一种树木长期水分利用效率的确定方法技术

本发明专利技术提出一种树木长期水分利用效率的确定方法，包括以下步骤：步骤一、样品采集与处理，具体为树芯样品采集，样品处理，烘干，粉碎，煅烧和碳同位素分析；步骤二、长期水分利用效率的计算。本发明专利技术提出的方法，以多年生长的树木为样本，通过同位素碳分析，结合光合能力和气孔导度与水分利用率的数学关系，精确确定不同年份树木的水分利用率，可以在1～100年时间尺度上获得水分利用率变化趋势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生态
，具体涉及一种基于同位素分析的树木水分利用效率的确定方法。
技术介绍
水分利用效率(water use efficiency，WUE)是衡量植物耐旱性的重要指标，同时也是研究碳水耦合关系的重要切入点。WUE可以概括为植物同化的CO2与蒸腾消耗水分质量之比，在一定程度上反映了植物耗水特性和对干旱的适应性，是植物对环境水分条件的一种响应。传统研究水分利用效率的方法主要有收获法、光合仪法、微气象法等，但这几种方法由于破坏性太大或因现实条件限制应用有限。随着近几年同位素技术在我国生态学研究中的不断推进，通过测定植物组织稳定碳同位素值δ13C，推算水分利用效率，成为代替传统研究方法的新手段。由于植物组织的碳是在一段时间内积累起来的，δ13C值所代表的不是瞬时WUE，而是植物组织有机质形成时间内的平均WUE。与其他方法测得的瞬时WUE相比，利用稳定同位素技术所测得的WUE更能反映出植物在一段时间内对水分的利用以及对水分胁迫的适应状况，并且该方法采样破坏性小，不受时间、地点和下垫面情况等条件的限制，方便保存和测定。目前利用稳定同位素技术测定植物水分利用效率主要集中在叶片尺度，缺乏长时间尺度的研究；而现有的水分利用效率时间变化研究多是利用模型进行估测，误差较大。树木年轮同位素是研究长期水分利用效率的良好切入点。树木年轮变化不仅与树种本身的遗传特性有关，还受外部环境条件影响。通过树木年轮同位素研究可以了解植物当前的生理状况，而通过树木年轮同位素保存的过去的历史信息来了解树木对长期环境变化的反应，尚没有人提出相关的研究。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对本领域存在的不足之处，本专利技术的目的在于提出一种方法，以确定树木长期水分利用效率年际均值。为此目的，本专利技术提出一种通过测定树木年轮稳定碳同位素值，通过公式推导得出长期水分利用效率的方法。(二)技术方案为了解决上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种树木长期水分利用效率的确定方法，包括以下步骤：步骤一、样品采集与处理1)树芯样品采集：在距离地面100～150cm处沿等高线方向钻取树木横截面上的树芯；2)样品处理：将树芯样品沿年轮线进行切割分离然后将同一年的树芯样品放在一个容器内；3)烘干：用去离子水冲洗样品以去除表面沾染的其他碳源；将清洗好的样品放于烘箱中于70～90℃温度下连续烘干40～60小时；4)粉碎：用粉碎机或球磨仪将烘干后的样品进行粉碎，将粉碎的样品过80目筛；5)煅烧：称取粉碎过筛后的样品，用锡箔或铝箔纸包裹，在总有机碳元素分析仪中，通入不含CO2的空气进行煅烧，煅烧温度为950℃；6)碳同位素分析：用同位素质谱仪(DELTA plus XP)对收集的气体进行测定，得到树芯样品的碳同位素分辨率值δ13Cp；步骤二、长期水分利用效率的计算植物水分利用效率为同化速率A与蒸腾速率E的比值 W U E = A E = C a - C i 1.6 Δ e - - - ( 3 ) ]]>Ca和Ci分别是大气及叶片细胞内的CO2气压，Δe为叶内外水汽压差；基于碳同位素分辨率值(δ13C)与Ci之间的数量关系方程：δ13C＝a+(b－a)(Ci/Ca) (4)求得植物水分利用效率： W U E = C a × ( 1 - δ 13 C a - δ 13 C p - a b - a ) / 1.6 Δ e - - - ( 5 ) ]]>上式中，δ13Ca为大气本底稳定碳同位素值，a＝4.4‰，代表CO2通过气孔时扩散分馏系数；b＝27‰，指CO2被Rubisco酶(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶，Ribulose bisphosphate carboxylase oxygenase)羧化过程中的分馏系数。进一步地，所述步骤一中，使用树木生长锥钻取树芯，将采集的树芯样品置于玻璃试管中保存，所用的树木生长锥、玻璃试管均先用去离子水冲洗、烘干。