基于中国大陆尺度的植物碳同位素变化及其与环境因子关系

Carbon isotope composition of plants and its variation with climate factor are an issue that eco-physiologists and scientists majoring at global change both have a great interest in.And the related conclusions in the yield have been widely used in eco-physiology,carbon cycle and hydrological cycle, and aslo uesd in paleoclimate reconstruction by paleo-climatologists. The regression equations linking carbon isotope ratios with climatic factors established in the previous studies have laid the foundation for quantitive paleoclimate reconstruction. However,due to limited regions and isotope data,as well as the neglect of the effect that plant functional group and biome have on plant's carbon isotope ratios in the regression equations, thus, there exists limitation in the application of the equations for paleoclimate reconstruction. It is needed to sample more extensive distribution of plants across whole China and measure their carbon isotope values.In order to lay a better foundation for quantitive paleoclimate reconstruction,we will set up the pattern of variation in carbon isotope of plants and regression equation between carbon isotope ratios and climate factors on China scale, also, study the variation in carbon isotope ratios of different plant functional groups and biomes and establish the equations between carbon isotope of different functional groups and biomes and climate factors.

现代植物碳同位素组成以及随气候因子的变化是植物生理生态学家和全球变化研究者都十分感兴趣的科学问题，相关的成果已经被广泛应用于植物生理生态研究、全球碳循环和水循环研究，也被古气候研究者应用于古气候和古环境重建。前人建立的植物碳同位素与气候因子的回归方程已经为古气候的定量重建奠定了基础.但由于研究的区域限制和样品数量的限制，另外，没有考虑到植物功能群和生态区系对植物碳同位素的影响，因此，前人建立的植物碳同位素变化与气候因子的方程在应用到古气候重建中会存在一定的局限性，有必要在全国的尺度上采集更广泛分布的植物样品进行碳同位素分析，不但要建立基于中国大陆尺度的植物碳同位素变化模式以及与各气候因子的数学方程，而且，还要建立不同植物功能群和不同生态区系植物碳同位素的变化模式以及与气候因子的数学方程，为定量古气候提供更好的基础。

本项目通过全国尺度大样品的植物13C分析（数量为2830个），发现C3植物13C与降雨量、温度和海拔高度都有显著相关。C3植物13C随年均降雨量（MAP）增加显著变负，13C-MAP系数为-0.17‰/100mm;与年均温度（MAT）有显著负相关，13C-MAT系数为-0.079‰/ºC；与海拔高度（ALT）有显著正相关，13C -ALT系数为0.3‰/1000m。3个因子对C3植物13C的贡献是MAP > MAT > ALT。，C4植物13C与这3个因子都有显著正相关。13C-MAP系数、13C-MAT系数和13C-ALT系数分别为0.17‰/100mm、0.047‰/ºC和1‰/1000m。它们对C4植物13C的贡献是MAP > ALT > MAT。上述结果为13C在古气候重建、全球生态模型建立提供了科学的基础。.氮是植物基本的营养元素，对光合速率有显著影响，从而对植物13C也有显著影响。然而，基于叶片质量的N含量（Nmass）与C3植物的13C之间的关系目前不清楚。本次研究发现，Nmass与C3植物13C之间有显著负相关，这种负相关性不依赖植物生活型和植被类型，是一种普适性的模式。.普遍认为限制植物生长的主要因子也是决定植物碳同位素分馏（）的主要因子，但没有学者验证过这一假说。为了验证它，本项目专门选择了来自2个低温高湿润地区（温度是主要限制因子）的植物样品进行了研究。结果显示，2个地区植物的均与温度有显著正相关，与水分没有关系，从而验证了这一假说。.前人调查一致显示，C3的δ13C成随海拔升高而增加。不过这些调查都集中在湿润地区。在干旱地区C3植物的δ13C随海拔如何变化不清楚。在干旱地区水分是限制植物生长的重要因子，同时也是影响δ13C的主要因子，因此我们推测在干旱地区植物δ13C随海拔的变化模式可能不同于湿润地区。为了验证这一假设，我们在天山南北坡进行了研究。发现天山南北坡植物δ13C均没有出现随海拔变化的趋势，从而验证了我们的假设，表明C3植物δ13C随海拔升高而增加的模式不发生在水分受限制的地区。另外，在这次研究中我们还通过利用上面建立的δ13C与温度和降雨的关系系数来消除温度和降雨的影响，发现消除温度和降雨影响后的δ13C随海拔升高而增大，表明大气压对C3植物δ13C有显著负影响。.