此外，利用17O-excess与δ′18O（或 d-excess）之间的关系（如实验室模型试验、降水和天然水体（河流、渠道、水井、泉水、地下水、湖泊和池塘））来推断经历平衡分馏或动力学分馏的不同水分蒸发过程是一种有效的方法。然而，到目前为止，还没有公布δ2H，δ18O，δ17O，d-excess和17O-excess日露水同位素...

2022 - 05 - 16
土壤呼吸 | 极端干旱通过改变高寒泥炭地土壤微生物功能群丰度来降低土壤异养呼吸而非甲烷通量

【温室气体】人类活动造成温室气体排放急剧增加，全球地表温度持续上升，显著改变了自然生态系统碳水循环格局。极端气候事件，尤其是极端干旱事件发生的频率和强度不断升高，对土壤含水量、土壤微生物群落结构和功能、土壤异养呼吸（Rh）以及土壤甲烷（CH4）通量具有重要影响。高寒泥炭地拥有巨大的碳储量，对气候变化高度敏感。虽然目前围绕高寒泥炭地碳排放开展了一些研究，但对高寒泥炭地生态系统碳排放对极端干旱响应的微生物机制仍不清楚。基于此，中国林业科学研究院湿地研究所的研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.62′′ N，102°57′28.44′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究对象，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过原位观测和室内试验相结合，旨在解决以下问题：（1）不同植物生长期，极端干旱如何影响Rh和CH4通量?（2）极端干旱如何影响土壤微生物群落结构和功能群?以及（3）驱动Rh和CH4通量变化的主要因素是什么？作者于2019年6月18日至9月25日测量了Rh（PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略））和CH4通量（一个闭路静态室（0.5×0.5×0.5 m）+ABB LGR便携式温室气体分析仪（UGGA，GLA132-GGA））。试验三个生长期结束时，作者测量了样地0-20 cm土壤的土壤性质，包括总氮（TN）、土壤有机碳（SOC）、有效磷含量（AP）、总磷（P）、pH值、溶解有机碳（DOC）、土壤含水量（SWC）、硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）、微生物生物量磷（MBP）、微生物生物量氮（MBN）和微生物生物量碳（MBC）。此外，还进行了新鲜土壤样品的DNA提取、PCR扩增和测序。图1 PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统。【结果】图2 不同植物生长期极端干旱对土壤异养呼吸（a）和甲烷通量（b）的影响。“ED”，“MD”，和“LD”分别代表植物快速生长期、盛花期和植物生长衰退期。图3 不同植物生长期极端干旱对细菌碳循环功能群的影响。图4 驱动因素对土壤微生物呼吸（a）和甲烷通量（b）的相对贡献。【结论】极端干旱导致植物生长衰退期土壤异养呼吸显著降低38.04 mg m−2h−1，但对CH4通量无显著影响。极端干旱显著降低了细菌的α多样性，...

