树轮稳定碳同位素对环境气候因子的响应研究进展

《树轮稳定碳同位素对环境气候因子的响应研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、树轮稳定碳同位素对环境气候因子的响应研究进展　　摘要：树木的生长和立地环境密切相关，并受气候变化的影响,树轮稳定碳同位素作为反映和重建气候与环境变化一个重要的代用指标,越来越引起人们的关注。本文简述了树轮稳定碳同位素的分馏原理以及树轮稳定碳同位素对光照、CO2浓度、温度、湿度及其他环境气候参数响应的研究进展,并针对我国树木年轮稳定碳同位素研究的进展与现状,对未来研究发展趋势：扩大树轮稳定碳同位素的研究区域、加强与相关学科的交叉渗透研究、探索加强与多种代用指标及多环境变量的联合研究等进行了展望,希望为树轮稳定碳同位素的进一步深入研究发展提供一些理论参考。　　关键词：

2、树轮；稳定碳同位素；环境气候因子；研究进展　　中图分类号：P461文献标识码：A文章编号：1006-3315（2014）04-146-0028　　全球气候变化已成为目前社会各界共同关注的焦点问题，是全球变化问题的核心之一。研究全球气候变化最直接、最准确的资料是器测资料。然而，使用仪器的气象记录资料非常有限，全球多数地区只有几十年的时间，少数地区达到100~200年的时间，难以获取长期气候变化的信息。近年来，各种地质记录，如冰芯、黄土、湖芯、珊瑚、石笋等，已被广泛地用于地质历史时期的气候与环境变化研究中。而作为地质记录之一的树木年轮与其他地质记录相比较，具有定年精确

3、、连续性好、分辨率高、对环境变化敏感性强等优点，也在过去全球气候变化研究中被广泛应用，并已取得重要进展。　　树轮稳定同位素分析是20世纪70年代中期以来逐渐发展与成熟起来的研究方法，正广泛的应用于植物生理生态环境及全球环境变化等领域，现已成为树轮气候学研究领域的重要手段之一。在树轮同位素的研究中，树轮碳同位素的研究进行的较早、进展较快，取得的成果最多。研究树轮稳定碳同位素对环境气候参数的响应，并将它们与其他代用指标进行综合分析，无疑有利于我们更为准确的认识气候历史，具有重要的生态和现实意义。　　一、树轮稳定碳同位素的分馏原理与机理研究　　由于环境气候参数是通过碳同

4、位素分馏过程的影响将自身变化的信息记录在树轮的碳同位素组成上，使得对稳定碳同位素分馏的原理和机理进行研究显得十分必要。　　植物是通过光合作用固定大气CO2来合成自身组成物质的，通过光合作用，大气CO2进入植物。有研究揭示,C3植物的碳同位素分馏过程主要发生在叶片内的两个过程[1]：第一，大气CO2经叶片气孔扩散进入叶绿体的过程。导致了4.4‰的扩散分馏。第二，在酶(核酮糖1,5二磷酸梭化酶(RuBPCase))催化作用下发生梭化反应而固定碳的过程。由梭化作用产生的净分馏约为27‰[2]。可见，光合作用的结果是植物中12C明显富集，从而使植物的13C值明显低于周围大

5、气的δ13C值。　　1982年，Farquhar[1]等从发生碳同位素分馏的两个主要过程建立C3植物的碳同位素分馏模式：　　δ13CP=δ13Ca-a-(b-a)Ci/Ca（1）8　　式中,δ13Cp和δ13Ca分别为植物和大气CO2的稳定碳同位素组成；　　a，b分别为CO2的扩散分馏系数(约为4.4‰)与梭化分馏系数(约为27‰)；Ci，Ca分别为叶片内部和外部的CO2浓度，且有　　Ci=Ca-A/g。其中，A为植物对CO2的同化吸收速率或光合作用速率，g为叶片气孔导通率。　　二、树轮稳定碳同位素对气候因子响应的研究进展　　1.树轮稳定碳同位素对光照条件、温度的

6、响应　　光照条件通过影响叶片光合速率（A），调节气孔导通度（g）及酶的活性，改变叶子的向光性及叶绿素在叶中的分布等而影响植物稳定碳同位素组成[3]。Farquhar[4]等研究发现，植物在光强高于光补偿点而低于光饱和点时，g和A与光强呈正相关；当光强达到光饱和点时，g、A及Ci三者均达到极值，几乎不再随光强增加而变化。Francey[5]等研究认为，与不同高度光照强度的差异有关；Ramesh[6]等研究发现，云量与植物δ13C值负相关；Ponton[7]等在对橡树种子的控制实验中发现，当辐射从8%增至100%时，碳的积累增至3倍多；Naidu[8]等研究了光质对植

7、物碳同位素的影响，在紫外辐射增强时，植物的δ13C值降低。我国东部亚热带地区，赵兴云[9]等研究了浙江天目山地区柳杉树轮δ13C序列，认为山区坡度与坡向对斜面上获得的太阳总辐射有重要影响。　　近年的许多研究结果表明,树轮δ13C与温度的关系没有一致的结果,这也许是不同树种具有不同的最适温度的缘故，气候的地区性差异也可能是导致这一结果的原因。Schlese[10]等认为，树轮δ13C与温度之间并非简单的线性关系，而是呈“钟形效应”8。即在植物生长的最适宜温度时，植物的碳同位素分馏最大，其δ13C值最低；若温度低于植物生长的最适温度，树轮δ13C值与温度呈负相关；若温

8、度高于最适