碳、氧稳定同位素分析在古环境研究中的应用

A number of proxy records of paleoenvironment using stable isotopes could show the history of past environmental changes. These archives include peat and lake sediments, loess-paleosot sequence, fossil mammals and stalagmite, and so on. The stable isotopic composition of carbonate and organic matter and frequency magnetic susceptibility from Tianshuigou and Yuanlei loess-palesol sequence can be used to give estimates of the paleoenvironmental history of Dali, and even of the whole Chinese Loess Plateau during the last 250ka. Features of the High Temperature and Large Precipitation Event in the Tibet Plateau and its adjacent area during 40~30kaBP had been studied by Professor Shi Y. In this dissertation, its impact on Chinese Loess Plateau has been discussed again. Carbon and oxygen isotopic ratios, magnetic susceptibility and frequency magnetic susceptibility in Tianshuigou and Yuanlei profiles show that the Event in this area is not so stronger as the Tibet Plateau. The carbon isotopic composition of organic matter in Tianshuigou, Yuanlei, dingcun and Jingcun loess-palesol sequences are indicative of major changes in the paleovagetation between terrace and plain of the Chinese Loess Plateau. Water is one of the most important factors adjusting the relative biomass of C4 plant in terrestrial ecosystems. Stable carbon isotope ratio of vertebrate tooth enamel is used increasingly to reconstruct environmental and ecological information modern and ancient ecosystems. The SI3C value of tooth enamel bioapatites can distinguish between browsers and grazers. Data from typical grassland of Inter Mongolia, the Alpine meadow of Qinghai-Tibet Plateau and the Yaluzangbu Great Canyon indicate that diets of mammals could record the relative biomass of C4 plant only in the C4 dominated ecosystem. In a C3 dominated ecosystem, diet of mammals would include more C3 plants than vegetation. According to Professor Cerling, proxy records from North and South America, Africa and Pakistan show that at the end of the Miocene (between 8Ma to 6 Ma) there was a global expansion of CA biomass, probably when atmospheric CO2 levels declined. Thus, "C4 world" and "CO2 starvation" are put forward. In this dissertation, carbon isotopes of fossil tooth such as Equus sanmeniensis and Hipparion chiai from Linxia, China reveal that there is a C3 dominated ecosystem in the late Miocene. Diets of ancient mammals in Linxia are not evidence of global expansion of C4 biomass.

中国典型泥炭区现代植物的碳、氧同位素组成及在古环境研究中的意义

本文测定了中国3个典型泥炭沼泽四川红原、吉林金川和哈尼的现代沼泽植物中的碳、氧同位素组成。吉林金川和哈尼的沼泽在相似的气候和环境条件下发育演化，而四川红原的泥炭发育在截然不同的气候条件下。结果表明，每个泥炭沼泽现代植物中的碳、氧同位素均有较大的离散度，表现为不同营养状况下的成沼植物之间的同位素差异；从δ13C值来看，三个沼泽中的植物均属C3植物；红原与金川、哈尼有着明显不同的现代植物稳定氧同位素组成，前者更富集18O。同一泥炭植物碳、氧同位素的不均一性要求在利用泥炭沉积物恢复过去气候变化方面一定要谨慎。非常有意义的是贫营养泥炭(高位泥炭)的成沼植物有着非常接近的同位素组成，揭示贫营养型泥炭可能是更为理想的过去全球变化信息档案。

稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机制裁的迁移和赋存规律

为了探讨土壤有机质在降解过程中的迁移、赋存规律，利用C3、C4植物的δ13C值差异，通过分析土壤的不同粒径组分和比重组分中土壤有机质的δ13C值，表明，粗砂中的土壤有机质年代最新，细粉中的土壤有机质年代最老，有机质在降解过程中，在土壤各粒径组分中的迁移次序是：粗砂→细砂→粗粉→粘土→细粉；土壤重组分中的有机质年代较老，以降解充分、稳定的有机无机复合体为主，轻组分中的有机质含有更多的降解尚不充分、活性较大的有机质.

生态转换系统中土壤有机质变化的稳定碳同位素示踪研究进展

因光合作用的途径不同，C3植物与C4植物具明显的δ13C值差异，根据这种特性，在生态系统发生转变的地域，可较好地将稳定碳同位素方法应用于土壤有机质研究中，本文对此类方法及研究现状作了较综合的论述。

贵州山区土壤微生物生物量的碳同位素组成与有机碳同位素效应

选择贵州岩溶区3个不同海拔高度上的旱地作为实验点，进行了绿肥(紫花光叶苕，C3豆科植物)的输入实验，目的是了解通过输入绿肥之后土壤微生物生物量碳(SMBC)的响应，以及微生物生物量中碳同位素比值的变化，来判断植物分解作用期间有机碳的同位素效应，即微生物分解对^13C的分馏作用和微生物对有机质的选择性利用。实验结果表明，在实验地里加入绿肥之后，年平均气温较高的实验地的SMBC响应较快，并且其值高于其余两个年平均气温较低的实验地，说明SMBC主要来源于植物残留物，其值的大小受控于气温。在加入绿肥之后。并未在各自的实验地和对照地之间出现δ^13C值的差异，而是在植物残留物的分解达到一定程度后实验地的δ^13C值才高于对照地，但在年平均气温较低的实验点上始终未出现这种差异，说明植物残留物的分解程度和质量将影响SMBC的δ^13C值，这种现象也进一步说明土壤有机碳的同位素效应是微生物对^13C的分馏和对有机质的选择性利用并存的过程。3个实验点上的土壤有机碳的δ^13C值大小的顺序与SMBC的δ^13C值大小的顺序相一致，表明SMBC的δ^13C值能够反映相应样品中的土壤有机质δ^13C值的总的变化趋势，并可能是控制土壤有机质的δ^13C值大小的主要的影响因素.

用天然^13C丰度法评估贵州茂兰喀斯特森林区玉米地土壤中有机碳的来源

当森林生态系统转变成农田生态系统时，会把C4植物有机质导入到曾在C3植被下发育的土训中去，使土壤中含有来源不同的土壤有机质，引起碳同位素组成变化。因此，可以利用碳同位素来区分土壤有机质来源，实验结果表明，耕作几十年后原森林土壤有机质的含量仍占有主要地位，来源于原始C3植被的有机碳的比例为66.7％，但容易矿化的、对植物营养有效的有机质含量较低，这与当地的耕作方式有关，需要加强对植物残留物返回土壤工作的管理。

退耕弃荒洼地土壤有机碳在生态系统转化过程中的动态变化

在贵州喀斯特区域一块典型的退耕弃荒洼地中央和周边坡面采集了4个土壤剖面,研究土壤有机碳（SOC）含量和δ^13Corg值的变化.结果表明,坡面不同土壤层次SOC的变化范围为6.0-92.3 mg·kg^-1,并沿着土壤层次的加深迅速降低,变化幅度远远大于洼地土壤剖面（6.3-26.7 mg·kg^-1）.坡面土壤δ^13Corg介于-25.103‰和-23.666‰之间,但各剖面土层内部δ^13Corg变化趋势不一致.洼地土壤δ^13Corg介于-23.495‰和-20.809‰之间,并随着土壤层次的加深δ^13Corg逐渐增加.洼地土壤剖面层次内C4-C占SOC的比例随土壤层次的加深逐渐增加,与林-农生态系统转变过程中的变化趋势相反;土壤δ^13Corg与C3-C之间呈显著相关性（R^2=0.7806,n=7）,对δ^13Corg起到主要影响作用的是退耕弃荒后新加入的C3-C.