2022 - 05 - 09
同位素 | 湿地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

CO2和CH4排放增加是全球变暖的主要原因（IPCC，2013），人类活动导致大约44%和60%的CO2和CH4排放到大气中。人类活动如拦河筑坝干扰湿地的结构和功能，引发大量土壤CO2和CH4排放。然而，目前对湿地水库CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影响机制知之甚少。基于此，为了填补研究空白，在本研究中，来自云南大学和中科院武汉植物园的研究团队在三峡消落区原位条件下调查了4个海拔梯度（即不同淹水状态）（175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）饱和和排干状态下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征，以及相关的控制因子。他们作出了如下假设：1）由于淹水下优势植物种的转变，土壤条件（例如土壤基质质量，土壤水分和温度）的变化将会改变CO2排放以及CO2的δ13C值；2）CH4排放模式及其同位素特征对淹水更敏感，反映了土壤厌氧环境的增加；3）不同淹水状态下（例如饱和和排干状态下）将会导致酶表达和微生物属性的改变，进而极大影响CO2和CH4排放。图1 重庆忠县研究区位置（a）；三峡消落区采样地卫星图像及沿海拔梯度详细的静态通量室放置图（b）。作者于2017年6-8月测量了土壤/水大气界面CO2和CH4的交换率。利用ABB LGR CO2同位素分析仪分析CO2的浓度及δ13C，并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析仪分析CH4的浓度及δ13C。【结果】高海拔地区CO2排放明显较高，饱和状态和排干状态之间差异显著。相比之下，在整个观测期，高海拔地区（41.97 μg CH4 m-2 h-1）平均CH4排放量高于低海拔地区（22.73 μg CH4 m-2 h-1）。从饱和状态到排干状态，低海拔CH4排放降低了90%，在高海拔增加了153%。与低海拔和高地相比，高海拔CH4的δ13C更富集，饱和状态比排干状态更贫化。作者发现土壤CO2和CH4排放与土壤基质质量（例如，C:N）和酶活性密切相关，而CO2和CH4的δ13C值分别主要与根呼吸和产甲烷细菌活性有关。具体而言，饱和和排干状态对土壤CO2和CH4排放的影响强于水库海拔的影响，从而为评估人类活动对碳中和的影响提供了重要依据。不同海拔下土壤CO2排放的周平均值以及整个非淹水期土壤CO2排放量。不同海拔下CH4排放的周平均值以及整个非淹水期土壤CH4排放量。非淹水期不同海拔土壤呼吸CO2的δ13C（a）和C...

2022 - 05 - 07
土壤呼吸 | 西藏高寒草地生态系统呼吸与甲烷通量的流域尺度格局及控制因素

生态系统呼吸（Re）和甲烷（CH4）通量是两个重要的土壤-大气碳交换过程，已经在局地尺度上得到充分记录。然而，在流域尺度上，对青藏高原多年冻土区这些过程的空间格局和控制因素尚不清楚。基于此，为了填补研究空白，在本研究中，来自四川大学、中国科学院成都山地灾害与环境研究所、山西农业大学、中国科学院西北生态环境资源研究院和西南民族大学青藏高原研究所的研究团队在青藏高原风火山（34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E；4580-5410 m a.s.l.；图1a）测量了两个生长季节（2017年和2018年）不同坡向（北向（阴坡）和南向（阳坡））和不同海拔（低、中和高坡位）的生态系统呼吸（Re）和CH4通量，旨在阐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调节Re和CH4通量的相对贡献。作者利用LGR UGGA便携式温室气体分析仪+PS-3000便携式土壤呼吸系统（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）+SC-11便携式呼吸室（要玩就玩最好的5197新蔺攻略）于2017年和2018年生长季节（6-12月）每30天测量一次Re和CH4通量。同时，还测量了土壤温度、体积含水量、地上生物量和地下生物量、土壤有机质、pH、土壤全氮、土壤容重、溶解性有机碳、微生物量碳、微生物量氮、土壤蔗糖酶活性、NH4+-N和NO3--N浓度。图1 西藏高寒草地研究区和样地位置。（a）青藏高原植被类型图显示了研究区位置。（b）2个沟谷的2个坡向的3个海拔位置的18个研究地块。（c）山坡上的高寒草甸。（d）阳坡低坡位的高寒沼泽草甸。【结果】微生物因子对高寒草地流域Re空间变异具有控制作用。在高海拔阴坡位置，较低的土壤温度和土壤有机质含量降低了土壤微生物活性，从而抑制了Re的产生。作者发现高寒草地是大气CH4的净汇，流域内平均CH4通量率表现出很大的空间变异性，范围为-1.6~-10.48μg CH4 m-2 h-1。土壤体积含水量的空间变异解释了流域内76%的CH4通量变异。作者认为在高寒草地流域，永冻层对水文状况的影响可能会增加土壤水分（土壤体积含水量和充水孔隙空间）的空间变异性，通常在Re和CH4吸收受到抑制的低坡位形成排水不良的地貌。结果强调了地形和永冻层通过对生物物理化学因子的影响间接影响着Re和CH4通量。作者建议...

