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湖泊湿地植物稳定同位素相关研究取得进展

  利用同位素技术研究不同时间和空间尺度的生态过程与机制,已成为了解环境变化和生态系统演变的重要研究手段之一。植物作为湖泊湿地生态系统的重要组成部分,是维持湖泊湿地生态系统多样性和稳定性的重要基础与支撑。植物体内稳定碳氧同位素(δ13Cδ18O)组成不仅记录了植物生长过程中外界环境信息的变化,还可以揭示生物地球化学循环过程,已逐步成为研究植物与环境间相互关系的重要方法。 

  在国家重点研发计划、国家自然科学基金和科技部基础性工作专项等项目的联合资助下,薛滨研究员团队博士生刘金亮以太湖流域的水生植物和神农架大九湖泥炭地的湿地植物为研究对象,分析其碳氧同位素的组成变化特征及其环境影响因子,为该区域利用植物碳氧同位素更准确的研究湖泊现代环境变化和古环境演变提供了实验支持和数据支撑。 

  研究团队通过对太湖流域内水生植物的δ13C进行分析,研究结果表明水生植物不同组分(全样、综纤维素与α纤维素)的δ13C在季节上不存在明显的差异,在空间上河流地区水生植物的δ13C较湖区水生植物的δ13C偏轻,差异较显著(图1)。通过分析水生植物不同组分的δ13C与环境要素之间的关系,发现水体pH是影响水生植物δ13C变化的主要因素,其中水生植物α纤维素组分对环境变化的响应较植物的全样和综纤维素组分更敏感,更适用于作为研究湖泊生态环境变化的载体(图2)。而造成这种差异的主要原因是由于植物中的木质素和抽提物等次级组分对全样的δ13C信号具有一定的干扰,与其他次级组分相比,α纤维素组成成分单一、理化性质相对稳定,有固定的分子式,对环境变化响应更为敏感。这对于利用水生植物碳同位素更准确的研究湖泊环境变化提供了数据支持,相关研究成果发表在Ecological Indicators,论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106721

1太湖流域采样点位置示意图

2水生植物不同组分的δ13C与环境要素之间的相关性 

  此外,通过对神农架大九湖泥炭地的湿地植物α纤维素进行δ18O分析,研究结果显示不同类型植物不同部位(全样、茎和叶)的δ18O不存在明显的差异,且对环境变化的响应不存在显著的差异。泥炭地表水的δ18O是影响植物δ18O变化最主要的因素,但是该地区植物生长季(4~10月)的月平均温度对植物δ18O的影响不容被忽略(图3与图4)。因此,该地区植物的δ18O可以保存植物生长过程中吸收利用源水的δ18O和温度的信号。这为该地区沉积物中纤维素δ18O的气候意义解译提供了现代过程的参照与对比,同样对于我国其他泥炭地纤维素δ18O的古气候信息解析具有重要的借鉴意义。相关研究成果发表在Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology,论文链接:https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2020.109910

3植物不同部位的δ18O与气候要素之间的相关性

4不同植物、大气降水和泥炭地表水的δ18O在时间序列上的对比