生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和甲烷（CH4）通量是兩個(gè)重要的土壤-大氣碳交換過程，已經(jīng)在局地尺度上得到充分記錄。然而，在流域尺度上，對青藏高原多年凍土區(qū)這些過程的空間格局和控制因素尚不清楚?；诖?，為了填補(bǔ)研究空白，在本研究中，來自四川大學(xué)、中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院和西南民族大學(xué)青藏高原研究所的研究團(tuán)隊(duì)在青藏高原風(fēng)火山（34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E；4580-5410 m a.s.l.；圖1a）測量了兩個(gè)生長季節(jié)（2017年和2018年）不同坡向（北向（陰坡）和南向（陽坡））和不同海拔（低、中和高坡位）的生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和CH4通量，旨在闡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調(diào)節(jié)Re和CH4通量的相對貢獻(xiàn)。作者利用LGR UGGA便攜式溫室氣體分析儀+PS-3000便攜式土壤呼吸系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）+SC-11便攜式呼吸室（北京理加聯(lián)合科技有限公司）于2017年和2018年生長季節(jié)（6-12月）每30天測量一次Re和CH4通量。同時(shí)，還測量了土壤溫度、體積含水量、地上生物量和地下生物量、土壤有機(jī)質(zhì)、pH、土壤全氮、土壤容重、溶解性有機(jī)碳、微生物量碳、微生物量氮、土壤蔗糖酶活性、NH4+-N和NO3--N濃度。...
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2022
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【摘要】森林的長期生產(chǎn)力和固碳能力受氣候變化影響，已成為全球關(guān)注的問題。本研究中，我們提供了一種簡單且無損的方法來研究多時(shí)間尺度上樹木CO2同化率。這種新的方法結(jié)合了樹干液流和穩(wěn)定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我們通過分析變異性并進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，比較了氣體交換測量和新方法測得的CO2同化率，以驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和適用性。氣體交換和同位素測量都表明早晨CO2同化率高于下午，峰值在10-11 am左右出現(xiàn)，可能是由于夜間的水儲(chǔ)存和早晨的高氣孔導(dǎo)度。側(cè)柏日，月，年尺度上CO2同化率的變異性與供水條件有關(guān)。與以往的研究相比，我們利用穩(wěn)定碳同位素分辨率（Δ13C）和樹干液流測量估算的年CO2同化率的結(jié)果與傳統(tǒng)方法結(jié)果相一致。側(cè)柏對供水可以有效的響應(yīng)，這就解釋了為什么它可以很好地適應(yīng)半干旱區(qū)環(huán)境。估算CO2同化率的新方法是準(zhǔn)確的，且適用于北京周邊的半干旱地區(qū)?！狙芯繀^(qū)域】位于燕山鷲峰國家森林生態(tài)系統(tǒng)研究站（NFERS，40°03′N，116°05′E）?！咎纪凰販y定】利用碳同位素分析儀（CCIA-36d-EP，LGR）結(jié)合廓線系統(tǒng)進(jìn)行長期野外觀測。研究區(qū)域的地理位置（a）研究區(qū)域2013年-2016年三個(gè)土壤深度（30cm，60cm和90cm）的月土壤含水量（SWC）；（b）月降水量（P）和平均氣溫（Ta）；（c）月平均飽和水汽壓差（VPD）和光合有效輻射（PAR）。（a）...