2022 - 01 - 18
CO2同位素分析仪在估算侧柏瞬时和长期CO2同化上的应用

【摘要】森林的长期生产力和固碳能力受气候变化影响，已成为全球关注的问题。本研究中，我们提供了一种简单且无损的方法来研究多时间尺度上树木CO2同化率。这种新的方法结合了树干液流和稳定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我们通过分析变异性并进行配对样本t检验，比较了气体交换测量和新方法测得的CO2同化率，以验证其准确性和适用性。气体交换和同位素测量都表明早晨CO2同化率高于下午，峰值在10-11 am左右出现，可能是由于夜间的水储存和早晨的高气孔导度。侧柏日，月，年尺度上CO2同化率的变异性与供水条件有关。与以往的研究相比，我们利用稳定碳同位素分辨率（Δ13C）和树干液流测量估算的年CO2同化率的结果与传统方法结果相一致。侧柏对供水可以有效的响应，这就解释了为什么它可以很好地适应半干旱区环境。估算CO2同化率的新方法是准确的，且适用于北京周边的半干旱地区。【研究区域】位于燕山鹫峰国家森林生态系统研究站（NFERS，40°03′N，116°05′E）。【碳同位素测定】利用碳同位素分析仪（CCIA-36d-EP，LGR）结合廓线系统进行长期野外观测。研究区域的地理位置（a）研究区域2013年-2016年三个土壤深度（30cm，60cm和90cm）的月土壤含水量（SWC）；（b）月降水量（P）和平均气温（Ta）；（c）月平均饱和水汽压差（VPD）和光合有效辐射（PAR）。（a）16个树木样品的月平均林分蒸腾（Ts），误差线表示标准偏差；（b）每个样品的月林分蒸腾。TDP系统每月测得的树木每小时平均蒸腾值（Th）。负数的绝对值表示生长在阴坡的8棵树的平均蒸腾量，而正值表示生长在阳坡的8棵树的平均蒸腾量。阳坡和阴坡树木的月δ13Cls。每个点表示每月代表日（2天）的平均δ13Cls。误差线表示平均值的标准误差。Th和叶片δ13Cls估算的每个月树木每小时平均CO2同化率（Ah）。负数的绝对值表示生长在阴坡的8棵树的平均CO2同化率，而正值表示生长在阳坡的8棵树的平均CO2同化率。13C分辨率（Ah和A'h）和便携式红外气体分析仪（A6400和A'6400）估算的每小时平均CO2同化率的比较。Ah和A6400表示生长在阳坡的CO2同化率，A'h和A'6400表示生长在阴坡的CO2同化率。点击阅读原文CO2同位素分析仪在估算侧柏瞬时和长期...

2020 - 09 - 11
应用环境同位素识别银川盆地潜水的补给源、年龄和可更新性

【摘要】正确理解地下水循环模式及其可更新能力对地下水资源的评估、合理开发和利用至关重要。在干旱或半干旱地区地下水补给量少且变异性高，因此难以估算。同位素研究和混合模型相结合可以直接估计含水层的可更新性。本文利用环境同位素方法研究了中国西北半干旱地区—银川盆地的潜水循环模式以及更新能力，主要研究了不同水体的同位素特征，潜水同位素年龄，水循环模式以及更新速率。结果表明，银川盆地主要有两个补给源，即局部大气降水（占13%）和黄河（占87%）。银川盆地潜水的平均滞留时间是48年，平均更新速率是3.38%/a。潜水具有较强的更新能力，更新速率与同位素年龄一致。【研究区域】位于中国西北地区的银川平原。图1 银川盆地位置图【样品收集和测量】收集了来自全球大气降水监测数据和国际原子能机构的30组降水数据，并收集了11个黄河水样品，47个潜水样品。利用LGR的液态水同位素分析仪测量所有水体的δ18O，δD和δT以分析其同位素特征。【结果：地下水补给来源的确定】根据1988到2000的降水观测，地区大气降水线（LMWL）为δD = 7.22δ18O + 5.50（图2）。降水δD和δ18O加权平均值分别为-45.59‰和-6.93‰。δ18O变异性范围为-19.97‰~3.86‰，δD变异性范围为-147.70‰~5.10‰。LMWL的斜率为7.22，略低于全球平均值8（δD = 8δ18O + 10，全球大气降水线【GMWL】）。银川盆地属于半干旱区，降水少且密集，降落到地球表面前经历了一定程度的蒸发。黄河水的线性相关方程为δD = 3.73δ18O -36.70（图3）。黄河蒸发线（红色虚线）明显偏离GMWL和LMWL，其斜率远小于GMWL（8）和LMWL（7.22）。潜水δ18O范围为-11.43‰~-8.19‰，δD范围为-88.89‰~-61.51‰，样品点位于LWML以下（图4）。潜水的线性相关方程为δD = 3.88δ18O -38.76，斜率位于LMWL和黄河水之间，表明潜水主要由黄河水和当地降水补给。潜水蒸发线几乎平行于黄河水；因此，可以推断最主要的补给来源是黄河水。同时也发现浅层地下水和黄河的平均值是相似的（D为-70.48‰和-72.45‰，18O为-9.42‰和-9.56‰）。表明黄河对浅层地下水补给的贡献更大。两端混合模型计算发现黄河和降水补给分别占...

