生态系统气体交换的环境同位素示踪
使用H2O中的O或H同位素信号进行ET配分的 基础是：蒸发的水汽会贫化同位素，而蒸腾一般 则不会，其保持植物水源的同位素构成，因此二 者的同位素信号明显不同，可以使用单同位素两 端源物混合模型进行分析。
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图.生态系统H2O和CO2 交换过程中，主要成 分的同位素构成和重 要的分馏过程。数据 是大概值，随地理位 置和环境条件可以有 很大的变化。光合作 用（贫化吸收），重 同位素倾向于在大气 中富集，而呼吸作用 （贫化释放），重同 位素倾向于在大气中 贫化；叶片的蒸腾和 土壤蒸发过程的同位 素信号有明显区分， 根和土壤的呼吸也不 同。
2.2 温室气体CO2 陆生土壤是全球生态系统CO2通量的主要来
源，其包括地上和地下生态圈，地下又包括自养 （根、根际微生物）和异养（凋落物、土壤有机 质）呼吸，而对不同成分碳通量的测定，是了解 生态系统碳收支平衡及其环境响应的关键。
参考文献：The application and interpretation of Keeling
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由于不同来源的气体常具有独特的同位素指 纹特征，或在单向演化过程中具有明显的分馏效 应，因此天然环境同位素具有表征来源的示踪特 性，常用于生态系统中气体交换过程的研究。
通常的测量一般不能规避大气背景，测量的是 发射源和大气背景的混合样品，此时可结合气体 浓度和同位素分析，根据同位素质量守恒方程， 利用keeling作图的方法，方便地求得发射源的同 位素 值，在此基础上进而计算各发射源的相对 贡献，这已成为环境生态问题研究的重要工具。
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采用两源混合模型，蒸腾的相对分数有如下
（5） 式中， 为相应源的同位素，可通过keeling作 图求得，即水汽源（E、T和ET）同位素的 值为keeling方程的y截距。
（6） 蒸式散中源，水M汽、同A和位素S分的别是。混合水汽、大气环境和
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生态系统气体交换的环 境同位素示踪
2020/11/26
生态系统气体交换的环境同位素示踪
1.概述 陆地生态系统-大气界面的气体交换，如
CO2、N2O、CH4和H2O等，是生态系统中物质循 环及其平衡的重要过程，在不同的时间和空间尺 度上，测量和配分交换气体各成分的通量，研究 其环境响应，分析源汇关系及平衡过程，是深入 了解人类活动与生态的相互关系，构建功能生态 环境和可持续发展战略的要求。
上式为 y=a/x+b形式的线性方程，是keeling作图 （e—1/Ce）的基础，Ca（a- s）是线性关系 的 以斜得到率发a，射s源是的y截距值b。，通过线性回归求解，可
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由以上推导可知，要满足keeling作图的线 性条件，测定期间需使大气背景的浓度及其同位 素 值和发射源的 值都保持稳定，为此常采用 静态箱法，按一定时序取样；在冠层尺度上研究 CO2气体的交换时，需在夜间于特定层恒定高度 上进行采样测定。
plots in terrestrial carbon cycle research. GLOBAL BIOGEOCHEMICAL CYCLES, VOL. 17, NO. 1, 1022
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图.CO（2交换13C的s）keeling作图。两端源：发射源CO2 和定背用景圆源圈表CO示2（。13Cb）用实心圆表示，样品测
一般方法 蒸汽流成分的同位素 值测定：ET
（evapotranspiration）和E（evaporation）的 测定采用静态箱集气法，在包括植物和裸露地面 上分别测定，可以在田间用激光同位素分析仪 （QLC）测定或通采集气体带回实验室由同位素 质谱仪（IRMS）测定，而T（transpiration）采 用植物叶室法测定。
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对于两个端源a和b的混合系统m，来自a源的 相对贡献分数fa为
（4）
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2.应用 2.1水汽（H2O）
蒸腾蒸发（ET）是与作物生长密切相关的 水汽循环过程，其由蒸发（E）和蒸腾（T）两个 不同过程构成，提高作物的蒸腾而减小蒸发，是 应对日益紧迫的水源限制，提高水分管理能力的 途径，为此需要确定蒸腾的相对贡献及其环境响 应，同位素测定为区分蒸腾和蒸发提供了基本手 段，同时也有助于了解作物水分使用动态及其与 环境的作用。
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凋落物对CO2通量的贡献 利用采集ห้องสมุดไป่ตู้在补充化石燃料CO2温室中生长
的树苗，所产生凋落物为试材，由于其同位素是 贫化的，降解产生的CO2的同位素可与其它土壤 成分（根、根际呼吸和土壤有机质矿化）的相区 分，用以估算新鲜的凋落物降解对土壤CO2通量 的贡献。实验设对照凋落物和贫化凋落物两个处 理，两凋落物初始时的13C分别为-30.32‰和49.96‰。
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理论方程 在大气环境下，为监测某一气体发射源或整
合发射源，利用物质及同位素守恒关系，有 （1）
（2）
式中，C为摩尔浓度， 为同位素的相对丰度， 下角标e、a和s分别表示生态环境、大气背景和 发射源或整合发射源。
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结合（1）和（2），有 （3）
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相关计算 利用单同位素线性混合模型，凋落物对土壤
总CO2的相对贡献为 （7）
式中， 两个端源物分别是凋落物L和地下土壤 （ 壤包CO括2的根总和通土量壤，有其机质可）由BkGe的eClinOg2作通图量确，定F是，土而 BG可通过以下假设求得：
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参考文献：Partitioning of evapotranspiration using a
stable isotope technique inan arid and high temperature agricultural production system. Agricultural Water Management 179 (2017) 103–109