我国树轮同位素的研究现状.docx

我国树轮同位素的研究现状及应用举例自然地理学 陈兰学号：201520766摘 要： 树轮稳定同位素分析是20世纪70年代中期以来逐渐发展与成熟起来的研究方法，现已成为树轮气候学研究领域的重要手段之一，与树轮的宽度和密度分析相比，具有许多优势[1]。随着树轮纤维素提纯技术与稳定同位素分析方法的改进以及热带鱼亚热带地区一些新树种的发现及应用，树轮的研究区域和对象得到了扩大。目前国内外对于树轮同位素的研究都取得了不少进展，其中在树轮同位素的研究中，树轮碳稳定同位素（δ 13C）的研究进行得比较早，进展快，取得的成果最多。国内外对树轮同位素做得最多的还是建立树轮同位素序列，然后重建古气候，其中又以温度重建和降水重建为主。国内树轮同位素的研究主要是通过树轮中的碳氢氧稳定同位素组成和变化反应气候因子、大气运动状况、大气组成、太阳活动和土壤属性几个方面，以及由降水变化引起的河流径流量和水位等的变化。其中，气候因子包括温度、降水、相对湿度、温湿指数、光照和云量。大气运动包括季风强弱、ENSO、海平面温度、风速和大气压。大气组成方面包括CO2浓度、CO2中的δ 13C、SO2组成、环境污染和全球碳循环。土壤属性包括土壤的矿质元素、盐度和土壤养分。本文通过大量阅读文献，总结了我国树轮同位素的主要研究内容与方向及研究现状，并例举了树轮同位素的应用。关键词：树轮；同位素；我国，研究现状1引言树木年轮分布广泛（从热带高山区至温带无处不在）、定年精确（可以将每一真实年轮与绝对公元年代一一对应）、时间分辨率高（年或季节）、含有多样可用于重建气候变化的代用指标(树轮宽度和密度指数、树轮同位素组成等)[2]。由于记录气候变化的最好地质档案———冰芯只分布于地球的局部地区(南极、北极、青藏高原),树木年轮已成为研究年到百年级尺度上气候变化的重要档案。树木年轮的有机组分主要由碳、氢、氧三种元素组成,这些元素的稳定同位素比值直接或间接地取决于年轮生成当年或附近几年的气候状况(如气温、降雨量、相对湿度、季风强度等)。因此,利用各种地质档案中保存的有机物的碳、氢、氧稳定同位素组成,推断有机形成时的大气温度、湿度、降雨量、季风强度等气候状况,已成为了解过去气候变化的重要途径。国外树轮稳定同位素的研究相对广泛而成熟，而国内研究相对滞后。本文通过大量阅读文献，总结了我国树轮同位素的主要研究内容与方向及研究现状，并对我国树轮同位素的研究提出相应的建议。 树轮稳定碳同位素分馏机制及影响因素2.1分馏模式树轮稳定碳同位素研究的重要方向之一就是研究树木年轮生长过程中光合作用引起的碳同位素分馏机理。有很多学者早在世纪年代就开始致力于利用模型对树木的碳同位素分馏过程进行探究。目前比较认可的模型是等于年建立的植物的稳定同位素分馏模式，主要包括扩散分馏和羧化分馏两个过程：δ13Cp=δ13Ca-a-（b-a）Ci/Ca式中δ13Cp和δ13Ca分别为植物稳定碳同位素组成和大气CO2中的稳定碳同位素组成；a为扩散分馏系数，约为4.4‰，b为羧化分馏系数，约为27‰；Ci,Ca分别为叶片内外的CO2浓度，且Ci=Ca-A/g其中，A代表光合速率，g代表植物叶片的气孔导通率[3]。2.2 影响因子光照：光照条件又包括光照强度、光质和光照时间等，通过影响叶片的光合速率，调节气孔导通度及酶的活性来调节叶片的CO2浓度变化，改变叶片中叶绿素的分布从而影响植物稳定碳同位素组成。McCarroll等对芬兰北部夏季日照时数与油松树轮δ13C进行研究，发现他们之间存在正相关关系。我国西北地区，陈拓等研究指出新疆阿尔泰及天山地区云杉及落叶松树轮δ13C与生长季日照时间呈正相关(r=0.67)。在东部亚热带地区，赵兴云等研究了浙江天目山地区柳杉树轮δ13C序列，认为山区太阳总辐射对地形遮蔽的影响极为敏感，坡度与坡向对斜面上获得的太阳总辐射有重要影响。CO2：二氧化碳是光合作用的原料之一，它的浓度变化对植物的生理过程有直接影响。CO2浓度过低对C3植物光合作用有限制作用，CO2的供应不足使得植物要利用更多的重碳同位素13C进行光合作用，造成植物δ13C值增大而稳定碳同位素的分馏作用降低。相反，高浓度的CO2会使植物叶片内外CO2浓度梯度增大，外界CO2向叶内扩散速度加快，增加叶内CO2浓度，从而促进植物的光合作用。然而CO2浓度也并不是越高越好，浓度增加到一定程度，会导致气孔的导通度减小即气孔阻力加大，阻止外界CO2向叶内扩散。温度：光合速率和气孔导通度的变化都会影响叶片细胞内外Ci/Ca值。光合作用中酶是CO2同化过程的重要催化剂，温度的高低就是通过影响酶的活性间接影响光合速率(A)；同时温度也会通过影响饱和水汽压来影响气孔导通度(g)，从而导致植物δ13C值的变化。Schlese等认为，树轮δ13C与温度之间并非