提取方式和测定方法对氢氧稳定同位素的影响及其在花生作物水源解析的应用

摘要

水资源不足是世界主要农业产区普遍存在的问题，而随着农业生产的发展，我国水资源形势也日益严峻，水资源已成为制约我国农业生产和发展的关键因素。稳定性同位素技术能够帮助我们深入了解作物水分来源，能够为土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的水分传输和节水农业的发展提供理论依据与指导。本文采用真空蒸馏和共沸蒸馏两种提取方法对土壤（红粘土、红砂土和水稻土）和植物（橘树、水稻和花生）的茎叶分别进行了提取，并对提取出的水分进行了氢氧稳定同位素的对比分析，旨在提出合适的提取方法;采用LosGatosResearch公司生产的激光同位素分析仪分别测定植物水、土壤水、雨水和地下水等样品，并用其开发的光谱污染矫正软件标记和量化水样品的污染，修正污染水样品的同位素值，然后与同位素质谱仪进行比对，旨在验证激光同位素分析方法的准确性;最后通过田间试验和氢氧稳定同位素技术，采用耦合模型，并用该模型定量计算了各水源对不同生育期花生的贡献率。得到了如下主要结论:
　　(1)真空蒸馏对土壤和植物水分提取率显著高于共沸蒸馏(P＜0.001);土壤含水量和土壤类型对水分提取率的影响不显著;而水稻茎叶水分提取率显著高于橘树和花生茎叶(P＜0.001)，且叶的水分提取率显著高于茎(P＜0.001)。真空蒸馏提取出土壤水分的δD和δ18O值与标准样的差异不显著，而共沸蒸馏下提取出土壤水分的δD与标准样差异达到显著(P＜0.001)，水稻叶和橘树叶的δD和δ18O值高于茎。研究结果表明，真空蒸馏比共沸蒸馏更适合土壤和植物水分的提取且其提取出的水分更能真实反映样品中氢氧同位素组成。
　　(2)对比分析激光同位素分析仪和同位素质谱仪分析仪测定液态水氢氧稳定同位素，发现土壤水、雨水和地下水等样品均未受到污染，而植物样品均受到一定程度的光谱干扰;植物水的δD和δ18O修正范围分别是3.58‰-26.65‰和2.14‰-18.27‰，其中花生的修正偏差最大，为26.65‰(δD)和18.27‰(δ18O)，在修正与非修正的δD数值之间存在明显统计学差异(p＜0.05)的有花生和橘树。该修正方法消除了δD测定的差异，并大大降低了δ18O的偏差。可见，激光同位素分析仪在测量土壤水、雨水和地下水同位素时可以有效地代替传统的同位素质谱仪法，但对植物水的测量时，则首先需要判断样品是否受到光谱干扰，如果受到污染仍需同位素质谱法进行确认。
　　(3)本研究利用的耦合模型综合了各种水源氢氧稳定同位素信息，能够计算多种水源对植物的贡献率，且其计算结果不受水源种类限制。花生各生育期利用水源种类有所差异，表层土壤水为花生后期所利用的重要水源，而其对花生初期的贡献率不大;降雨为花生整个生育期所利用的一个重要水源。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 稳定同位素背景信息

1．1．1 稳定性同位素基础理论

1．1．2 稳定性同位素表示方法

1．2 稳定同位素数据

1．2．1 水分提取

1．2．2 稳定同位素测定方法

1．3 国内外相关领域的研究进展

1．3．1 稳定性同位素在大气降水中的研究

1．3．2 稳定性同位素在土壤水分运动中的研究

1．3．3 稳定性同位素在植物水源中的研究

1．4 研究目的意义和研究内容

1．4．1 研究目的意义

1．4．2 研究内容

1．5 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 研究区概况和基本理化性质

2．2 试验材料

2．2．1 水分提取试验材料

2．2．2 同位素测定试验材料

2．2．3 定量计算水源贡献率试验材料

2．3 试验设计

2．3．1 水分提取试验设计

2．3．2 同位素测定试验设计

2．3．3 定量计算水源贡献率试验设计

2．4 研究方法

2．4．1 水分提取

2．4．2 同位素分析

2．4．3 定量计算

2．5 数据处理与分析

第三章 不同提取方式对氢氧稳定同位素影响的研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验设计

3．2．3 试验方法

3．2．4 数据分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 水分提取率

3．3．2 氢氧同位素分析

3．4 本章小结

第四章 不同分析方法测定液态水氢氧稳定同位素的研究

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验设计

4．2．3 试验方法

4．2．4 数据分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 污染的标记与修正曲线

4．3．2 不同类型样品对污染的响应及污染样品的修正

4．3．3 激光液态水同位素仪与同位素质谱仪测量数据的比较

4．4 本章小结

第五章 基于氢氧稳定性同位素解析花生作物水源的研究

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 试验材料

5．2．2 试验设计

5．2．3 试验方法

5．3 模型介绍

5．3．1 线性混合模型

5．3．2 δD-δ18O曲线法

5．3．3 耦合模型

5．4 结果与讨论

5．4．1 花生各生育期降雨量及其δD的变化

5．4．2 花生各生育期所有水样的δD和δ18O

5．4．3 花生各生育期所有水样的δD-δ18O回归曲线

5．4．4 各水源对花生不同生育期的贡献

5．5 耦合模型的合理性及优势

5．6 本章小结

第六章 主要结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究中的创新点

6．3 研究中的不足

6．4 研究展望

参考文献

致谢

在校期间发表的论文及专利目录