– 1 x 1000
物质中的同位素含量 >0.011时， 13C >1，否则 <1
同位素的标准物质：
C, Pee Dee Belemnite (PDB) , N, 大气
13C/12C 15N/14N
= 0.0112372 = 0.0036765
分差
D = consumer - source
稳定性同位素比例的变化 例如: 陆地C3植物, 13C = -28, 大气 = -7.4, D = -20.4
CO2 (air) 羧化作用
↔
CO2 (leaf) → Carboxylation (Ps)
快: 13C = -7 D = -4 13C = -11 慢: 13C = -7 D = -29 13C = -35
A/E -1 (mmol mol )
0 3 6 9
P. ma Q. ss g l o ni an an du a Q. lif va era ria bil s W C. s . c in an ic es a ce ns Ca M rex .s s in p en sis
茅坪气温和降雨情况（ Jan.2003-Jul.2004）
D(‰)
-48.2±4.36 -80.8±2.0 -41.5±1.3 -62.6±2.2 -68.4±1.5 -57.3±4.9
18O(‰)
-7.5±0.7 -11.8±0.3 -7.0±0.2 -7.4±0.4 -8.5±0.3 -8.4±0.8
D ( /oo)
o
0
-70
-60
-50
-40
种群密度
nonlegumes
C4
legumes
根据动物不同组织 13C和 15N值，计算出 的食物组成以及一段时间内食物变化情况
结论
皇华岛啮齿类动物群落以田鼠，褐家鼠为优势种，而 小林姬鼠和黑线姬鼠为常见种； 水位进一步升高时，在2个优势种和2个常见种中，受 影响最大的将是黑线姬鼠； 能够利用同位素定量区分啮齿类动物的食物来源，并 且能在不同时间尺度（周、月、季）上进行整合； 所分析的三种鼠当前的食物来源差异很大，田鼠和大 足鼠主要以非豆科的C3植物(水稻和红薯)为主，分别 占到其食物总量的47.0%和60.5%；而褐家鼠则以C4 植物为主，占到其食物总量的55.9%
15N同位素
18O同位素
“” 符号
X = [(Rsample / Rstandard) – 1 ] x 1000 X代表13C, 15N, 34S，R 为 重/轻同位素比例, 13C/12C, 15N/14N,
34S/32S
13C =
13C/12C 13C/12C
sample standard
其他应用
真伪鉴别 毒品追踪
净生态系统交换（NEE）
加入同位素测 定前
加入同位素测定后
Bowling et al. 2003
研究实例
1 岛屿化后植物－动物营养关系的研究 在岛上设置了三个海拔梯度的调查样地 (160m、160~200m和200m以)，分别 采用鼠夹和鼠笼的方法，在不同样地上 分别进行了样方调查和普查工作，总的 调查夹日数为4450个，共捕获老鼠53只
稳定性同位素技术 在生态学研究中的应用
黄建辉 中国科学院植物研究所 2004-11-6
什么是同位素？
H2O HDO D2O
HD18O或者D218O
Isotope: 12C Mass (protons + neutrons) = 12 Stable
Isotope: 13C Mass = 13 Stable
400
precipitation (mm) Temperature
30 25 20
Precipitation (mm)
200
15 10
100 5 0
03-01 03-03 03-05 03-07 03-09 03-11 04-01 04-03 04-05 04-07
0
03-7
03-9
03-11
04-1
研究实例 2 三峡水库岸边不同海拔高度植物碳固定 与水分关系研究 本工作在木鱼岛上完成，主要研究岛上3 个海拔高度优势植物植物水分来源和水 分利用效率以及叶片CO2交换，预测未来 水位上升对三峡库区岸边植物生长的潜 在影响。
2003 年 7－9 月不同水分来源中的D 和18O 的值
水分来源
降雨 长江水 地下水 土壤水 5cm 20cm 80cm
皇华岛啮齿动物组成
6% 6% 11%
4% 4% 31% 田鼠 褐家鼠 小林姬鼠 黑线姬鼠 白腹鼠 黄胸鼠 社鼠 大足鼠
13% 25%
注：各鼠种捕获数占所占捕获总数的比例(%)
图1 忠县皇华岛啮齿动物优势种与常见种分布 0.60% 0.50% 0.40% 0.30% 0.20% 0.10% 0.00% 160m以下 160-200m 海拔高度（m） 200m以上 天鼠 褐家鼠 小林姬鼠 黑线姬鼠
o
结论
大多数植物只利用少量的河水，大部分的水分 来源为雨水； 不同植物之间对水分的利用效率有显著的差异， 但不同海拔之间的差异不显著； 植物对水分的不同利用影响了植物叶片的CO2 交换过程； 植物水势有明显的季节变化，但不同植物之间 的变化幅度有明显的不同； 植物不同来源的水分D和18O存在明显的季 节变化，可能影响到植物吸收水分D和18O 的季节动态。
Isotope: 14C Mass = 14 Unstable; half-life = 5,730 years
proton
neutron
electron
M. Fogel and B. Fry, Woods Hole Stable Isotope Workshop, 1986
Natural abundance of stable isotopes
04-3
04-5
04-7
2 0
03-7
03-9
03-11
04-1
Temperature (oC)
04-3 04-5
300
04-7
20 0
-2
D ( /oo)
-20 -40 -60 -80 rain groundwater river
O ( /oo)
o 18
-4 -6 -8 -10 -12 -14
+ 2 if baseline is primary consumers (herbivores)
Isotopic “rainout”
2种来源的比例计算模型
t = fA A + fB B fA + fB = 1
在生态学上的应用
追踪食物的来源 养分和污染物的来源 种群的迁移 水分利用效率 硝化/反硝化
欢迎访问生态研究中心网页 /
jhhuang@
谢谢大家！
Hobson 1999 Oecologia
Colorado Stable Isotope Lab, NAU, URL: /~bah/cpsil.html
IRMS: isotope ratio mass spectrometer
常用稳定性同位素种类
2H（D）同位素 13C同位素
d C(‰)
13
-32.0 -13.6
-31.0
-30.0
-29.0
-28.0
P. m as Q s . g on lan ia n a Q . v duli fe ar ra ia bil s C. s in W i ca .c an es ce ns Ca re xs M .s p ine ns is
消费者对N 的分差 D = +3.4 ‰
(Minagawa and Wada 1984, DeNiro and Epstein 1978, Post 2002)
排泄分差 再脱氨基和转氨作用过程中，代谢产物通常较轻（这 样重同位素逐渐被浓缩） 同化分差 在蛋白质合成过程中偏好利用重同位素
营养级模型 (Cabana and Rasmussen 1994)
实际上, D = -21, C3植物 13C = -28 对陆生的动物来说，C 分差通常比较小， ≈ 0~1‰
M. Fogel and B. Fry, Woods Hole Stable Isotope Workshop, 1986
M. Fogel and B. Fry, Woods Hole Stable Isotope Workshop, 1986
-30
Soil depth (cm)
20 40 60 80 100 120 140
July 2003 Sept. 2003
D(‰)
-66.0 -62.0 -58.0 -54.0 -50.0
P. ma s Q. s on ian gl an a Q. d ul i fe va ra ria bi lis C. sin W ica .c an es ce ns Ca re xs p M .s ine ns is