全 文 ：文章编号:1000-0240(2002)05-0571-03
祁连圆柏中稳定碳同位素分布特征
　　收稿日期:2002-06-08;修订日期:2002-08-01
　　基金项目:中国科学院引进“国外杰出人才”项目;中国科学院知识创新工程重大项目(KZCXl-10-06);中国科学院寒区旱区环境与工程
研究所冰芯与寒区环境重点实验室知识创新项目(210506)资助
　　作者简介:陈拓(1971—), 男 , 湖南岳阳人 , 助理研究员 , 2000年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获博士学位 , 现主要从事同
位素地球化学研究.E-mail:chentuo@ns.lzb.ac.cn
陈　拓1 , 2 , 　秦大河1 , 　何元庆1 , 　任贾文1 , 　刘晓宏1
(1.中国科学院 寒区早区环境与工程研究所冰芯与寒区环境重点实验室 ,甘肃 兰州　730000;
2.兰州大学 西部环境教育部重点实验室 , 甘肃兰州　730000)
摘　要:树皮 、 树叶和木质间的δ13C 有明显的差异 , 树皮最低 , 木质最高.树木不同方位的δ13C 也有
明显的不同.但木质δ13C 随高度而没有不同 , 说明叶片通过光合作用合成的有机质在沿树干向下运输
时不存在同位素的分馏效应.近 60 a来木质δ13C 有明显的降低趋势 , 而与树高和方位没有差异.
关键词:树轮;δ13C 值;树木
中图分类号:Q946.91+3 文献标识码:A
1　引言
植物中稳定碳同位素(δ13C)的自然丰度表征了
环境温度 、降水等气候因子与大气 CO2浓度和δ13C
变化 , 因而在全球变化中占有重要地位[ 1 , 3] .然而 ,
越来越多的证据表明 , 不同物种 、不同个体 、不同地
点的植物 , 甚至同一个体不同部位或器官的δ13C有
很大的差异 , 并且造成这些差别的原因尚不明
确[ 4 , 5] .为此 , 本文测定了祁连山一棵千年柏树不同
高度 、不同时间 、不同器官和不同周长的δ13C值 , 以
便了解森林树木中δ13C 的分布特征及其原因 , 为更
好地利用树木年轮研究全球变化提供依据.
2　样品采集和处理
分析用样品取自在甘肃省寺大隆林场管辖区内
采集的一棵祁连圆柏(Sabina przewalskii)(关于柏
树的具体情况见表 1).按4个方向分别收集树叶和
树皮 , 以 20 a为一个单位按 5个高度和 4个径向各
剥取 3个木质样品.所有样品在 70 ～ 80 ℃烘箱内
干燥 12 h后 , 粉碎过 60 目筛.稳定碳同位素组成
(δ13C)测定和前处理方法同文献[ 6] .稳定碳同位
素组成的测量结果以δ13CPDB表示:
δ13CPDB ={[ 13C/ 12C] 样品 -
[ 13C/ 12C] 标准}/[ 13C/ 12C]标准 ×1000
3　结果与分析
3.1　树木δ13C的器官差异
研究样品以叶的 δ13 C 值为最低(平均为
-26.56‰), 树皮δ13C 值次之(平均为-23.44‰),
木质δ13C值最高(平均为-22.71‰), 并且在不同周
长间表现一致(表 2).树叶 、树皮和木质δ13C值这种
排列顺序也出现在韩兴国等[ 5]的研究中.本研究中
树叶δ13C值比木质δ13C值偏负 3.85‰, 这与 Leavitt
et al.[ 4]的结果基本相同 , 他们对美国西南部树木研
究发现 , 叶片δ13C值与木质δ13C 值典型差异是 1‰
～ 4‰.植物器官之间δ13C值的这种差异可能与不同
器官具有不同生化组成和不同呼吸特性有关.
表 1　树轮样品的基本情况
Table 1　The fundamental conditions of the tree-ring samples
地名 树种 纬度 经度 海拔/m 树龄/ a 采集日期/(年-月-日)
甘肃张掖县 Sabina przewalskii 38°25′N 99°56′E 3 450 937 2000-09-15
第 24卷　第 5期
2002 年 10 月 　　　　　　　
冰　川　冻　土
JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY
　　　　　　　Vol.24　No.5
Oct.2002
3.2　树木δ13C值的方位差异
表2显示树叶 、树皮和木质δ13C值之间存在较
明显的方位差异.它们之间的最大差异分别为
0.81‰、0.90‰和 0.88‰,平均方差分别为 0.40‰、
0.43‰和 0.47‰.Arnold[ 7]和 Leavitt et al.[ 8]分别发
现沿杜松树冠 4 个方向叶片δ13C 差的平均值是
0.38‰和0.46‰.在木质部分 , 已报道的δ13C值的
方位差异在 0‰～ 4‰之间[ 4] .本文的结果与它们相
当一致.树木δ13C值的这种方位变化很大程度上反
映的是碳固定时同位素分馏的变化 , 在其中相关小
环境的异质性起了主要作用 , 如树木的遮阴[ 1] .