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2020
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【摘要】正確理解地下水循環(huán)模式及其可更新能力對地下水資源的評估、合理開發(fā)和利用至關(guān)重要。在干旱或半干旱地區(qū)地下水補(bǔ)給量少且變異性高，因此難以估算。同位素研究和混合模型相結(jié)合可以直接估計(jì)含水層的可更新性。本文利用環(huán)境同位素方法研究了中國西北半干旱地區(qū)—銀川盆地的潛水循環(huán)模式以及更新能力，主要研究了不同水體的同位素特征，潛水同位素年齡，水循環(huán)模式以及更新速率。結(jié)果表明，銀川盆地主要有兩個(gè)補(bǔ)給源，即局部大氣降水（占13%）和黃河（占87%）。銀川盆地潛水的平均滯留時(shí)間是48年，平均更新速率是3.38%/a。潛水具有較強(qiáng)的更新能力，更新速率與同位素年齡一致?！狙芯繀^(qū)域】位于中國西北地區(qū)的銀川平原。圖1 銀川盆地位置圖【樣品收集和測量】收集了來自全球大氣降水監(jiān)測數(shù)據(jù)和國際原子能機(jī)構(gòu)的30組降水?dāng)?shù)據(jù)，并收集了11個(gè)黃河水樣品，47個(gè)潛水樣品。利用LGR的液態(tài)水同位素分析儀測量所有水體的δ18O，δD和δT以分析其同位素特征?！窘Y(jié)果：地下水補(bǔ)給來源的確定】根據(jù)1988到2000的降水觀測，地區(qū)大氣降水線（LMWL）為δD = 7.22δ18O + 5.50（圖2）。降水δD和δ18O加權(quán)平均值分別為-45.59‰和-6.93‰。δ18O變異性范圍為-19.97‰~3.86‰，δD變異性范圍為-147.70‰~5.10‰。LMWL的斜率為7.22，略低于全球平均值8（δD = 8δ18O...
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2020
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【摘要】氫氧穩(wěn)定同位素可用于追蹤土壤水分的運(yùn)移。盡管我們對土壤剖面滲透的水的追蹤及其在徑流和地下水補(bǔ)給中運(yùn)移過程的研究已經(jīng)很完善了，但土壤水的運(yùn)動(dòng)也包括蒸發(fā)分餾。迄今為止，土壤水的分餾因子主要是基于經(jīng)驗(yàn)性的。與開放型水分蒸發(fā)（溫度，濕度，蒸氣壓梯度定義的分餾）不同的是，土壤水蒸發(fā)包括土壤基質(zhì)效應(yīng)的分餾。我們對這些效應(yīng)特征的理解仍然很差。在這里，我們使用ABB LGR的水汽同位素分析儀（IWA-45-EP）提供了一個(gè)初步結(jié)果，實(shí)驗(yàn)使用了4種土壤混合物，粒度從砂粒到粉粒和黏粒。結(jié)果表明土壤張力可能控制著土壤水分的同位素分餾。土壤張力與平衡分餾的關(guān)系與土壤質(zhì)地?zé)o關(guān)，且得到熱力學(xué)理論的充分支持。雖然結(jié)果是初步的，認(rèn)為未來的工作應(yīng)該關(guān)注作為土壤水和水蒸氣分餾可能解釋因素的土壤張力的影響。插圖（a）顯示了4種添加土壤混合體的水分釋放曲線。在萎蔫點(diǎn)到吸著水范圍內(nèi)，2個(gè)石英砂樣品的重量含水量保持在0.05 g/g。但在同一范圍內(nèi)，粉砂的重量含水量高達(dá)0.15 g/g。在毛細(xì)管水范圍內(nèi)，黏土的最高重量含水量可達(dá)0.2 g/g。土壤張力為106 hpa時(shí)，砂土樣品I和II的重量含水量分別為0.01和0.005 g/g。在相同的土壤張力下，粉砂的重量含水量為0.05 g/g。重量含水量在0.05和0.005 g/g的粘質(zhì)土在105 hpa以上獲得了更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。（b）圖表明平衡分餾因子（aP/Q）與土壤...