δ^13C方法在土壤有机质研究中的应用

δ^13C方法是近年来用于土壤有机质动力学研究的一种新方法，该方法除了具有^14C标记法的优点外，还具有无放射性，可以提供长期的标记，并能使所有的土壤有机质组分都能被均匀标记，相对经济、在实验地采样后直接进行研究等特殊优点，从而在土壤有机质及其组分的来源、周转和C3／C4植被的历史变化研究中得到广泛应用。随着该方法的迅速发展以及各种分析δ^13C值技术的不断改进，δ^13C方法在研究土壤过程特别是土壤碳循环中显示出新的活力。为了推动δ^13C方法在国内土壤有机质研究中的应用，本文对影响土壤有机质δ^13C值的因素、国内外近年来该方法在土壤有机质研究中的应用和δ^13C值的分析方法作了较全面的综述.

应用δ^13C值探讨土壤中有机碳的迁移规律

C3植物与C4植物具明显的δ^13C值差异，利用这种特性，选取荔波茂兰喀斯特森林边缘处这个C3植物－C4植物转换生长的地点，分别采集森林与农田各三个剖面的土壤样品，根据测定其土壤总有机碳，不同粒径及不同比重组分的δ^13C值间的相互关系来推导土壤有机碳的若干迁移规律。

喀斯特小流域不同背景区植物叶片δ13值及其影响因素的研究

喀斯特石漠化地区由于其特殊的地表、地下二元结构，使得该区生态系统结构和机能非常脆弱，一旦生态系统，尤其是植被系统遭到破坏，其恢复难度将很大。虽然在90年代末期对喀斯特石漠化的研究才受到普遍的重视，并且被提升到国家层面进行恢复治理，但由于经济的飞速发展和喀斯特区人民群众发展生产力以及脱贫致富愿望的诉求，使得该区人－地矛盾突出，出现生态建设超前、基础理论研究以及政策指向落后的现象，并且在不同的人为干扰方式下，导致本已脆弱的喀斯特石漠化生态环境进一步恶化。针对上述特点，本文从基础理论研究方向着手，以同处一喀斯特小流域内的喀斯特背景区和非喀斯特背景区为研究背景，排除了一些环境上垫面的影响因素，以土壤、植物作为主要研究对象，并且结合利用国际上流行的稳定性碳同位素（δ13C）技术指示植物水分利用效率（WUE）的方法，分别详细论述了不同背景区从非退化到退化过程中的土壤-植被系统的协变关系，以及不同影响因素对植物叶片δ13C值判别的影响效应，并且通过与非喀斯特背景区进行比较研究的方法，以期为喀斯特背景区，尤其是石漠化地区土壤-植被系统的生态恢复和更加科学营造该区植物局地水分利用模式以及植被恢复物种的选择配置提供一定参考价值。对此，本论文得出以下认识： 一、不同背景区植物叶片δ13C值 本论文所研究的植物叶片 δ13C值变化范围在-25.60‰～-32.68‰之间，属于典型的C3植物。其中，石漠化样地的小果蔷薇有着最高的WUE （δ13C =-25.60‰），而次生林土山样地的莎草则有最低的WUE（δ13C= -32.65‰）。喀斯特背景区从非退化到退化的过程中，其植物叶片δ13C值的分布范围在-28.52‰～-30.74‰、-25.60‰～-29.77‰之间，而非喀斯特背景区从非退化到退化的过程中，其植物叶片δ13C值的分布范围在-27.68‰～-32.68‰、-26.17‰～-30.11‰之间。在退化的石漠化和土山样地，植物叶片δ13C值显著比未退化的无石漠化和次生林土山样地要高，这也就表示植物的WUE具有随着从非退化到退化不断加强的趋势，并且石漠化与土山样地之间和无石漠化与次生林样地之间的植物WUE无显著性差异，喀斯特背景区植物的WUE总体上也要高于非喀斯特背景区的植物。 二、不同背景区土壤理化性质特征 本论文研究表明，不管是在喀斯特背景区还是在非喀斯特背景区，从非退化到退化的过程中，土壤的物理结构均发生了明显的压缩状况，而从土壤粒级含量和分形维数变化的趋势上看，在两背景区均呈现随着向退化过程的发展，土壤中大粒径颗粒增加，小粒径颗粒减少的的现象，特别是细粉粒最为显著。而从喀斯特背景区内土壤各级团聚体的变化中可以看出，当土壤退化至石漠化时，土壤大团聚体已遭到严重破坏，其抗蚀性能决定着地表植被一旦遭到破坏就会引起强烈退化。而在非喀斯特背景区，其大团聚体的百分比值远高于喀斯特背景区，土壤抵抗环境退化的承受力较强。 在不同背景区土壤化学性质方面，土壤均呈现随着退化程度的发展，土壤有机质、全N含量呈现降低的趋势。喀斯特背景区土壤中易于移动的营养元素表现出递减的趋势，而难于移动的元素呈现增加的趋势。而在非喀斯特背景区，由于非退化样地在其黄壤发育阶段经过了长期的、明显的脱硅富铝化过程，造成难移动的营养元素大量聚集的现象。因此土壤中移动性较高的营养元素随着退化程度的加深呈现逐渐递减的趋势，而移动性相对较弱的营养元素含量也呈现逐渐递减的现象。而不同背景区土壤有效态营养元素除P、K普遍低于临界值水平外，其余营养元素的变化趋势大致与全量变化趋势相似，并且喀斯特背景区的上述营养元素含量普遍要高于非喀斯特背景区。 在对土壤中营养元素含量与植物叶片δ13C值关系的研究中，尽管从非退化到退化过程中样方水平上来分析不同背景区土壤营养元素含量与植物叶片δ13C值的相关关系时与已有的研究结果存在一定的差异，但从宏观上比较喀斯特背景区与非喀斯特背景区，土壤中营养元素含量与植物叶片δ13C值呈现的是明显的正相关关系，即营养元素含量高的样地其植物WUE也随之增高。 三、不同背景区土壤-植被系统的退化协变关系 本论文重点对不同背景区退化过程中土壤-植被系统间土壤各项理化性质和植物叶片营养元素含量的相关性进行了分析。在喀斯特背景区退化的过程中，土壤物理性质与植物中P元素相关的要素是最多的，喀斯特背景区的P元素是一个重要的影响因子。而在非喀斯特背景区退化的过程中，土壤的物理性质与植物叶片营养元素之间均无显著性相关关系。并且在不同背景区退化的过程中，土壤化学性质与植物叶片营养元素含量大都呈现的是不显著相关关系。 对不同背景区从非退化到退化的过程中植物叶片的生物吸收系数与植物叶片营养元素含量和土壤营养元素含量的分析中表明，在喀斯特背景区退化的过程中，植物叶片营养元素的吸收系数受到植物和土壤中营养元素含量的双重影响。而在非喀斯特背景区退化的过程中，植物叶片营养元素的吸收系数受到的影响与植物自身营养元素的含量密切相关，而土壤营养元素含量的背景则对其吸收系数影响不大。 四、不同背景区植物叶片营养元素含量与植物叶片δ13C值的关系 在对不同背景区植物叶片营养元素含量的相关分析中表明，不管是喀斯特背景区还是非喀斯特背景区，植物叶片营养元素N、K、Ca、Mg 、Fe的含量都较高，但P元素的含量却低于临界值，营养元素的含量特点属于Ca＞K＞Mg型，Ca含量都高于10000μg/g。在喀斯特背景区退化过程中，植物叶片的营养元素N、Na、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn含量与植物叶片δ13C值呈现正相关关系，而P、K、Fe营养元素的含量与δ13C值则呈现负相关关系。而非喀斯特背景区退化过程中，营养元素N、K、Ca、Mg、Cu的含量与δ13C值呈现负相关关系，Mn、Na与δ13C值呈现正相关关系，且营养元素P、Fe、Zn与δ13C值相关关系不显著。另外，喀斯特背景区植物w(N)／w(P)比值与δ13C值存在正相关关系，而非喀斯特背景区植物w(N)／w(P)比值与δ13C值则存在负相关关系。这些差异可能与不同背景区各样地之间小生境的条件和植物的种类差别有着一定的联系。 五、不同背景区土壤含水量的变化趋势与植物叶片δ13C值的关系 本论文选取了一场30mm降雨过后的7天，不同背景区土壤含水量与植物叶片 δ13C值的相关关系表明，石漠化样地土壤在7天内的失水幅度是最快的，尤其是在与该样地植物生长密切相关的0-20cm厚度范围内。这说明由于受其样地生境条件限制，土壤的水分蒸发量较大，含水量也较低；无石漠化样地由于受土壤厚度条件限制，其土壤含水量低于次生林土山；土山样地的土壤含水量也存在较大变化，而且其上、中、下坡的水分含量呈现逐渐递增的趋势，但无明显的显著性差异；次生林土山的土壤含水量变化幅度最小，说明其优越的生境条件对土壤水分保持是具有优势的。并且随着土壤含水量的逐渐增大，植物叶片δ13C值与之呈现显著的负相关关系，即土壤含水量越大，植物的WUE就越小。 六、不同背景区植物叶片解剖形态结构与植物叶片δ13C值的关系 本论文对不同背景区植物叶片解剖形态结构的分析表明，不同背景区退化样地上的植物叶片解剖形态结构中的栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度/海绵组织厚度、上角质层厚度、下角质层厚度、最大导管直径和气孔密度均较未退化的样地呈现显著性差异。其中，随着从未退化到退化过程的发展，解剖形态结构中除海绵组织厚度逐渐变薄外，其余指标则逐渐增厚，并且石漠化样地上的植物叶片解剖形态结构上述指标均显著高于其它样地。而生长在喀斯特背景区和非喀斯特背景区的同种植物叶片解剖形态结构差异性不显著。不同背景区退化过程中的上述主要植物叶片解剖形态结构指标均与植物叶片δ13C值呈现正相关关系。这说明了在本研究小流域内，由于光、热、水、气等外部影响因素的一致性，植物为了适应环境的改变其自身产生的形态结构响应具有一致的趋势。

