| 随着色谱质谱技术的提高，稳定同位素分析已经广泛应用到生态水文研究中。本论文的研究主要包括两方面：1）叶蜡δDn-alkane值；2）流域同位素水循环。 1）叶蜡δDn-alkane值。植物叶蜡具有分布广泛、易于提取、结构稳定等特点，使得叶蜡δDn-alkane值成为古环境重建最可靠的生物指标。该部分的主要结论包括：第一，通过ISM（Interpretive Structural Modeling）模型系统地分析了影响叶蜡δDn-alkane值的控制因素，提出了分层控制的控制模型。其中，源水δD值、蒸腾蒸发和植物类型成为影响叶蜡δDn-alkane值的直接控制；额外因子（例如，盐度、干旱度等）成为第二层控制，通过影响第一层控制来影响叶蜡δDn-alkane值；气候参数（例如，温度、关照、相对湿度等）作为影响叶蜡δDn-alkane值的基本控制。第二，目前，叶蜡生物指标进行古环境重建时，存在最主要的争议是植物类型对叶蜡δDn-alkane值的影响。我们通过野外采样、数据收集、实验测量、数据分析等手段，提出了植物类型（单子叶和双子叶）是影响叶蜡δDn-alkane值的本质因子，其中生物合成分馏可能是造成单子叶和双子叶之间叶蜡δDn-alkane值差异的主要原因，并且给出了全球范围的分馏εwax-p值（叶蜡δDn-alkane值和降雨δD值的分馏）：单子叶是-140‰和双子叶是-107‰。这为古水文重建提供了全球范围的最直接的计算值。第三，以前的研究假定叶蜡δDn-alkane值在植物叶片内部是均匀的，而我们发现叶蜡δDn-alkane值在植物叶片内部变化很大：单子叶叶片从底部到顶部有D富集，而双子叶叶片从底部到顶部和从中心到边缘都存在明显的D富集。这种叶蜡δDn-alkane值在叶片内部分布不均的原因是单子叶和双子叶叶片水δD值的空间梯度造成，该梯度与脉络结构有关。第四，通过收集全球的可获取的叶蜡δDn-alkane值，我们发现分馏εwax-p值在不同的纬度带是基本稳定的，而不同的植物类型（单子叶和双子叶）之间的分馏εwax-p值差异明显。因此，以后通过叶蜡δDn-alkane值进行古水文重建时，需要考虑植被类型的影响。 2）流域同位素水循环。目前国际同位素水文领域最大的争议是生态水文分离（ecohydrological separation）。以关键带概念为指导，通过收集已发表的大量数据和选择三个典型的流域（Shale hills, 美国；Qinghai, 中国；Ressi, 意大利）进行水同位素测量，提出了流域中基于同位素的水文水-生物水之间相互作用的概念框架。该框架主要包括三条主要的线：MWL（降雨线）；SEL（土壤蒸发线）；LWL（植物蒸腾线）。这种普遍的框架支持了生态水文分离的假设，为今后研究关键带中水同位素的变化提供了基本的准则。基于提出的概念框架，通过数学演算和推导，我们提出了一种简单、可靠和快速计算蒸腾/蒸腾蒸发（T/ET）的方法，该方法计算的结果较以前的同位素法更加可信，并且该方法克服了以前的计算T/ET的尺度限制，可以计算任何尺度的T/ET比值。 本论文借助稳定同位素技术，准确评估和解释了植物类型对生物指标叶蜡δDn-alkane值的影响，并提出了比较可信的解释和机制。这为叶蜡δDn-alkane 值作为古环境重建的指标提供了更加详细的证据。同时，建立了关键带中基于同位素的水循环框架，为未来关键带中同位素水循环研究提供了基本准则和边界。 |
