基于瑞利分馏原理，降水同位素值（δ18Op和δ2Hp）会随着海拔的升高而降低，从而产生“海拔效应”。叶蜡正构烷烃氢同位素值（δ2Halk）记录了降水δ2Hp，是有效的古高度计。然而，我们最新研究发现，除海拔高度外，大气传输路径、局地环境条件和地形等因素都可能会显著改变降水同位素的组成，从而改变沉积物的δ2Halk值。中科院青藏高原所那曲高寒气候环境观测研究站的增温增湿平台实验样地此前实验结果表明：禾草类植物δ2Halk在增温4°C的条件下变正且高达10-30‰，而不同种类禾草之间δ2Halk值的差异同样高达30-50‰ (Bai et al., 2019)。为了更准确地重建古高度，需对不同植物δ2Halk值如何响应海拔升高引起降温等情况进行实地调查，进而确定温度等气候因素对δ2Halk值的影响。
针对这一科学问题，中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队白艳副研究员等，对青藏高原南部、龙门山（LM，青藏高原东部）和祁连山（QL，青藏高原东北部）三个海拔样带上的高山嵩草（Kobresia pygmaea）、栎树（Quercus）和小檗（Berberis thunbergii DC）进行了调查（图1）。测试了14个高山嵩草、27个小檗和6个栎树样品，总计47个植物样品的δ2Halk值，并与来自祁连山的9个新表土δ2Halk值和之前发表的青藏高原南部和龙门山东部两个海拔样带表土的105个δ2Halk值进行了比较。
图1. 青藏高原（TP）三个垂直海拔带采样位置图：（a）TP南部（亮绿色圆圈），（b）龙门山（LM，蓝色圆圈，TP东部）和祁连山（QL，白色圆圈，TP东北部）
虽然海拔是决定植物δ2Halk值的主要因素，但本研究观察到，在不同的气候条件下，以及沿着三个海拔样带，矮嵩草、栎树和小檗的δ2Halk值和εwax-p比值及其高程递减率(Δδ2Halk和Δεwax-p)都存在着显著差异（图2和3）。尤其是沿着祁连山和龙门山高度断面的高山蒿草，Δδ2Halk高达-84.3‰/km（r2=0.94）和-65.5‰/km（r2=0.74）；Δεwax-p高达-80.4‰/km（r2=0.93）和-56.7‰/km（r2=0.66），高达同断面观测到的土壤Δδ2Halk值和Δεwax-p值的三到四倍。可能由于单子叶植物高山蒿草δ2Halk值对海拔升高引起降温的响应最强烈，相对于栎树和小檗，其δ2Halk值和εwax-p比值的高程递减率最大。
图2. 植物δ2Halk值随海拔高度变化趋势图：(a) 河水δ2H值（δ2Hrw；灰色圆圈）、（b）模拟降水δ2Hp值（白色圆圈）、（c）表土δ2Halk值（灰色正方形）、（d）小檗δ2Halk值（橙色三角形，双子叶植物）、（e）高山蒿草δ2Halk值（橄榄绿三角形，单子叶植物）和（f）栋树δ2Halk值（蓝色三角形，双子叶植物）。A：喜马拉雅山和青藏高原东南部断面﹝（a）和（c）的δ2H值引自Bai et al., 2015﹞，B：龙门山断面﹝（a）、（b）和（c）的δ2H值引自Bai et al., 2017﹞和C:祁连山断面。
图3. 青藏高原不同断面植物εwax-p值随海拔高度变化趋势图: (a) TP南部、(b)龙门山(LM)和(c)祁连山(QL)
本研究为解释地质历史时期叶蜡正构烷烃δ2Halk记录提供了重要依据，进一步说明植被演替和温度变化等对沉积δ2Halk值记录可能会产生较大影响。本研究结果将有助于重新评估目前对青藏高原抬升及其环境和气候效应的认识。该研究成果以“Responses of sedimentary δ2Halk values to environmental changes as revealed by different plant responses to altitude and altitude related temperatures”为题，在国际环境领域权威期刊《Science of the Total Environment》发表。本项工作得到了国家重点研发计划（2017YFC0602803）、第二次青藏高原综合科学考察专项（2019QZK0707）、中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA20070201）和国家自然科学基金（41571014、41870123、41972195和41801008）的共同资助。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720316004