红枫湖溶解有机质的分离富集、地球化学特征和环境效应

作为全球碳循环的主要组成部分，溶解有机质在水生生态系统的各种物理、化学和生物过程中起着十分重要的作用：它是湖泊异养型生物所需能量的主要提供者；是湖泊水体pH的调节剂和控制因素；能够与金属离子或有机污染物相互作用，从而影响它们的迁移转化、毒性和生物可利用性；溶解有机质也是饮用水氯化工艺中生成具有致癌作用消毒副产品的主要前驱物质。溶解有机质组成和结构十分复杂，一般由腐殖质和非腐殖质物质组成，相应的环境地球化学特征和行为也各不相同。因此，研究溶解有机质各分离组分的结构特征和环境效应，将有助于我们对溶解有机质复杂化学结构、循环特征及行为特征的深入理解；有助于揭示溶解有机质对环境中微量污染物的迁移、转化、毒性和生物有效性的影响机理和贡献因素；为水环境评价、预测、控制和管理提供科学依据。 本论文选择云贵高原山区湖泊—红枫湖为研究对象，利用XAD树脂分离技术，把湖泊水体中溶解有机质按极性的不同分成了疏水性酸、碱、中性物质和亲水性酸、碱、中性物质等六种有机组分。主要运用元素分析、有机碳分析仪、傅立叶变换红外光谱、紫外－可见分光光度，高效液相体积排阻色谱、三维荧光光谱和稳定同位素质谱仪等现代分析方法和手段，对各有机组分的地球化学特征及来源的进行了表征和探讨。同时利用荧光猝灭滴定技术研究了溶解有机质分离组分与铜的相互作用，利用顶空气相色谱法测定了各分离组分与氯气反应活性的大小，并确立了生成消毒副产物的主要前驱物质。本论文的研究成果主要有以下几点： 1.改进了分离流程：在XAD－8树脂分离溶解有机质流程的基础上，引入XAD－4树脂，对贵州红枫湖水体中溶解有机质进行了富集分离，得腐殖酸、富里酸、疏水性中性物质、亲水性酸、亲水性碱、亲水性中性物质等六种有机组分，回收率为82%。各分离组分的组成与其它天然水体的组成接近，其中以富里酸为主，占分离组分的51%。 2.溶解有机质分离组分化学结构特征的研究：元素分析表明疏水性组分具有较高的碳和硫含量，而亲水性组分O/C比较高，含有较多的含氧官能团；傅立叶变换红外光谱表明各分离组分在3424－3434 cm-1具有O-H和N-H的吸收峰，腐殖酸组分主要为含氮和聚糖物质，富里酸和亲水性酸表现强的羧基吸收峰。高效体积排阻色谱表明各六种有机组分的分子量较小，重均(Mw)和数均(Mn)分子量分别集中在1688-2355Da和1338-1928Da之间，其中Mw和紫外吸收比值(E2/E3)之间呈负相关关系；三维荧光光谱显示六种有机组分表现了4种不同类型的荧光峰，紫外区类富里酸荧光峰peakA和可见区类富里酸荧光峰peakC；疏水性中性物质还表现了两种类蛋白荧光峰peakB和peakD。荧光强度与紫外吸光系数SUVA254之间呈显著正相关关系，说明了产生荧光和紫外的物质具有某些相似的官能团，其中芳香官能团和共轭双键在这两类光谱的产生中具有重要作用。本研究进一步揭示了溶解有机质不同有机组分的分子量分布、荧光光谱特征和紫外吸收特征之间的一致性，反映了各有机组分之间的亲水、疏水与分子量、光谱特征之间的内在联系，本研究有助于加我们深对溶解有机质复杂性和相似性及化学结构与行为的进一步认识。 3.溶解有机质分离组分来源问题的探讨：我们利用δ13C及C/N比值并结合荧光光谱特征来指示溶解有机质的来源。各分离组分的δ13C及C/N比值表明富里酸主要来自陆源C3植被形成的土壤有机质，而腐殖酸、疏水性中性物质、亲水性酸、亲水性碱、亲水性中性物质属于陆源和内源的混合来源，其中腐殖酸、亲水性酸、亲水性碱接近红枫湖藻类一端，而疏水性中性物质和亲水性中性物质接近陆源一端。荧光光谱表明疏水性中性物质中含有类蛋白荧光峰，可能暗示了该组分还与人类活动有关。该研究加深了对溶解有机质来源的多样性和影响因素复杂性的认识。 4.溶解有机质分离组分与铜离子的相互作用，利用荧光猝灭滴定技术研究了分离组分与铜离子的相互作用，结果表明溶解有机质滴加铜离子后荧光强调显著降低，同时发射波长Em发生蓝移，而激发波长Ex基本不变，说明了分离有机组分在与铜离子相互作用后，π电子减少，共轭性和芳香型降低，直线型分子向非直线型分子转变；溶解有机质分离组分与铜相互作用的滴定曲线与修正的Stern-Volmer模型十分吻合；分离组分的稳定常数logK介于4.73-5.16之间（C峰）和4.64-5.24之间（A峰），logKA与logKC与总酸度以及与酚羟基之间存在显著相关性, 与羧基含量之间也有弱相关关系，说明铜离子优先与配体中强配位点（酚羟基）络合，其次为弱配位基（羧基）。该研究揭示了云贵高原山区湖泊溶解有机质分离组分与金属离子相互作用的差异性和影响因素，为水环境中金属离子迁移转化和毒性的评价提供理论依据。 5.溶解有机质分离组分卤代活性的比较：我们运用顶空气相色谱法测定了红枫湖分离组分与消毒剂反应生成有机卤代物的情况。结果表明红枫湖分离组分氯化消毒副产物主要以三氯甲烷(CHCl3)和二溴一氯甲烷(CHBr2Cl)为主，富里酸是生成三卤甲烷的主要前驱物质，同时富里酸的卤代反应活性也最强。该研究揭示了云贵高原山区湖泊中富里酸是生成消毒副产物的主要前驱物质，该组分以陆源有机质输入为主。因此，该研究对饮用水消毒具有一定的现实意义。