表 2　树木不同方位δ13C测量结果(‰)
Table 2　δ13C values of different exposures of a tree(‰)
树叶 树皮 1981—2000 1961—1980 1941—1960
东 -26.350 -23.081 -23.279 -22.434 -22.167
南 -26.336 -23.574 -22.914 -22.526 -23.176
北 -26.415 -23.103 -22.787 -22.260 -21.617
西 -27.154 -23.983 -23.696 -23.103 -22.502
3.3　树木δ13C值的高度差异
图1展示了树木木质δ13C 值随树木高度的变
化.木质δ13C值在-21.38‰～ 23.37‰之间波动 , 并
且在所分析的样品中没有明显一致的高度趋势存在.
对1981—2000 年和 1941—1960 年样品 , 木质δ13C
值随高度的增加而升高(斜率分别为 0.05‰·m-1和
0.0006‰·m-1), 前者在 P<0.05的水平上是显著
的 , 而后者不明显;对1961—1980年样品 , 木质δ13C
值随高度的增加而不明显的降低(斜率分别为
-0.02‰·m-1).这种不一致的高度趋势在 Leavitt
et al.[ 4]和 Schlester[ 9]的研究中也分别被发现.本研
究中 , 对每一个给定年份 , 在不同高度木质δ13C 值
之间差值的波动范围为 0.02‰～ 0.99‰, 平
图 1　树木木质δ13C 值的高度变化
a.1981—2000;b.1961—1980;c.1941—1960
Fig.1　Woodδ13C value changing with height of a truck
均方差约为 0.45‰, 也基本上落在已报道的 0 ～ 1‰
的范围内[ 4] .本文的结果与前人的报道表明 , 树木中
木质δ13C值的高度分布一般不明显 , 它们的高度差
异可能是树木在合成木质时利用了不同高度的叶片
合成的有机物质的结果[ 9] .这也间接证明了叶片通
过光合作用合成的有机质在沿树干向下运输时不存
在同位素的分馏效应.
3.4　树木δ13C值的趋势变化
在所分析的样品中 , 除个别数据外 , 无论是不同
方位还是不同高度 , 其木质δ13C值均表现出一致趋
势 , 即随树龄的增长而降低(图 2和图 3).Leavit t et
al.[ 4]和 Ramesh et al.[ 10]对不同方位木质δ13C 值变
化的研究支持了本研究的结果.这说明利用树木年
轮δ13C研究过去环境气候变化时只分析一个径向
(或方位)、一个高度的δ13C变化即可.
图 2　不同方位木质δ13C值的时间变化
a.1981—2000;b.1961—1980;c.1941—1960
Fig.2　Woodδ13C value changing with exposure
图 3　树木不同高度木质δ13C 值的时间变化
a.1981—2000;b.1961—1980;c.1941—1960
Fig.3　Woodδ13C value changing with height above ground
4　结论
(1)对祁连圆柏来说 , 树叶δ13C值最低 , 树皮次
之 , 木质最高.这可能是因为不同器官具有不同的生
化组成与不同的呼吸特性.
(2)不同方位δ13C值差异较大 , 这种差异可能
主要是由相关小环境的异质性引起的.
572　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土　　　　　　　　　　　　　　　　 24卷　
(3)木质δ13C值存在高度的不同 , 但没有明显
一致的趋势.δ13C值的高度差异可能是树木在合成
木质时利用了不同高度的叶片合成有机物的结果 ,
而没有一致的高度趋势的出现说明叶片通过光合作
用合成的有机物在沿树干向下运输时不存在同位素
的分馏效应.
(4)无论是不同方位还是不同高度 , 其木质δ13C
值表现出一致的时间趋势 , 即随树龄的增长而降低.
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The Pattern of Stable Carbon Isotope Ratios in Sabina przewalskii
CHEN Tuo
1 , 2 , 　QIN Da-he1 , 　HE Yuan-qin1 , 　REN Jia-wen1 , 　LIU Xiao-hong1
(1.Key Laboratory of Ice Core and Cold Regions Environment , CAREERI , CAS , Lanzhou Gansu 730000 , China;2.National Laboratory
of Western Chinas Environmental S ystems , MOE , Lanzhou University , Lanzhou Gansu 730000 , China)
Abstract:δ13C values in different organs are different.
Tree leaves have the lowest , while tree trunks have the
highestδ13C value.δ13C also varies with exposure , with a
relatively lowestδ13C value in the north.There is an in-
consistent trend existing in woodδ13C values of different
height along the trunk , suggesting no carbon isotope dis-
crimination during the period of the downw ard t ransporta-
tion of leaf s organic compounds.Irrespective of t ree
height and exposure , woodδ13C values have become lower
and lower for the past 60 years.
Key words:tree rings;δ13C values;tree
5735 期　　　　　　　　　　　　　　　陈　拓等:祁连圆柏中稳定碳同位素分布特征