低温真空抽提技术溯源植物水分的评估和校正──“科学假设”的验证

　　作为广泛应用的非放射性示踪物，稳定同位素可综合反映生态系统生物地球化学过程的时空变化及环境中生物、非生物要素的关系。2007年，《Stable Isotope Ecology》专著的出版标志着稳定同位素生态学的正式诞生。一方面，稳定同位素技术正在逐步成为解析生物与环境互作的重要工具；另一方面，该技术在生态学中的应用也始终与相关先进技术的发展密不可分。 

　　在过去30年间，低温真空抽提（Cryogenic Vacuum Distillation；CVD）技术从众多的土壤水分提取方法中脱颖而出，成为稳定同位素生态学研究中最广泛使用的提取技术。CVD的优势表现为：可从少量样品（10g）中高效（98-100%）提取液态水而避免发生²H、¹⁸O的“同位素分馏效应”。这一“科学假设”是生态学、水文学等领域中应用稳定同位素技术的基本前提，然而该“假设”果真如此吗？ 

　　中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称“版纳植物园”）生态水文研究组和恢复生态学研究组等联合西北农林科技大学、北京理加联合科技有限公司、上海赛默飞世尔科技（中国）有限公司等相关人员，通过多个实验室间的样品稳定同位素分析比较，检验了一种全自动低温真空抽提（ACVD）技术的可靠性。在系统评价提取参数、土壤质地对ACVD提取土壤水的影响后，将该技术与传统低温真空抽提（TCVD）技术进行了系统性比较。研究发现：（1）ACVD和TCVD在提取及恢复浸润土壤水的可靠性上表现的不相上下，但二者均未成功复原到之前所添加的液态水δ²H和δ¹⁸O初始值；（2）提取的土壤水δ²H和δ¹⁸O偏差与待提取土壤的黏土含量呈正相关、与土壤含水量呈负相关；（3）敏感性分析表明，合理校正提取的土壤水δ²H和δ¹⁸O值，可显著提升植物水分溯源结果的准确性、合理性。本研究证实了CVD技术在提取土壤水过程中极可能引入了无法忽视的同位素偏差，并提出了一种校正该偏差的方法，这为稳定同位素技术的应用、稳定同位素生态学的发展提供了重要参考和理论支撑。 

　　该研究以Uncorrected soil water isotopes through cryogenic vacuum distillation may lead to a false estimation on plant water sources为题，发表在生态学重要期刊Methods in Ecology and Evolution上。 

　　特别感谢中国科学院地理科学与资源研究所温学发研究员、版纳植物园Corlett Richard研究员、西北农林科技大学唐亚坤副教授，以及版纳植物园公共技术中心、版纳生态站、哀牢山生态站提供的大力帮助。该研究得到国家基金、云南省基础研究专项、中科院青促会项目等的资助。 

　　图1. 低温真空抽提系统（摄于中科院地理资源所） 

　　图2. 低温真空抽提（CVD）土壤水的δ²H（a-c）δ¹⁸O（d-f）偏差 

　　图3. 不同类型土壤的抽提水δ²H、δ¹⁸O校正前后相关关系（a-河北栾城，b-内蒙多伦，c-江西泰和，d-甘肃张掖，e-陕西安塞，f-版纳，g-景东）