喀斯特洞穴系统中稳定同位素地球化学特征及其环境意义

洞穴次生化学沉积物作为探索区域性、全球性气候变化规律和环境变迁史最重要的“信息库”之一，取得了不少有价值的研究成果。但同时，随着高分辨、短时间尺度气候-环境变化记录研究的开展与数据的进一步积累，也发现此类研究目前存在着一些问题与局限性。事实上，洞穴次生化学沉积物环境替代指标的形成经历了一系列复杂的过程，包含的影响因数相对较多。总的来说，其形成过程从大气降雨开始，穿越土壤层、洞穴盖板层到洞穴内滴水中CO2逸出、过饱和的CaCO3结晶和水中携带的不溶物沉淀。其中在不同的气候与环境条件下水与各层（如土壤层、表层喀斯特和潜水带等）中媒介之间发生的物理化学过程决定了环境替代指标的真实涵义。但目前有关这些替代指标的形成过程及其影响因子、适用性等方面的研究工作相当薄弱，尽管包括本文作者所在课题组在内的一些学者已认识到这一工作的重要性，零星做了一点工作，但还无法形成系统的认识。 在我国西南部，缺少类似我国北方的巨厚黄土堆积，但岩溶发育，且连片分布，其面积居世界首位（东亚喀斯特片区的中心）。因此，在该地区气候环境变迁史研究中，环境记录“档案”——洞穴次生化学沉积物在该方面所起的作用具有与北方黄土一样的重要意义。该研究为利用洞穴次生化学沉积物的地球化学特征恢复古生态环境意义的研究奠定坚实的理论基础。基于此，我们选择我国西南喀斯特发育最为典型的贵州作为研究区域，通过对分布于境内不同地方100多个洞穴进行实地考察和综合评判之后，筛选出一个系列的4个喀斯特洞穴作为研究对象，分别选取一定数量采样点进行采样。在前人研究的基础上，更加深入系统地对该4个洞穴系统中的稳定同位素（碳和氧同位素）进行研究。 分别系统地采集了4个洞穴系统中的大气、植物、土壤、土壤空气、土壤水、基岩、泉水、洞穴滴水、洞穴空气、塘水、潭水和滴水对应的洞穴次生化学沉积物等，现场测试pH值、电导率（Cond.）和气温（T）等，室内分别测试了稳定同位素和其他相关指标（如各种离子浓度等），以期开展不同生态环境条件下正在形成的洞穴次生化学沉积物及其对应的洞穴滴水的地球化学特征的比较研究，揭示它们对气候环境变化的响应机制，即稳定同位素等洞穴次生化学沉积物环境替代指标的现代形成过程以及各种影响因子。 本研究主要取得以下几点认识： 1. 虽然缺乏同气候、等海拔和生物量在10~90 t/hm2之间的植被序列洞穴的对比，以及对土壤有机质和土壤微生物活性等的相关试验研究，但根据分析仍可获知，洞穴化学次生沉积物的碳同位素的生物量效应是由植物碳同位素及土壤CO2微生物分馏作用机制共同制约。也就是说，洞穴沉积物碳同位素信号所反映的信息包括植被碳同位素组成及其生物量所控制的土壤性质（如微生物等），并不一定指示地表植被的C3/C4比例变化，甚至也不一定指示乔、灌、草的比例，当然也不仅仅是植被覆盖变化的简单体现。总之，生物量效应在横向上是存在的，它至少部分控制着洞穴化学次生沉积物碳同位素的变化，在对石笋等碳同位素的高分辨率解译过程中是不容忽视的。其机理可能是，生物量的大小控制土壤性质（营养和含水量等），进而激发或抑制土壤微生物群落的生长和发育，从而影响土壤有机质的分解过程最终导致次生沉积物δ13C值的变化。 2. 贵州喀斯特地区δ13CSOC与源植物的δ13C差值最大达8‰以上，其主要受土壤水热条件、质地和pH值控制。由此可见，δ13CSOC动态总体上反映了植被破坏历史。不过由于未进行具体年限测定，植被受破坏的具体时间未知。因此，今后除了需对SOC含量等问题进行系统的研究外，14C定年以及喀斯特地区更多土壤剖面等的工作也有待进一步开展。 3. 洞穴水在下渗过程中普遍发生了混合作用，致使从上（地表）到下（洞穴）δ13CDIC值变化幅度变小。除了QXD和JJD中δ13CDIC值偏重的滴水外，基岩对滴水碳同位素组成的影响都相对较小，而各洞穴中滴水（沉积物）等碳同位素组成与洞穴上覆植被等有关，是生态环境的真实记录。LFD中各种洞穴水δ13CDIC值之间基本上都达到或接近同位素平衡，且与洞穴系统的生态环境有很好的相关关系（非常显著的时间变化）；QXD和JJD之间的洞穴水（除土壤水外）δ13CDIC动态极为相似，即同一洞穴同期不同滴水点滴水δ13CDIC存在很大差异，可能与上覆土壤受到严重破坏导致基岩贡献率相对较高有关，而其中的几个滴水与相应沉积物的同位素不平衡可能是沉积速率太慢或沉积间断所致；XND尽管土壤水与JJD的有相似的特征，但其洞穴滴水平均δ13CDIC之间基本一致且与相应沉积物接近同位素平衡。因此，4个洞穴中，LFD可能是最为适合进行高分辨率和短时间尺度（如季节甚至月份）研究的洞穴。另外，对于文中出现的滴水（上）δ13CDIC偏重于滴水（下）的现象以及土壤中水气平衡的影响因素等还有待今后进一步研究。 4. 研究的4个洞穴系统大气降雨尽管主要受东亚季风控制，但来源不完全一致，还不同程度地受西南夏季风等影响。LFD和QXD受东亚季风影响程度相对高于XND和JJD，西南季风的影响程度恰好相反。 5. 尽管地表蒸发作用对表层（10cm以上）土壤水δ18O有一定的控制作用，但是较深（如10cm以下）土壤水基本不受影响；同位素示踪结果显示，土壤水和洞穴滴水对大气降水均有响应，但响应时间不一，可能与上覆物质（植被、土壤和基岩等）结构构造等控制的水文学特征和有效大气降水量等有关；喀斯特土壤的高度异质性导致土壤水运移机制的不同，从而影响混合作用的过程，最终导致洞穴系统同期土壤水δ18O存在一定差异；雨水在下渗过程中的不同来源水混合作用，是不同类型水δ18O时间上变化幅度不同的主要原因；同一洞穴不同滴水δ18O之间的差异可能与水文学特征不同有关；水化学性质（如SIC）控制沉积物的沉积过程从而影响同位素平衡。 由此可见，利用研究的4个洞穴系统中洞穴次生化学沉积物中氧同位素恢复和重建古降水量的高分辨率短时间变化是可行的。但我们也应注意到，在利用洞穴次生化学沉积物恢复和重建古降水量之前有必要寻找合适的方法（如利用Hendy法则等）判断是否达到同位素平衡。不是所有点沉积物都真实地记录着滴水（大气降水）同位素信号的，尤其在QXD和JJD中，一半左右的滴水点沉积物没有达到同位素平衡。这些均显示出在高分辨率短时间尺度古气候研究中，了解沉积物的形成过程对于准确解译洞穴过去环境变化具有重要意义。

