柴 华,钟尚志,崔海莹,李 杰,孙 伟

东北师范大学草地科学研究所植被生态科学教育部重点实验室, 长春 130024

碳循环是最重要的生物地球化学循环之一[1- 2]。随着CO2浓度升高引起的气候变化,碳循环过程及其与气候变化之间反馈调节机制成为生态学研究的一个热点[3- 4]。稳定性碳同位素技术作为探究碳循环过程的重要手段,在不同时间和空间尺度生态与环境问题研究中得到广泛应用[5- 7]。同时,探究碳循环不同过程稳定性碳同位素组成、变化趋势及其控制机制是当前生态学研究的另一个热点,有助于研究者更好地将碳同位素技术应用于生态系统碳循环过程研究[8]。

植物在生态系统与大气CO2交换过程中起到非常重要的作用[9]。植物通过光合作用吸收大气中的CO2,一部分光合产物储存在生物体中以维持自身的生长、繁殖等生命活动,另一部分通过植物的呼吸作用返回到大气中。在此过程中,植物通过光合作用和呼吸作用对近地面大气中CO2的稳定性碳同位素组成(13CO2丰度)产生影响。其中,光合作用增加了近地面大气中的13CO2丰度,而呼吸作用则趋于稀释空气中的13CO2丰度[10]。

植物呼吸释放CO2的碳同位素组成(δ13CR)受环境变化导致的光合判别和光合产物同位素组成影响,与大气中的13CO2存在显著差异[11- 13]。光合产物后续代谢过程的同位素分馏(isotope fractionation)也能够影响呼吸底物的碳同位素组成和植物不同器官呼吸释放的CO2碳同位素组成,并通过改变碳同位素通量的时空变化影响生态系统呼吸CO2的碳同位素组成,最终影响基于稳定性同位素技术的碳通量估测[14-15]。……