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解决方案 | 激光剥蚀-稳定同位素比质谱在树轮碳同位素分析中的应用

时间：2022-07-29 阅读：2959

树轮常用于研究气候变化与环境演变，通过对其稳定同位素的分析，可揭示生态系统碳—水—氮变化特征及相互作用。树木在生长发育中响应环境变化，将环境信息通过水/空气/土壤中的碳、氢、氧转化为树木年轮的同位素比值变化，从而为重建环境变化提供了一份可靠的“档案”。

古气候变化研究载体有树轮、石笋、海洋/湖泊沉积物和冰芯等。其中树轮样本具有两大优势:1）定年精确，分辨率可以到年；2）树轮年表的每一部分都可以和其它树木(年表)重叠搭接,能够获取平均值。

•稳定碳同位素：气孔导度、光合速率

•氧氢同位素：温度、叶片蒸腾作用

树轮是检查植物生理和代谢过程变化以及应对环境变化的反应的关键工具。芬兰自然资源研究所研究团队，对位于西伯利亚冻土层上的森林生态系统进行研究。选取了两个地点（夏季土壤融化深度不同，对树轮生长有很大影响）的处于生长季节的落叶松针叶及树轮样本进行同位素质谱分析，并结合统计学方法对落叶松叶片水平光合作用产物及下游代谢过程的同位素分馏进行研究。

分析方法

• 叶片中糖类¹³C分析：LC-IRMS（液相色谱-稳定同位素比质谱）分析，蔗糖、葡萄糖和果糖

• 树轮中¹³C分析：LA-IRMS（激光剥蚀-稳定同位素质谱，Sercon）

木芯的制备

• 树轮样品放入装有乙醇的索氏装置中 3 天，去除树脂；

• 水中煮沸 6 小时，每小时更换一次，以*去除溶剂；

• 40°C 烘箱中干燥 2 天；

• 切片机处理以获得用于 LA-IRMS 分析的光滑、均匀的样品表面。

激光剥蚀采样

• 直径为 40 μm 的光斑（分辨率）的激光进行联系采样；

• 700 °C 下将剥蚀的木粉在 Cr₂O₃ 条件下燃烧转化为 CO₂；

• 进入气相色谱和同位素质谱分析。

考察了两个不同年份叶片中蔗糖、葡萄糖和果糖中的 δ¹³C与树轮¹³C的相关性，阐明了树轮¹³C 富集的原因。其中发现蔗糖对树轮中¹³C 积累的贡献率最大。蔗糖和树轮 δ¹³C 记录的季节性趋势非常相似，前一年形成的“旧”光合产物在树轮有机碳的形成中占比较小。

另外研究团队还发现：尽管环境条件和树木生长存在明显差异，但两个研究地点的 δ¹³C 结果趋势非常相似。