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地环所揭示植物叶片内部叶片水和叶蜡氢同位素时空分布特征

氢同位素
发布:2021-02-01 10:38:19     来源:中科院地球环境研究所

植物蒸腾作用导致植物叶片水同位素富集,富集的叶片水通过生物合成过程转化进有机质中,这些有机质保存在土壤、湖泊和海洋等沉积物中,作为古气候重建的重要生物指标。其中植物叶蜡以其分布广泛、易于提取和不易降解的特有属性成为最为广泛应用的指标之一。然而,叶蜡生物合成过程中的同位素分馏变化成为影响该指标可靠性的关键因素。其中,叶片内部的时空分布特征更是鲜有报道。

最近,地球环境研究所古环境研究室刘金召副研究员联合清华大学林光辉教授通过在我国黄土高原收集不同植物叶片,按照不同植物类型(单子叶和双子叶)叶片脉络结构进行切割处理(图 1)。对切割的植物样品进行叶片水和叶蜡氢同位素分析,发现单子叶植物叶蜡氢同位素从叶片底部到顶部呈现同位素富集现象,而双子叶叶片从底部到顶部以及中心到边缘均存在同位素富集现象;而且对应的叶片水氢同位素也存在一致的变化特征。这种植物叶片水和叶蜡同位素在叶片内部一致的变化特征暗示叶蜡氢同位素内部的空间分布的主要原因来自于叶片水的氢同位素空间分布特征。
 


 

图 1 叶片切割处理方式

其中,叶片内部叶片水的氢同位素分布可以通过Craig-Gordon模型进行合理的解释。当植物吸收的水分进入叶片脉络时,由于附近气孔的蒸发左右,会导致气孔处叶片水存在显著的同位素富集现象,然后水分通过Péclet效应返回到脉络中;从而导致叶片脉络中的水从叶片底部到顶部存在同位素富集现象,这种同位素富集的水再次为更高部位的气孔提供蒸发需要的水分,逐步形成叶片水同位素在叶片内部不同植物类型之间的空间分布特征(图2)。

 

图 2 叶片水在叶片内部同位素的空间分布特征及机制

原文详见:

Liu JZ, An ZS, Lin GH (2021). Intra-leaf heterogeneities of hydrogen isotope compositions in leaf water and leaf wax of monocots and dicots. Science of the Total Environment, 145258.

https://authors.elsevier.com/sd/article/S0048-9697(21)00324-71.

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