LI-2100—葉片水氫氧同位素的控制因素

太白山，是秦嶺山脈最高峰，也是青藏高原以東第一高峰，如鶴立雞群之勢冠列秦嶺群峰之首，以高、寒、險、奇、富饒、神秘的特點(diǎn)聞名于世、稱雄華中。

李白的“西上太白峰，夕陽窮登攀”，“西當(dāng)太白有鳥道，可以橫絕峨眉巔”，形象地將太白山的雄峻高聳烘托而出。如今，更是有不少中外游客慕名前來，一覽拔仙絕頂和云海奇觀，領(lǐng)略太白峰的險峻神秘。

2020年，來自中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所的研究團(tuán)隊(duì)分別于5月、7月和9月登上太白山，在奇觀景象之中收集土壤和植物，開啟了葉片水氫氧同位素的相關(guān)研究。
 

葉片水氫氧同位素的控制因素

氫氧穩(wěn)定同位素（δ²H和δ¹⁸O）常被用作示蹤劑來跟蹤水從降水輸入運(yùn)移到土壤，最終通過土壤蒸發(fā)和葉片蒸騰釋放的過程。葉片水蒸騰對于調(diào)節(jié)各種尺度的水平衡至關(guān)重要。陸地植物葉片水通過氣孔蒸發(fā)分餾導(dǎo)致重同位素富集，這在很大程度上取決于等大氣條件（溫度和相對濕度等）以及生物生理過程。葉片水同位素信號整合到植物有機(jī)物中，例如纖維素和葉蠟，成為研究古氣候重建的新方法。然而，盡管葉片水同位素在生態(tài)水文學(xué)和有機(jī)生物合成中很重要，但人們對葉片水同位素的控制因素以及源水和水文氣候在確定葉片水同位素中的作用仍然缺乏了解且葉片內(nèi)同位素分餾所涉及過程的復(fù)雜性使得準(zhǔn)確預(yù)測和測量變得困難。

基于此，在本研究中，來自中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所的研究團(tuán)隊(duì)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（枝條和葉片）樣品，同時獲取了溫度、相對濕度和降水量等相關(guān)氣象參數(shù)。利用LI-2100全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）提取土壤和植物中的水分。利用Picarro L2130-i水同位素分析儀確定土壤水穩(wěn)定同位素組成。并測定其他水體的穩(wěn)定同位素組成。通過對土壤水、枝條水和葉片水的δ¹⁸O和δ²H測量值與葉片水的δ¹⁸O和δ²H C-G模型預(yù)測值進(jìn)行綜合分析，確定δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值的控制因素，以增進(jìn)我們對與葉片水相關(guān)的植物有機(jī)生物標(biāo)志物中提取的δ¹⁸O和δ²H中所保存的環(huán)境信號的理解。

【結(jié)果】

 

葉片水δ¹⁸O和δ²H值與潛在源水δ¹⁸O和δ²H值（枝條水、土壤水和降水δ¹⁸O和δ²H）以及氣象參數(shù)（例如、MAP、MMP、MAT、MMT、MARH、MMRH）相關(guān)性（r）熱圖。
 

葉片水同位素測量值與C-G模型預(yù)測值比較。
 

葉片水δ¹⁸O和δ²H值的結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）。

【結(jié)論】

沿黃土高原高程樣帶，對降水、土壤水、枝條水和葉片水進(jìn)行重復(fù)采樣，探索δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值與氣象參數(shù)和源水的控制關(guān)系。氣象參數(shù)和源水對δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值的影響不同，δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf雙圖生成同位素線。作者發(fā)現(xiàn)δ²HLeaf值與源水同位素的相關(guān)性比δ¹⁸OLeaf更密切，而高程樣帶沿線δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值與氣象參數(shù)具有相似的相關(guān)性。觀測結(jié)果表明，源自δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值的植物有機(jī)同位素（例如葉蠟和纖維素）可以提供中國黃土高原相對的氣候信息。此外，雙同位素分析表明δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值由于相似的海拔和季節(jié)響應(yīng)而密切相關(guān)。源水（即降水）主導(dǎo)δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值，氣象參數(shù)對δ¹⁸OLeaf和δ²HLeaf值的影響相當(dāng)，且隨黃土高原樣帶海拔和季節(jié)的變化而變化。未來，作者將研究交叉角與水文氣候和生化因素的關(guān)系。

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