2020 - 08 - 20
土壤张力可能控制土壤蒸发同位素平衡分馏因子

【摘要】氢氧稳定同位素可用于追踪土壤水分的运移。尽管我们对土壤剖面渗透的水的追踪及其在径流和地下水补给中运移过程的研究已经很完善了，但土壤水的运动也包括蒸发分馏。迄今为止，土壤水的分馏因子主要是基于经验性的。与开放型水分蒸发（温度，湿度，蒸气压梯度定义的分馏）不同的是，土壤水蒸发包括土壤基质效应的分馏。我们对这些效应特征的理解仍然很差。在这里，我们使用ABB LGR的水汽同位素分析仪（IWA-45-EP）提供了一个初步结果，实验使用了4种土壤混合物，粒度从砂粒到粉粒和黏粒。结果表明土壤张力可能控制着土壤水分的同位素分馏。土壤张力与平衡分馏的关系与土壤质地无关，且得到热力学理论的充分支持。虽然结果是初步的，认为未来的工作应该关注作为土壤水和水蒸气分馏可能解释因素的土壤张力的影响。插图（a）显示了4种添加土壤混合体的水分释放曲线。在萎蔫点到吸着水范围内，2个石英砂样品的重量含水量保持在0.05 g/g。但在同一范围内，粉砂的重量含水量高达0.15 g/g。在毛细管水范围内，黏土的最高重量含水量可达0.2 g/g。土壤张力为106 hpa时，砂土样品I和II的重量含水量分别为0.01和0.005 g/g。在相同的土壤张力下，粉砂的重量含水量为0.05 g/g。重量含水量在0.05和0.005 g/g的粘质土在105 hpa以上获得了更多的数据点。（b）图表明平衡分馏因子（aP/Q）与土壤含水量以及土壤类型无关，但与基质势（土壤张力）明显相关。在aP/Q=1的交点处分别为δ18O和δ2H定义了~1260 hPa张力影响分馏效应的阈值。因此，我们观察到张力影响的分馏主要用于不可移动的水。土壤张力增加了平衡分馏，导致同位素值沿双同位素蒸发线（EL）分布。颜色编码表明土壤张力越高，同位素值越偏离原始位置。EL的斜率随着粒径大小的降低而降低。砂质土壤样品蒸发线斜率为3，R2=0.96。黏土含量升高的土壤样品蒸发线斜率为2，R2=0.98。红线表示纯水测试的EL，斜率为4.1。封闭系统中张力影响同位素分馏的简单概念模型。蓝色表示重同位素体，紫色表示轻同位素体。水附着在土壤颗粒表面（灰色），且水蒸气和液态水处于平衡状态。如果水分子之间的粘聚力起主导作用，则平衡分馏因子α由温度单独定义。当粘附力（右）起主导作用，土壤颗粒控制蒸气压和平衡分馏。粘附力与粘聚力之比从左往右增加。当粘附力起主导...

