近日，地球科学国际期刊《Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology》刊发实验室*同学、*咸雨老师、张亚茹同学等的学术论文-Comparisonofδ2Hvaluesofleafwaxn-alkanesandn-alkanoicacidsinsubtropicalangiosperms（亚热带被子植物叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸的氢同位素组成差异）
论文内容
随着质谱仪器技术的进步，脂类化合物单体氢同位素组成已迅速成为重建过去水文气候变化的优良代用指标。在这一领域，叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸由于其广泛存在且在地质体中保存较好得到广泛应用。然而，目前的研究表明，不同化合物（如，正构烷烃与正构脂肪酸）的氢同位素组成并不总是呈现相似的变化。因此，阐明叶蜡脂类不同化合物的氢同位素解译是非常重要的。目前，同时报道同一植物叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸δ2H值的研究是比较匮乏的，尤其是在湿润的亚热带季风区。
长江中下游地区属于典型的亚热带季风气候，水文变化具有明显的季节性特征。本研究选取武汉市中国地质大学校园内的南望山开展季节性监测，年5月至11月采集了当地3种优势被子植物，包括落叶树种（小叶栎、枫香），常绿树种（香樟），进行脂类分子组成及其单体氢同位素组成分析，探讨亚热带季风区被子植物叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素组成的季节性变化。此外，集成已发表的植物叶蜡正构烷烃δ2Halk与正构脂肪酸δ2Hacid数据，阐明正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素分馏的影响因素。
图1.亚热带季风区三种被子植物叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸分布图（叶片的发育阶段可分为：年轻叶片（三月至五月，DOY60-），成熟叶片（六月至十一月，DOY）
在高等植物，叶蜡正构烷基化合物来源于同一前驱物，正构脂肪酸通过脱羧氧化形成正构烷烃。因此在同一植物体叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸被期望呈现相似的变化。然而，本研究结果显示，同一植物体叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸浓度呈现不同的季节性变化（图1）。对于落叶树种（小叶栎、枫香），其正构烷烃的浓度在叶片发育早期阶段保持相对较高的浓度，叶片成熟之后，浓度急剧下降，之后趋于稳定。而正构脂肪酸的浓度在整个叶片生长阶段均有明显变化。对于常绿树种（香樟），其正构烷烃的浓度在整个叶片生长阶段相对稳定，而正构脂肪酸的浓度变化与落叶树种类似，在整个生长季频繁波动。
图2.亚热带季风区三种被子植物叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素组成的季节性变化
同样，亚热带季风区三种被子植物叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素组成也呈现不同的季节性变化模式（图2）。对于正构烷烃，常绿树种香樟与落叶树种小叶栎，其正构烷烃δ2H值在生长季后期呈现逐渐下降趋势，而落叶树种枫香没有呈现类似的变化。正构脂肪酸氢同位素组成变化复杂，在不同的树种及季节性均呈现较大的差异。
造成不同树种正构烷烃与正构脂肪酸浓度及其氢同位素组成季节性差异的原因可能是脂类合成时间不同所导致的。之前的研究已经发现，亚热带落叶树种的正构烷烃合成时间主要集中在春末夏初（Huangetal.,,OG）。然而，本研究结果显示常绿树种（香樟）正构烷烃在整个生长季不断更替。不同于正构烷烃，三种被子植物正构脂肪酸浓度及氢同位素组成跨越整个生长季频繁波动，表明正构脂肪酸的合成是动态的，可能记录了较长时间的信息。
图3.亚热带季风区三种被子植物叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素分馏
为了探究影响叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素分馏的因素，计算了Cn-1正构烷烃与Cn正构脂肪酸的氢同位素分馏程度，公式如下：εalk/acid=[(δ2Halk+)/(δ2Hacid+)-1]×。
亚热带季风区三种被子植物εalk/acid的季节性变化有明显差异（图3）。常绿树种香樟εalk/acid变化范围为-31‰~+19‰。对于落叶树种小叶栎，εalk/acid在整个生长季均大于0，这是比较罕见的，可能与代谢方式的转变有关。对于落叶树种枫香，εalk/acid变化范围为-15‰~+34‰，在生长季末期接近于0。
图4.不同植被类型正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素分馏（εalk/acid）差异
通过集成已发表的植物正构烷烃δ2Halk与正构脂肪酸δ2Hacid数据，检验植被类型是否是造成εalk/acid差异的主要因素（图4）。结果表明，在不同植被类型（乔木、灌木、草本），εalk/acid变化范围比较接近，在-50‰~+50‰之间波动，且没有通过差异性检验（p0.05），说明植被类型并不是控制叶蜡正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素分馏差异的主要原因。
图5.生长在热带、亚热带、温带地区的乔木εalk/acid变化
乔木是全球分布最为广泛的树种，且已发表的研究包括大量乔木εalk/acid数据。本研究统计了树种εalk/acid值在不同气候区是否存在差异（图5）。结果表明，生长于热带与亚热带树种εalk/acid值并无明显差异（p0.05），且εalk/acid平均值接近于0。然而，生长在温带地区的树种，εalk/acid值与热带/亚热带地区存在较大差异。造成这种差异的原因可能是叶蜡脂类在不同气候区合成时间不同。正构脂肪酸在热带、亚热带、温带气候区，均记录了较长时间的信息。而正构烷烃的合成时间在不同气候区差异明显，在常绿树种占优势的热带/亚热带地区，叶蜡正构烷烃的合成也持续整个生长季。因此在热带/亚热带地区，正构烷烃与正构脂肪酸氢同位素组成记录的季节性差异并不明显。然而，在以落叶树种为主的温带地区，叶蜡正构烷烃的合成主要集中在叶片生长初期，与正构脂肪酸的合成时间表现出明显的季节性差异。
本项研究结果为叶蜡脂类氢同位素组成重建古水文变化的解译提供了重要的参考。在利用沉积物叶蜡脂类δ2Hwax重建古水文信息时，需要考虑不同化合物的差异，不同的脂类化合物记录的信息具有不同的季节性偏向。
作
者
简
介
*，女，中国地质大学（武汉）级博士研究生，师从*咸雨教授。研究方向为我国东部季风区叶蜡脂类氢同位素古环境解译。
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