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利用稳定碳同位素技术可以揭示植物碳同化过程中物理、化学、代谢、气候、环境等许多方面的信息,因此在国内外被广泛应用于植物生理生态学、生物地球化学、气候变化等研究领域。植物稳定碳同位素技术应用的理论基础是植物稳定碳同位素的分馏模型,但是由于许多物理、化学与生物的过程还不十分清楚,还存在许多需不断探索的问题。通过研究植物稳定碳同位素分馏与环境因子、生物因子之间的关系,能够为这些问题的解决取得突破性的进展。本文研究了北京东灵山植物碳同位素随海拔高度的变化及其变化的年际差异,以及通过盆栽实验来研究在同一环境条件下植物稳定碳同位素组成随原海拔高度的变化,并比较其变化与在野外自然条件下变化之间的差异。
1.两种C<,4>植物,即狗尾草 (Setaria viridis) 和反枝苋 (Amaranthus retroflexus)的碳同位素对海拔的变化具有相同的响应趋势,都是随着海拔的升高而增加。温度是影响其同位素随海拔变化的主要环境因素。
2.C<,3>植物的碳同位素对海拔的响应比较复杂,有3种响应机制:1)植物碳同位素随海拔的升高而增加;2)植物碳同位素随海拔的升高而降低;3)植物碳同位素与海拔之间的关系不显著。对大部分植物而言,温度和土壤水分都不是植物碳同位素对海拔响应的主要控制因素。
3.C<,4>植物的碳同位素对海拔高度的响应趋势不存在年际差别,可能与在2002年和2006年植物碳同位素对海拔的响应均以温度为主要的控制因素有关。
4.一部分C<,3> 植物的碳同位素随海拔的变化趋势存在年际差异,可能与这些植物在不同的年份对温度或土壤水分的响应模式不同有关。另外一些植物的碳同位素随海拔的变化趋势不存在年际差别,则可能是由于这些植物在不同的年份对温度或土壤水分的响应模式相同造成的。
5.C<,3>植物平车前 (Plantago depressa) 和C4植物狗尾草 (Setaria viridis) 在野外条件下,两种植物的碳同位素均随着海拔的升高而增加,但当两种植物的后代种植到同一环境中,植物的碳同位素与原海拔之间的关系均不再显著,说明植物同位素随海拔变化的这一特性是由环境因素控制的。
6.在盆栽条件下,平车前 (Plantago depressa) 和狗尾草 (Setaria viridis)的光合作用参数(光合速率、蒸腾速率、气孔导度与瞬间水分利用效率)与原海拔高度之间没有显著的相关性。