2020 - 07 - 30
通过叠氮化镉还原法和N2O激光光谱法分析溶解NO3−和NO2−的N、O同位素（δ15Nα，δ15Nβ，δ18O，δ17O）

【基本原理】硝酸盐水溶液（NO3−）的氮氧稳定同位素组成（δ15N，δ18O，δ17O）以及亚硝酸盐（NO2−）的δ15N值是土壤、雨水、地表水、地下水以及海水养分来源和动态变化的重要示踪剂。硝酸盐同位素还用于评估水生生态系统循环N的能力以及通过地下细菌反硝化等过程修复被硝酸盐污染的含水层。用叠氮化镉还原法将NO3−或NO2−转为N2O，用N2O激光光谱法进行N和O同位素分析。将激光顶空同位素分析法与同位素比质谱法进行比较。激光法可直接测量17O异常，有助于追踪大气N来源。基于此，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”，国际原子能机构（IAEA）同位素水文学实验室主任Leonard I. Wassenaar及其团队利用N2O同位素分析仪（N2OIA‐23e‐EP Model 914‐0060；Los Gatos Research，Mountain View，CA，USA）开展了相关实验。【方法】用叠氮化镉法和顶空N2O激光光谱法将其转化为N2O，在N/O稳定同位素标准物（IAEA，USGS）上测量δ15N，δ18O，δ17O。15N示踪剂测试评估了N到N2O分子中α或β位置的位置特异性路由。使用数据处理算法校正同位素对N2O浓度，光腔压力和含水量的依懒性。叠氮化镉处理过的NO3−→N2O顶空样品（注入空气中大约10 ppm N2O）的典型光谱同位素体吸光度信号与相对波数的关系图，显示了N2O同位素体与水汽的相对位置和浓度。N2O同位素体丰度最高的是14N14N16O（＞99%）。【结果】在叠氮化物反应中，NO3−/ NO2−氮被引导至NO2的15Nα位置；因此，应将δ15Nα用于N2O激光光谱分析结果中。经过校正N2O浓度，光腔压力和含水量，国际标准物的δ15NαAIR，δ18OVSMOW 和δ17OVSMOW 值（‰）分别为+4.8 ± 0.1，+25.9 ± 0....

2020 - 07 - 30
理解北极苔原的甲烷预算

北极苔原位于北半球，是多风无树的平原。因其温度低，生长季短，在冬季土壤下层（向下25-90 cm）被永久冻结（“多年冻土层”），阻碍了树木的生长。在夏季，多年冻土层融化仅足够用于植物的生长和繁殖，由于下层土壤冻结，水分无法下沉并形成湖泊和沼泽。苔原冻土地区占世界土壤结合碳的很大一部分（是当今大气中碳的1.5倍），湖泊和湿地中植被腐烂会产生CH4。过去几十年，人们认为北极苔原是碳汇，因为它可以通过光合作用捕获大气中大量的CO2，而如今受气候变化的影响，它已经成为重要的碳源，将温室气体释放到大气中。因此，对环境科学家而言，理解该生态系统中季节，植被，气候因子对CH4排放的影响至关重要。大量研究表明，由于多年冻土层的季节性融化，在北极地区夏季CH4从大量不稳定有机质中排放。然而，很少有研究去理解秋季，冬季和春季（代表了北极地区一年中的70-80%）的CH4排放现象。以往的几个研究表明秋季甲烷通量高，而春冬季节无甲烷通量。在所附的文章中“ Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget”，一组国际跨学科的科学家们报道了全年CH4排放，包括从沿着阿拉斯加北坡300公里纬度样带上的5个阿拉斯加北极苔原涡度协方差（EC）站点测得的通量数据，旨在理解CH4通量的季节性变化。此项目中，EC塔上安装了开路分析仪和闭路LGR-ICOS快速温室气体分析仪（GLA331-GGA，前身为FGGA-24EP）以在连续多年冻土层上进行全年CH4涡度通量观测。ABB LGR-ICOS 加强型机载温室气体分析仪（GLA331-GGA）合并开路和闭路仪器中CH4的测量值并平均以产生半小时的涡度通量值。综合估算了5个站点从2013年6月到2015年1月的CH4通量，获取了两个夏-秋-冬周期数据，具有高时间分辨率。A-E：北坡5个EC站点测得的甲烷通量（mg C- CH4 m−2 h−1）。F：阿拉斯加地图，表明站点位置和表面淹没的百分比（Zona et al.）。这些观测结果表明长期以来，冷季（9-5月）CH4排放量与夏季排放量相当或更高。在最干燥的地区，冷季排放量主导了全年的CH4预算，这比以前在其它连续多年冻土地区模型中预测的贡献（35%）明显更高，同时也高于阿拉斯加北部（40%）的全年观测值数。作者也研究了土壤状况对CH...

