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1、1植物水分利用效率的研究:取样部位：叶片测定指标:S13C基本原理：813C分析是评估c3植物叶片中细胞间平均CO2浓度的有效方法。根 据Farquhar等(1982)，植物的8i3C值可由下式来表示：13CP=13Ca-a-(b-a)xC/Ca式中，8i3Cn和8i3Ca分别为植物组织及大气CO2的碳同位素比率，a和b分别 pa2为CO2扩散和羧化过程中的同位素分馏，而C和ca分别为细胞间及大气的 CO2浓度。可明显看出，植物的813C值与C.和ca有密切的联系。植物组织 的813C值不仅反映了大气CO2的碳同位素比值，也反映了 C/Ca比值。C/Caii比值是一重要的植物生理生态特征值，它
2、不仅与叶光合羧化酶有关也与叶片 气孔开闭调节有关，因而C/Ca值大小也与环境因子有关。另一方面，根据水 分利用效率的定义，植物水分利用效率也与C.和Ca有密切的联系，这可由下 列方程式中看出：A=gx(Ca-C.)/1.6E=gxAWWUE=A/E= (Ca-q)/1.6AW式中，A和E分别为光合速率和蒸腾速率，g为气孔传导率，而AW为叶内 外水气压之差。这样，813C值可间接地揭示出植物长时期的水分利用效率：mm ” arri rn ! biimj-u- WUE=由于植物组织的碳是在一段时间(如整个生长期)内累积起来的，其813C值 可以指示出这段时间内平均的C/Ca值及WUE值。注意事项：
3、阳生叶片；光合活性强的叶片(避免新生和衰老叶片)； 比较不同种或不同地区植物的水分利用率时应注意大气CO2本底的813C值与气候和水分条件 是否接近。特别是在森林生态系统中，植物叶 片513C值存在明显的冠层效应，即愈接近森林 地表，植物叶片的同位素贫化(isotopic depletion) 效应愈明显，产生这一效应的原因主要有两个： 一个是林冠内部形成的光强梯度，光强下降导 致较高的Ci/Ca；第二是林下植物和土壤呼吸释 放含有较低13C的co2。前处理：尽可能立即烘干；测定前要粉碎过6080目筛难题：高大乔木取样；地理跨度很大或气候条件差异明显的地点间的比较2植物光合类型的判定 取样部位
4、：叶片测定指标：S13C 基本原理：植物光合作用是自然界产生碳同位素分馏的最重要过程。目前大气CO2的813C值为8%0左右。大气CO2经气孔向叶内的扩散过程、CO2在叶水中的溶解过程，以及羧化酶对CO2的同化过程，均存在由显著的碳同位素效应（Farquharet al1989）。而且，不同光合途径（C3、C4、和CAM）因光合羧化酶（RuBP羧化酶和PEP羧化酶）和羧化的时空上的差异对13C有不同的识别和排斥，导致了不同光合途径的植物具有显著不同的813C值。在陆生植物中，C3植物的813C值由-20%。到-35% （平均为-26%。），C4植物由-7%。 至到-15% （平均为-12%。）
5、，而CAM植物由-10%。到-22%o（平均为-16%。）,因此 513C值可用来鉴别植物的光合途径。注意事项：阳生叶片；光合活性强的叶片。难题：对一些中间类型或CAM光合途径兼有的物种的判断比较困难3植被变迁取样：植物叶片或植株、土壤、花粉粒、动植物化石等测定指标：S13C基本原理：不同光合类型植物的813C值之间存在很大差异，土壤有机质、花粉 粒以及动植物化石813C值中包含了不同地质年代的植被光合类型等方面的信 息，如土壤有机质是由分解的植物残体逐渐转化和积累起来的，所以土壤有 机质同位素组成与其上的植被同位素组成有直接的关系，因此可以用来判断 植被的变迁，主要是c3/c4植物的构成比例
6、。哺乳动物牙齿的釉质层，特别是食草动物的食物同位素组成比较规律和稳定，所 以牙齿化石釉质的稳定同位素分析对于判断古气候变化非常有用。注意事项：植物取样同上；土壤根据具体情况取不同深度的样品，浅表土壤尽量 划分的细些，如0-2 cm, 2-5 cm, 5-10 cm等，最表层土壤容易受到人类和生物 活动的干扰，所以一般表土样品采集地表下2-3cm的土壤，此层土壤中的有 机质组分经过了长时间的分解，达到了稳定。前处理：植物样品处理同上；一般土壤样品需要研磨过80-100目筛，如果是碱 性土壤需要酸化，即用过量的稀释HCl（2 mol/L）处理土壤样品24小时，以 除去土壤中的碳酸盐。去除土壤中碳酸
7、盐主要是因为土壤中的碳酸盐不仅容 易受成岩作用影响，而且这些碳酸盐从形成起直到今天一直在与地层中的 CO2气体反应，因此这种来源的同位素分析很难真正反映地质历史时期的气 候状况。难题：此方法只适于原始与现代植被类型间813C差异较大的地区，如由C4草原 转变为C3灌丛；由C3草原转变为C4植物为准的农田（玉米、甘蔗等）。当 分析花粉粒、动植物化石样品时常需要特殊的仪器（样品量太小）。而对化 石材料分析的很大困难应该是如何准确确定它所处的地质年代（14C定年）。4长期气候变化取样：树木年轮、湖泊沉积物、动植物化石、石笋、冰芯等，时间尺度从几十年 到几百万年测定指标：We、180、8D基本原理：树
8、轮是能提供各种环境气候信息的生命体，树木在光合作用过程中吸 收的CO2和H2O是树轮有机组成中C、H、O的唯一来源，因而树轮C、H、 O同位素组成应能反映树木生长时大气圈（CO2）和水圈（h2o）的同位素组成特 点。同时，光合作用过程也是一个受环境气候因子制约的同位素分馏过程，经 过这一过程的树轮同位素组成,也应记录有树轮生长时气候因子的信息。比如: 树木年轮的513C值可以用于大气CO2浓度、大气温度、大气相对湿度和降 水量等环境因子的重建。目前越来越多的研究同时应用两个或多个同位素共 同解释气候的变化，增加了结果解释的精确度。前处理：提取年轮中的纤维素难题：年轮的准确定年；树轮纤维素的硝化5植物氮素利用取样部位：植物叶片、土壤测定指标：515N基本原理：大气N2的815N值接近0,而土壤N的815N值在-6%。至16%。之间（参 见补充材料1）。因此，主要通过固氮作用从大气中获得氮素的植物15N丰度应 该接近0；而且通过计算也可以定量非固氮植物所利用的氮源的构成比例。注意事项：光合活性强（避免新生和衰老叶片）；土壤取样采集根系较集中的土 层。难题：土壤中氮转化过程同位素效应很大，且常常不同方向，因此造成土壤N的
植物样品取样方法
