华北平原冬小麦/夏玉米叶片水H218O富集过程及其控制机制

植物叶片水H218O富集是影响大气中C18O16O和18O16O收支以及植物有机物δ18O的重要的稳定同位素分馏过程。本研究拟以华北平原冬小麦-夏玉米为研究对象，以土壤和植物水真空抽提技术为基础，开展土壤、植物茎秆和叶片水δ18O和δD的连续采样与分析，重点获得土壤、植物茎秆和叶水δ18O和δD日和季节尺度的实测数据；以大气水汽δ18O和δD的原位连续观测系统为核心手段，与通量廓线技术结合，获得生态系统蒸散δ18O和δD通量的原位连续观测数据。基于日和季节尺度的实测数据，辅以叶水富集模型研究不同发展阶段的代表性模型，重点阐明植物叶水H218O富集过程及其环境和生物控制机制，重点探讨非稳态过程和Péclet效应等科学难题，探讨植物叶水HDO富集对H218O富集的影响，对比分析冬小麦/夏玉米叶水富集的差异性，为促进植物叶水H218O富集过程、机制与模拟方面的研究提供数据支持与科学依据。

植物叶水H218O富集是影响大气中H218O、C18O16O和18O16O收支以及植物有机物δ18O的重要的同位素分馏过程。本项目以华北平原冬小麦-夏玉米为研究对象，以土壤和植物水真空抽提技术为核心手段，辅以稳定同位素质谱仪技术，开展土壤、植物茎秆和叶片水δ18O和δD的连续采样与分析，获得了植物叶水δ18O和δD的实测数据；以大气水汽δ18O和δD的原位连续观测系统为核心手段，与通量廓线技术结合，实现生态系统蒸散δ18O和δD通量的原位连续观测研究。基于实测数据，重点基于叶片尺度Craig & Gordon模型、Dongmann模型和Farquhar & Cernusak模型构建了冠层尺度植物叶水H218O富集的模型：研究表明，稳态假设适于冠层阻力较低的生态系统；模拟叶片水H218O富集时考虑叶片水周转较为重要，但不必考虑不同时刻叶片水含水量的变化；叶片尺度的Péclet效应不适用于模拟冠层-大气间相互作用的大叶模型系统。冠层尺度和叶片尺度上H218O富集特征迥异，但在动力分馏系数的参数化过程在加入湍流扩散项后，根据叶片尺度理论建立的大叶模型可以较好的模拟冠层尺度叶片水H218O富集特征。同时确定了露水对植物叶水H218O富集过程的影响：研究表明，叶片水H218O与露水的同位素组成显著相关，表明露水与大气间“top-down”模式的水汽交换对夜间叶片水分周转过程起着重要作用。综合探讨了华北平原冬小麦-夏玉米叶水H218O富集过程及其环境和生物控制机制。撰写学术论文11篇，其中SCI论文6篇。获得国家发明专利1项。