2020 - 07 - 30
黄土高原不同人工林中常见树种的水分利用特征

摘要：了解再生物种的水分利用特征对于理解土壤与植物之间的相互作用机制以及指导水资源受限生态系统中的生态恢复策略具有深远的意义。尽管植树造林是改善退化生态系统功能和服务的重要途径，但对不同人工林类型中优势种的水分利用特征的了解甚少。作者调查了黄土高原三种代表性人工林（三种落叶树种刺槐、山杏和臭椿组成的混合人工林，纯刺槐人工林，纯山杏人工林）的植物水分利用特征。作者测量了每种人工林中优势种叶片的δ13C以及木质部和土壤（400 cm）水分的δ2H和δ18O。结果表明，混合人工林中三个主要树种在水源贡献比例上表现出显著的差异（P＜0.05），表明植物具有水源隔离作用。与纯山杏人工林相比，混合人工林中的山杏利用更大比例的浅层土壤水，相应地减少了对深层土壤水的消耗。然而，在不同人工林中，刺槐水分吸收比例未表现出显著差异。混合人工林中植物叶片的δ13C显著高于纯人工林的。不同人工林中，刺槐叶片的δ13C与SWC呈正相关关系，而山杏中未观察到这种关系。结果表明人工林类型会影响植物水分利用特征，具有对人工林类型的物种特异性响应，以及种间竞争和种内竞争之间不同的水源竞争效应。研究区域该研究是在陕西省羊圈沟流域进行的（36°42′45″ N，109°31′45″）。该流域是黄土高原中部的黄土丘陵沟壑区。样品采集作者于2016年植物生长季节5-9月采集了植物叶片样品用于δ13C的测定，采集木质部样品用于δ2H和δ18O的测定，采集了0-400 cm的土壤样品共630个，用于土壤含水量和土壤水δ2H和δ18O的测定，同时收集了46个降雨样品。利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统抽提植物木质部和土壤水分，利用LGR的液态水同位素分析仪测定土壤和降雨样品的δ2H和δ18O。黄土高原植物根系无法到达地下水深度，且该研究区域无灌溉，所以植物的主要水源是土壤水。结果1.土壤和木质部水的同位素组成图2显示了不同人工林土壤水δ2H和δ18O随土壤深度和季节的变化。混合人工林中，土壤水δ18O平均值为-8.88±1.75‰，δ2H平均值为-67.14±11.86‰。纯刺槐林土壤水δ2H和δ18O平均值分别为-64.06±25.12‰和-8.71±3.53‰。纯山杏林土壤水δ2H和δ18O平均值分别为-67.78±12.57‰和...

