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13C稳定同位素在陆地生态系统植物-微生物-土壤碳循环中的应用

2024-07-15分类号:Q948

【作者】白雪娟   翟国庆   刘敬泽
【部门】河北师范大学生命科学学院河北省动物生理生化与分子生物学实验室(河北师范大学)河北省生态环境协同创新中心(河北师范大学)  河北师范大学生态学博士后科研流动站  
【摘要】绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO2是陆地生态系统主要碳(C)源,量化光合C在植物-土壤系统间的分配,对于明晰C的周转与存留、预测气候变化背景下植被及土壤C库潜力具有重要意义。13C稳定同位素技术凭借其准确性及易操作性,在C循环研究中被广泛应用,为探究植物-土壤系统C分配、土壤微生物群落结构、C利用效率和土壤C矿化为CO2通量变化等特性提供了重要技术支撑。本文首先将13C稳定同位素的发展和标记方法进行了详细介绍,主要介绍了13C脉冲(单次与多次)标记、13C连续标记、借助C4土壤种植C3植物确定13C丰度及不改变植被条件鉴定自然13C丰度的研究方法;其次,总结了该技术在植物-微生物-土壤系统C循环中的应用:主要包括13C同位素标记在植物-土壤系统C分配、13C自然丰度技术在树木生长轮和植物群落水平C循环、土壤有机C形成与分解过程中的应用;在土壤微生物方面,概述了13C稳定同位素在磷脂脂肪酸、氨基糖、芯片-稳定同位素探针、纳米二次离子质谱同位素成像、荧光原位杂交-纳米二次离子质谱技术等微生物标志物上的应用。然后,总结了13C稳定同位素方法的缺点,即:13C样品检测价格昂贵、由于13C分馏作用影响13C丰度检测不准确和13C标记与微生物标志物技术结合对13C标记丰度要求较高等。最后,对未来13C同位素示踪技术的研究提出展望:在理论上,需探究13C标记底物在植物-土壤-微生物系统C分配、转化及固持作用机理与影响机制,构建统计与验证模型;在应用上,应注重交叉学科的运用,将地理信息系统、遥感等地学技术与13C稳定同位素相结合,在更广泛、更全面的角度推进陆地生态系统C循环的研究。
【关键词】13C稳定同位素标记技术  陆地生态系统  碳循环  土壤有机碳  微生物标志物
【基金】国家自然科学基金青年项目(42307442);; 中国博士后面上项目(2022M720987);; 河北省教育厅科学研究项目(BJK2024199);; 河北省自然科学基金青年项目(C2022205030)
【所属期刊栏目】林业科学
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