樹輪穩(wěn)定碳同位素對環(huán)境氣候因子的響應(yīng)研究進展

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1、樹輪穩(wěn)定碳同位素對環(huán)境氣候因子的響應(yīng)研究進展　　摘要：樹木的生長和立地環(huán)境密切相關(guān)，并受氣候變化的影響,樹輪穩(wěn)定碳同位素作為反映和重建氣候與環(huán)境變化一個重要的代用指標(biāo),越來越引起人們的關(guān)注。本文簡述了樹輪穩(wěn)定碳同位素的分餾原理以及樹輪穩(wěn)定碳同位素對光照、CO2濃度、溫度、濕度及其他環(huán)境氣候參數(shù)響應(yīng)的研究進展,并針對我國樹木年輪穩(wěn)定碳同位素研究的進展與現(xiàn)狀,對未來研究發(fā)展趨勢：擴大樹輪穩(wěn)定碳同位素的研究區(qū)域、加強與相關(guān)學(xué)科的交叉滲透研究、探索加強與多種代用指標(biāo)及多環(huán)境變量的聯(lián)合研究等進行了展望,希望為樹輪穩(wěn)定碳同位素的進一步深入研究發(fā)展提供一些理論參考?！　￡P(guān)鍵詞：

2、樹輪；穩(wěn)定碳同位素；環(huán)境氣候因子；研究進展　　中圖分類號：P461文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-3315（2014）04-146-0028　　全球氣候變化已成為目前社會各界共同關(guān)注的焦點問題，是全球變化問題的核心之一。研究全球氣候變化最直接、最準(zhǔn)確的資料是器測資料。然而，使用儀器的氣象記錄資料非常有限，全球多數(shù)地區(qū)只有幾十年的時間，少數(shù)地區(qū)達到100~200年的時間，難以獲取長期氣候變化的信息。近年來，各種地質(zhì)記錄，如冰芯、黃土、湖芯、珊瑚、石筍等，已被廣泛地用于地質(zhì)歷史時期的氣候與環(huán)境變化研究中。而作為地質(zhì)記錄之一的樹木年輪與其他地質(zhì)記錄相比較，具有定年精確

3、、連續(xù)性好、分辨率高、對環(huán)境變化敏感性強等優(yōu)點，也在過去全球氣候變化研究中被廣泛應(yīng)用，并已取得重要進展?！　漭喎€(wěn)定同位素分析是20世紀(jì)70年代中期以來逐漸發(fā)展與成熟起來的研究方法，正廣泛的應(yīng)用于植物生理生態(tài)環(huán)境及全球環(huán)境變化等領(lǐng)域，現(xiàn)已成為樹輪氣候?qū)W研究領(lǐng)域的重要手段之一。在樹輪同位素的研究中，樹輪碳同位素的研究進行的較早、進展較快，取得的成果最多。研究樹輪穩(wěn)定碳同位素對環(huán)境氣候參數(shù)的響應(yīng)，并將它們與其他代用指標(biāo)進行綜合分析，無疑有利于我們更為準(zhǔn)確的認識氣候歷史，具有重要的生態(tài)和現(xiàn)實意義?！　∫弧漭喎€(wěn)定碳同位素的分餾原理與機理研究　　由于環(huán)境氣候參數(shù)是通過碳同

4、位素分餾過程的影響將自身變化的信息記錄在樹輪的碳同位素組成上，使得對穩(wěn)定碳同位素分餾的原理和機理進行研究顯得十分必要?！　≈参锸峭ㄟ^光合作用固定大氣CO2來合成自身組成物質(zhì)的，通過光合作用，大氣CO2進入植物。有研究揭示,C3植物的碳同位素分餾過程主要發(fā)生在葉片內(nèi)的兩個過程[1]：第一，大氣CO2經(jīng)葉片氣孔擴散進入葉綠體的過程。導(dǎo)致了4.4‰的擴散分餾。第二，在酶(核酮糖1,5二磷酸梭化酶(RuBPCase))催化作用下發(fā)生梭化反應(yīng)而固定碳的過程。由梭化作用產(chǎn)生的凈分餾約為27‰[2]。可見，光合作用的結(jié)果是植物中12C明顯富集，從而使植物的13C值明顯低于周圍大

5、氣的δ13C值?！　?982年，F(xiàn)arquhar[1]等從發(fā)生碳同位素分餾的兩個主要過程建立C3植物的碳同位素分餾模式：　　δ13CP=δ13Ca-a-(b-a)Ci/Ca（1）8　　式中,δ13Cp和δ13Ca分別為植物和大氣CO2的穩(wěn)定碳同位素組成；　　a，b分別為CO2的擴散分餾系數(shù)(約為4.4‰)與梭化分餾系數(shù)(約為27‰)；Ci，Ca分別為葉片內(nèi)部和外部的CO2濃度，且有　　Ci=Ca-A/g。其中，A為植物對CO2的同化吸收速率或光合作用速率，g為葉片氣孔導(dǎo)通率?！　《漭喎€(wěn)定碳同位素對氣候因子響應(yīng)的研究進展　　1.樹輪穩(wěn)定碳同位素對光照條件、溫度的

6、響應(yīng)　　光照條件通過影響葉片光合速率（A），調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)通度（g）及酶的活性，改變?nèi)~子的向光性及葉綠素在葉中的分布等而影響植物穩(wěn)定碳同位素組成[3]。Farquhar[4]等研究發(fā)現(xiàn)，植物在光強高于光補償點而低于光飽和點時，g和A與光強呈正相關(guān)；當(dāng)光強達到光飽和點時，g、A及Ci三者均達到極值，幾乎不再隨光強增加而變化。Francey[5]等研究認為，與不同高度光照強度的差異有關(guān)；Ramesh[6]等研究發(fā)現(xiàn)，云量與植物δ13C值負相關(guān)；Ponton[7]等在對橡樹種子的控制實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輻射從8%增至100%時，碳的積累增至3倍多；Naidu[8]等研究了光質(zhì)對植

7、物碳同位素的影響，在紫外輻射增強時，植物的δ13C值降低。我國東部亞熱帶地區(qū)，趙興云[9]等研究了浙江天目山地區(qū)柳杉樹輪δ13C序列，認為山區(qū)坡度與坡向?qū)π泵嫔汐@得的太陽總輻射有重要影響?！　〗甑脑S多研究結(jié)果表明,樹輪δ13C與溫度的關(guān)系沒有一致的結(jié)果,這也許是不同樹種具有不同的最適溫度的緣故，氣候的地區(qū)性差異也可能是導(dǎo)致這一結(jié)果的原因。Schlese[10]等認為，樹輪δ13C與溫度之間并非簡單的線性關(guān)系，而是呈“鐘形效應(yīng)”8。即在植物生長的最適宜溫度時，植物的碳同位素分餾最大，其δ13C值最低；若溫度低于植物生長的最適溫度，樹輪δ13C值與溫度呈負相關(guān)；若溫

8、度高于最適