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2020
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【基本原理】硝酸鹽水溶液（NO3?）的氮氧穩(wěn)定同位素組成（δ15N，δ18O，δ17O）以及亞硝酸鹽（NO2?）的δ15N值是土壤、雨水、地表水、地下水以及海水養(yǎng)分來源和動(dòng)態(tài)變化的重要示蹤劑。硝酸鹽同位素還用于評估水生生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)N的能力以及通過地下細(xì)菌反硝化等過程修復(fù)被硝酸鹽污染的含水層。用疊氮化鎘還原法將NO3?或NO2?轉(zhuǎn)為N2O，用N2O激光光譜法進(jìn)行N和O同位素分析。將激光頂空同位素分析法與同位素比質(zhì)譜法進(jìn)行比較。激光法可直接測量17O異常，有助于追蹤大氣N來源?；诖?，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”，國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）同位素水文學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任Leonard I. Wassenaar及其團(tuán)隊(duì)利用N2O同位素分析儀（N2OIA‐23e‐EP Model 914‐0060；Los Gatos Research，Mountain View，CA，USA）開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)?！痉椒ā坑茂B氮化鎘法和頂空N2O激光光譜法將其轉(zhuǎn)化為N2O，在N/O穩(wěn)定同位素標(biāo)準(zhǔn)物（IAEA，USGS）上測量δ15N，δ18O，δ17O。15N示蹤...
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北極苔原位于北半球，是多風(fēng)無樹的平原。因其溫度低，生長季短，在冬季土壤下層（向下25-90 cm）被永久凍結(jié)（“多年凍土層”），阻礙了樹木的生長。在夏季，多年凍土層融化僅足夠用于植物的生長和繁殖，由于下層土壤凍結(jié)，水分無法下沉并形成湖泊和沼澤。苔原凍土地區(qū)占世界土壤結(jié)合碳的很大一部分（是當(dāng)今大氣中碳的1.5倍），湖泊和濕地中植被腐爛會(huì)產(chǎn)生CH4。過去幾十年，人們認(rèn)為北極苔原是碳匯，因?yàn)樗梢酝ㄟ^光合作用捕獲大氣中大量的CO2，而如今受氣候變化的影響，它已經(jīng)成為重要的碳源，將溫室氣體釋放到大氣中。因此，對環(huán)境科學(xué)家而言，理解該生態(tài)系統(tǒng)中季節(jié)，植被，氣候因子對CH4排放的影響至關(guān)重要。大量研究表明，由于多年凍土層的季節(jié)性融化，在北極地區(qū)夏季CH4從大量不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)中排放。然而，很少有研究去理解秋季，冬季和春季（代表了北極地區(qū)一年中的70-80%）的CH4排放現(xiàn)象。以往的幾個(gè)研究表明秋季甲烷通量高，而春冬季節(jié)無甲烷通量。在所附的文章中“ Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget”，一組國際跨學(xué)科的科學(xué)家們報(bào)道了全年CH4排放，包括從沿著阿拉斯加北坡300公里緯度樣帶上的5個(gè)阿拉斯加北極苔原渦度協(xié)方差（EC）站點(diǎn)測得的通量數(shù)據(jù)，旨在理解CH4通量的季節(jié)性變化。此項(xiàng)目中，EC塔上安裝了開路分析儀和閉路LGR...
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摘要：了解再生物種的水分利用特征對于理解土壤與植物之間的相互作用機(jī)制以及指導(dǎo)水資源受限生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)恢復(fù)策略具有深遠(yuǎn)的意義。盡管植樹造林是改善退化生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的重要途徑，但對不同人工林類型中優(yōu)勢種的水分利用特征的了解甚少。作者調(diào)查了黃土高原三種代表性人工林（三種落葉樹種刺槐、山杏和臭椿組成的混合人工林，純刺槐人工林，純山杏人工林）的植物水分利用特征。作者測量了每種人工林中優(yōu)勢種葉片的δ13C以及木質(zhì)部和土壤（400 cm）水分的δ2H和δ18O。結(jié)果表明，混合人工林中三個(gè)主要樹種在水源貢獻(xiàn)比例上表現(xiàn)出顯著的差異（P＜0.05），表明植物具有水源隔離作用。與純山杏人工林相比，混合人工林中的山杏利用更大比例的淺層土壤水，相應(yīng)地減少了對深層土壤水的消耗。然而，在不同人工林中，刺槐水分吸收比例未表現(xiàn)出顯著差異。混合人工林中植物葉片的δ13C顯著高于純?nèi)斯ち值?。不同人工林中，刺槐葉片的δ13C與SWC呈正相關(guān)關(guān)系，而山杏中未觀察到這種關(guān)系。結(jié)果表明人工林類型會(huì)影響植物水分利用特征，具有對人工林類型的物種特異性響應(yīng)，以及種間競爭和種內(nèi)競爭之間不同的水源競爭效應(yīng)。研究區(qū)域該研究是在陜西省羊圈溝流域進(jìn)行的（36°42′45″ N，109°31′45″）。該流域是黃土高原中部的黃土丘陵溝壑區(qū)。樣品采集作者于2016年植物生長季節(jié)5-9月采集了植物葉片樣品用于δ13C的測定...