其中，所述步骤一中，将树芯样品放在玻璃板上，置于体视显微镜下，用手术刀从最外层沿年轮线进行切割分离(全程佩戴无尘橡胶手套)，然后将同一年的树芯样品放在一个玻璃瓶内。其中，将锡箔或铝箔纸裁剪为边长4～7cm的正方形，用万分之一天平称取每年的样品2±0.2毫克，置于锡箔或铝箔纸上，用镊子将纸片包裹试验样品叠制成边长0.4～1cm的薄片，置于总有机碳元素分析仪(TOC)中进行煅烧。进一步地，所述步骤二中，所述式(5)中△e由下式求得： Δ e = e i f - e a t m = 0.611 × e 17.625 T 240.97 + T × ( 1 - R H ) - - - ( 6 ) ]]>式(6)中，0.611为t＝0℃时纯水平面上的饱和水汽压，T为采样地年均气温，RH为采样地年均相对湿度。其中，所述步骤二中，采样地空气样品的δ13Ca即为大气本底稳定碳同位素值。本专利技术的方法进一步地，由每一年的植物水分利用效率，得出植物水分利用效率随年度变化的数学关系。(三)有益效果由于树木年轮中年与年之间的纤维素并不发生转移，因此年内及年际间的变化信息都被长久的保存在了树轮δ13C信息中。树木年轮碳同位素信息与生理特性之间形成一种数量关系，在很大程度上提高了植物碳稳定同位素和水分关系的研究，包括不同的空间尺度(从植物个体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种树木长期水分利用效率的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、样品采集与处理1)树芯样品采集：在距离地面100～150cm处沿等高线方向钻取树木横截面上的树芯；2)样品处理：将树芯样品沿年轮线进行切割分离然后将同一年的树芯样品放在一个容器内；3)烘干：用去离子水冲洗样品以去除表面沾染的其他碳源；将清洗好的样品放于烘箱中于70～90℃温度下连续烘干40～60小时；4)粉碎：用粉碎机或球磨仪将烘干后的样品进行粉碎，将粉碎的样品过80目筛；5)煅烧：称取粉碎过筛后的样品，用锡箔或铝箔纸包裹，在总有机碳元素分析仪中，通入不含CO2的空气进行煅烧，煅烧温度为950℃；6)碳同位素分析：用同位素质谱仪(DELTA plus XP)对收集的气体进行测定，得到树芯样品的碳同位素分辨率值δ13Cp；步骤二、长期水分利用效率的计算植物水分利用效率为同化速率A与蒸腾速率E的比值WUE=AE=Ca-Ci1.6Δe---(3)]]>Ca和Ci分别是大气及叶片细胞内的CO2气压，Δe为叶内外水汽压差；基于碳同位素分辨率值δ13C与Ci之间的数量关系方程：δ13C＝a+(b－a)(Ci/Ca)    (4)求得植物水分利用效率：WUE=Ca×(1-δ13Ca-δ13Cp-ab-a)/1.6Δe---(5)]]>上式中，δ13Ca为大气本底稳定碳同位素值，a＝4.4‰，代表CO2通过气孔时扩散分馏系数；b＝27‰，指CO2被Rubisco酶羧化过程中的分馏系数。...

【技术特征摘要】
1.一种树木长期水分利用效率的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、样品采集与处理1)树芯样品采集：在距离地面100～150cm处沿等高线方向钻取树木横截面上的树芯；2)样品处理：将树芯样品沿年轮线进行切割分离然后将同一年的树芯样品放在一个容器内；3)烘干：用去离子水冲洗样品以去除表面沾染的其他碳源；将清洗好的样品放于烘箱中于70～90℃温度下连续烘干40～60小时；4)粉碎：用粉碎机或球磨仪将烘干后的样品进行粉碎，将粉碎的样品过80目筛；5)煅烧：称取粉碎过筛后的样品，用锡箔或铝箔纸包裹，在总有机碳元素分析仪中，通入不含CO2的空气进行煅烧，煅烧温度为950℃；6)碳同位素分析：用同位素质谱仪(DELTA plus XP)对收集的气体进行测定，得到树芯样品的碳同位素分辨率值δ13Cp；步骤二、长期水分利用效率的计算植物水分利用效率为同化速率A与蒸腾速率E的比值 W U E = A E = C a - C i 1.6 Δ e - - - ( 3 ) ]]>Ca和Ci分别是大气及叶片细胞内的CO2气压，Δe为叶内外水汽压差；基于碳同位素分辨率值δ13C与Ci之间的数量关系方程：δ13C＝a+(b－a)(Ci/Ca) (4)求得植物水分利用效率： W U E = C a × ( 1 - δ 13 C a - δ 13 C p - a b - a ) / 1.6 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：余新晓，路伟伟，贾国栋，李瀚之，刘自强，徐晓梧，孙佳美，贾剑波，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11