贵阳市不同土地利用方式土壤有机碳地球化学研究

本研究根据贵阳市区域内不同土地利用方式，选择了自然土壤、农业土壤和城市土壤为主要研究对象。对表层土壤实行多样点的统计分析、以及典型剖面有机碳迁移过程分析，同时结合同位素地球化学示踪原理，探讨了贵阳市区域内土地利用方式变化对土壤有机碳的影响，以及不同土地利用方式间土壤有机碳的来源和降解过程的差异。主要结论如下： (1) 自然土壤转化为农业土壤后，表层(0～10cm) SOC有较为明显的降低趋势。其中，相对于自然土壤(黄壤) 表层SOC(平均值)而言，玉米地、水田、果园下降了40%左右，菜地下降了15%左右。然而，不同菜地土壤间耕种强度存在较大差异，其SOC变异程度高于其它几类农业土壤(CV＝57.07%)。与之相反，农业土壤表层DOC(18.86～48.20mg•L-1)接近或超过自然土壤(10.74～36.30 mg•L-1)，且ƒDOC占SOC的比例明显大于自然土壤。其中，玉米地DOC最高(平均值：48.20mg•L-1)，菜地次之(平均值：30.00mg•L-1)，果园第三(平均值：29.87mg•L-1)，水田最低(平均值：18.86mg•L-1)，但水田由于干湿交替的影响，DOC的变异程度最大(CV＝128.57%)。据此推断，在相同气候条件下，自然土壤转化为农业土壤后，由于表层DOC数量和比例的增加，提高了SOC的迁移性，进而加速了碳素在土壤中的迁移转化进程。 (2) 自然土壤转化为农业土壤后，剖面内部(>10cm)多数层次SOC相对于黄壤和黄色石灰土有明显的增加趋势。且通过对不同类型农业土壤人为干扰强度的调查表明：人为干扰强度越强，剖面中一定深度内SOC增加幅度越大。即：离城市较近的菜地2增长最为突出，果园其次，水田和玉米地相当。离城市较远的菜地1由于受人为干扰层次较浅，且出现了犁底层，剖面内SOC的含量水平与黄色石灰土相当。 (3) 原始土壤经搬运重组后形成城市公路绿化带土壤，表层SOC和DOC变幅较宽、离散程度较大，且没有随时间或植被类型等因素的变化而呈现明显的变化趋势。其中，SOC变异程度依次为新成公路绿化带2(CV＝58.0％)、老成公路绿化带(CV＝55.5％)、新成公路绿化带1(CV＝34.1％)。DOC变异程度依次为新成公路绿化带1(CV＝93.8％)、新成公路绿化带2(CV＝85.7％)、老成公路绿化带(CV＝78.0％)。 (4) 在自然土壤、农业土壤和城市绿化带土壤表层中，DOC与SOC、N、C/N、NO3-、NH4-，以及粘粒含量等的相关性均未达到显著水平。另据方差分析显示：果园、水田、菜地和玉米地表层土壤间DOC、SOC含量均无显著差异，说明农业土壤利用方式不是决定土壤表层SOC和DOC含量的绝对因素；新成公路绿化带1，2和老成公路绿化带表层土壤间DOC、SOC含量均无显著差异，说明植被类别和形成时间不是决定土壤表层SOC和DOC含量的绝对因素。 (5) 自然土壤中，枯枝落叶转化为表层(0～5cm)土壤有机质后，δ13CSOC值升高了1~4‰。通过不同碳源间δ13Corg相互关系的判断，在具备枯枝落叶覆盖的表层土壤中，DOC主要来源于枯枝落叶；而在土壤剖面内，随土壤剖面深度的增加，来自于土壤腐殖类物质的DOC占土壤DOC总量的比例呈增加趋势。在黄壤和黄色石灰土中(>5cm土层)，土壤剖面中大多数层次DOC比SOC更富13C。 (6) 大多数农业土壤有机碳δ13C值显示其有机肥源中存在C4-C源。且农业土壤中受碳源多样性的影响，菜地、果园、水田和玉米地表层土壤中δ13CSOC与δ13CDOC的相关性均未达到显著水平。其次，除玉米地土壤剖面外，其它供试农业土壤剖面大多数层次δ13CDOC值比δ13CSOC偏负，说明菜地、果园、水田土壤DOC主要为外源的加入。 (7) C3植被转化为C4植被(林-农生态系统转化)后，玉米地剖面中SOC有2.55％～20.80％源于C4-C，随剖面层次的加深有降低趋势，但表现为“之”字形反复；DOC中C4-C的比例在剖面0～40cm处较为相近(25.94％～34.54％)，40cm以下则急剧下降(3.18％～15.65％)。说明玉米地剖面 DOC主要来源于土壤腐殖类物质的转化。与林-农生态系统转变过程中的变化趋势相反，洼地农业土壤退耕弃荒一段时间(林-农-林生态系统转化)后，土壤剖面内C4-C占SOC的比例随土壤层次的加深逐渐增加，变化范围在5.77～26.76％。 (8) 在C3植被转向C4植被(林-农生态系统转化)后，玉米地δ13CSOC值与C4-C、C3-C相关系数(r)分别为0.372和-0.102，δ13CDOC值与C4-C、C3-C相关系数分别为0.131和-0.339，其相关性均未达到显著水平。而再从C4植被转回C3植被后，土壤δ13CSOC与C3-C之间呈显著相关性（r=0.88，n＝7），说明退耕弃荒后新加入的C3-C对土壤δ13CSOC值影响较大。其SOC的主要来源于洼地周边坡面土壤的侵蚀堆积物和新生草本植被残体。结合当前SOC降解过程的研究成果，本研究认为：洼地土壤退耕弃荒后一段时间里，土壤SOC可能处于累积大于损失状态。这有利于土壤性状向良性方向发展。 (9) 根据同位素值的相互关系和有机碳的来源调查，判断公路绿化带土壤中C4-C为原始土壤所带来。大气颗粒物和雨水中的DOC是表层土壤DOC的主要来源。公路绿化带土壤剖面中，随着时间的增加，土壤腐殖类物质与DOC的相互转化逐渐加强。 上述结论可为人类认识城市区域(特别是有强烈酸性沉降历史的喀斯特城市区域)土地利用方式改变对土壤碳循环的影响，以及不同土地利用方式间土壤有机碳迁移转化过程提供科学依据，也可为正确评估城市区域土壤与其他圈层间碳循环的源、汇关系提供基础资料。

