1、植物样品的采集

  采集植物样品,一般应采集光合活性强的阳生叶片,除非研究目的需要一般应尽量避免采集新生和衰老叶片。比较不同种或不同地区植物间的水分利用效率时,应注意它们之间大气CO2本底的δ13C值及气候、水分条件是否接近。特别是在森林生态系统中,植物叶片δ13C值存在明显的冠层效应,即愈接近森林地表,植物叶片的同位素贫化(isotopic depletion)效应愈明显。产生这一效应的原因主要有两个:第一是林冠内部形成的光强梯度导致冠层的Ci/Ca(细胞内CO2浓度与大气中CO2浓度之比)偏高;第二是林下植物和土壤呼吸释放低13C的CO2。植物叶片样品采集后应尽快于70℃左右烘干。采集土壤样品时,则应根据具体情况取不同深度的样品,浅表层土壤尽量划分得细些,如0 cm~2 cm,2 cm~5 cm,5 cm~10 cm等。因最表层土壤容易受到人类和生物活动的干扰,所以一般表土样品采集地表下面2 cm~3 cm的土壤,此层土壤中的有机质组分经过了长时间的分解,已达到了稳定。土壤样品采集后一般自然风干即可,也可用常规烘箱在70℃左右烘干。

  为了研究植物水分来源,乔木和灌木应采集植物非绿色的枝条,而草本则应尽可能采集根茎结合处的非绿色部分。因为这些植物器官没有气孔,不会因蒸腾作用而导致目标同位素的分馏。采样量应根据植物的含水量而有所不同,一般以能够提取0.1 ml~1.0 ml水为宜(如3 cm~4 cm长的枝条1支~3支即可),不宜过多或过少。样品取样过多将导致抽提时间过长,并容易造成抽提不完全而影响结果;过少则可能难以获得足够的水分供同位素比率质谱仪测定。采样过程要迅速,采样完毕后样品瓶需要立即用不透水薄膜密封,然后在-20℃下冰冻保存。

  2、水样品采集

采集大气降水(降雨或降雪)时,应在降水发生期间直接采集,需要时可使用雨量桶,采集时和存储期间应注意避免水分蒸发。采集土壤水时,最好是采集根系较集中的土层,也可以采集土壤剖面,浅层土壤采集则要注意不要采集暴露在空气中的表层土壤,最好是采集表层2 cm以下的土壤。在无法直接采集到地下水的情况下,可通过采集深层土壤水、泉水或井水来代替。所有采集的水样品瓶都需要立即用不透水薄膜密封。土壤水样品冰冻(-20℃左右)保存,而其他液体水样品应在低温(3℃~4℃左右)保存。

  3、动物样品

  动物活体放于封口袋中,带回实验室,用蒸馏水冲洗干净。一般动物(如鼠、鸡、鸭、牛、羊、猪等)取肌肉组织5-10克鲜重。昆虫动物根据大小取完整个体2-10个(能达到0.05-0.5克干重)。底栖息动物:蟹类动物选加壳宽约为2~3cm的个体5~6只,取其肌肉组成一个混合样;腹足类动物挑取大小相近的个体10~15只,取其软组织组成一个混合物。

  所有样品冷冻干燥(48~72 h)或60~80°C下烘干48-72小时,研磨过80目筛子,用小离心管或小样品瓶分装保存。昆虫样品一般不好研磨,可用剪刀剪碎即可。

  4、POM样品的采集

  采取表层海水1000 ml,静置30 min,先过JP36#筛绢(180 um)去除浮游动物,然后将滤液用马弗炉(450℃,4 h)燃烧过的GF/F膜抽滤,将滤膜放于4℃冰盒中带回实验室,于60℃下烘干(48 h),装于封口袋,放入干燥器中。如需要含量,滤膜抽样前后需要用百万分之一电子天平准确称重至0.001毫克。

  5、气体样品采集

  (1)大气水蒸气样品的采集

  一般采用自制的气体采集系统,由气泵、红外气体分析仪(IRGA)、流量计、冷阱(水蒸气)或气瓶(CO2)、干燥剂管等组成。冷阱内装有酒精与液氮或干冰搅匀成的浓浆,温度一般应低于-70℃。Helliker开发出一种更简单的,专门用于采集水蒸气的冷阱采样装置,因携带方便已被广泛使用。

  进行大气水蒸气采样时,应尽量把采样点设置在高处,避免人为和其它水汽来源的潜在影响,定期监测并保持冷阱温度。采样时空气的流速不能太快,一般在0.2 L min-1左右为宜,过快将使空气中的水汽不能完全被冷阱冰冻而导致水汽同位素分馏。采集后的样品要立即密封并低温(3℃~4℃左右)保存。在干旱地区采样时间要适当延长以获得足够的水样品。

  (2)大气CO2样品的采集

  首先将气瓶抽真空,然后在空旷、相对较高的地方将打开,待瓶子内外气压平衡后关闭气阀即可。采集样品时,应注意尽量避免人呼吸、植物光合或土壤呼吸的影响,尤其在森林中取样时,要注意冠层效应造成的CO2浓度梯度。

  进行生态系统气体剖面采样时,应选择静风或风速较小的晚上采样,以确保可以得到比较稳定的CO2剖面。一般认为CO2浓度差超过75µmol mol-1 时,获得的信息才较为可靠(Pataki et al.,2003)。即便如此,在一些生态系统(如荒漠、草原等),有时也很难获得足够大的CO2浓度差,通常需要采取一些其他辅助措施。