植物碳同位素组成与温度和降雨之间的关系：来自对同一地点植物碳同位素二十多年连续的测量

Establishing quantitative relationships between carbon isotope composition of plants and climatic factors is the fundament of paleoclimate reconstruction using carbon isotopic records in terrestrial sediments and fossils, thus, recently many studies have addressed the effects of climatic factors on plant carbon isotope, and established some quantitative equations between plant carbon isotope and climatic factors, which has improved paleoclimate reconstruction. However, some uncertainties exist in these equations, which have lessened the reliability of paleoclimate reconstruction. These uncertainties should be due to the effects of other factors, such as species, life-forms, altitude (air pressure), longitude, latitude, and solar radiation on plant carbon isotope that were not effectively removed in previous studies. In view of this, we want to conducted an over twenty years consecutive measurements of carbon isotope ratios in the plants grown at Luochuan, Shanxi Province, Shapotou, Ningxia, and Donglingshan Mountain, Beijing (actually this study has been conducted since 1999, and we want to keep this study for next four years). The objective of this study is to establish more accurate quantitative equations between plant carbon isotope and temperature and precipitation after effectively removing the effects of other factors. In addition to this, we also want to assess whether relationships between plant carbon isotope and temperature and precipitation vary among areas.

建立现代植物碳同位素与气候因子的定量关系是利用陆相沉积物和化石碳同位素反演古气候的基础，因此，近年来有大量的研究探究了气候因子对植物碳同位素组成的影响，并建立了植物同位素与温度和降雨量之间的定量关系方程，促进了古气候研究的发展。然而，在这些建立的关系方程中还存在较多的不确定性，减弱了古气候重建的可靠性。这些不确定性应该归咎于前人的研究不能有效地消除其它因子，如植物种类、生活型、海拔高度（大气压）、经度、纬度、太阳辐射等对植物碳同位素的影响。鉴于此，本项目拟打算选择陕西洛川、宁夏沙坡头和北京东灵山3个具有不同气候条件的地点对其植物碳同位素进行多年连续的测量 （实际上我们从1999年就已经开始，打算再继续4年），目的是有效地消除其它因子的影响，从而建立可靠的植物碳同位素与温度和降雨之间的定量方程；另外，我们还想试图探究植物碳同位素与温度、降雨之间的关系是否存在地区差异。

建立现代植物碳同位素与气候因子的关系是利用陆相沉积物和化石碳同位素反演古气候的基础，因此，近年来有大量的研究探究了气候因子对植物碳同位素组成的影响，并建立了植物同位素与温度和降雨量之间的定量关系方程。然而，这些定量关系还存在很大的不确定性，因为前人的研究都是采用“以空间代替时间”的方法，该方法不能消除植物种类、地理和地形因素变化对植物碳同位素的影响。另外，前人研究中的采样点往往不在气象站附近，因此所用气象数据只能来自内插方法。内插方法获得的气象数据可能与实际的气象数据有较大的差异，尤其是在地形变化复杂的山区，因此严重地影响了植物同位素与气候因子之间的定量关系，从而给古气候的定量重建带来较大的误差。.鉴于此，本项目选择陕西洛川、宁夏沙坡头和北京东灵山3个紧邻气象站的、具有不同气候条件的地点对其植物碳同位素进行多年连续的长期测量。在最大程度地消除植物种类、地理和地形因素变化对植物碳同位素的影响所引入的误差以及完全消除不准确的气象数据所带来的误差的基础上，建立了可靠的植物碳同位素与温度和降雨之间的定量方程；另外，我们还探究植物碳同位素与温度、降雨之间的关系是否存在地区差异。.本项目的研究得到以下结论：1）降雨和温度是驱动C3植物碳同位素组成变化的最主要的因素，能够解释90%以上的同位素变化；而C4植物的碳同位素组成对气候变化不敏感，与温度和降雨均不存在相关性。2）降雨对C3植物碳同位素组成的影响要大于温度影响，年降雨量每升高100 mm, 碳同位素将降低0.40.5‰，C3植物碳同位素可以作为降雨的替代性指标应用于古气候的定量重建中。温度与C3植物碳同位素组成基本上都是正相关。3）不同气候区C4植物碳同位素组成与气候因素之间的关系没有差异，都是与气候因子没有相关性。C3植物碳同位素组成与气候因素之间的关系基本一致，但有细微的差别，干旱区同位素对降雨的敏感程度要稍微高于湿润和半湿润地区。