大气中甲酸和乙酸的碳同位素分析方法及其应用研究

生物有机酸是大气对流层中重要的微量挥发性有机碳组分，它广泛存在于对流层大气中，对气候、环境、生态系统以及人类健康产生了重要影响。探索有机酸碳同位素（δ13C值）的分析测试方法，能够为大气有机酸生物地球化学循环研究开辟一片新的天地，从而使该领域研究向前推进一步。本研究初步建立了以甲酸、乙酸为代表的大气中低分子有机酸的碳同位素测试分析方法，为研究“已知有机酸来源中，不同来源对大气有机酸含量的贡献大小问题”、“人类污染对大气中有机酸的贡献比例问题”以及“是否存在尚未认知的有机酸来源问题”等奠定了方法学基础。 研究工作围绕如下五个方面内容而展开：首先是回顾和总结大气中低分子有机酸的研究沿革，详细摘录了国内外不同站点不同形式的大气样品中有机酸含量水平及其分布情况；其次是回顾和总结了大气中低分子有机酸的含量分析方法，并从中获取适宜于气相色谱/燃烧炉/同位素比值质谱（GC/C/IRMS）接口的样品富集、分离技术；第三是对水溶液中低分子有机酸的固相微萃取研究；第四是对实际大气样品中微量甲酸、乙酸的固相微萃取研究及其碳同位素分析结果的初步分析；第五是对其它天然产物或人为活动排放源所释放的甲酸、乙酸碳同位素进行研究。研究内容的重点是：应用目前对水溶液中痕量有机酸而言最恰当的针阱捕集固相微萃取技术建立有机酸分子碳同位素组成分析方法。在方法建立过程中主要获得了如下成果： 1. 建立了以甲酸、乙酸为代表的液态挥发性有机化合物标准样品的碳同位素组成分析测试方法。 法兰静密封技术与石英管的连接技术可以有效地获得较高真空度的石英管，这使得向低CO2污染的石英管内无损耗地注入挥发性有机物的标准样品成为可能。进一步使用炬枪密闭-石英管燃烧法制备挥发性有机化合物标准同位素样品，可有效避免制备过程中因挥发所导致的同位素分馏和环境CO2对测定值的影响。以市售高纯度的甲酸、乙酸为标准同位素样品，重复制备它们的同位素分析样各5次，并在Finnigan MAT-252气体同位素比值质谱仪上测定其δ13C值。结果显示此法具有极高的重现性，所测δ13C值相对标准偏差仅为0．07％（甲酸，n=5）、0．04％（乙酸，n=5）。与之对比，另一套同位素测定系统GC/C/IRMS对同一标准物质的同位素测定结果并无显著差别，但在精度上却明显不及前者。由于避免了样品制备过程中可能因挥发而导致的同位素分馏以及可能因环境中CO2造成污染等问题，使得该方法可推广应用于其它挥发性有机化合物标准的δ13C标定，为准确测定实际样品中对应挥发性有机化合物δ13C值的准确测定提供基础条件，也为同类物质标准的碳同位素测定提供了准确、廉价、方便的分析手段。 2. 确立了甲酸、乙酸在线分离的气相色谱条件以及同位素分析所需的同位素比值质谱条件。 为了能对非衍生化处理的甲酸、乙酸进行有效分离，我们选取了低吸附性、高样品容量，可直接分析未衍生化游离酸的Stabilwax-DA色谱柱作为分离甲酸、乙酸的分析柱。气相色谱分离过程中He载气均处于恒流模式，进样口施行不分流进样，并进样口温度设置为200℃，采用两阶段程序升温，在此条件下乙酸、甲酸的出峰时间先后相隔了0.79分钟，且多次测定甲、乙酸出峰时间的相对标准偏差不大于0.05分钟，据此可认为甲、乙酸获得了良好的分离。 气相色谱分离出的甲酸、乙酸通过串联接口与燃烧炉 (串联接口与燃烧炉都是加热装置，温度分别设置成350 C和 850C)相接，随后有机物在燃烧炉中被高温焚烧转变为CO2和H2O，再经Nafion半透膜祛除H2O，从而获取纯化干燥的CO2以适宜于同位素比值质谱分析。 3. 确立了水相中甲酸、乙酸的微萃取条件，设计制作了与萃取工作配套固相微萃取装置。 NeedlEx针阱捕集的固相微萃取技术可解决水溶液中低分子有机酸的分离萃取问题，并能与气相色谱接口的兼容，还有集采样、富集、保存、分析为一体的优点。因此探索利用脂肪酸型NeedlEx完成对水溶液相中有机酸的萃取是本文研究的关键所在。为了提高分析效率，降低环境污染，我们设计了一整套吹扫-捕集的动态固相微萃取装置，并对甲酸、乙酸的水溶液实施了萃取研究。 由于实验装置是在吹扫捕集原理的基础上建立起来的，因此随着吹扫捕集气体体积的增加有机酸在萃取针上的对富集量也呈现出一定增长趋势，尤其是在最初的几次循环中，有机酸在萃取针中的总量得到迅速的增加，在萃取气体体积达到400mL后，萃取针中的有机酸含量增加趋于缓慢。为了获得更多物质量的有机酸，实验中我们分别尝试了1000和2000mL的气体吹扫体积，分别对有机酸在色谱上的响应值以及同位素分析结果的统计显示这两种萃取体积并无显著差异，为兼顾工作量我们拟定1000mL吹扫气体体积作为实验条。 由于离子态的有机酸具极强的亲水性，因而很难挥发至顶空或吹扫气体中，只有自由的分子态有机酸方可被萃取针中疏水的固定相所富集。为使的解离反应方向朝着有利于分子态有机酸形成方向发展，我们评估了不同酸化条件对萃取效果的影响。实验中我们普遍采用了500μL 4mol/L的磷酸溶液对样品进行了酸化，结果表明，酸化对提高待测物质的分析量十分有利，以10μg/mL的甲酸、乙酸标准溶液为例，酸化后甲酸萃取率提高了30.12%，乙酸的萃取效率也提高了14.46%。酸化、不酸化处理以及不同浓度有机酸溶液所测定的甲、乙酸碳同位素值在总体上不具备显著性的差异。