旱季主导盐度控制红树植物桐花树叶蜡氢同位素分馏
编号:372
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更新:2025-11-14 13:34:50
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口头报告
摘要
红树林叶蜡氢同位素组成(δ²H)受源水同位素与水体盐度的共同影响,被广泛视为热带沿海水文与古盐度重建的潜在代用指标。然而,盐度如何在分子尺度调控²H/¹H分馏及其季节性表达仍缺乏过程约束,限制了指标的区域适用性与不确定性量化。本研究针对湛江河口典型红树植物桐花树(Aegiceras corniculatum),开展干—湿季并行观测,结合多水体(表层水、孔隙水、木质部水与叶水)δ²H–δ¹⁸O双同位素、叶蜡 C31 正构烷烃与 C16:0 脂肪酸 δ²H 测定,系统评估盐度对叶蜡氢同位素分馏的季节性主控效应及其机理。
研究区位于河海交汇、受季风与潮汐共同调制的河口体系。旱季受蒸发与上游来水偏弱影响,表层水盐度显著升高;雨季则受降水与径流稀释而盐度降低。我们在相同样地于两季各获取叶片、枝条与水体样品,统一前处理与测量流程,避免跨季偏差的系统性来源。叶蜡单体 δ²H 使用气相色谱—热裂解—同位素比质谱(GC–Pyrolysis–IRMS)开展分析,并以地表水、孔隙水、叶水和木质部水为参考计算净H分馏因子及其相关中间分馏过程。同时,利用δ²H–δ¹⁸O 线性关系及 d-excess 变化识别水源端元与蒸发效应,从而将“水路分馏”与“代谢分馏”在观测层面加以区分。
结果显示:在旱季,n-C31 正构烷烃与 C16:0 脂肪酸相对于叶/木质部水的生物合成分馏随盐度显著减小(斜率数量级分别约为 −2.5 与 −1.0 ‰·psu⁻¹,站点间差异经加权回归后仍显著),而在雨季该趋势不显著。δ²H–δ¹⁸O 约束表明,两季水源端元与蒸发控制存在明显差异,但难以单独解释旱季分馏—盐度的负相关。这提示:旱季的盐度效应主要通过植物对高渗环境的生理—代谢响应而传递至叶蜡氢同位素。
机制上,我们提出并以观测证据支持如下假说:高盐环境限制叶片际 CO₂ 扩散并降低光合效率,诱导细胞渗透调节需求上升,从而促进相容性溶质(如甘氨酸甜菜碱等季铵盐类)的合成与循环;该过程一方面降低细胞自由水活度并减缓氢同位素交换动力学,另一方面通过改变糖—有机酸—脂肪酸通量与三羧酸循环(TCA)中间体驻留时间,重塑关键合成酶位点的同位素平衡,从而在化合物特异与季节特异的尺度上体现为生物合成分馏因子—盐度的负相关。相比之下,雨季在盐度稀释与光合/代谢稳态恢复的条件下,上述耦合效应被削弱或被水路过程“掩蔽”。
方法学层面,本研究强调:(1)以叶水/木质部水为参照的“生物合成分馏”表述与符号的一致性;(2)跨季同位素—盐度响应的成因分解框架(源水端元、蒸发效应与代谢调控三要素);(3)基于干季数据建立的经验响应函数及其置信区间,为未来古盐度/古水文反演提供季节性适用边界与不确定度传播路径。应用上,建议在热带—亚热带红树林体系中优先于旱季开展校准,配合水体与叶水同位素的同步观测与蒸发校正,以降低由水路过程引入的系统误差。
综上,桐花树叶蜡氢同位素生物合成分馏对盐度的“旱季主控”揭示了生理适应与代谢重分配在同位素成因中的关键角色。该认识不仅提升了叶蜡 δ²H 指标的过程可解释性,也为重建古盐度与季风水文提供了更具可迁移性的参数化方案。
关键词
叶蜡氢同位素组成,正构烷烃和正构脂肪酸,季节性变化,红树植物,热带古气候重建
稿件作者
王遥平
广东海洋大学
宋之光
南宁师范大学
夏嘉
广东海洋大学
詹兆文
中国科学院广州地球化学研究所
SessionsALex L.
加州理工学院
SilvermanShaelyn N.
加州理工学院
高苑
广东海洋大学
何丁
香港科技大学
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