【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（350vip葡京新集团））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 ...
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2022
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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...
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2022
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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（350vip葡京新集团）+SC-11便携式呼吸室（350vip葡京新集团）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。...
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2022
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【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）...
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2020
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【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...
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2020
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【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...
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2020
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【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...
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2020
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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...
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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...
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2020
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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&...
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