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摘要：氣候變化和人類活動(dòng)的加劇使管理農(nóng)業(yè)水資源變得更為困難，特別是與作物類型和生長階段有關(guān)的水吸收模式的變化。因此，在華北平原，作者利用全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100）將植物木質(zhì)部和土壤樣品中的水分提取出來，利用LGR水同位素分析儀（WIA-35d-EP，912-0026）測量各水體中δ18O和δ2H以研究冬小麥和夏季玉米輪作田的水分吸收模式。根據(jù)土壤含水量，利用層次聚類分析將土壤層分為0-20 cm，20-40 cm，40-120 cm和120-200 cm。夏季玉米在三葉期（77.8%）和拔節(jié)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，吐絲期（32.0%）和乳熟期（36.7%）主要吸收40-120 cm土壤水，成熟（35.0%）和收獲期（52.4%）轉(zhuǎn)為吸收0-20 cm土壤水。冬小麥在越冬期（86.6%），幼苗期（83.7%），拔節(jié)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，在開花期（34.8%）和乳熟期（25.2%）主要吸收20-40 cm土壤水。冬小麥干根重密度與水分吸收的貢獻(xiàn)呈正相關(guān)。然而，夏季玉米中未發(fā)現(xiàn)類似相關(guān)性。回歸分析表明冬小麥（CWU=-2.03×SVWC+92.73）和夏季玉米（CWU=-0.91&...
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2020
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05
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摘要：氫氧穩(wěn)定同位素作為水分子的組成部分，可以用來描述區(qū)域水循環(huán)，因?yàn)樗麄兛梢越沂鞠嚓P(guān)水文過程的信息，包括降水，滲透，蒸發(fā)和蒸騰作用。盡管自然豐度低，但其重同位素對氣候和水文變化敏感。不同水體的穩(wěn)定同位素可用于研究水汽輸送，植物水源和水分利用模式，土壤水輸送和補(bǔ)給機(jī)制，徑流的形成和匯合，補(bǔ)給源和地下水機(jī)制等。因此，穩(wěn)定同位素在水文和氣候研究中很受關(guān)注。水文過程會(huì)對內(nèi)陸多山地區(qū)的水資源產(chǎn)生影響。為全面調(diào)查水循環(huán)的重要部分，作者以祁連山為研究對象，于2016年植物生長季（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，其他樣品每月采集一次。利用全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100）將植物和土壤樣品中的水分提取出來，利用LGR液態(tài)水同位素分析儀DLT-100測量δ18O和δ2H以追蹤干旱山區(qū)水循環(huán)的一系列關(guān)鍵參數(shù)，提取基線信息，以及研究降水和其他水同位素特征的變化。結(jié)果表明：“溫度效應(yīng)”很明顯，說明氣候干燥；表層土壤水δ18O變化很大，深層土壤水趨于相似，隨著土壤深度的增加同位素值逐漸減小。土壤水同位素對降水脈沖的響應(yīng)具有不同邊界。在無降水發(fā)生的月份，檸條主要水源為0-30 cm的土壤水，發(fā)生降水事件時(shí)吸收水源則不同?？傊€(wěn)定同位素的研究結(jié)果為認(rèn)識(shí)水文過程提供了新的見解，并為了解干旱地區(qū)山區(qū)的水循環(huán)提供了新的手段。1.本研究的目標(biāo)（1）與最常用的方法（普通最小二...
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