2020 - 05 - 29
华北平原典型冬小麦-夏季玉米轮作田作物吸水的稳定同位素研究

摘要：气候变化和人类活动的加剧使管理农业水资源变得更为困难，特别是与作物类型和生长阶段有关的水吸收模式的变化。因此，在华北平原，作者利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100）将植物木质部和土壤样品中的水分提取出来，利用LGR水同位素分析仪（WIA-35d-EP，912-0026）测量各水体中δ18O和δ2H以研究冬小麦和夏季玉米轮作田的水分吸收模式。根据土壤含水量，利用层次聚类分析将土壤层分为0-20 cm，20-40 cm，40-120 cm和120-200 cm。夏季玉米在三叶期（77.8%）和拔节期（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，吐丝期（32.0%）和乳熟期（36.7%）主要吸收40-120 cm土壤水，成熟（35.0%）和收获期（52.4%）转为吸收0-20 cm土壤水。冬小麦在越冬期（86.6%），幼苗期（83.7%），拔节期（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，在开花期（34.8%）和乳熟期（25.2%）主要吸收20-40 cm土壤水。冬小麦干根重密度与水分吸收的贡献呈正相关。然而，夏季玉米中未发现类似相关性。回归分析表明冬小麦（CWU=-2.03×SVWC+92.73）和夏季玉米（CWU=-0.91×SVWC+57.75）的土壤体积含水量（SVWC）和水分吸收的贡献呈负相关。对水分吸收贡献的不同响应结果表明，对冬小麦灌溉时，应从孕穗期推迟到开花期。该研究为作物水分吸收和农业水管理提供了见解。结论：稳定同位素δ18O和δ2H用于定量分析夏季玉米和冬小麦在不同生长阶段的水分吸收。基于土壤体积含水量的层次聚类分析将土壤层分为0-20 cm，20-40 cm，40-120 cm和120-200 cm。夏季玉米和冬小麦在其生长阶段水分吸收层发生了变化，从浅层土壤到深层土壤，再到浅层土壤。然而，水分吸收层的变化发生在不同生长阶段：夏季玉米孕穗期（20-40 cm），吐丝期（40-120 cm），成熟期（0-20 cm），冬小麦开花期（20-40 cm），成熟期（0-20 cm）。根系分布和土壤含水量对水分吸收的响应不同。冬小麦干根重密度与水分吸收的贡献呈正相关，但是夏季玉米并非如此。然而...

2020 - 05 - 15
青藏高原东北部高山环境的水稳定同位素分析

摘要：氢氧稳定同位素作为水分子的组成部分，可以用来描述区域水循环，因为他们可以揭示相关水文过程的信息，包括降水，渗透，蒸发和蒸腾作用。尽管自然丰度低，但其重同位素对气候和水文变化敏感。不同水体的稳定同位素可用于研究水汽输送，植物水源和水分利用模式，土壤水输送和补给机制，径流的形成和汇合，补给源和地下水机制等。因此，稳定同位素在水文和气候研究中很受关注。水文过程会对内陆多山地区的水资源产生影响。为全面调查水循环的重要部分，作者以祁连山为研究对象，于2016年植物生长季（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，其他样品每月采集一次。利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100）将植物和土壤样品中的水分提取出来，利用LGR液态水同位素分析仪DLT-100测量δ18O和δ2H以追踪干旱山区水循环的一系列关键参数，提取基线信息，以及研究降水和其他水同位素特征的变化。结果表明：“温度效应”很明显，说明气候干燥；表层土壤水δ18O变化很大，深层土壤水趋于相似，随着土壤深度的增加同位素值逐渐减小。土壤水同位素对降水脉冲的响应具有不同边界。在无降水发生的月份，柠条主要水源为0-30 cm的土壤水，发生降水事件时吸收水源则不同。总之，稳定同位素的研究结果为认识水文过程提供了新的见解，并为了解干旱地区山区的水循环提供了新的手段。1.本研究的目标（1）与最常用的方法（普通最小二乘法回归，OLSR)相比，分析不同的大气降水线回归的适用性；（2）不同样地土壤水同位素剖面变化以及影响因素；（3）干旱山区植物如何利用不同深度的土壤水，以及不同样地同种植物对土壤水的利用是否相同；（4）降水，河水和地下水的补给以及（5）从同位素视角研究上述水体的关系。我们从中可以了解不同水体稳定同位素特征以及内部相互作用，为中国以外类似山区水循环过程的研究提供了一个参考。2.结果2.1降水的同位素组成图2显示了利用6种回归方法（OLSR，MA，RMA，PWLSR，PWMA，PWRMA）拟合的3个样地的LMWL。斜率差异表现为乌鞘岭最小，天祝次之，古浪最大。祁连山“降水量效应”不显著，而“温度效应”很明显（表4）。古浪δ18O和温度的相对系数最小，各种回归之间的斜率差异却最大。2.2土壤水的同位素组成图3显示了生长季0-100 cm土壤水的同位素组成以及含水量变化。由于受到蒸发作用的影响，表...

2020 - 03 - 10

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