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解決方案 | 激光剝蝕-穩定同位素比質譜在樹輪碳同位素分析中的應用

更新時間：2022-07-29 點擊次數：5073

樹輪常用于研究氣候變化與環境演變，通過對其穩定同位素的分析，可揭示生態系統碳—水—氮變化特征及相互作用。樹木在生長發育中響應環境變化，將環境信息通過水/空氣/土壤中的碳、氫、氧轉化為樹木年輪的同位素比值變化，從而為重建環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。

•穩定碳同位素：氣孔導度、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對環境變化的反應的關鍵工具。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系統進行研究。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）的處于生長季節的落葉松針葉及樹輪樣本進行同位素質譜分析，并結合統計學方法對落葉松葉片水平光合作用產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-穩定同位素比質譜）分析，蔗糖、葡萄糖和果糖

• 樹輪中¹³C分析：LA-IRMS（激光剝蝕-穩定同位素質譜，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）的激光進行聯系采樣；

• 700 °C 下將剝蝕的木粉在 Cr₂O₃ 條件下燃燒轉化為 CO₂；

• 進入氣相色譜和同位素質譜分析。

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的相關性，闡明了樹輪¹³C 富集的原因。其中發現蔗糖對樹輪中¹³C 積累的貢獻率最大。蔗糖和樹輪 δ¹³C 記錄的季節性趨勢非常相似，前一年形成的“舊"光合產物在樹輪有機碳的形成中占比較小。

另外研究團隊還發現：盡管環境條件和樹木生長存在明顯差異，但兩個研究地點的 δ¹³C 結果趨勢非常相似。