但是，由于有机酸碳同位素测定精度与待测物物质量具有一定正相关关系，因此酸化后样品中有机酸同位素的分析精度要优于未经酸化样品的同位素的分析精度。 温度的增加可以适量地提高部分有机酸的萃取效率，但温度增加导致水汽进入萃取针，中从阻碍了有机酸的有效萃取，因此本文建议在25℃室温的下进行萃取。此外，在传统的固相微萃取过程，搅动样品溶液常常是作为缩短萃取时间，提高的萃取效率的重要措施。原则上搅拌速度越快越好，但为了不使溅起水花影响到萃取针头，因而选择2000r/min搅拌速度比较适宜。 基于上述实验条件，本文考察了浓度为10~300μg/mL的甲酸、乙酸标准溶液的色谱响应值及其同位素分析结果。结果显示对不低于浓度为10μg/mL标准溶液，其中甲酸、乙酸的δ13C值都可被检测出。只不过浓度过低则响应值信号弱，不能准确计算出各质荷比信号峰面积是低浓度条件下同位素测不准的主要原因。要想使得甲、乙酸同位素测定值的相对标准偏差控制在1以内，则对应有机酸浓度则需达到85μg/mL以上。 4. 克服了实际水相样品中有机酸浓度低，不能直接对其实施NeedlEx萃取的难题，初步实现了对降水中甲酸、乙酸的碳同位素分析。 除了某些有机酸含量水平较高的降雨可以直接运用动态针阱捕集固相微萃取与GC/C/IRMS联用技术直接进行甲酸、乙酸碳同位素的分析外，普通含量水平的有机酸碳同位素测定尚具有一定的难度。研究中我们使用了阴离子交换型固相萃取小柱LC-SAX(规格：500mg/3mL；交换容量：0.2meq/g)对1L浓度为50~2000μg/L甲酸、乙酸标准混合溶液进行了萃取，并对所属浓度条件下δ13C测定值与理论值之间的差异性进行了T检验统计分析，结果表明绝大多数情况（200μg/L乙酸同位素测定值除外）下甲、乙酸的相伴概率分别伴概率大于了显著性水平0.05，表现出有机酸碳同位素测定的均值与离线法测定的甲酸同位素理论值无显著差异。 然而，降水中普遍具有有机酸含量低，其它阴离子含量高，组分复杂特点，严重影响阴离子交换型萃取小柱对有机酸的萃取。为此我们先用离子色谱对降水中阴离子组成及其含量进行分析，了解降水中主要的阴离子构成及其含量，再根据所测定结果再安排对应交换容量萃取小柱实施萃取，而后再进行针阱捕集的萃取及其碳同位素分析。 5. 对以甲酸、乙酸为代表的大气中低分子有机酸碳同位素分析结果的初步研究。 以贵阳为代表的西南城市地区大气中有机酸浓度较高，这为使用本方法研究该地区有机酸的碳同位素分析创造了有利条件。经离子色谱测定，2008年8月下旬至2008年10月中旬贵阳地区6次降水中甲、乙酸浓度范围分别为5.75~22.43μmol/L和5.43~13.09μmol/L。与之对应，六次降水中甲酸δ13C值的范围为-25.72‰至-29.08‰之间，乙酸δ13C值的最大值则为-26.23‰，最小值则为-30.40‰。6次降水中甲酸、乙酸的δ13C值将它们的来源指向了直接或间接的陆源特征。结合离子色谱对降水中甲酸、乙酸浓度分析，利用亨利系数判定法可知，六次降水中间接来源是大气中低分子有机酸的主要来源，通过δ13C值的初步判断，可以看出这些二次来源应该主要由生物质燃烧，C3植物以及人类活动向大气释放的不饱和有机物经二次氧化而形成。 以往甲酸、乙酸同源的依据皆以降水中甲、乙酸浓度具有显著线性相关做为判断指标，本研究中6次降中的甲酸、乙酸浓度亦然呈现出良好的相关性（R2=0.87）而降水中甲、乙酸具有相似的δ13C值，这充分说明降水中甲、乙酸的同源特征。 针阱捕集萃取方式还适宜于对大气中自由有机酸的直接富集。利用这一特性，我们分别对贵阳市市郊森林公园、城市居民区以及交通要塞等三个不同地方大气中的自由有机酸进行了同位素分析，结果发现贵阳市大气中乙酸δ13C值介于-31.03‰至-26.37‰之间，乙酸δ13C值的总体均值等于-28.74‰，与之对应，甲酸的δ13C值范围为-29.42‰至-22.97‰，均值为-27.12‰。贵阳市大气中自由甲酸、乙酸的同位素值与降水中的甲、乙酸同位素值具有类似的变化范围，这表明大气气相中自由有机酸与降水中的甲、乙酸具有大致相同的来源构成。 我们还利用此法对汽车尾气以及蚁酸蚁所释放的甲酸、乙酸δ13C值进行了分析，其中汽车尾气中所含甲酸δ13C值等于-23.25±1.25‰，乙酸δ13C值为-24.55±0.85‰，而蚁酸蚁所释放的甲酸δ13C值则为-22.43±0.43‰。由于汽车尾气以及乙酸蚁释放有机酸的δ13C值要低于大气样品对应有机酸的δ13C值，据此认为汽车尾气和蚁酸蚁不是大气有机酸的主要来源。 6. 有机酸碳同位素分析技术在检验食品参假行为时的扩展应用研究。 由于C3和C4循环会导致植物及其产品的δ13C值不同，因此碳同位素技术在食品控制方面发挥了特别作用，能够解决一些常规分析解决不了的问题。经分析发现，食醋中醋酸的δ13C值与其原材料密切相关，如以麦麸、大米为原材料所生食醋醋酸δ13C值在-27‰左右。而以高粱、大麦、黄豆为生产原料的食醋醋酸δ13C值在-19‰左右，明显高于了以大米、麦麸等为原料所生产的食醋醋酸δ13C值。此外，单纯以大米发酵生产的食醋醋酸δ13C值为-29‰左右。食醋中醋酸δ13C值与生产工艺、原材料高度相关的特征为质检部门更好的识别食醋参假行为提供了良好的解决办法。

