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樹輪常用于研究氣候變化與環(huán)境演變，通過對其穩(wěn)定同位素的分析，可揭示生態(tài)系統(tǒng)碳—水—氮變化特征及相互作用。樹木在生長發(fā)育中響應(yīng)環(huán)境變化，將環(huán)境信息通過水/空氣/土壤中的碳、氫、氧轉(zhuǎn)化為樹木年輪的同位素比值變化，從而為重建環(huán)境變化提供了一份可靠的“檔案"。

古氣候變化研究載體有樹輪、石筍、海洋/湖泊沉積物和冰芯等。其中樹輪樣本具有兩大優(yōu)勢:1）定年精確，分辨率可以到年；2）樹輪年表的每一部分都可以和其它樹木(年表)重疊搭接,能夠獲取平均值。

•穩(wěn)定碳同位素：氣孔導(dǎo)度、光合速率

•氧氫同位素：溫度、葉片蒸騰作用

樹輪是檢查植物生理和代謝過程變化以及應(yīng)對環(huán)境變化的反應(yīng)的關(guān)鍵工具。芬蘭自然資源研究所研究團隊，對位于西伯利亞凍土層上的森林生態(tài)系統(tǒng)進行研究。選取了兩個地點（夏季土壤融化深度不同，對樹輪生長有很大影響）的處于生長季節(jié)的落葉松針葉及樹輪樣本進行同位素質(zhì)譜分析，并結(jié)合統(tǒng)計學(xué)方法對落葉松葉片水平光合作用產(chǎn)物及下游代謝過程的同位素分餾進行研究。

分析方法

• 葉片中糖類¹³C分析：LC-IRMS（液相色譜-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜）分析，蔗糖、葡萄糖和果糖

• 樹輪中¹³C分析：LA-IRMS（激光剝蝕-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜，Sercon）

木芯的制備

• 樹輪樣品放入裝有乙醇的索氏裝置中 3 天，去除樹脂；

• 水中煮沸 6 小時，每小時更換一次，以*去除溶劑；

• 40°C 烘箱中干燥 2 天；

• 切片機處理以獲得用于 LA-IRMS 分析的光滑、均勻的樣品表面。

激光剝蝕采樣

• 直徑為 40 μm 的光斑（分辨率）的激光進行聯(lián)系采樣；

• 700 °C 下將剝蝕的木粉在 Cr₂O₃ 條件下燃燒轉(zhuǎn)化為 CO₂；

• 進入氣相色譜和同位素質(zhì)譜分析。

考察了兩個不同年份葉片中蔗糖、葡萄糖和果糖中的 δ¹³C與樹輪¹³C的相關(guān)性，闡明了樹輪¹³C 富集的原因。其中發(fā)現(xiàn)蔗糖對樹輪中¹³C 積累的貢獻率大。蔗糖和樹輪 δ¹³C 記錄的季節(jié)性趨勢非常相似，前一年形成的“舊"光合產(chǎn)物在樹輪有機碳的形成中占比較小。

另外研究團隊還發(fā)現(xiàn)：盡管環(huán)境條件和樹木生長存在明顯差異，但兩個研究地點的 δ¹³C 結(jié)果趨勢非常相似。

解決方案 | 激光剝蝕-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜在樹輪碳同位素分析中的應(yīng)用