湖泊溼地植物穩定同位素相關研究取得進展

利用同位素技術研究不同時間和空間尺度的生態過程與機制，已成為了解環境變化和生態系統演變的重要研究手段之一。植物作為湖泊溼地生態系統的重要組成部分，是維持湖泊溼地生態系統多樣性和穩定性的重要基礎與支撐。植物體內穩定碳氧同位素（δ13C和δ18O）組成不僅記錄了植物生長過程中外界環境信息的變化，還可以揭示生物地球化學循環過程，已逐步成為研究植物與環境間相互關係的重要方法。

中國科學院南京地理與湖泊研究所研究員薛濱團隊研究人員以太湖流域的水生植物和神農架大九湖泥炭地的溼地植物為研究對象，分析其碳氧同位素的組成變化特徵及其環境影響因子，為該區域利用植物碳氧同位素更準確研究湖泊現代環境變化和古環境演變提供了實驗支持和數據支撐。

通過對太湖流域內水生植物的δ13C進行分析，研究結果表明水生植物不同組分（全樣、綜纖維素與α纖維素）的δ13C在季節上不存在明顯的差異，在空間上河流地區水生植物的δ13C較湖區水生植物的δ13C偏輕，差異較顯著（圖1）。通過分析水生植物不同組分的δ13C與環境要素之間的關係，發現水體pH是影響水生植物δ13C變化的主要因素，其中水生植物α纖維素組分對環境變化的響應較植物的全樣和綜纖維素組分更敏感，更適用於作為研究湖泊生態環境變化的載體（圖2）。而造成這種差異的主要原因是由於植物中的木質素和抽提物等次級組分對全樣的δ13C信號具有一定的幹擾，與其他次級組分相比，α纖維素組成成分單一、理化性質相對穩定，有固定的分子式，對環境變化響應更為敏感。這對於利用水生植物碳同位素更準確地研究湖泊環境變化提供了數據支持，相關研究成果發表在Ecological Indicators上。

此外，通過對神農架大九湖泥炭地的溼地植物α纖維素進行δ18O分析，研究結果顯示不同類型植物不同部位（全樣、莖和葉）的δ18O不存在明顯的差異，且對環境變化的響應不存在顯著的差異。泥炭地表水的δ18O是影響植物δ18O變化最主要的因素，但是該地區植物生長季（4月至10月）的月平均溫度對植物δ18O的影響不容被忽略（圖3與圖4）。因此，該地區植物的δ18O可以保存植物生長過程中吸收利用源水的δ18O和溫度的信號。這為該地區沉積物中纖維素δ18O的氣候意義解譯提供了現代過程的參照與對比，同樣對於我國其他泥炭地纖維素δ18O的古氣候信息解析具有重要的借鑑意義。相關研究成果發表在Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology上。

上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和科學技術部基礎性工作專項等項目支持。

論文連結：1、2

圖1 太湖流域採樣點位置示意圖

圖2 水生植物不同組分的δ13C與環境要素之間的相關性

圖3 植物不同部位的δ18O與氣候要素之間的相關性

圖4 不同植物、大氣降水和泥炭地表水的δ18O在時間序列上的對比

來源：中科院