西南喀斯特典型坡地土壤有机碳库特征及碳同位素组成

喀斯特石漠化及其影响己经成为制约中国西南地区可持续发展最严重的生态环境问题，越来越受到人们的关注，已成为环境地球化学研究的一个重要领域。石漠化的本质就是土地退化，造成土壤肥力和生产力的下降。因此喀斯特地区现阶段主要面临如何管理好陆地生态系统，以保持原有碳储量，并尽可能沉积更多碳是当前面临的主要挑战。 峰丛洼地是喀斯特地区的典型景观，该景观的坡地是喀斯特地区自然环境最脆弱的区域，存在基岩大量裸露的情况，土地和植被退化最为严重。本文以西南喀斯特地区具有不同植被类型的典型峰丛坡地（草丛、灌草丛、稀疏灌丛和乔木林）作为研究对象，为了解喀斯特地区碳的循环机制，我们采集了4个典型坡地不同地形部位的表层和剖面土壤，主要分析了土壤可溶性有机碳（DOC）、整体土壤及不同粒径土壤组分中有机碳含量和稳定碳同位素（δ13C）值组成，同时测定了植物优势种叶片、枯枝落叶δ13C值组成。得到以下几点认识： 1、草丛和灌草丛坡地各地形部位的土壤有机碳（SOC）含量和碳氮比(C/N)值差异较大，其上坡位的土壤都具有较高SOC含量和C/N值。而稀疏灌丛和乔木林坡地SOC含量和C/N值比较稳定，其变幅较小。 2、各坡地剖面土壤中DOC含量分布和变化主要受到了有机质输入､坡地地形及土壤质量等影响｡草丛和灌草丛坡地各地形剖面中DOC含量变幅要大于乔木林和稀疏灌丛坡，对各个坡地几个剖面上层土壤（0～20cm）中DOC含量来看，其含量主要表现为：乔木林坡地＞稀疏灌丛坡地＞灌草丛坡地＞草丛坡地。但通过DOC与SOC进行比对发现，在剖面土壤中DOC/SOC值整体变化趋势主要表现为随剖面土层的加深而增加的趋势，但在土层较薄的剖面中主要呈现一直增加的趋势，而在土层较厚的剖面中则出现先增加后降低或保持稳定的现象。除了稀疏灌丛坡地最低值出现在下坡位剖面PG3外，在草丛、灌草丛和乔木林坡地最低值均出现在上坡位的剖面，其中HC1、HG1和HG2剖面的DOC/SOC值最低，范围都在0.2%以下，具有明显的高SOC和低DOC的含量特征；而乔木林坡地各剖面DOC/SOC值相对较高，范围都在0.3%以上，并且各剖面之间的差异较小。 3、草丛和灌草丛坡地上坡位HC1、HG1和HG2剖面土壤主要是基岩风化物和植物残体堆积而成的砂质新成土，砂粒含量较高，剖面土壤中有机碳含量虽然高于下坡位各个剖面土壤，但有机碳主要贮存在砂粒土壤中，其碳库处于不稳定状态。而下坡位剖面中土壤主要以粉粒和黏粒为主，土壤有机碳含量相对较低，但主要贮存在粉粒和黏粒土壤中，其碳库处于相对稳定的状态。稀疏灌丛和乔木林坡地各地形剖面中主要以粉粒和黏粒土壤为主，各个剖面之间变化幅度较小，有机碳也主要贮存在粉粒和黏粒土壤中，其碳库组成比较稳定。 4、对采样点的植物优势种叶片的碳同位素组成进行了测定。结果显示，其δ13C值主要受到遗传因素的（光合作用途经）控制，植物碳同位素组成表现出明显的差异性，C3植物的δ13C平均值为-28.2‰，C4植物的δ13C平均值为-12.7‰。另外，对不同坡地采集的同种植物叶片的δ13C值分析发现，δ13C值受环境影响因素较小。 5、对各个坡地枯枝落叶和相应表层土壤有机质δ13C值之间的相关性研究发现，灌草丛和乔木林坡地具有显著相关性，其相关系数分别为R2=0.93和R2=0.77，明显高于草丛和稀疏灌丛坡地的R2=0.28和R2=0.36。由于土壤剖面发育历史及地表植被的不同，草丛和灌丛坡地土壤有机质的δ13C值要明显高于稀疏灌丛和乔木林坡地，并且不同地形剖面的土壤有机质的δ13C值的差异较大。另外，大多数剖面的土壤有机质δ13C值在剖面深度上的变化主要表现为随土层深度的加深呈现先升高后降低或趋于稳定的变化趋势。δ13C值在土壤剖面中随深度变化，反映了作物残体输入和土壤累积特征，有助于鉴定剖面中土壤有机碳的迁移转化过程。 6、剖面中土壤δ13CDOC值与δ13CSOC值的变化规律具有相似性，表明了土壤中DOC与SOC的具有密切的关系；另外，从△(δ13CDOC－δ13CSOC)来看，大多数剖面中δ13CDOC值要高于δ13CSOC值，其中乔木林的变化幅度最低，而草丛坡地的最高。 7、对剖面中不同粒径土壤有机质δ13C值的研究发现，不同粒径土壤有机质的δ13C值在剖面深度上的差异，主要受到输入土壤中有机质变化和进入土壤后分解程度的影响。各个坡地砂粒土壤中有机质的δ13C值对地表植被的变化较敏感，同时也指示了输入土壤中较新或是分解速率较慢的有机质来源，而粉粒和粘粒土壤有机质的δ13C值则指示了土壤中分解速率较快或是分解程度较充分的有机质来源。不同粒径土壤有机质δ13C值组成特征能够较好地反映土壤有机质更新速率。